于芳芳　王瑾豐　于 敏

(1.惠州市惠城區(qū)環(huán)境技術(shù)中心， 廣東　惠州　516003； 2.華南理工大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院， 廣州　510006；3.工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州　510006)

?

電子垃圾污染土壤種植生菜的毒理研究

于芳芳1王瑾豐2,3于 敏2

(1.惠州市惠城區(qū)環(huán)境技術(shù)中心， 廣東惠州516003； 2.華南理工大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院， 廣州510006；3.工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州510006)

摘要：通過(guò)采集電子垃圾堆放點(diǎn)周圍的土壤，在室內(nèi)栽種生菜，研究電子垃圾污染土壤中的重金屬對(duì)生菜的毒性影響以及生菜對(duì)重金屬的抗性。研究結(jié)果表明，隨著土壤中重金屬含量的增加，生菜體內(nèi)葉綠素含量降低，距離電子垃圾堆放點(diǎn)2 m、20 m、40 m、50 m的土壤和水稻土上生長(zhǎng)的生菜葉綠素平均含量分別是汕頭土的21.2%、23.0%、64.3%、74.1%、62.9%，生菜表現(xiàn)出明顯的失綠癥狀，光合作用的能力明顯下降；土壤中重金屬含量越高，生菜的過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性越高；生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長(zhǎng)出現(xiàn)較大變化，但POD活性在生長(zhǎng)后期有所增強(qiáng)；生菜對(duì)土壤重金屬污染的自身調(diào)節(jié)能力較差。

關(guān)鍵詞：電子垃圾；重金屬；土壤；生菜

電子垃圾的產(chǎn)量隨著電子信息等高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展逐年增加，其不當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，將?dǎo)致重金屬等有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境，并嚴(yán)重危害人類生存環(huán)境和身體健康[1-6]。有研究表明[7-8]，電子垃圾拆解區(qū)一般都被重金屬污染。電子垃圾中重金屬等有害物質(zhì)在介質(zhì)中的轉(zhuǎn)化吸收和在生物體內(nèi)的富集過(guò)程非常緩慢，其危害可能在數(shù)年甚至數(shù)十年后才能被發(fā)現(xiàn)[9]。生菜屬菊科萵苣屬，為一年生或二年生草本作物，在東南沿海，特別是大城市近郊、兩廣地區(qū)栽培較多。生菜根系淺，須根發(fā)達(dá)，對(duì)土壤要求不嚴(yán)，適應(yīng)性廣，因此將其作為研究對(duì)象。

目前，電子垃圾對(duì)植物的毒理研究主要是通過(guò)測(cè)定受污染土壤和土壤上生長(zhǎng)的植物體內(nèi)的重金屬來(lái)評(píng)估電子垃圾對(duì)植物的影響，但較少研究植物各個(gè)生長(zhǎng)階段所受的影響。本文利用受電子垃圾污染的土壤在室內(nèi)栽種生菜，分析生菜體內(nèi)葉綠素含量、過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)的活性，從而研究電子垃圾污染土壤中的重金屬對(duì)生菜的毒性影響以及生菜對(duì)重金屬的抗性。

1　材料與方法

1.1樣品的采集

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，采集受不同程度重金屬污染的同類型土壤，采樣點(diǎn)分別距電子垃圾拆解區(qū)2m、20m、40m、50m，同時(shí)采集電子垃圾拆解區(qū)附近水稻田的土壤和未受重金屬污染的汕頭土。土壤中5種重金屬的含量如表 1所示。

表1　土壤中重金屬含量　(mg/kg)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采集地表下5～8 cm的土壤作為試樣，土壤自然風(fēng)干后去除雜物并過(guò)100目篩。每個(gè)盆栽中放入3 kg土壤，每種土壤另設(shè)2個(gè)平行樣。在播種前，將生菜種子在清水中浸泡24h。在溫室(25～45℃)，將6粒生菜種子播種于表1所述六種土壤中，每天9：00和16：00各澆一次水。培養(yǎng)周期為71天。

