全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
核 农 学 报 , 一
人“ 了 亡 公 亡 ”
苯并 蓖在土壤和水稻中降解和存在形态
李书鼎
中国科学院沈阳应用生态研究所 沈阳
张少兰 马吉春
沈阳市环境监测中心站 沈 阳
土攘薄板层析 浏定苯并 。 能 的 值 小 于 , 在土攘 中 属于 不 迁移
性 有机化合物 。 土攘 中 被 降解成极性 化 合物 占总 ’‘ 一 、 水溶 形 式
占 和 柞机性 形式 占 。 土 攘以 一 结合态 占 。 土 壤表层
‘ ℃一 为 。 水稻 苗期对 吸收 速度快 , 且数量大 , 拔 节期 间吸收转 缓 ,
分 粟期 后吸收达平街 。 水稻 体 内 ’‘ 一 可 以 被 代谢 , 根 中 ’‘ 一 结合态 占 , “
占 茎 中“ 一 结合 态为 写 , 不含 ’‘ 一 形 态 糙末 中“ 一 结合态 占 , “
一 仅为 叶 中不含 ’‘ 一 结合态 , “ 一 为 , 其余均 为‘ ℃ 的其它形 态 。
关锥词 茉并 琵 土壤 水稻 降解 代谢
前 言
苯并 花 是一种强致癌性多环芳烃 , 广泛存在于环境中 。 对于它在农业生态系中
的分布和食品中的含量 , 国家都有严格控制和规定 我国和世界其他各国一样 , 把它列为优先
控制的污染物 。
在土壤水稻系统中 , 绝大部分沉积于土壤 , 由于理化和生化作用 , 在土壤中将被
生物氧化降解 , 〕 与土壤粘粒 包括有机质 作用形成结合态残 留 , 特别在土壤表层 一
, 氧化降解缓慢 水稻可以从土壤和水中吸收 , 并将一部分运送到地上部分 ’。 水
稻也可利用外部碳源生物合成 阁 。
植物吸收外源化合物后 , 一般趋势是通过氧化还原反应将其代谢为极性形式 , 使其同 自身
生成的高极性物质共扼成新的较大分子 〔 , 。 水稻体内的 也将被代谢 , 以多种结构形式化合
物存在 。
环境科学家们认为 , 的某些氧化降解物 比其本身具有更大的致癌性 , 必须加强 降
解产物和存在形态研究 , 以便引起人们的重视川
对动物和土壤中 的代谢和降解研究报道较多 , 对植物中的代谢报道较少 。 。 我们认
为 , 水稻体内 的代谢和存在形 态研究 , 对探 明 通过食物链可能给人畜带来的毒害程
度 , 将有理论和实际意义
此文于 年 月 日收到
本文系国家 自然科学基金资助项 目
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核 农 学 报 卷
材 料 与 方 法
水稻栽培实验 “ 一 甲苯溶液 英国放化中心 生产 , 加入 灌溉水中 ,
配制成含 拜 , 比放射性活度为 , 加 的溶液 。 插秧后 次全部灌入
栽培容器中 , 于不同时期分别取水稻和土壤样品 , 风干 、烘烤
、 磨碎 , 土壤过 目筛 , 然后分析
土壤和水稻 中 含量 。 采样时为避免交叉污染 , 造成各器官 分析误差 , 把水稻植株根朝
下垂直用水冲洗 , 再用 乙醇漂洗 次后晾干 。
在土壤中的迁移性实验 取一定量盆栽用土 , 加适量水调成糊状 , 倒在干净的
。 玻璃板上 , 用玻璃棒刮成厚度约 薄层 。 室温下晾干 , 红外灯下烘烤 。 分别取
’‘ 一 份点在土壤薄板距端部 处晾干 。把已干燥的薄板放在层析缸中 , 用水为
展开剂 , 待水线上升到距起点约 处 , 取出薄板在室温下晾干 。 在 日本产 一 型放射
性薄层扫描仪上测定 ‘值川 。
土壤中 ’‘ 一 的降解和残 留试验 利用水 、 甲醇 、 氯仿等溶剂 对水稻栽培 土样连续提
