張騫，曾希柏，蘇世鳴，王亞男，白玲玉，吳翠霞，高雪，賈武霞

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

不同品種莧菜對(duì)砷的吸收能力及植株磷砷關(guān)系研究

張騫，曾希柏*，蘇世鳴，王亞男，白玲玉，吳翠霞，高雪，賈武霞

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

利用水培試驗(yàn)方法，研究了不同品種莧菜對(duì)As（Ⅴ）的耐性、富集能力及其植株中P、As含量間的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中As（Ⅴ）濃度為2 mg·L-1時(shí)，As（Ⅴ）促進(jìn)了花紅柳葉、紅柳葉莧菜的生長(zhǎng)，但對(duì)其他品種莧菜的生長(zhǎng)有抑制作用；當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中As（Ⅴ）濃度達(dá)到4 mg·L-1時(shí)，As（Ⅴ）對(duì)所有品種莧菜的生長(zhǎng)都有明顯的抑制作用。兩種As（Ⅴ）濃度處理下，莧菜不同品種地上部砷含量均為白圓葉莧菜≈紅柳葉莧菜＞花紅柳葉莧菜＞花紅莧菜＞嚴(yán)選紅圓葉莧菜。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中As（Ⅴ）濃度為2 mg·L-1時(shí)，莧菜地上部P含量與As含量有顯著相關(guān)性（r=0.881），當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中As（Ⅴ）濃度為4 mg·L-1時(shí)地上部P、As含量間的相關(guān)性不顯著，但相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.816。莧菜種子中P含量與兩種As（Ⅴ）濃度處理下地上部As含量呈顯著或極顯著相關(guān)性（r=0.937，0.971）。

莧菜；砷；低吸收；磷；品種

砷是一種劇毒物質(zhì)，被世界衛(wèi)生組織列為一級(jí)致癌物，土壤中的砷被作物吸收后可經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體危害人體健康［1］?！度珖?guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示我國(guó)砷污染農(nóng)田中90%以上農(nóng)田屬于中輕度污染［2］，針對(duì)我國(guó)土壤砷污染狀況一些學(xué)者提出可在中輕度砷污染農(nóng)田上種植砷低吸收植物，在保證食品安全的基礎(chǔ)上充分利用農(nóng)田資源［3］。大量試驗(yàn)證明不同植物種類或品種對(duì)砷的富集能力存在顯著差異，在眾多植物種類或品種中篩選砷低吸收植物種類或品種

是可行的［4］，溫帶粳稻（亞種）、BRRI hybrid dhan 1等被證實(shí)是砷低吸收水稻品種［5-6］，茄果類、根莖類蔬菜如番茄、蘿卜等對(duì)砷的富集能力較弱［7］，而葉菜類如空心菜、芹菜等［7］對(duì)砷的富集能力較強(qiáng)。

砷低吸收植物的篩選可以利用土培、水培試驗(yàn)及調(diào)查取樣等方法進(jìn)行，通過(guò)比較與分析不同植物體內(nèi)砷的含量進(jìn)而確定砷低吸收植物的種類或品種［8-10］，也可以通過(guò)與砷吸收能力相關(guān)的指標(biāo)判斷其對(duì)砷吸收能力的大小，比如根系鐵膜、根系滲氧能力等［11-12］。磷、砷同屬于第五主族元素，有很多相似的理化性質(zhì)，As（Ⅴ）主要通過(guò)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物體內(nèi)，目前磷砷關(guān)系方面的研究主要集中在外源磷或植物體內(nèi)磷含量對(duì)植物吸收或抵抗砷毒性的影響，以及磷砷吸收、代謝的機(jī)理等方面［13-14］，而在植物不同部位磷、砷含量之間關(guān)系的研究方面尚不多見(jiàn)?；谥参镂樟着c砷生物化學(xué)方面的相似性，是否可通過(guò)植物體內(nèi)磷含量水平來(lái)預(yù)測(cè)其對(duì)砷的吸收能力大小，進(jìn)而篩選砷低吸收植物品種？在本課題組之前的研究基礎(chǔ)上，本文以適應(yīng)水培環(huán)境能力較強(qiáng)的莧菜為研究對(duì)象，選擇具有代表性的5種莧菜，通過(guò)水培方法研究了莧菜對(duì)As（Ⅴ）耐性、吸收能力的大小及莧菜體內(nèi)磷、砷含量之間的關(guān)系，相關(guān)結(jié)果可為砷污染地區(qū)莧菜種植提供可靠的品種選擇，同時(shí)為砷低吸收品種快速篩選的方法研究提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為5個(gè)莧菜品種，均購(gòu)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，分別為花紅莧菜、嚴(yán)選紅圓葉莧菜、花紅柳葉莧菜、白圓葉莧菜、紅柳葉莧菜（依次記為品種Ⅰ、品種Ⅱ、品種Ⅲ、品種Ⅳ、品種Ⅴ）。試驗(yàn)所用營(yíng)養(yǎng)液根據(jù)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類專用營(yíng)養(yǎng)液A配方配制［15］，所用砷為Na3AsO4·12H2O分析純。

