EDTA\小分子有机酸对小麦幼苗吸收金属以及土壤金属形态的影响

摘要：本文通过盆栽试验比较研究edta、小分子有机酸--柠檬酸和酒石酸对小麦幼苗吸收土壤中重金属的效应，并且通过改进的BCR连续提取法分析了种植后土壤样品重金属元素形态。结果表明：EDTA的添加导致小麦幼苗地上部分生物量以及叶绿素a含量显著下降，柠檬酸和酒石酸的添加对小麦幼苗的生长无抑制作用。螯合剂的存在明显增加了Pb、Cu和Zn在幼苗根部和茎叶的富集，并增加其由根部向茎叶的运输，但对Cd作用较小。小麦幼苗收获时，除Cd外，其他元素可交换态金属含量与对照组相比均有显著的增加，而各元素的可还原态由于螯合剂的加入而有明显下降。添加螯合剂的情况下，富集量与可交换态含量之间的相关系数也有所提高.因此，小分子有机酸与EDTA一样，均可影响生物可利用形态，增加金属的可利用性，在诱导植物提取重金属的研究中有很大潜力。与此同时三种螯合剂可以影响潜在的生物可利用形态，并且可能导致还原态以及氧化态向可交换态转变，从而也增加潜在的生态风险。

关键词：EDTA小分子有机酸重金属形态植物修复

本实验采用植物盆栽培养实验法研究了EDTA、柠檬酸和酒石酸对植物幼苗吸收重金属的效应。实验同时分析了植物幼苗收获时土壤各金属的形态，探讨了添加天然可降解小分子有机酸对金属元素形态的效应与添加人工合成螯合剂的区别与联系，以及幼苗金属吸收与金属形态的之间的关系，同时关注螯合剂添加对幼苗的影响。

1、材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1供试土壤采集曲阜市单家村煤矿区煤矸石山堆附近土壤作为土壤样品。Table1 selected physicochemical parameters of the test soil

1.1.2植物材料以小麦（济宁16号）为试验植物，小麦种子取自济宁市种子公司。将小麦种子至于铺有白纱布的白磁盘中，放入光照培养箱，保持（20±1）℃，光暗比为12h∕12h。三天后，进行移植。

1.2盆栽试验

将土样磨碎,过80目筛尼龙筛。在300mL的塑料杯中加入200g土样，以KNO3、KH2PO4形式施加N100㎎·㎏-1和P100㎎·㎏-1，植入16棵长势良好且基本一致的小麦幼苗，每天观察，并保持水分。等植物生长到7d后，分别加入5mmol·㎏-1EDTA、5mmol·㎏-1柠檬酸、5mmol·㎏-1酒石酸，对照组加入等体积蒸馏水，各组种植4份。加入加配体14天后，测定植物叶绿素含量，并将幼苗整株取出，测定植物体内Cu，Pb，Zn，Cd，Mn含量。同时将种植后的土样风干，研磨过80目筛，采用改进的BCR法分析中金属形态(Filgueir，2002)。同时湿式消解，利用原子吸收分光光度计测量土壤中重金属含量，分析时混合收获后的样品，随机取3份作为平行。

1.3土壤重金属总量的测定

土壤样品采用硝酸-盐酸-高氯酸分解体系(柴阕，2000):称取0.5g（准确到0.1㎎）风干土壤于50mL锥形瓶中，再用少量去离子水湿润，加王水8mL，加热保持微沸至有机物剧烈反应后，加入高氯酸5mL，继续加热至土壤分解呈灰白色，再用0.12mol·L-1的硝酸溶解。待溶液冷却后用50 mL容量瓶定容，再用0.45um滤膜过滤，得澄清透明待测液，用原子吸收分光光度计测定。

1.4植物叶绿素含量的测定

叶绿素含量的测定采用80％的丙酮溶液提取，采用721分光光度计在波长663nm、645nm和652nm下分别测定叶绿素a、b的吸光度，根据在该波长的系数求出叶绿素含量(李合生等，1985)。

1.5植物金属元素含量的测定

采用快速消煮法，植物收获洗净，在65℃烘干24h，称干重（约0.3g），置于50mL锥形瓶中，再用少量去离子水润湿，加4mL浓硫酸摇匀，分两次各加入30﹪过氧化氢2 mL，待激烈反应后，置于电炉上加热，是固体物质消失成为溶液，待浓硫酸发白烟，溶液呈褐色时，停止加热，待冷却至瓶壁不烫手加入30﹪过氧化氢2 mL，继续加热消煮，冷却，再加入30﹪过氧化氢2 mL消煮，如此反复，直至溶液成无色或清亮后，再继续加热以除尽剩余的过氧化氢，取下冷却后，用蒸馏水将消煮液定量地转移入100mL容量瓶中定容，后用0.45um滤膜过滤，得待测液，置于4℃冰箱中保存待测。

2、结果与分析

2.1小麦幼苗生物量及叶绿素含量

结果表明，EDTA的添加，导致小麦幼苗叶片叶绿素含量有所下降。茎叶生物量为对照组的86％～90％。这可能是由于EDTA的加入增加了土壤溶液中重金属浓度，在螯合剂和重金属的双重胁迫下，小麦幼苗的生长和发育受到一程度抑制。而添加柠檬酸和酒石酸后，小麦幼苗茎叶生物量与其叶片叶绿素含量有所增加，说明施加柠檬酸和酒石酸对小麦的生长没有抑制作用。