取 , 把土壤“ 进行分组 水溶性“ 物质 称 土壤 , 加入 蒸馏水 、 震荡 , 离心倒出
上清液 , 蒸发近干 , 将残液于 。 滤纸上 , 测量“ 活性 。 甲醇可溶性 极性 ’‘ 物质 上
步离心分离出的残土在红外灯下烘干 , 加 甲醇 , 用索氏提取器 回流浸提 , 冷却后在
℃下蒸发近干 , 残液点于 中 滤纸上 , 测量 ’℃活性 。 氯仿可提性“ 物质 上步残土
烘干后 , 加入 氯仿 , 震荡 , 放置过夜后 , 热浸 , 过滤后 , 再 以 次重复热提 次 , 每
次 , 合并提取液 , 蒸发近干 , 残液点于中 纸上测量 ’‘ 活性
。 ’‘ 一结合态 经连续提
取后的残土 , 烘干研细 , 在 中 测量盘中铺成厚样 , 测量“ 活性 。
土壤氯仿提取液中 分组试验 取土壤样品 , 加入 氯仿振荡过夜 , 过滤后蒸去
氯仿 , 向残渣 中加入 酒精溶液 , 在“ ℃水浴上反应 。 加石油醚液
相分配 , 向碱液层加氯仿反提 , 蒸浓后测量氯仿相“ 活度 , 这是 ’‘ 一酸性化合物 。 石油醚相上
氧化铝柱 , 石油醚淋 出液蒸浓测“ 活度 , 为“ 一 简单芳烃 氧化铝柱苯淋出液蒸浓后进行纸层
析 , 分别测量 ’‘ 一 和 ’‘ 一 多环芳烃的活度 。 以上把土壤氯仿提取液中“ 分成 类化合物
, ‘ 一 、 ’‘ 一 多环芳烃 、 ’‘ 一极性化合物和“ 一简单芳烃 。 使用的仪器是 一 型双道液体闪
烁计数器 。
水稻 月 一 代谢和 ’月 分组试验 水稻或器官 根 、 茎 、 叶和糙米 , 加环 己烷提取 , 残
渣测“ 活性 , 此部分为 ’‘ 一结合态 。 环 己烷相用 液相分配 , 环 己烷液蒸浓测“ 活度为
, ‘ 一脂肪烃 。 相加入 后 , 用环 己烷反萃取 , 酸液浓缩后测 ’‘ 活度 , 此部分为
, ‘ 一碱性芳烃 。环 己烷相碱洗液蒸浓测“ 活度为‘ 一酸性芳烃 。 环己烷相蒸浓后上氧化铝柱进
行淋洗 , 环 己烷淋洗液测“ 活度是“ 一 简单芳烃 。 苯淋出液蒸浓进行纸层析 , 分别测量 ’‘ 一
和 ’‘ 一多环芳烃的活度 。 按上述程序把水稻体内“ 分成下列 组 “ 一脂肪烃 、 ’‘ 一酸性芳烃 、
“ 一碱性芳烃
、 “ 一简单芳烃
、 ’‘ 一 、 “ 一 多环芳烃和“ 一结合态物质 。 “ 活度测量所用两种
仪器计数率换算系数
低本底 测量装置计数率
液体闪烁计数器计数率
一
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期 笨并 的花在土城和水租中降 和存在形态
结 果 与 分 析
一 , 一 在土城中的迁移性
土壤放射性薄层分析结果见表 ’℃一 在棕集中的凡 值平均为 , 黑土中 , 值是
。 , 在黑土中的移动性略大于棕壤 。 农药在土坡中迁移性大小分类标准见表 根据这
个标准 , 土壤 ‘值为 棕城 。 黑土 , 处于 认 范围之内 , 显然 在土
壤中属于不迁移性有机化合物 。
我 ’犯书 在土旅薄层上的 , 值
一 ’‘ 一助
试样号 棕城
, 的
黑 土
砚 一
平均
。
。
。
。
。 右
衰 农药在土滚中移动性大小分类
类别
土城
极易迁移 可以迁移
翻 〕悦刃。
中娜迁移
司 别 花 理
不易迁移
,
不迁移
。 奋 。 。
。 。
,
农 土滚中“ 旧匕 的转化
’ 一
形态
、
水溶态 极性物
耐
非极性物 结合态
曰 。
提取荆
盆 切
水 甲阵
日
级仿
而
,
’‘
二 土壤中 ’犯一 的转化