根據(jù)課題組前期的研究結(jié)果［9］，本次試驗(yàn)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度設(shè)置為0、2、4 mg·L-1，采用稀釋濃縮液（1000 mg·L-1）的方法配制。

1.2 試驗(yàn)方法

挑選粒大飽滿不同品種莧菜種子各200粒，置于培養(yǎng)皿中加入20 mL 10%H2O2殺菌10 min，然后用去離子水清洗干凈，均勻撒播于純蛭石育苗盤上，將育苗盤置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi)育苗，設(shè)定條件為：28/25℃（晝/夜）、光照14 h·d-1、相對(duì)濕度65%，每天分早晚兩次補(bǔ)充適量蒸餾水使蛭石保持濕潤(rùn)，供種子萌發(fā)和幼苗正常生長(zhǎng)。一周后（長(zhǎng)出2片子葉）間苗（株距3 cm，行距5 cm），間苗后用1/2濃度華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類專用營(yíng)養(yǎng)液（以下簡(jiǎn)稱營(yíng)養(yǎng)液）代替蒸餾水澆灌幼苗，待幼苗長(zhǎng)至4片真葉后移栽定植。幼苗定植于含2 L全濃度營(yíng)養(yǎng)液的水培箱內(nèi)，每個(gè)水培箱定植4株幼苗，在水環(huán)境中適應(yīng)生長(zhǎng)1周后進(jìn)行加砷處理，共設(shè)置0、2、4 mg·L-13個(gè)砷濃度處理。為減小試驗(yàn)誤差，不同莧菜品種相同處理的營(yíng)養(yǎng)液統(tǒng)一配置，每個(gè)處理重復(fù)3次，每隔7 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，定植后25 d收獲，將收獲后植株地上部和地下部分開(kāi)，用自來(lái)水沖洗干凈后放入信封于105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，并分別稱量干重。

1.3 植株樣品的測(cè)定

砷的測(cè)定采用國(guó)標(biāo)法（GB 5009.11—2014）稍加改進(jìn)：稱量磨碎后的植物干樣0.500 0 g放入干凈的消煮管內(nèi)，先加1 mL去離子水使植物樣濕潤(rùn)，再依次加入8、2、1 mL，在消煮管上加蓋彎頸小漏斗，放置過(guò)夜。消煮時(shí)溫度首先設(shè)定為150℃消解至植物固體樣變白，管內(nèi)棕色氣體完全被趕出，然后取下小漏斗并用去離子水沖洗小漏斗外壁粘附的液體于消煮管內(nèi)，再將溫度升高到180℃至消煮管內(nèi)的酸剩余1～2 mL時(shí)停止加熱。每批消煮樣中加2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芹菜樣和2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓白菜樣進(jìn)行質(zhì)量控制。消煮管冷卻后用去離子水定容至25 mL，過(guò)濾待測(cè)。砷的測(cè)定使用氫化物發(fā)生原子熒光儀（AFS-920，北京吉天）。

