張 騫，曾希柏，白玲玉，王亞男，蘇世鳴，吳翠霞

（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）

《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)砷污染土壤中輕微至中度污染的樣本數(shù)占污染土壤樣本總數(shù)的90%左右，在中度及以下砷污染農(nóng)田中種植作物，可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中砷含量超標(biāo)，而種植砷低吸收作物可在一定程度上減少作物對(duì)砷的吸收，降低農(nóng)產(chǎn)品中砷超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，是一種較經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的土壤砷污染應(yīng)對(duì)策略[1－3]。近年來(lái)，砷等重金屬低吸收作物越來(lái)越受到研究者的重視，很多研究已證明不同類型作物或品種之間砷吸收能力差異較大并能穩(wěn)定遺傳，Norton等[4]對(duì)76個(gè)水稻品種砷吸收能力的研究顯示，兩個(gè)不同土壤砷濃度地區(qū)種植的76個(gè)水稻品種谷粒中砷含量有顯著相關(guān)性（r=0.802），其中熱帶粳稻谷粒中砷含量最低，可作為砷低吸收水稻品種重點(diǎn)培育。

目前常用的砷低吸收作物篩選方法有土培法、調(diào)查取樣法、水培法等[5－7]。土培法一般采集污染土壤進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，或在污染區(qū)布置田間小區(qū)試驗(yàn)進(jìn)行比較，通過(guò)不同作物可食部分砷含量的高低來(lái)篩選砷低吸收作物，且篩選結(jié)果準(zhǔn)確，是一種最常用的方法，但存在工作量大、效率低等問(wèn)題。調(diào)查取樣法綜合分析砷污染地區(qū)土壤和作物中砷含量的高低，判斷不同作物砷吸收能力的大小，該方法可一次性調(diào)查多種作物，但準(zhǔn)確性較差。除此之外，一些研究也證明可通過(guò)與砷吸收能力相關(guān)的根系滲氧能力、磷或硅含量等指標(biāo)篩選砷低吸收作物。吳川等[8]研究表明水稻根系滲氧能力與砷吸收能力有顯著相關(guān)性，滲氧能力越強(qiáng)砷吸收量越少，并提出可通過(guò)篩選滲氧能力強(qiáng)的水稻品種減少砷吸收。亦有研究表明作物磷、硅等元素含量與砷含量之間存在顯著正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過(guò)磷、硅含量可間接判斷作物對(duì)砷的吸收能力，采用這種方法可減少砷污染并能提高篩選效率，但因相關(guān)研究較少，其結(jié)論的準(zhǔn)確性和普適性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證[9－10]。水培方法以其快速、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而受到許多研究者的重視，但由于水培環(huán)境與土培環(huán)境差異較大，一些學(xué)者對(duì)水培方法篩選砷低吸收作物也提出了質(zhì)疑。Cox等[11]研究發(fā)現(xiàn)油菜在水培和土培中對(duì)砷的耐性并不相同，營(yíng)養(yǎng)液中磷含量過(guò)高可能會(huì)影響油菜對(duì)砷的吸收，而且傳統(tǒng)水培方法也存在污染環(huán)境、效率較低等問(wèn)題，因此其準(zhǔn)確性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證，篩選效率也有待進(jìn)一步提高。本研究以土培法作為基準(zhǔn)方法，比較研究了3種不同水培方法與土培方法下5個(gè)生菜品種對(duì)砷吸收能力的差異，希望為砷低吸收作物的篩選提供更加準(zhǔn)確、高效的篩選方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取當(dāng)前種植較普遍的冬春季代表性蔬菜——生菜作為研究對(duì)象，共5個(gè)品種，分別為羅莎綠、紫羅馬、綠蘿、美國(guó)大速生和耐抽薹生菜（依次記為 I－1、I－2、I－3、I－4、I－5）。為更好地模擬生菜在自然砷污染農(nóng)田中的生長(zhǎng)狀況，土培實(shí)驗(yàn)用土采自湖南石門雄黃礦區(qū)周邊砷污染農(nóng)田的耕層（0～20 cm）土壤，根據(jù)其距離礦區(qū)的遠(yuǎn)近，分別采集了總砷含量分別為58.4 mg·kg－1和130.6 mg·kg－1（分別記為S1、S2）的兩種土壤，采用《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中土壤污染等級(jí)的劃分方法，S1和S2分別為砷輕微和中度污染土壤，兩種土壤的成土母質(zhì)均為板頁(yè)巖，其相關(guān)理化性質(zhì)如表1。水培實(shí)驗(yàn)營(yíng)養(yǎng)液根據(jù)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉類蔬菜專用營(yíng)養(yǎng)液A配方配制并略加改進(jìn)[12]，為減小操作誤差，相同處理營(yíng)養(yǎng)液統(tǒng)一配制，所需外源砷采用稀釋濃縮液（Na3AsO4·12H2O分析純配制，1000 mg·L－1）的方法添加，并用 0.5 mol·L－1H2SO4和 2 mol·L－1NaOH調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH為6.8（該營(yíng)養(yǎng)液允許pH值為 6.4～7.2）。

