| 标题 | 土壤-植物系统中硒与镉交互作用研究进展 |
| 范文 | 杨福林 高菲 程文旭 摘 要：硒作为一种动物体必需的营养元素以及植物体有益的营养元素，已被证实在抗氧化、抗衰老、促进植物生长以及拮抗重金属等方面具有重要作用。镉作为一种重金属，因有较强的环境毒理性，早在2012年环保部就将其与汞、铬、铅和类金属砷共同纳入《重金属污染综合防治“十二五”规划》，明确需要总量控制。该文分别从土壤环境和植物体环境角度，系统综述了不同浓度和不同形态的硒与镉的交互作用，以期为今后土壤-植物系统中硒和镉的交互作用研究提供参考。 关键词：土壤-植物系统;硒;镉;交互 中图分类号 Q948文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）08-0136-03 Abstract： Selenium， as an essential nutrient for animals and beneficial nutrients for plants， has been proven to play an important role in anti-oxidation， anti-aging， promotion of plant growth， and antagonism of heavy metals. As a heavy metal， cadmium， due to its strong environmental susceptibility， was included in the “12th Five-Year Plan for Integrated Prevention and Control of Heavy Metal Pollution” together with mercury， chromium， lead， and metal-like arsenic as early as 2012. There is a clear need for total control. It is necessary to strengthen management and reduce emissions. This article systematically reviews the interaction of selenium and cadmium in different concentrations and different forms from the perspective of soil environment and plant environment， in order to provide basis for future research on the interaction of selenium and cadmium in soil-plant systems. Key words： Soil-plant system; Selenium; Cadmium; Interaction 2014年4月原國土资源部和原环境保护部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示：镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种重金属点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[1]，其中镉的点位超标率居首。同时，土壤环境中的镉赋存状态主要有离子态和水溶态2种，很被植物吸收。因此，在土壤环境治理中，应优先考虑治理重金属镉[2]。 硒能降低植物体内过氧化氢含量，清除活性氧自由基，降低膜脂质过氧化程度，使过氧化物酶的活性保持相对稳定，使活性氧自由基的清除和生成处于相对的低水平平衡状态，从而提高幼苗的生理机能，增强抗镉胁迫能力，表现出一定的防护作用[3-4]。彭玲研究证明，硒通过以下途径减轻镉对植物的毒理效应：抑制植物对镉的吸收、减少自由基的生成、与镉离子形成螯合蛋白等[5]。在土壤-植物系统中，硒拮抗镉的主要机制之一是含有硒的蛋白质和镉形成络合物，这种络合物不易被植物体吸收和转运[6-7]。曾宇斌研究表明[8]，土壤中通过添加有机硒，改变土壤中镉的赋存形态，镉取代有机硒里面的硒元素，形成镉与硒的有机化合物，从而降低镉的生物有效性，达到拮抗重金属的效果。 1 硒对土壤镉积累的影响 在土壤环境中，硒通常以元素态硒、有机硒化物、亚硒酸盐和硒酸盐4种形态存在。元素态硒和有机硒化物一般难溶于水，植物吸收量很少。硒酸盐是硒的最高价氧化态化合物，可溶于水，能被植物吸收。但在自然条件下，土壤中的含量很少，植物有效利用量较为有限。而亚硒酸盐易溶于水，是植物吸收硒的主要形态[3]。郑淑华以水稻为研究对象，证明在2种自然富硒土壤中，硒含量较高的土壤中生长的水稻籽粒对镉的累积显著低于硒含量较低的土壤[9-10]。 2 硒对植物镉积累的影响 2.1 硒对不同植物积累镉的影响 Cary[11]报道：硒能显著降低小麦和莴苣对镉的吸收。Shanker等[12]发现：随着施硒浓度的升高，菜豆对重金属镉的吸收显著降低，表现出拮抗效应。袁知洋[13]以萝卜为研究对象，证实施硒能显著降低萝卜对镉的吸收，并且表现为地下部分降低量高于地上部分。庞晓辰[14]等从细胞水平加以分析，发现加硒可改变镉在水稻根系的亚细胞分布，增加细胞壁组分的镉分配率，降低细胞可溶物质组分和细胞器组分的镉分配率，从而减少镉向茎叶的转运。 2.2 不同浓度硒对植物镉积累的影响 研究表明，硒对植物生长以及与重金属的交互作用存在剂量效应：适量硒可刺激植物生长，并拮抗重金属，而过量硒则对植物生长有毒害作用[2，15]。