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小麦幼苗期对重金属铅富集规律研究 土壤是许多生物生存和繁殖的物质基础之一。重金属是土壤重要污染物之一。土壤中的重金属对农作物、农产品及地下水会产生不良影响,并通过食物链危及人类健康。随着现代工农业的迅速发展、城市的急剧扩大,自然环境中的重金属污染日益严重。每年因重金属污染带来的粮食减产达1 000多万t,被重金属污染的粮食每年达1 200万t,年经济损失在200亿元以上。重金属污染土壤后,被人们通过食物链摄取并在体内累积达到一定剂量后产生毒害症状。以Pb为例,Pb中毒将对全身各系统和器官均产生危害,尤其是神经系统、造血系统,循环系统和消化系统。在自然界的天然种群中,存在着对重金属具有超富集和耐性的植物种类。在此,以小麦为对象,采用盆栽的方法研究了其不同生长时期不同部位对Pb的富集特征,以期为土壤环境质量评价及土壤重金属污染的植物修复研究提供一定的理论依据。 1 试验计划和方法 1.1 供试种子及试剂 实验试剂为分析纯Pb(NO3)2。供试作物为烟农19小麦(徐州地区广泛种植),供试种子购于徐州市种子公司。供试土壤为中国矿业大学南湖校区某一角,原菜园土,其理化性质为:ω(TN)=9.26 mg/kg,ω(TP)=9.95 mg/kg,ω(TK)=17.00 mg/kg,ω(总Pb)=72.575 mg/kg。 1.2 实验设计和麦种的制备 配置重金属Pb的储备液2 L,含质量浓度为250 g/L的Pb2+。每盆中装土壤12.5 kg。重金属的投加采用逐层喷洒、翻土混合的方式。实验设5个处理浓度,Pb投加量分别为25,50,100,200,400 mg/kg,每个处理浓度重复1次,同时做空白对照。每个花盆中播种150粒麦种,在自然环境中培养。分别在小麦幼苗期、生长期、拔节期、抽穗期和成熟期进行样品采集,在风干后将小麦的根、茎、叶、颍壳和麦粒分别碾碎,经硝酸一高氯酸消解后用原子吸收分光光度计(TAS—990型)测试各部位中Pb的含量。 2 结果与讨论 2.1 pb在小麦幼苗期分布规律 Pb在小麦同一时期不同部位的富集特征见表1。总体来说,无Pb处理的条件下Pb在小麦整个生长过程中各器官的分布规律为根叶片茎籽实颖壳,但其差异不显著。在Pb胁迫的条件下,Pb在小麦不同部分的分布规律随小麦生长时期的不同存在一定的差异,但总体上看,Pb主要富集在小麦根部,向地上部分迁移较少,这与郭平、吕建波等的研究结果相似。与空白样比,小麦生长过程中根部Pb含量明显高于空白样,且在较高质量分数(200,400 mg/kg)下表现更为显著,最大为空白样的67倍;茎、叶片、籽实及颖壳中的Pb含量也均不同程度的大于空白样,同样也在较高处理浓度下较为明显,但其作用程度远不及根部显著。表明了Pb在根部的大量富集限制了其向地上茎叶的运输,避免了茎叶细胞的损害,在一定程度上提高了小麦的耐受性。 Pb在幼苗期小麦中的分布规律是根叶片,且在较高质量分数(200,400 mg/kg)作用下表现尤为显著,根部Pb含量分别是叶片中的12.70,24.39倍。总体而言小麦根部和叶片中的Pb含量随处理浓度的提高呈上升趋势。Pb在拔节期的分布规律是根叶片茎,并随处理的提高根部Pb含量明显高于叶片及茎部相加总量,在质量分数为25 mg/kg时根部与地上部分含量之差为1.15 mg/kg,而在质量分数为400 mg/kg时其差值为374.775 mg/kg。小麦根部和叶片中的Pb含量随处理浓度的提高呈上升趋势,并在根部表现显著,高质量分数(400 mg/kg)为低质量分数(25 mg/kg)作用下的16倍;而茎部Pb含量随处理浓度的提高呈先降低后升高的变化趋势,在质量分数为50 mg/kg时出现最小值2.775mg/kg。Pb在抽穗期分布规律为根茎(叶片)颖壳,Pb主要富集在小麦根部,向地上部分迁移(茎、叶片、颖壳)较少,茎和叶片中的Pb含量相差不大,但基本上是在较低质量分数(25,50 mg/kg)时叶片大于茎,在质量分数≥100 mg/kg时茎大于叶片,颖壳中Pb含量最低。总体上看,小麦根部Pb含量随处理浓度的提高(除400 mg/kg)呈上升趋势;茎、叶片及颖壳中呈先降低后升高的变化趋势,基本上在50 mg/kg时Pb的质量分数最低。 Pb在成熟期小麦中的分布规律随处理浓度的不同而存在一定的差异,总体而言为根茎叶片颖壳(籽实),与小麦前3个生长时期分布规律相似,说明Pb在在新陈代谢旺盛的器官蓄积量较大,而营养储存器官如果实、籽粒中蓄积量较少。小麦根部Pb含量最高,是地上部分(茎、叶片、颖壳、籽实含量总和)的3倍以上,且其倍数随处理浓度的提高呈增大趋势;茎中Pb含量在较低处理浓度(25,50 mg/kg)时差异不大,但在质量浓度≥100mg/kg时茎大于叶片;颖壳和籽实中Pb含量最低