楊桃（Averrhoa carambola）對Cd富集特征與Cd污染土壤植物修復.pdf

1、鎘(cadmium，Cd)是環(huán)境中對植物、動物以及人類毒性最強的重金屬元素之一，Cd污染土壤的治理問題一直是備受全世界關注的熱點課題。植物修復(phytoremediation)是20世紀80年代逐漸發(fā)展起來的一項重金屬污染原位修復技術。而其中的植物提取技術(phytoextraction)，因其費用低、環(huán)境友好等特點，具有重大的發(fā)展前景。但是，由于缺乏理想的植物材料，植物提取技術目前還無法大規(guī)模應用于Cd污染土壤的修復。 楊

2、桃(Averrhoa carambola L．，Oxalidaceae)是一種多年生常綠落葉木本植物，原產于亞洲熱帶地區(qū)(15°S-23°N)，目前在熱帶和亞熱帶地區(qū)(30°S-30°N)廣為種植。它具有生物量大、生長迅速、易于繁殖等特點。本論文首先研究了不同品種楊桃富集Cd的特性及其相應的食品安全問題，并通過水培和土培試驗驗證了楊桃超富集Cd的能力，進而研究了與楊桃(超)富集Cd相關的部分機理，最后通過田間小區(qū)實驗評估楊桃用于修復Cd

3、污染土壤的效率。主要結果如下： 1.廣州三個主要果園的土壤總Cd含量分別達到了1.27、1.84和0.68 mgkg-1，均超過了國家農業(yè)土壤質量標準。在三種[楊桃、龍眼(Dimocarpus longan)和黃皮(Clausena lansium)]被調查的果樹中，花地(品種)楊桃富集Cd的能力最強。在土壤總Cd含量只有1.27 mg kg-1時，其根、枝、葉和果實中積累的Cd依次達到了7.57、10.84、9.01和2.1

4、5 mg kg-1(干重)，分別是龍眼和黃皮相應部位Cd含量的6-24和4-10倍。而且，來自不同果園的花地楊桃都有很高的Cd生物富集系數(shù)(bioconcentration factor,BCF)，分別為7.0、4.6和5.8。因此，花地楊桃很可能是一種新的木本Cd富集植物。此外，值得關注的是，這三種南方主要水果中，花地楊桃和黃皮果實Cd含量(0.06-0.25 mg kg-1，鮮重)均不同程度地超過了國家食品衛(wèi)生標準(0.05 mg

5、kg-1，鮮重)，其中，花地楊桃果實Cd含量超標近5倍。因此，食用楊桃對當?shù)鼐用竦臐撛诮】碉L險值得重視。 2.在珠江三角地區(qū)廣泛種植的主要楊桃品種(包括馬來西亞、臺灣、泰國、花地以及惠東品種)富集重金屬的能力均為Cd>Zn>Ni。臺灣、泰國、花地、馬來西亞以及惠東品種楊桃對Cd的BCF分別為27.9、15.4、14.3、13.1和6.74。來自該地區(qū)12個果園的楊桃枝和葉的Cd含量(不同品種的平均數(shù))分別達到10和11.5 m

6、g kg-1(干重)。而且在被調查的124個楊桃(果實)中，47％樣品(58個)的Cd含量超過了國家食品衛(wèi)生標準(0.05 mg kg-1，鮮重)，其中，來自PRD16的楊桃(n=10)Cd含量高達0.294 mg kg-1(鮮重)。由此可見，不同楊桃品種均具有很強的Cd富集能力，其果實對當?shù)鼐用裨斐傻臐撛诮】碉L險尤為值得重視。土壤總Cd低于0.19 mg．kg-1可能是生產符合國家食品衛(wèi)生標準的楊桃所必需的。 3.不同品種的

7、楊桃在Cd含量≥12 mg kg-1的污染土壤中生長5個月后，都能在地上部(枝和葉)富集超過100 mg kg-1 Cd，含量最高達到487 mg kg-1 Cd，且不同品種楊桃的Cd生物富集系數(shù)(BCF)和轉運系數(shù)(translocation factor,TF)都大于1。在水培實驗中，當溶液中Cd濃度≥1 mg kg-1時，楊桃就能在地上部富集超過100 mg kg-1Cd，最高的能達到615 mg kg-1。而且，當溶液中Cd濃度