王立新[16]以豌豆幼苗为对象，得出低浓度的硒能缓解一定浓度的镉胁迫效应，增强豌豆的抗性;高浓度的硒表现为镉协同作用，豌豆胁迫作用增强。陈晞研究表明[17]：当施硒浓度提高至5mg·L-1时，样品中各项重金属指标反而比不施加硒元素更高，同时样品中硒元素含量也大幅增加。说明随着硒元素浓度増大，增进了元素间的富集作用，反而提高了蔬菜中重金属含量，并加大了重金属污染对植物生长的危害。当施硒浓度达到10mg·L-1时，各重金属元素和硒元素的含量更是大幅度提高[18-20]。刘燕研究了油菜在不同硒浓度下和镉交互作用的反应，结果表明：低浓度硒（低于15mg·L-1）能促进镉胁迫下油菜的生长和各种生理活性的提高，说明低浓度硒条件下，硒和镉表现为拮抗作用;高浓度硒（高于15mg·L-1）加剧了油菜重金属毒害症状，表明在高浓度硒条件下，硒和镉表现为协同作用[21-22]。 2.3 不同形态硒对植物镉积累的影响 决定元素硒的生物有效性不仅仅是硒的含量，更重要的是硒的形态。硒在植物体内的迁移和转运也与硒的形态有关。有研究表明：硒酸盐的转运速率最大，亚硒酸盐的转运速率最低，有机硒的转运速率介于上述两者之间[9，23]。不同形态硒对植物积累镉也存在不同的影响[24]。低镉水平下，亚硒酸盐对白蘑（Pleurotus ostreatus）中镉含量的降低效果优于硒酸盐，这与对水稻的研究基本一致;西兰花的研究也发现，硒酸盐在减少可食部位的镉含量的同时，增加了根系的镉含量[25]。Shanker等[9，26]对玉米（Zea mays）、芸豆（Phaseolus mungo）的研究表明，硒酸盐和亚硒酸盐的添加均可降低植物的镉含量，且亚硒酸盐更有效。郝苗[27]用Se（IV）、Se（VI）和Se（O）处理油菜時：各形态硒处理均能缓解镉对植物生长的抑制作用，且Se（O）的缓解作用最强。 3 镉对植物吸收硒的影响 镉对植物的生长、生理活动及其形态的影响具有浓度剂量效应，多数呈现“低促高抑”现象[28-29]。还有研究发现，在低浓度镉条件下（0.5mg/kg），施硒能显著降低土壤交换态镉含量，因此镉的生物有效性降低;而当镉浓度较高时，土壤镉各形态分布较稳定，这种抑制现象并不明显[30-31]。 李荣林[32]在研究小油菜时发现：在土壤镉浓度相对较低时（4mg·kg-1和8mg·kg-1），施硒抑制油菜根系对镉的吸收;在镉浓度相对较高时（12mg·kg-1），施硒反而促进根系对镉的吸收和积累。 黄太庆[33]研究了水稻田喷施不同配方的硒肥，结果表明，在中低度镉污染的水稻田，4种配方含硒叶面肥均能显著降低镉在水稻精米中的积累;而在富硒高镉污染的水稻田施用均无降镉作用，甚至其精米中镉含量还有升高趋势。国外在对水稻的研究发现：在镉暴露浓度≤50μmol·L-1时，添加10μmol·L-1以下的亚硒酸盐，降低了水稻根系和地上部的镉含量;而在镉浓度≥89μmol·L-1时，添加硒反而增加了根系的镉含量[34-35]。 4 展望 目前，关于硒与镉互作及其影响因素的研究已取得一定的进展，为利用硒元素、降低作物镉污染的安全性提供了依据，是实现土壤镉污染治理和开发富硒农产品双赢的一条思路。但值得注意的是，硒具有二重性，适量硒具有一定的生态效益，但过量的硒则会产生毒性。因此，今后还需要开展大量的田间试验加以验证。 参考文献 [1]环境保护部和国土资源部发布全国土壤污染状况调查公报[EB/OL].[2014-04-17].www.mee.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/201404/t20140417_270670.htm. [2]曾宇斌.土壤添加硒对大豆拮抗重金属的影响[D].广州：华南理工大学，2016. [3]郭宇.恩施地区硒的地球化学研究及富硒作物栽培实验研究[D].武汉：中国地质大学，2012. [4]王立新，郁建锋，张海芸，等.硒对镉胁迫下豌豆幼苗生长发育的影响[J].安徽农业科学，2009，37（24）：11502-11504. [5]彭玲.硒对油菜根尖镉胁迫的缓解作用[J].环境科学学报，2015，35（8）：2597-2604. [6]Lyons G H，Judson G J，Ortiz-Monasterio I，et al. Selenium in Australia：selenium status and biofortification of wheat for better health[J].J. Trace Elem. Med. Biol.，2005，19（1）：75-82. [7]Nawaz F，Ashraf M Y，Ahmad R，et al.Supplemental selenium improves wheat grain yield and quality through alterations in bi-ochemical processes under normal and water deficit conditions[J].Food Chem.， 2015，175：350-357. [8]曾宇斌.不同硒水平对大豆不同部位累积镉的影响[J].环境保护科学，2017，43（3）：116-119，131. [9]郑淑华，朱凰榕，李榕等.自然富硒土中Se对不同水稻籽粒吸收Cd的影响[J].环境保护科学，2014，40（5）：74-77. [10]张璐.叶面施硒对水稻各生育期镉汞吸收的影响[J].