全 文 ：第 19卷第 2期
1 999年 3月
)
、
生 苍 学 报
ACTA ECOI OGICA SINICA
V o1．1 ．No．2
M ar．．1999
1。／＼]]铁对小麦吸收不同形态 的影响
＼＼ 李垄监 郑志享 张福锁 毛达如
(中国农业大学农业生卷与环境科学系 北京 100094 (中国农业大学植物营养系 北京 100094)
{-要 采用营养液培荐方击 ．研究了在供铁与缺铁条件 F小麦对不同镉化台物和镉污染土壤中铺的吸收和
转移 ．同时还研究丁陪伴阴离子对小麦吸收镉的影响 结果表明：缺铁培养小麦植株地 E部及根中的含镉量
均显著高于正常供铁培养的小麦，小麦对不同镉化音物的吸收量不同，其吸收的多寡顺序依次为：Cd(NO 3)2
> CdSO J> CdO
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EFFECT oF IRoN UNTRITIoNAL STATUS oN THE UPTAKE
oF Cd FROM DIFFERENT CoM PoUNDS BY W HEAT PLANTS
I I Hua—Fen
(Departmoa of Agroecotogy and Enmiroo~ mal Sdence，China AgriculturM U⋯ m ，Belting，100094-China)
ZHENG Zhi YU ZHANG Fu—Suo M A0 Da—RU
‘￡ ＆rl⋯ ￡ol P&m N ㈣ ，China Agricultural University·B iing 100094·China
Abstract Solution culture experiments were conducted to study the efect of iron nutri—
tiona1 status on Cd absorption from various forms by wheat plants(Triticum aestivum I ．)
and the influence of accompanying anions on wheat uptake of cadmium．The results demon—
strated that the Cd uptake by wheat plants from nutrient solution and also soil was affect
ed by iron nutritional Status，The Cd concentration in shoot and root of wheat plants grown
in iron—deficient nutrient solution was higher than that in iron—sufficient nutrient solution．
Adding various compounds of cadmium to nutrient solution—the content of Cd uptake by
wheat plants showed the following pattern：Cd(NO3)2> CdSO{> CdO ．
Key words phytosider0ph0re，cadmium ，wheat．accompanying anions．
自从 5o年代中期 。在 日本由于土壤镉 污染引起的骨痛病发生以来 ．镉 污染问题引起了全世界的普遍
关注。近几年来 ，镉米在中国几个地区也相继发现 ，促使 了我国对镉污染的研究予以足够的重视 。镉污染土
壤的途径有大气沉降It]，污染灌溉和污泥农用 ]，肥料的施用 ]，采矿和金属加工 J。
植物对土壤 中镉 的吸收和积累受许多因素的影响，主要包括土壤 pH、土壤的物理化学特性 、镉的形态
和镉在介质中的浓度等 叫 。无机态的镉比有机态的镉对植物更有效 ，水溶无机态镉总比非水溶性的更有
效 Francis和 RushIn 报道了生长在镉处理的酸性土壤上的 Echinochlea mm 拙 Link对镉的吸收·术
* 国家 自然科学基金资助项 目 (批准号 ：39600022)和博士点基金项目
收稿 13期：1996—11—12，修改稿虹到 日期：1997 09 08
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2期 李花粉等 铁对小麦吸收不同形态镉的 响 l71