磷的測(cè)定采用鉬銻抗比色法［16］。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Excel 2013、SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 砷對(duì)不同品種莧菜生長(zhǎng)的影響

對(duì)各處理莧菜生物量進(jìn)行雙因素方差分析，結(jié)果顯示砷濃度對(duì)莧菜地上部生物量的影響大于品種對(duì)生物量的影響。從圖1（A）可以看出，當(dāng)砷濃度為2 mg·L-1時(shí)，品種Ⅴ地上部生物量較對(duì)照有顯著增加，品種Ⅲ地上部生物量與對(duì)照相比沒(méi)有明顯變化，品種Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ地上部生物量較對(duì)照顯著減少，分別減少了約34.6%、20.5%和34.2%。當(dāng)濃度為2 mg·L-1時(shí)，品種Ⅲ和Ⅴ對(duì)砷的耐性大于品種Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ，砷的存在甚至促進(jìn)了品種Ⅴ地上部的生長(zhǎng)。當(dāng)As（Ⅴ）濃度為4 mg·L-1時(shí)，五個(gè)品種地上部生物量較對(duì)照和砷濃度為2 mg·L-1時(shí)均顯著降低。砷濃度為4 mg·L-1時(shí)均抑制了不同莧菜品種的生長(zhǎng)，與對(duì)照相比品種Ⅰ、Ⅱ、

Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ地上部干重分別減少了46.4%、35.6%、58.1%、60.5%和60.6%，比較來(lái)看，當(dāng)砷濃度為4 mg· L-1時(shí)品種Ⅰ和Ⅱ表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐性。綜上可知，不同As（Ⅴ）濃度下不同莧菜品種對(duì)砷的耐性存在差異。

從圖1（B）可以看出，莧菜根系在砷脅迫下的生長(zhǎng)情況與地上部相似。砷濃度為2 mg·L-1時(shí)品種Ⅲ、Ⅴ地下部干重較對(duì)照有顯著增加，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ地下部干重較對(duì)照顯著減少，在此濃度下砷對(duì)品種Ⅲ、Ⅴ根系的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用；當(dāng)砷濃度升高至4 mg·L-1時(shí)，五個(gè)品種根系的生長(zhǎng)均受到抑制作用，生物量顯著降低，品種Ⅰ地下部干重減少的最多，其次是品種Ⅲ。對(duì)比圖1（A）和圖1（B）可以看出，根系與地上部生物量變化規(guī)律較為一致。從表1可以看出，隨著營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的增加，品種Ⅰ、Ⅱ的根冠比（根冠比指植物地下部分與地上部分干重的比值）逐漸減小，說(shuō)明在砷對(duì)地上部和根系生長(zhǎng)都表現(xiàn)抑制作用的情況下，砷對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制作用更強(qiáng)；品種Ⅲ、Ⅴ的根冠比隨營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的增加先增大后減小，與品種Ⅲ、Ⅴ在砷濃度為2 mg·L-1時(shí)生長(zhǎng)受到促進(jìn)的變化規(guī)律一致；品種Ⅳ的根冠比隨砷濃度的增加而增大，說(shuō)明砷對(duì)其根系的影響（抑制作用）小于地上部，與品種Ⅰ、Ⅱ結(jié)果不同，可能與品種Ⅳ較高的砷轉(zhuǎn)移系數(shù)有關(guān)。

圖1 培養(yǎng)液不同濃度砷對(duì)五種莧菜地上部（A）和地下部（B）干重的影響Figure 1 The dry weight of aerial par（tA）and roo（tB）of five amaranth species exposed to different concentration of As

表1 五種莧菜不同砷濃度處理下的根冠比Table 1 The root-shoot ratio of five amaranth species after exposed to different concentration of As