土壤 中的“ 一 经过栽培一季水稻之后 , 用水 、 甲醇和抓仿对同一土样连续提取 , 把土
壤中“ 分成 组 , 结果见表 。 不溶于水 , 且属于非极性多环芳烃 , 在土壤中被牢固地吸
附 , 除了用级仿这样溶解力强的溶荆 , 很难被提取出来 表 数据说明 , 用水和 甲醉在常温下可
分别提取出 和 的“ 。 这些 ”不全是 结构 , 它们是土教 ’弋一 经过生化作用
如微生物降解 后转化而来 。 抓仿提取的非极性有机物包括 ’弋一 和少 的降解产物 。 结合
态“ 占 , 这部分‘ 基本上是 结构 , 它们和土城城粒形成共生体 , 溶荆无法使它们
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核 农 学 报 卷
再释放出来 , 它们很难被降解 , 将长期存在于土壤中 总之 , 在土壤中的转化趋势 一部分
发生结构变化向极性增大方向 水溶态和极性分子 转化 一部分和土壤粘粒及有机质作用 , 发
生吸附 、分配和扼合 , 形成结合态残留于土壤 。
三 土镶熟仿提取液中 ’℃的化学形态
测定结果见表 这些数据证明 , 土壤中 ’ 一 发生了降解 , 降解程度和产物多少随
土壤深度不同而不同 芳环大于 的 , 在波长 时 , 对紫外线 有强的吸收作
用 , 而且大多数分子易被光氧化 。 是 个芳环结构的化合物 , 比较容易光解 。 土壤表层光
形态
表土
表 土坡抓仿提取液中’℃的化学形态
’‘ 一
酸性烃类 简单芳经 多环芳烃
。
线和 氧气充足 , 在 个 月的生长期 内 , 绝大部分 已降解 , 仅存 。 产物主要是简单芳烃
写 , 其次为酸性烃类 写 等 。 土壤深度为 处 , 阳光和空气相对土表 比较缺乏 ,
的降解速度急剧变小 , 大部分仍以“ 一 形式存在 降解产物主要为多环芳烃
, 从降解反应进行深度看也不及表层土壤 。
四 水稻吸收 的动态特征
在水稻不同生长时间间隔采样 , 吸收‘峨 一 量测定结果见图 。从图 看出 , 水稻吸收
可分为 个阶段 大量且迅速吸收期 , 大体相当于苗期 , 图上显示是在“ 一 加入后的头
, 吸收量占水稻体内总量的 以上 吸收 转缓期 , 对应于水稻拔节期 , 大约为
这段时间 , 这期间吸收量占 写左右 吸收 平衡期 , 大约在水稻分萦之后 , 从图上
看 , 大致在 之后 , 这期间水稻吸收 ’‘ 一 基本达平衡 , 吸收量基本不再增加 , 直到成熟 , 水
稻吸入的量不超过总量的 。
几﹄七‘口日‘。嗯怂
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时间
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图 水稻吸收 ’‘ 一 随时间的变化
’‘ 一 , 几 ,
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期 苯并 的花在土城和水枯中降娜和存在形态
五 水箱体内 ’℃一 代谢和 ’℃存在形态
’‘ 存在形态 将收割的整株植物烘干磨碎混合取样 , 分析测定结果见表 。 水稻可以吸
收土壤和水中的 ’‘ 一 , 也可吸收‘ , 一 的降解产物 水稻体内的“ 主要以结合态形式与
植物组织成分辘合 , 不能被溶剂提出 , 成为水稻的组成部分 , 这部分占总‘℃的 其次是以
表 水稻体内 ”存在形态
‘ 写
形态 脚肪经
旅住物
】
皿 扭
多环芳烃
简单芳烃
尽
结合态
刀泊 妞
数盆
