Zn污染对白菜的生态毒理效应研究

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摘 要：采用水培方法进行了zn（0、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2mg/L）对白菜种子萌发抑制率、幼苗茎生长抑制率、根的耐性指数、叶绿素与类胡萝卜素含量的影响，以及幼苗对Zn的富集能力和耐受能力等试验研究，结果表明，白菜幼苗对高浓度的Zn具有富集能力，根是主要的富集器官，最高富集量为27.61mg/L。随着Zn浓度的增加，种子萌发抑制率增加，影响白菜根的伸长，根的耐性指数下降，差异性明显。低浓度的Zn可促进白菜茎的生长，而高浓度的Zn抑制白菜茎的生长，茎的抑制率增加，差异性明显。高浓度的Zn显著影响与抑制白菜体内叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量，对叶绿素b的抑制作用最明显。Zn影响白菜幼苗的正常生长，白菜对Zn具有一定的耐受性。

关键词：白菜；Zn元素；抑制作用；耐性指数

中图分类号 S634.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）23-13-03

重金属污染主要源于人类的活动，包括采矿、冶炼、电镀、印染等工业的“三废”排放，还有汽车尾气、农业生产上化肥和农药的使用及城市污水的排放等[1]。重金属残留是农产品中常见的问题之一，农作物不仅可通过根系从其生长的土壤中富集重金属，而且也可通过茎叶从大气中吸收重金属[2-3]。

锌污染是指锌及其化合物所引起的环境污染。锌作为植物必需的微量养分，在植物的生理代谢中起着重要的作用。但是研究表明，植物体内锌缺乏或过剩都会导致其生长发育受损[3-4]。白菜类蔬菜在我国分布广阔，栽培面积很大，消费量也最多，在我国的蔬菜生产中占有相当重要的地位。目前已建立的高等植物毒理试验方法主要有根伸长试验、种子发芽试验和植物幼苗早期生长试验[5-6]。本文以白菜（Brassice rapa）为对象，采用水培的方法研究其种子和幼苗对Zn的富集能力和耐受性，以探明Zn对白菜的生态毒理效应，为蔬菜的健康风险评价提供科学依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料 实验用白菜种子为陇油四号，取自甘肃省农业科学院，以Zn为供试重金属，所用的化合物为氯化锌（ZnCl2），实验设6个浓度处理，分别为0.2mg/L、0.4mg/L、0.8mg/L、1.6mg/L、3.2mg/L及对照。

1.2 研究方法 选择饱满和光滑的白菜种子，用自来水冲洗3次，再用蒸馏水冲洗1次，将种子放在0.5%的次氯酸钠溶液中浸泡10～20min，用蒸馏水彻底清洗。把种子分别放在含有不同Zn浓度溶液的培养皿中（培养皿中放双层滤纸，对照组中只加入蒸馏水），每个培养皿放50粒种子，重复6次。每24h调查发芽数，共7d（第7天计算种子最终发芽率），试验期间，培养皿放在温度为25±1℃的培养箱中培养，光照12h，黑暗12h，7d后测茎长、根长。根据实验结果计算种子萌发抑制率、茎生长抑制率和根生长的耐性指数。

在实验第7天测定叶绿素含量，将白菜叶片洗净、擦干，用电子天平称重后，分别剪碎混匀，加入2mL丙酮和少许石英砂研磨，再加入5mL80%丙酮，研磨成匀浆。将匀浆用80%丙酮定容至l0mL，摇匀后马上吸取2mL置于试管中，再加入80%丙酮定容至l0mL，试管外包裹黑色膜布闭光待测。用80%丙酮为对照，测定663nm、645nm处的吸光度值，代入以下公式得出实验中每g白菜所含叶绿素a、b的量。

[Ca=（12.25A663-2.79A645）/gCb=（22.50A645- 5.10A663）/gCa+b=（7.15 A663+18.71 A645）/gCx+c=（1000A470-1.82Ca-85.02Cb198）/g]

其中Ca为叶绿素a，Cb为叶绿素b，Ca+b为总叶绿素含量，Cx+c为类胡萝卜素含量，Aλ为在波长λ下的吸光度。

在第7天测定重金属富集量，将白菜的根和茎分开，分别用自来水和去离子水洗涤两次，尤其要将根部土壤冲洗干净，再用滤纸吸干剪碎，将洗完后的样品放在烘箱里杀青，温度设定为105℃，时间为30min，然后将样品在烘箱（70℃）内烘干至恒重。烘干后将样品粉碎、称量、碳化（样品呈灰白色）、灰化（在马福炉中进行，温度600℃），用1∶1的硝酸-高氯酸溶液对样品进行消解，利用ICP测定消解液中的Zn浓度。