在生菜生長(zhǎng)過(guò)程中觀察其生長(zhǎng)狀態(tài)，每周測(cè)試其葉綠素a和葉綠素總含量、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶的活性。

1.3分析方法

生菜葉綠素a和總?cè)~綠素含量均采用分光光度法測(cè)定，先用95%乙醇和丙酮的混合液提取，然后分光光度法于 663、645 nm處測(cè)定吸光值，并計(jì)算其含量。過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性采用比色法測(cè)定[10]。

2　結(jié)果與討論

2.1電子垃圾污染土壤對(duì)生菜葉綠素的影響

葉綠素是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量高低將直接影響光合作用的強(qiáng)弱及物質(zhì)合成速率的高低，不同重金屬離子對(duì)植物葉片葉綠素含量的影響存在明顯的差異[11-12]。各種土壤上生長(zhǎng)生菜的葉綠素a和葉綠素總量變化如圖1和圖2所示。從圖中可以看出，不同土壤上生長(zhǎng)的生菜中葉綠素平均含量表現(xiàn)為：2 m土<20 m土<水稻土<40 m土<50 m土<汕頭土，2 m土、20 m土、水稻土、40 m土、50 m土上生長(zhǎng)的生菜葉綠素平均含量分別是汕頭土的21.2%、23.0%、62.9%、64.3%、74.1%。這表明隨著土壤中重金屬含量的增加，生菜體內(nèi)葉綠素含量降低，表現(xiàn)出明顯的失綠癥狀。這說(shuō)明電子垃圾污染土壤會(huì)降低生菜體內(nèi)葉綠素含量，減弱其光合作用，從而使其生長(zhǎng)受到影響。

圖1　生菜葉綠素a的含量

圖2　生菜總?cè)~綠素的含量

2.2電子垃圾污染土壤對(duì)生菜過(guò)氧化氫酶(CAT)的影響

電子垃圾污染土壤對(duì)生菜CAT的影響如圖3所示。從圖中可以看出，受污染土壤上種植生菜的CAT活性均高于汕頭土，且隨著污染程度的增加，生菜的CAT活性也相應(yīng)增加。這是由于植物在逆境時(shí)，體內(nèi)活性氧代謝加強(qiáng)而使H2O2積累，H2O2可以直接或間接地氧化細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子，并使細(xì)胞膜遭受損害，加速細(xì)胞的衰老和解體。CAT可以消除H2O2，植物組織中的CAT活性與植物的抗逆性密切相關(guān)[13]。生菜對(duì)重金屬污染十分敏感，為減輕重金屬污染對(duì)自身的傷害，重金屬污染越嚴(yán)重，其CAT活性越高。從圖3中還可以看出，生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長(zhǎng)出現(xiàn)較大變化。

圖3　生菜的CAT活性

2.3電子垃圾污染土壤對(duì)生菜過(guò)氧化物酶(POD)的影響

電子垃圾污染土壤對(duì)生菜POD的影響如圖4所示。從圖中可以看出，土壤受重金屬的污染越嚴(yán)重，所栽種生菜的POD活性也越高。從總體上看，不同土壤種植生菜的POD活性，在生菜生長(zhǎng)后期都有所增強(qiáng)。這主要是由于生菜受到重金屬污染時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)自身的POD活性以減輕活性氧傷害的能力較差。

圖4　生菜的POD活性

3　結(jié)論

(1) 電子垃圾污染土壤會(huì)降低生菜體內(nèi)葉綠素含量，減弱其光合作用，從而使其生長(zhǎng)受到影響。

(2) 生菜對(duì)重金屬污染十分敏感，土壤中重金屬含量越高，其CAT和POD活性越高。

(3) 生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長(zhǎng)出現(xiàn)較大變化，但POD活性在生長(zhǎng)后期有所增強(qiáng)。

(4) 生菜對(duì)土壤重金屬污染的自身調(diào)節(jié)能力較差，受污染土壤上生菜CAT和POD活性明顯高于汕頭土。

參考文獻(xiàn)

[1]孫朋,于云江,李定龍,等.電子垃圾對(duì)環(huán)境與健康的影響研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志， 2008, 25(05): 452-455.