2.2植物幼苗金属元素含量

在EDTA等螯合剂的螯合诱导条件下，除重金属Cd外，其余各金属元素在小麦幼苗根部和茎叶的吸收均有所增加。其中以Pb、Cu的增加较为明显。对于Cu而言，幼苗根部各处理组含量分别为对照的2.83（EDTA），2.08（柠檬酸），2.18（酒石酸）倍；幼苗茎叶各处理组含量分别为对照组的1.15（EDTA），1.15（柠檬酸），1.4（酒石酸）倍。对于Pb而言，幼苗根部各处理组含量分别为对照的1.22（EDTA），1.59（柠檬酸），1.56（酒石酸）倍；幼苗茎叶各处理组含量分别为对照组的1.03（EDTA），1.25（柠檬酸），1.10（酒石酸）倍。对于Mn而言，幼苗根部各处理组含量分别为对照的1.06（EDTA），1.22（柠檬酸），1.00（酒石酸）倍；幼苗茎叶各处理组含量分别为对照组的2.58（EDTA），1.65(柠檬酸)，1.41（酒石酸）倍。对于Zn而言，幼苗根部各处理组含量分别为对照的1.13（EDTA），1.05（柠檬酸），1.24（酒石酸）倍；幼苗茎叶各处理组含量分别为对照组的1.22（EDTA），1.06(柠檬酸)，1.23（酒石酸）倍。对于金属元素Cd，添加柠檬酸时，小麦幼苗中元素含量稍有增加，加入EDTA时，根部吸收量增加，茎叶中含量反而减少，加入酒石酸幼苗根部及茎叶中元素含量均减少，说明当浓度为5mmol·㎏-1时，柠檬酸与EDTA对重金属Cd的活化作用不明显，酒石酸对吸收重金属Cd有负面影响。

表2为小麦幼苗各部位富集系数，由表可知：在各组加入不同螯合剂情况下，Pb、Cu、Zn的根系和茎叶富集系数显著提高，同时根部向茎叶的转移系数也大大提高，并且柠檬酸对Cu的效果和EDTA对Pb与Zn的效果最为明显，即螯合剂的加入增加了小麦幼苗对Pb、Cu的富集系数和转运能力。Mn由根部向地上部分的传输也有很大提高。Cd在加入柠檬酸的条件下，小麦幼苗根部和地上部分的富集系数也大大提高。

Table2 Bioconcentration factors of wheat seedlings

2.3 土壤金属元素形态

小麦幼苗富集量与可交换态的线性回归分析表明在对照组即未添加螯合剂的情况下，由于可交换态含量及比例相对比较低，是幼苗吸收重金属的主要限制因子，富集量与其之间的相关性很差。而处理组中添加EDTA、柠檬酸与酒石酸之后，可交换态含量及比例均有所提高，富集量与其之间的相关系数也有所提高，并且加入柠檬酸和酒石酸的处理组效果与加入EDTA的处理组差别不显著。

3、讨论与结论

3.1 螯合剂的添加对小麦生长的影响

EDTA的添加对小麦幼苗生长有抑制作用，其表现为地上部分生长量与幼苗茎叶中叶绿素含量的下降。而加入小分子有机酸柠檬酸和酒石酸，对小麦幼苗的生长均没有抑制作用，并且幼苗地上部分生长量与茎叶中叶绿素含量出现不同程度的增加。说明柠檬酸与酒石酸作为一种友好型重金属螯合剂其在植物修复中有一定的应用价值。

3.2螯合剂的添加对小麦幼苗吸收重金属的影响

螯合剂的存在明显增加了Pb、Zn和Cu在幼苗根部和茎叶的富集，并增加了其由根部向地上部分的传输。添加柠檬酸等螯合剂后，重金属可交换态含量及比例提高富集量与其之间的相关系数也有所增加，说明柠檬酸与酒石酸这种小分子有机酸对小麦吸收重金属的影响效果和EDTA无明显差异。

3.3 螯合剂的添加对土壤中金属形态的影响

小麦幼苗收获时，除Cd外，其他元素可交换态金属含量与对照组相比均有显著的增加，而各元素的可还原态由于螯合剂的加入而有明显的下降。因此，在螯合剂的添加下，可还原态以及可氧化态有向可交换态转变的趋势，导致金属的生物可利用性增加。有研究表明人工合成强螯合剂EDTA的添加主要利用的是生物可利用形态以及潜在的生物可利用形态，而本实验证明柠檬酸、酒石酸此类天然小分子有机酸也可以产生同样的效果。

3.4 小分子有机酸与EDTA的效果比较

作为强螯合剂，EDTA在螯合诱导植物修复中作用较为显著，但是柠檬酸、酒石酸等是一种天然可生物降解的螯合剂，在本试验中对小麦幼苗吸收各金属也有一定的促进作用，在诱导植物提取重金属的研究中有很好的潜力。与此同时，由于在采用螯合剂诱导植物提取重金属时，修复后土壤中金属元素可交换态比例提高，会增加潜在的生态风险性，所以必须采取相应的措施如结合其他修复措施来防止这些活性较高的形式在土壤介质的迁移，提高修复土壤的可持续利用型，避免二次污染。

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