2.2 不同品種莧菜對(duì)砷吸收量的變化

從表2可以看出隨營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的提高，各品種莧菜地上部砷含量顯著提高。當(dāng)砷濃度為2 mg·L-1時(shí)，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ地上部砷含量分別為2.507、1.394、2.916、3.173、3.176 mg·kg-1，若以本次試驗(yàn)莧菜的平均含水率90%計(jì)算鮮重砷含量，5種莧菜鮮重砷含量均小于國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量要求（GB18406.1—2001）的規(guī)定值（0.5 mg·kg-1）。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度為4 mg·L-1時(shí)，5個(gè)品種地上部砷含量相對(duì)砷濃度為2 mg·L-1時(shí)均有不同程度的增加，其中品種Ⅴ的增幅最大，品種Ⅱ增幅最小，5種莧菜地上部砷含量的大小順序?yàn)槠贩NⅤ＞品種Ⅳ＞品種Ⅲ＞品種Ⅰ＞品種Ⅱ，換算為鮮重砷含量?jī)H品種Ⅱ地上部砷含量未超過(guò)國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。兩種砷濃度處理下品種Ⅱ地上部砷含量均顯著低于其他四個(gè)品種，屬于低吸收品種。從表2還可以看出，莧菜地下部砷含量在1.39～673.07 mg· kg-1之間，遠(yuǎn)大于地上部的砷含量，進(jìn)入莧菜根系的砷并沒(méi)有像N、P、K等大量元素一樣主要輸送到地上部，而是有相當(dāng)部分被截留在根系中，既可降低砷對(duì)作物地上部的毒害作用，并可增強(qiáng)其抗砷能力。這被認(rèn)為是植物抵御砷毒害的一種有效方式。

2.3 五種莧菜砷轉(zhuǎn)移系數(shù)、富集系數(shù)的比較

根據(jù)表2數(shù)據(jù)進(jìn)一步求出不同砷濃度處理莧菜的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)（圖2），轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部砷含量/地下部砷含量，富集系數(shù)=地上部砷含量/營(yíng)養(yǎng)液中砷含量。

5種莧菜的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的增加而增加，隨著營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的提高莧菜根系吸收了更多的砷，轉(zhuǎn)移到地上部的砷也相對(duì)增加，當(dāng)?shù)厣喜可楹砍^(guò)莧菜所能承受的最大砷含量時(shí)就會(huì)對(duì)莧菜的生長(zhǎng)造成傷害，往往表現(xiàn)出植株矮小、生物量降低、枯萎等癥狀。在所有品種中，品種Ⅳ的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，根部的砷更多被轉(zhuǎn)移到地上部從而減少了對(duì)根系的傷害。這可能是品種Ⅳ在高濃度砷脅迫下根冠比仍有所增加的原因。富集系數(shù)隨營(yíng)養(yǎng)液中砷濃度的增加而增加，通過(guò)該指標(biāo)可直觀地反映出不同品種對(duì)砷吸收能力的大小。品種Ⅱ的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)在5個(gè)品種中均最小，說(shuō)明品種Ⅱ吸收及向上轉(zhuǎn)砷的能力均最弱。這是品種Ⅱ地上部砷含量較其他品種低的主要原因。