[2]查建寧.電子廢棄物的環(huán)境污染及防治對(duì)策[J].污染防治技術(shù)，2002(03): 35-37.

[3]羅勇,余曉華,楊中藝,等.電子廢物不當(dāng)處置的重金屬污染及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)I.電子廢物焚燒跡地的重金屬污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2008, 3(1): 34-41.

[4]羅勇,羅孝俊,楊中藝,等.電子廢物不當(dāng)處置的重金屬污染及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Ⅱ.分布于人居環(huán)境(村鎮(zhèn))內(nèi)的電子廢物拆解作坊及其附近農(nóng)田的土壤重金屬污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2008, 3(2): 123-129.

[5]羅勇,羅孝俊,楊中藝,等.電子廢物不當(dāng)處置的重金屬污染及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Ⅲ.電子廢物酸解、焚燒活動(dòng)對(duì)小流域地表水和井水的金屬污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2008, 3(3): 231-236.

[6]羅勇,羅孝俊,楊中藝,等.電子廢物不當(dāng)處置的重金屬污染及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Ⅳ.電子廢物不當(dāng)回收地區(qū)流域水體沉積物的重金屬污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2008, 3(4): 343-349.

[7]姚春霞,尹雪斌,宋靜,等.某電子廢棄物拆卸區(qū)土壤、水和農(nóng)作物中砷含量狀況研究[J].環(huán)境科學(xué)，2008, 29(6): 1713-1718.

[8]荊維.電子廢棄物處置現(xiàn)狀及管理對(duì)策探討[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 2009,34(5): 13-16.

[9]周玲,楊帆,周秀峰.電子廢棄物的污染與資源化[J].廣東化工, 2014,41(13): 192-193.

[10]NiuX,MiL,LiY,etal.Physiologicalandbiochemicalresponsesofriceseedstophosphineexposureduringgermination[J].Chemosphere，2013,93(10):2239-2244.

[11]李裕紅,黃小瑜. 重金屬污染對(duì)植物光合作用的影響[J].引進(jìn)與咨詢，2006(06): 23-24.

[12]努爾古麗·阿木提,陸海燕,努爾巴依·阿布都沙力克,等.重金屬污染下蘆葦葉片葉綠素含量的變化研究[J]. 北方園藝，2012(21): 57-60.

[13]孫瑞蓮,周啟星.高等植物重金屬耐性與超積累特性及其分子機(jī)理研究[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2005, 29(3): 497-504.

收稿日期：2016-01-21；2016-03-01修回

作者簡(jiǎn)介：于芳芳，女，1982年生，中級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境污染及其防治。E-mail:87201226@qq.com

中圖分類號(hào)：X503.231

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Toxicology study on lettuce grown in E-Waste contaminated soil

Yu Fangfang1,Wang Jinfeng2,3,Yu Min2

(1. Huicheng District Environmental Technology Centre, Huizhou 516003;2. College of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006;3. The Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters,Ministry of Education, Guangzhou 510006, China)

Abstract:To study the toxicity of heavy metals in the soil contaminated by e-waste and the resistance of lettuce to heavy metals, indoor lettuce plantation was carried out with soil collected in the surrounding areas of e-wastes dumping site. The results indicated that chlorophyll content of lettuce decreased with the increase of the content of heavy metals in soil. The chlorophyll content of lettuce grown in the soil sampled 2, 20, 40 and 50 m away from the e-waste dumping sites were 21.2%，23.0%，64.3%, 74.1% and 62.9% respectively of that for the control group, and lettuce showed a symptom of significant green loss and the photosynthesis ability was therefore decreased evidently. The activity of CAT and POD were also witnessed to increase with the increase of heavy metal content in soil. The CAT activity did not change with the growth of lettuce, but the activity of POD was enhanced in the late growth stage. The results also showed a poor adaptation of lettuce to heavy metal contaminated soil.

Keywords:E-waste; heavy metal; soil; lettuce