溶性 CdCI 处理 的植物对镉 的吸收大约是非水溶性 CdO的两倍 。
铁的营养状 况对植物吸收镉也有一定的影响0 。禾本科单子叶植物具有一种特殊的适应缺铁机理 ，即
根分泌一种被称为植物铁载体的特殊化台物 (属于一种非蛋白质氯基酸)，这种有机分泌物可以与土壤中
的 Fe抖配合从而活化根际中难溶性铁 ，并 以配合物分 子态的形式被植物吸收。。⋯。禾本科植物分泌的铁载
体对铁的活化具有非专一性 ，即其不仅能活化土壤中难溶性铁和锰 ，也能活化锌和铜 “]。
目前虽然对根分泌物与有毒重 金属元素的配合作用有了一些研究 ，但对这一过程在协调重金属与植
物之间关系中的作用有多大尚不清楚 。本文在室 内控制条件下研究了铁对小麦吸收不同形态镉的影响 。
1 材料与方法
1．1 植物培养
小麦种子(了’Ht~um ae~ivum I ．品种为农大 ()1 5)在发芽前用 自来水浮选去掉瘪粒，之后用 30 H O
溶液 消毒 30min用水冲洗几 次后，将其播于用饱和 CaSO 浸润过的石英砂 中，用黑塑料布盖好，3～4d后
将塑料布揭开 ，当小麦 长出第 1片真叶时，将幼苗 小心移栽于自来水中培养 1天后 ，供应 1／2浓度 的营养
渣 ，营养渣 pH 用稀酸或稀碱调至 6．3，两天后供应正常浓度的营养液 ，每隔一天换一次营养液。
植物 生长条件 光照时间为 14h，其间温度 为 25c左右 ，暗期 10h，温度 l5℃左右。相对湿度保持在
60 ～7O ，光照强度为 240／~mol／m ·s。
标准营养液的组成(mol／L) K2s0。 0．75×10 ；ca(NO3)2·4H2O 2．0×10- ；MgSO ·7H2O 0 65
× 10一 f KH~PO4 0 25× 10 ；KC1 1．0× 10 。；H3BO 3 1．0× 10一 ；M gSO ·4H2O 1．0× 10 j ZnSO -
7H20 1-0×10 ；CuSO 4·5H20 5．O×10 ；(NH )6Mo O ·4H2O 5．0×10～。缺铁处理的营养液 中不舍
有铁(-Fe)，加铁处理的营养液 中含有 1×10～mol／L Fe—EDTA。
1．2 设置处理
小麦培养用 1升瓷盆 ，每盆 15株苗，两个供铁水平 ，营养液 中 Fe—EDTA浓度分别为 0．0mol／L(一Fe)
和 1·0×10叫mol／L(+Fe) 小麦用完全营养液培养 1周后 ，分别进行 +Fe和一Fe营养液培养，18d后进行
加镉处理 ，镉化合物有 3种不同形态：Cd(NO ) 、CdSO．和 CdO，浓度均为 1．0×10 mol／L，另一处理是被
镉污染的土壤 ，取 自沈阳张士污灌区，镉含量为 2．34mg／kg风干土 ，称 50g土壤(过 lmm筛)装入长条尼龙
袋后 ，置于营养液中通气。试验共设 8个处理 ，每个处理重复 3攻。
1．3 样品采集与分析
加镉处理 571后取样 ，小麦根用蒸馏水冲洗，用吸水纸吸干 。地上部和根杀青后在 60X2烘箱中烘干后
磨碎备用。样品分析采用干灰化法，在 50OC马福炉 中灰化 10h后，用 1：30HNO (优级纯)溶解 ，用 日立 z一
8000原子吸收分光光度计法测定地上部和根 中的镉 。溶液中cd浓度高于 0．01mg／kg时用火焰光度法 ，小
于 0．0]mg／kg时用石墨炉法测定(环境污染分析方法 ，1987)。
2 结果与分析
2．1 铁对小麦生长状况的影响 表 1 铁的营养状况对小麦地上邮和榻干重的髟响
小麦生长 20d后取样测定其生物量 (表 1)，缺
铁营养液培养的小麦幼 叶明显黄化 ，表现出典型的
缺铁症状 ，而正常供铁培养的小麦生长正常 ，没有
表现 出黄化现象 并且前者地上部和根干重均低
于正常供铁培养的小麦 ，说明缺铁明显抑制 了植株
的 生 长 。
2．2 铁对小麦植株吸收不同镉化合物的影响
从取样分析的结果(图 1、2)可以看出 ，不论是
使 用 Cd(NO ) 、CdSO。、CdO还是镉 污染的土壤 ，
在缺铁条件 下小麦地上部和根中镉 的含量均高于
加铁处理。即使使 用CdO、小麦地上部和根中镉的
(g／6株 )
Table 1 Effect of iron nut~tlena]status on dry
weight of wheat plants(g／6 plants)
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172 生 态 学 报 l9卷
含量在缺铁 培养时也高于加铁培养的 ，说明能活化难溶性铁 的根分 泌物也可能活化难溶性镉。镉污染土壤