2.4 莧菜不同部位磷含量與地上部砷含量的關(guān)系

As（Ⅴ）主要通過(guò)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物根系，磷與砷在植株內(nèi)、外都存在緊密的聯(lián)系。結(jié)果表明不同條件下5種莧菜地上部磷含量存在顯著差異，不同莧菜品種對(duì)磷的吸收能力不同（圖3）。從圖4可以看出，砷濃度為2 mg·L-1時(shí)莧菜地上部磷含量與地上部砷含量有顯著相關(guān)性（r=0.881，P＜0.05），而當(dāng)砷濃度為4 mg·L-1時(shí)莧菜地上部磷含量與地上部砷含量的相關(guān)性不顯著，但是相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.816。該結(jié)果表明，在含砷營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng)的莧菜，磷吸收能力強(qiáng)的品種其體內(nèi)砷的含量大于磷吸收能力弱的品種。種子作為植物的生殖器官攜帶該種植物全部遺傳信息，種子的某些指標(biāo)可能反映出植物體具有的特征。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)磷吸收能力強(qiáng)的品種對(duì)砷的吸收能力也強(qiáng)，通過(guò)分析莧菜種子中磷含量與地上部砷含量的相關(guān)性（圖4），發(fā)現(xiàn)莧菜種子中磷含量與培養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L-1時(shí)地上部砷含量呈顯著正相關(guān)（r= 0.937*），與培養(yǎng)液砷濃度為4 mg·L-1時(shí)地上部的砷含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.971**）。該結(jié)果說(shuō)明：莧菜種子中磷含量高的品種，其子代的地上部砷含量也高，通過(guò)種子中磷含量的多少可在一定程度上預(yù)測(cè)不同品種莧菜對(duì)砷的吸收能力。對(duì)比來(lái)看（表2、圖3），不同品種莧菜種子中磷含量的差異小于其地上部砷含量的差異，種子中磷含量最大值與最小值相差僅1.2倍，而地上部砷含量最大值與最小值相差約2.3倍，故該方法的可靠性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖2 五種莧菜不同砷濃度處理下的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)比較Figure 2 The translocation factors and the bioaccumulation factors of five amaranth species exposed to different concentrations of As

3 討論

表2 不同砷濃度處理下五種莧菜地上部和地下部砷含量（mg·kg-1）Table 2 The arsenic contents in the aerial parts and roots of five amaranth species with different arsenic concentration（mg·kg-1）

3.1 砷對(duì)莧菜生長(zhǎng)及積累的影響

砷并非植物生長(zhǎng)的必需元素，其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響往往表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)、高濃度抑制生長(zhǎng)［17］。丁楓華等［18］在水培條件下研究了砷對(duì)19種常見(jiàn)蔬菜

的影響，結(jié)果表明溶液中砷濃度較低時(shí)（0.1、1 mg·L-1）促進(jìn)大多數(shù)蔬菜的生長(zhǎng)，砷濃度較高時(shí)（10 mg·L-1）對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)主要起抑制作用。Mathieu［9］通過(guò)水培方法研究了砷對(duì)莧菜、生菜等蔬菜生長(zhǎng)的影響，與對(duì)照相比，營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為1 mg·L-1時(shí)生菜地上部生物量顯著增加，砷促進(jìn)了生菜的生長(zhǎng)，而在此砷濃度下莧菜生物量顯著減少，生長(zhǎng)受到抑制。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，溶液中砷的濃度為2 mg·L-1時(shí)對(duì)品種Ⅲ、Ⅴ的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，對(duì)其他品種的生長(zhǎng)起抑制作用，而溶液中砷的濃度增至4 mg·L-1時(shí)對(duì)所有莧菜品種的生長(zhǎng)均有顯著抑制作用。這說(shuō)明，作物對(duì)砷的耐性不僅與作物品種有關(guān)還隨砷濃度的變化而變化。一般認(rèn)為，砷脅迫下植物的光合作用減弱、過(guò)氧化酶活性下降，可溶性蛋白質(zhì)含量減少，這些生理上的變化是引起植物生物量變化的直接原因［20］。

圖3種子和不同砷濃度處理下地上部磷含量Figure 3 The amount of phosphorus in seeds and shoot with different arsenic concentrations treated

圖4 地上部、種子中磷含量與不同砷濃度處理下地上部砷含量之間的關(guān)系Figure 4 Relationship between the amount of phosphorus in shoot or seeds and the amount of arsenic in shoot treated with different arsenic concentrations