西南大学学报，2017，39（7）：50-56. [11]Cary E E. Effect of selenium and cadmium additions to soil ontheir concentration in lettuce and wheat[J].Agronomy Journal，1981，73：703-708. [12]Shanker K，Mishra S，Srivastava S et al. Studieson Cd-Seinteraction with reference to the uptake and translocation ofcadmium in kidney bean [J].Chemical Speciation &Bioavailability，1995，7 （3）：97-100. [13]袁知洋，项剑桥.恩施富硒土壤区主要农作物硒镉特征以及和根系土硒镉关系研究[J].资源环境与工程，2017，31（6）：706-712. [14]庞晓辰，王辉，吴泽嬴，等.硒对水稻镉毒性的影响及其机制的研究[J].农业环境科学学报，201433（9）：1679-1685. [15]孙红艳.硒对大麦镉毒害的缓解效应研究[J].广东农业科学，2014，16：9-13. [16]王立新.硒对镉胁迫下豌豆幼苗生长发育的影响[J].安徽农业科学，2009，37（24）：11502-11504. [17]陈晞.富硒蔬菜中重金属拮抗作用和元素形态分析研究[D].济南：山东大学，2014. [18]韩晓霞，姚志文.硒的毒性生物学研究进展[J].江苏农业科学，2016，44：24-28. [19]潘丽萍，劉永贤.土壤-植物体系中硒与重金属镉的相互作用生物技术进展[J].生物技术进展，2017，7（5）：480-485. [20]郭锋.硒对镉胁迫下菠菜生理特性、元素含量及镉吸收转运的影响[J].环境科学学报，2014，34（2）：524-531. [21]刘燕，蒋光霞.硒对镉胁迫下油菜生物学特性的影响[J].河南农业科学，2008，3（16）：47-51. [22]张翠翠.叶面施硒对西瓜镉和铅积累的影响[J].华北农学报，2013，28（3）：159-163. [23]方勇.外源硒在水稻籽粒中的生物强化和化学形态研究[D].南京：南京农业大学，2010. [24]周健，郝苗.不同价态硒缓解小油菜镉胁迫的生理机制[J].植物营养与肥料学报，2017，23（2）：444-450. [25]Pedrero Z，Madrid Y，Hartikainen H，et al. Protective effect of selenium in broccoli（Brassica oleracea） plants subjected to cadmium exposure [J]. J. Agric. Food Chem.，2008，56（1）：266-271. [26]Shanker K，Mishra S，Srivastava S，et al. Effect of selenite and selenate on plant uptake of cadmium by maize（Zea mays） [J].Bull. Environ. Contam Toxicol，1996，56（3）：419-424. [27]郝苗.小油菜中硒镉相互作用及富硒土壤施硫的影响[D].武汉：华中农业大学，2016. [28]高芳，张佳蕾，杨传婷，等.钙对镉胁迫下花生生理特性、产量和品质的影响[J].应用生态学报，2011，22（11）：2907-2912. [29]刘金光，张玉秀，史沛丽，等.镉对龙葵种子萌发及子叶抗氧化酶活性的影响[J].农业环境科学学报，2012，31（5）：880-884. [30]Lin L，Zhou W，Dai H，et al. Selenium reduces cadmium up-take and mitigates cadmium toxicity in rice[J].J Hazardous Materials，2012，235（2）：343-351. [31]Turakainen M，Hartikainen H，Sepp nen M M.Effects of sele-nium treatments on potato （Solanum tuberosum L.） growth andconcentrations of soluble sugars and starch[J].J. Agric. Food Chem.，2004，52（17）：5378-5382. [32]李荣林.锌硒对油菜吸收和累积镉的影响[J].江苏农业学报，2008，24（3）：274-278. [33]黄太庆，江泽普.不同配方含硒叶面肥对水稻富硒降镉的影响[J].南方农业学报，2017，48（7）：1185-1189. [34]Lin L，Zhou W H，Dai H X，et al.Selenium reduces cadmium uptake and mitigates cadmium toxicity in rice[J].J. Hazard.Mater.，2012（235-236）：343-351. [35]Cao F B，Wang N B，Zhang M，et al. Comparative study of al-leviating effects of GSH，Se and Zn under combined contamina-tion of cadmium and chromium in rice（Oryza sativa） [J].Bi-ometals，2013，26（2）：297-308. （责编：张宏民） |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。