1.3 数据处理方法 利用STATISTICA（Version 6.0）软件对数据进行单因素方差分析、多重比较和线性回归分析。

种子萌发抑制率（%）=供试组中未发芽种子平均数/50×100

茎生长抑制率（%）=（对照组中茎的平均长度-供试组中茎的平均长度）/对照组中茎的平均长度×100

耐性指数（%）=供试组中的平均根长/对照组中平均根长×100

2 结果与讨论

2.1 Zn污染对白菜生长的影响 随Zn浓度的升高，白菜种子的萌发抑制率呈显著差异（p

2.2 Zn污染对白菜生理性状的影响 随Zn浓度的增加，Zn对白菜叶绿素a的抑制作用呈极显著差异（p

Zn对白菜叶绿素b的抑制作用呈极显著差异（p

不同Zn浓度下，对白菜叶绿素（a+b）的抑制作用呈显著差异（p

Zn对白菜类胡萝卜素有抑制作用。随Zn浓度的升高，Zn对白菜类胡萝卜素的抑制作用呈极显著差异（p

2.3 白菜对Zn的富集作用 白菜地上茎部富集量最高为13.11mg/L，随Zn浓度的下降，茎部的富集量减少，茎部的最高富集量是Zn浓度为0.0mg/L的23倍，随Zn浓度的变化，茎部富集量呈极显著性差异（p

根部平均含量最高为27.61mg/L，随Zn浓度的下降，根对Zn的富集量逐渐减少，最高富集量是0.0mg/L的19倍，随Zn浓度的变化，根部富集量变化呈显著差异（p

在同一浓度处理下，白菜的根和茎的富集能力不同，根的富集能力大于茎的富集能力，且随Zn浓度的升高，根的富集能力明显大于茎的富集能力。根对Zn的富集作用呈线性相关性（R2=0.83，F=92.83）（见图1）。

3 结论

随着Zn浓度的变化，白菜种子萌发抑制率的差异性显著，低浓度的锌对白菜茎生长有明显的促进作用，随浓度升高，对白菜茎生长又起到抑制作用。随着Zn浓度升高，对根生长的抑制作用加剧。根的耐性指数反映的是植物的根对污染物的耐受程度，根的耐性指数越接近于1，根对污染物的耐性越强，污染物对根的影响越小。根的耐性指数越远离1，根对污染物的耐性越弱，污染物对根的影响越大[7]。

随着Zn浓度的升高，对叶绿素a和叶绿素（a+b）的抑制作用不显著，相比之下，Zn对叶绿素b的抑制效果更明显。在0.8mg/L浓度下，叶绿素含量增大，说明Zn刺激了白菜叶绿素的合成。但随着浓度的增加，叶绿素合成受阻，可能是由于Zn进入植物细胞，抑制了叶绿素合成酶的活动，因此，随着处理浓度的增加，叶绿素含量减少[8-9]；也可能是由于进入幼苗体内的Zn阻碍了植物对Fe的吸收，影响了叶绿素的合成；或者增加叶绿素酶活性，促进了叶绿素分解，降低了叶绿素含量[10-11]。Zn对类胡萝卜素的合成也产生了抑制作用，随Zn浓度的升高，对类胡萝卜素的影响无显著性差异。

白菜不同部位对Zn的吸收转移能力不相同，对植物根系的毒害作用主要由于过量的Zn抑制根系代谢过程酶的活性，抑制脱羧酶的活性，间接阻碍了NH4+向谷氨酸转化，造成NH4+在植物体内的累积，使根部细胞分裂受到抑制，呼吸过程及对水分的吸收受到影响[12]。试验表明，白菜根对Zn的富集能力最强，对根系产生毒害，并且随Zn浓度的增加，毒害作用明显增强。当环境重金属浓度达到一定值时，对植物造成胁迫，生物量下降，对Zn的吸收富集及运输能力下降[13-14]。当锌浓度超过一定范围，植物受到胁迫，叶绿素含量降低，植物受到伤害，生长状况不良，Zn更容易在根部积累。

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