“ 一 形式存在 , 它包括从土壤 中直接吸收的 , 也包括水稻 以“ 为碳源 自身再合成的“
, 这部分占总“ 的 。 其它形态很少 , 都在 以下 , 以上形态大小的顺序依次为
“ 一多环芳烃 ’ 一 简单芳烃 ’‘ 一酸性物 ’‘ 一碱性物 。
’‘ 在水稻各器官中的分布和形态转换 水稻各器官 ’℃分组分析结果见表 。 根从土壤
和水中吸收 , ‘ 一 占总“ 的 , 其它“ 一芳烃合计 写 , 有 的‘毛 和根组织的物
质扼合成结合态 , 不再参与 ’‘ 循环 。 茎中 ’‘ 一 只占总 ‘弓 的 写 , 肠以上 ’ 以结合态
存在 , 说明两个问题 一是根中的 ’‘ 一 很难向茎中转移 二是根中存在的 ’‘ 一 代谢产物
很易由根向茎中转移 , 并作为茎生长的碳源构成其组成部分 , 从而变成结合态 ’℃不再参加 ’℃
的流动 。 ‘℃在叶片中的分布 , 不存在 一结合态 , 说 明从根或茎中运来的 ’‘ 物质 , 由于光解
叶片光照充足 和生物合成等作用重新组合 , 或合成返 回 ’‘ 一 分子 , 或生成其“ 一 中间化
合物 这些物质在叶片中含量分布顺序为 “ 一多环芳烃 “ 一简单芳烃
“ 一 ’℃一酸性有机化合物 。写 ’℃一碱性有机化合物 。 籽粒中“ 一
分布量明显减少 , 其量仅为总 ’‘ 的。 , “ 一简单结构的芳烃不再存在 “ 一多环芳烃也被代
谢成其它 ’‘ 一物质 , 参加植物碳循环 糙米中 ’‘ 绝大部分是结合形式 占总‘ ℃的 。 据
植物化学知识分析 , 这些 ’ 一物质可能和植物内生有机分子发生聚合 或扼合 , 形成了多糖大
分子 , 构成了水稻的组成部分 ’, ’。〕
表 水稻各器官 , 形态分组
’‘ 写
形态
”
脂肪类
孩性物 简单芳烃
飞‘
一
多环芳烃
户
结合态
压 ,
根
茎
叶
粗米
日
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核 农 学 报 卷
结 语
水稻对“ 一 及其降解物的吸收 , 以及它们在水稻体 内的代谢运转和存在形态 , 结合文
献 〔” 」, 可用图 来描绘
。 通过水加入系统的‘℃一 在水稻生长过程中大约 被降解
。
包括
“ 一 在 内的这些 ’‘ 化 合物作为碳源被水稻吸收 , 并分配到根 内 。 经过生化作用 , ’‘ 一
及其降解物进一步被代谢 , 大约 变为 ’‘ 一结合态 , 成为根的组成部分 , 迁移困难 , 只有少量
的 ’‘ 一 和其代谢物通过茎 向上迁移 。 茎 中只有“ 一结合态存在 。 运输到 叶片中的“ 化合
物 , 进一步被代谢 , 大部分 占 以“ 一代谢物形式存在 , 其它仍以 ’‘ 一 形式存在 , 不含
,‘ 一结合态 。 叶中的 ’‘ 代谢物继续向籽粒运转 , 在糙米中主要 以“ 一结合态 存在 , 成为
其组成部分
。
水稻体 内的 很难迁移闭 , 所以到达籽粒的数量很少 , 加上 自身利用 ’‘ 合成的
, 总量也不过占 ’‘ 的 。
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图 土壤水稻系统中 ’‘ 一 及其降解物在水稻体 内的运转和代谢
’‘ 一
刘秀珍 、杨健 秋参加 部分工作 。
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核 农 学 报 , 一
人“ 了 亡 公 亡 ”
参 考 文 献
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