植物不同種類或品種對(duì)砷的吸收能力差異很大，如據(jù)肖細(xì)元等［7］總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果，認(rèn)為主要類型蔬菜砷含量由大到小依次為：葉菜類＞根莖類＞茄果類＞鮮豆類，葉菜類蔬菜的砷富集系數(shù)最高；而在水稻中則以粳稻富集砷的能力較弱，雜交稻對(duì)砷的富集能力較強(qiáng)。作物中的砷是人體砷暴露的重要途徑，種植砷低吸收作物可降低砷對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)［21］。本研究結(jié)果表明，5種莧菜地上部砷含量差異顯著，其大小順序?yàn)榘讏A葉莧菜≈紅柳葉莧菜＞花紅柳葉莧菜＞花紅莧菜＞嚴(yán)選紅圓葉莧菜，即不同品種莧菜對(duì)砷的吸收能力不同。若以本研究中莧菜的平均含水率為90%計(jì)算，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L-1時(shí)，所有品種莧菜鮮重砷含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為

4 mg·L-1時(shí)，則僅嚴(yán)選紅圓葉莧菜地上部砷含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其他四個(gè)品種均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即不符合食品安全的要求。通過(guò)本次試驗(yàn)，初步確定嚴(yán)選紅圓葉莧菜對(duì)砷的耐性較強(qiáng)、富集砷的能力最弱，可在砷污染地區(qū)推廣種植，但該結(jié)果亦有待通過(guò)大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 莧菜體內(nèi)磷與砷的相互關(guān)系

大量試驗(yàn)結(jié)果證明：As（Ⅴ）通過(guò)根系細(xì)胞膜上的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物根系［22］，磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)磷的親和能力一般強(qiáng)于砷但并非專一性蛋白，植物在吸收磷酸鹽時(shí)會(huì)將AsO3-4也吸收進(jìn)體內(nèi)，進(jìn)入植物體的As（Ⅴ）會(huì)與P競(jìng)爭(zhēng)取代ATP上的磷，形成不穩(wěn)定的ADP-As使細(xì)胞能量流遭到破壞［23］。Zhang等［24］通過(guò)基因測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)，控制P吸收與控制As（Ⅴ）吸收的基因是同一個(gè)基因。這也是在植物吸收系統(tǒng)中磷與砷屬于競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的重要原因，大量研究表明營(yíng)養(yǎng)液中增加磷含量能減少植物對(duì)砷的吸收，增強(qiáng)植物對(duì)砷的耐受能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同砷濃度處理下地上部磷含量與地上部砷含量存在顯著相關(guān)性，說(shuō)明對(duì)磷吸收能力強(qiáng)的品種對(duì)砷的吸收能力也強(qiáng)。這可能與磷砷共用一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)通道及其吸收受同一個(gè)基因控制有關(guān)。Meharg等［25］研究發(fā)現(xiàn)，兩種耐砷能力不同的絨毛草地上部砷含量和磷含量具有一致性，并通過(guò)試驗(yàn)證明耐砷品種通過(guò)抑制P轉(zhuǎn)運(yùn)酶的活性減少了對(duì)磷和砷的吸收。這與本試驗(yàn)結(jié)果相似。但是Lu等［26］在研究水稻中磷砷含量關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)莖葉中的磷砷含量關(guān)系相反，即莖葉中磷含量高的品種砷含量反而低，并提出可通過(guò)培育和篩選莖葉中磷含量高的品種減少水稻中砷的含量；楊玲等［27］對(duì)水稻莖葉中磷、砷含量的研究也有類似的結(jié)果。這些研究結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果相反，其原因可能是淹水條件下土壤中的砷主要是As（Ⅲ），而As（Ⅲ）主要通過(guò)水、硅通道蛋白被作物根系吸收［28］。砷易變價(jià)的特性及水稻種植時(shí)可能出現(xiàn)的水旱交替不穩(wěn)定現(xiàn)象，增加了這方面研究的難度和不確定性。張堃［29］研究了芹菜10個(gè)品種種子中鎘含量與地上部鎘含量的關(guān)系，結(jié)果表明芹菜高積累品種與低積累品種種子中鎘含量的差異為7.8倍，大于其地上部鎘含量的差異，并且種子與地上部鎘含量一致。因此，可通過(guò)芹菜種子中鎘含量篩選芹菜的鎘低吸收品種。本試驗(yàn)中，通過(guò)研究莧菜種子中磷含量與地上部砷含量的關(guān)系，得出兩者之間存在顯著正相關(guān)，即對(duì)磷吸收能力強(qiáng)的莧菜品種對(duì)砷的吸收能力也強(qiáng)。本試驗(yàn)涉及的莧菜僅5個(gè)品種，磷、砷含量關(guān)系在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的說(shuō)服力有限，并且不同品種之間磷含量的差異小于砷含量的差異，因此有必要增加品種數(shù)量來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證莧菜中磷砷含量之間的關(guān)系，在以后的研究中還應(yīng)涉及不同種類蔬菜（比如白菜、芹菜、生菜等）之間的磷砷含量關(guān)系，為砷低吸收蔬菜的篩選提供可靠的理論支持，提高篩選效率和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