处理条件下 ，正常供铁培养的小麦植株地上部和根 中镉的含量分别为 0．14、3．24mg／kg，而缺铁预培养的
小麦植株地上部和根中隔的含量分别为0．34、8．48mg／kg，明显高于加铁培养的。
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CA(NO1)2 CASO‘ CAO 轴 _【_Cd 耋 Cd(NO )±CASO‘ cdO 【‘cd 蠕的形志
Form 口lcof |“ um
图 1 不同形志镉处理 57h后地上部镉的含量 图 2 不同形态镉处理 57h后小麦根中镉的含量
Fig 1 Contents of Cd in shoot of wheat 57 h after Fig．2 Contents of Cd in fOOt of wheat 57 h after
treatmems with different foTins of cadmium trearⅢ nts with different fo㈨ of cadmium
2，3 不同铁营养状况对小麦植株吸收镉总量的影响
虽然缺铁培养的小麦植株的生物量受到了影响，但从表 2和表 3可以看出，加镉处理 57h后，小麦植
株地上部和根中镉的吸收总量 ，缺铁培养的还是高于正常供铁培养的，但 CdO处理的根吸镉总量没有表
现出差异。在 Cd(NO ) 和 CdO处理时 ，缺铁培养小麦植株地上部吸镉 总量 比正常供铁培养的小麦植株地
上部吸镉总量高近 1倍 ，Cd(NO )z和土壤处理时 ，前者也 比后者高近 3O 。在 Cd(NO；)和 CdO处理时 ，根
中吸镉总量 ，正常供铁培养和缺铁培养的差异不大 ，但 CdSO 和土壤处理时 ，前者明显高于后者。
表 2 不同形态的镉处理 57h后小爱地 黼 台毫总量
Tm bJe 2 TotaI of Cd in shoot of wheat 57 h after
treatm ents with differe nt form of cadmium
表3 不同形态的镉处理 s强 后小麦恨中镐的总t
Table 3 ~fotal ofCd in root ofWheat 57 h after
treatm ents with different forms of cadm ium
2．4 陪伴阴离子对小麦吸收镉的影响
从图 1和图 2中可以看出．培养液中添加 1．0×10-6mol／L不 同形态的镉 化合物时 ，小麦植物对镉 的
吸收有明显差异 ，3种镉形态处理的小麦植株含镉量高低顺序为：Cd(NO。)。~CdSO．>cdo。
3 讨论
禾车科植物在铁胁迫下根可以向外分泌麦根酸。这种化合物能促进三价铁从土壤中溶出，从而增强铁
的有救性 。然而禾车科植物对缺铁胁迫的适应机制并不具有元素专一性．一些难溶性锰化物例如 Mn0
也能被溶解 ，其它的元素如镉也可能被溶解，从而使其有救性增强 。本试验的结果证实了这种可能性 。从
试验结果可以看出．缺铁培养的小麦植株地上部和根中镉的含量均显著高于正常供铁培养的 ，这可能与根
分泌物的作用有关。小麦缺铁条件下，根分泌物中起主要作用的是植物铁载体。缺铁小麦中镉的积累可能
和根分泌物与 Cd的相互作用有关 ，据推测缺铁条件下 。根分泌物的增加可能增加了难溶性 Cd的有效性 。
虽然根分泌物对重金属有一定的配合作用 ，但是重金属是以配合物分子态 被吸收 ，还是根分泌物把难溶 态
重金属配合后以离子态被植物 吸收，还有待进一步深入研究 禾本科单子叶植物在缺铁条件下 ，Fe(Ⅱ)PS
一
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2期 李花粉等 ：铁对小麦吸收 不同形态镉的影响 l 73
吸收系统被澈活 ，这个吸收 系统可以吸收植物铁载体配台态的铁-- 。从本试验 的结果推测此吸收系统对镉
的吸收也可能有一定的作用，但这方面的研究在文献中尚未见报遭 在缺铁和加铁 的条件下无论植物吸收
镉 的生理和生化过程如何 ，与加铁培养 的小麦相比，汝铁培 养的小麦确实能富集较 多的镉 ，这 十结果支持
T在缺铁土壤上有可能促进有毒元素吸收的假设 。
试验结果表 明加 Cd(NO ) 处理的小麦吸镉量高可能是 由于小麦吸收 NOg多 ，促进 了相伴 阳离子镉
的吸收 ，而 CdO难溶于水 因而不易被植物吸收。有关陪伴阴离子对镉 吸收的影响，机理方面的研究很少 ，
仍有待进一步深入探讨 。
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