8、≤5 mg kg-1時，不同品種楊桃的Cd轉運系數(shù)(TF)都大于1。上述結果表明：不同品種楊桃對Cd的富集特征都符合Cd超富集植物的界定標準。因此，楊桃是一種新的Cd超富集植物，也是目前所知的唯一的木本Cd超富集植物。 4.廣州和香港兩地市售楊桃中As、Pb、Hg、Cr等元素的含量通常低于檢測限，Zn、Ni和Cd的含量則相對較高，而且都呈Zn>Ni>Cd的相同趨勢。廣州和香港兩地市售楊桃在Zn含量方面差異不顯著，而且都低于國家

9、食品衛(wèi)生標準的相關規(guī)定(5 mg kg-1，鮮重)。香港市售楊桃Ni的含量(0.477 mg kg-1，鮮重)顯著(P<0.001)高于廣州市售楊桃Ni的含量(0.257 mg kg-1，鮮重)，且兩地市售楊桃Ni含量均高于國際上一些相關的標準。廣州市售楊桃Cd的超標率為17.3％，Cd含量最高的達到0.104 mg kg-1，一個體重為40 k的人如果食用0.385kg這種受污染的楊桃，那么所攝進的Cd就超過世界衛(wèi)生組織規(guī)定的每日可耐

10、受攝入量(tolerable daily intake，TDI)。 5.植物超富集重金屬的相關機理涉及重金屬離子在根部區(qū)域的活化、植物根部對重金屬離子的吸收、重金屬離子向木質部和韌皮部中的裝載過程、重金屬離子向地上部運輸、貯存以及解毒等方面。本研究發(fā)現(xiàn)，Cd處理4 h時，楊桃根部對Cd的累積吸收量達到7.27μM g-1 root(鮮重)，顯著(P<0.05)高于黃皮根部對Cd的累積吸收量(4.23 μM g-1 root,鮮

11、重)。這表明與黃皮相比楊桃根細胞質膜上可能存在更有效的Cd轉運體。另外，楊桃向枝、葉轉運Cd的速度分別是黃皮的4.5和49倍，表明楊桃可能存在更有效的向地上部轉運Cd的系統(tǒng)。通過Zn-Cd互作實驗，我們還發(fā)現(xiàn)楊桃對Cd的吸收以及轉運在很大程度上是依賴于Zn的轉運體系的，但與Ca和Fe的轉運體系關系不大。 6.通過田間小區(qū)實驗嘗試將新發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物楊桃應用于輕度Cd污染土壤的修復，并進一步評價其修復的實際效果。研究結果發(fā)現(xiàn)，采用實生

12、苗、高密度種植的楊桃在田間生長非常迅速，生長約170天后地上部生物量達到18.6ton ha-1，對Cd的去除量212.9 g ha-1，對土壤總Cd的去除率為5.28％，明顯高于迄今報道的土壤Cd污染的植物修復效率。更重要的是，我們的研究還證實，這樣的修復措施不但可以顯著(P<0.05)降低土壤DTPA-Cd含量，而且可以極顯著(P<0.001)降低后作蔬菜中Cd的含量。 綜上所述，由于楊桃對Cd有很強的富集能力等原因，各種

13、不同來源的楊桃果實都存在Cd含量超標較嚴重的現(xiàn)象，而且相關的食品安全以及健康風險問題值得高度關注。但是，這并不影響楊桃這種新的木本Cd超富集植物在Cd污染土壤植物修復中的應用前景，因為采用實生苗種植的楊桃在樹齡小于5年時都不掛果。本研究發(fā)現(xiàn)采用實生苗、高密度種植的楊桃林不但生長迅速，而且對Cd的修復效率也非常高：在輕度Cd污染的實驗小區(qū)生長約170天后地上部生物量達到18.6 ton ha-1，對土壤總Cd的去除率達到5.28％，高于迄