（1）花紅莧菜、嚴(yán)選紅圓葉莧菜、白圓葉莧菜地上部生物量隨砷濃度增加而減少，花紅柳葉莧菜、紅柳葉莧菜地上部生物量隨砷濃度增加先增大（或不變）后減少。

（2）莧菜不同品種地上部砷含量差異顯著，兩種砷濃度處理下，五種莧菜地上部砷含量的大小為白圓葉莧菜≈紅柳葉莧菜＞花紅柳葉莧菜＞花紅莧菜＞嚴(yán)選紅圓葉莧菜。

（3）不同莧菜品種之間地上部和種子中磷含量的差異小于地上部砷含量的差異，相關(guān)性分析表明莧菜地上部和種子中磷含量與地上部砷含量存在顯著或極顯著正相關(guān)。

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Arsenic uPtake by different sPecies of amaranth and the relationshiP between arsenic and PhosPhate in amaranth

ZHANG Qian，ZENG Xi-bai*，SU Shi-ming，WANG Ya-nan，BAI Ling-yu，WU Cui-xia，GAO Xue，JIA Wu-xia
（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agro-Environment，Ministry of Agriculture of China，Beijing 100081，China）

In this study，a hydroponic experiment was conducted to investigate the resistance and accumulation of arsenic（As）in five amaranth species at two exposure concentrations of As（2 mg·L-1，4 mg·L-1）as well as correlation relationship between arsenic and phosphorus contents in amaranth.At the As concentration of 2 mg·L-1，the growths of Huahongliuye and Hongliuye amaranth were improved，but the other three species were inhibited compared with the control without As addition.Differently，the growths of all the five species were significantly inhibited when the concentration of As increased to 4 mg·L-1.For the two investigated As treatments，As accumulation in the shoot of the five amaranth species ranked in the same order as follows：Baiyuanye≈Hongliuye＞Huahongliuye＞Huahong＞Yanxuanhongyuanye.Furthermore，the content of phosphorus in amaranth shoot significantly correlated with that of As（r=0.881）at the As concentration of 2 mg·L-1，but insignificant correlation occurred at the As concentration of 4 mg·L-1（r=0.816）.Additionally，significant correlation between phosphorus content in amaranth seed and that of As in amaranth shoot was also observed for the two investigated As treatments at 2 mg·L-1（r= 0.937）and 4 mg·L-1（r=0.971）.

amaranth；arsenic；low-accumulation；phosphorus；species

X53

A

1672-2043（2016）10-1888-07

10.11654/jaes.2016-0687

張騫，曾希柏，蘇世鳴，等.不同品種莧菜對(duì)砷的吸收能力及植株磷砷關(guān)系研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（10）：1888-1894.

ZHANG Qian，ZENG Xi-bai，SU Shi-ming，et al.Arsenic uptake by different species of amaranth and the relationship between arsenic and phosphate in amaranth［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（10）:1888-1894.

2016-05-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“中輕度污染農(nóng)田中砷的穩(wěn)定化及根土界面行為研究”（41541007）

張騫（1990—），男，山東泰安人，碩士研究生，主要從事污染農(nóng)田修復(fù)研究。E-mail：zhangqianxs@foxmail.com

*通信作者：曾希柏E-mail：zengxibai@caas.cn