1.2 試驗(yàn)方法

育苗：挑選粒大飽滿各品種生菜種子約150粒浸泡于10%H2O2中約20 min進(jìn)行消毒殺菌，再用去離子水清洗3遍約5 min，然后將種子撒播于純蛭石育苗盤中，每天根據(jù)耗水情況添加適量自來(lái)水使蛭石保持濕潤(rùn)。在人工氣候箱中進(jìn)行育苗，培養(yǎng)條件：溫度控制為20℃/18℃（晝/夜），光照周期為14 h/黑暗10 h，相對(duì)濕度為60%。待生菜長(zhǎng)出2片真葉后挑選長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗進(jìn)行移栽定植。定植后將蔬菜移至日光溫室內(nèi)進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

土培試驗(yàn)：兩種砷含量差異較大的土壤風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，裝于內(nèi)徑和高分別為80 mm和100 mm的聚乙烯盆中，每盆裝土1 kg。試驗(yàn)前以溶液的形式施入 NH4Cl、KH2PO4、K2SO4作為底肥（施入量為 N∶P2O5∶K2O=0.15∶0.18∶0.12 g·kg－1土），并使土壤含水量達(dá)到最大田間持水量的60%左右，土水穩(wěn)定平衡一周后選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗移栽定植，每盆定植6株幼苗，7 d后根據(jù)生長(zhǎng)情況間苗3株，每個(gè)處理重復(fù)3次。每天根據(jù)土壤耗水情況添加20～50 mL自來(lái)水，生長(zhǎng)35 d后分別收獲地上部和根系。

表1 培養(yǎng)液及兩種土壤主要元素含量和理化性質(zhì)Table 1 The main elements and physical and chemical properties of culture solution and two kinds of soil

旺盛生長(zhǎng)期/全生育期水培試驗(yàn)：幼苗首先定植于裝有2 L全濃度營(yíng)養(yǎng)液的水培箱中，每個(gè)水培箱定植4株幼苗，適應(yīng)生長(zhǎng)7 d后進(jìn)行加砷處理，共設(shè)置0、2、4 mg·L－13 種砷濃度處理（以下分別簡(jiǎn)稱 CK、處理1、處理2），每個(gè)處理重復(fù)3次，每隔7 d更換一次含砷營(yíng)養(yǎng)液，旺盛生長(zhǎng)期和全生育期試驗(yàn)分別在加砷處理2周和4周后收獲地上部和根系。

短期脅迫培養(yǎng)試驗(yàn)：幼苗定植于裝有2 L全濃度營(yíng)養(yǎng)液水培箱中生長(zhǎng)20 d，期間每隔7 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，20 d后將植株轉(zhuǎn)移至含砷營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng)2 d，共設(shè)置 0、2、4 mg·L－13 種砷濃度處理，2 d 后分別收獲地上部和根系，每個(gè)處理重復(fù)3次。

樣品收獲后的處理及總砷測(cè)定見(jiàn)參考文獻(xiàn)[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 2013整理后，采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，并用Tukey′s HSD法進(jìn)行多重比較。顯著性差異水平取0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤砷含量對(duì)不同品種生菜砷吸收的影響

2.1.1 土壤砷含量對(duì)不同品種生菜生長(zhǎng)的影響

圖1為不同品種生菜在兩種砷含量土壤中地上部和地下部生物量示意圖。

從圖1可以看出：在同一砷含量的土壤中，不同品種生菜地上部和地下部生物量有顯著差異，其中地上部生物量以品種I－2和I－3最高，其次為I－4和I－5，而I－1則最小；地下部生物量與地上部生物量有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系，亦以I－2和I－3最高，約為其他品種的1.7～3.5倍。而在砷含量不同的兩種土壤中，5個(gè)品種生菜地上部生物量（干重）間沒(méi)有顯著差異，且實(shí)際生長(zhǎng)過(guò)程中S1和S2兩種土壤中生菜均能正常生長(zhǎng)，沒(méi)有出現(xiàn)任何砷中毒癥狀，該結(jié)果似乎意味著生菜對(duì)土壤砷污染具有較強(qiáng)的耐性。但是，生菜地下部生物量受砷的影響則較為明顯，品種I－2、I－4和I－5在S2土壤中地下部生物量相比于S1顯著增加，增加量分別為 32.2%、50.0%和 53.3%，I－1和 I－3則差異不顯著。根據(jù)本研究結(jié)果，土壤砷含量對(duì)生菜地下部生長(zhǎng)的影響更為明顯，因此，僅通過(guò)地上部生物量的變化來(lái)反映生菜受砷污染的影響是不全面的。

圖1 土壤砷含量對(duì)生菜地上部（A）和地下部（B）生物量的影響Figure 1 The effect of soil As contents on the dry weight of aboveground（A）and underground（B）parts of different vegetable species

2.1.2 土壤砷含量對(duì)不同品種生菜砷含量的影響

從圖2可以看出，不同品種生菜地上部砷含量無(wú)論在哪種砷污染土壤中種植時(shí)均有顯著差異。品種I－2在兩種砷含量土壤中地上部砷含量均最低，分別約為 0.42 mg·kg－1和 0.77 mg·kg－1；其次為品種 I－1 和I－4，地上部砷含量分別約為 0.58、1.18 mg·kg－1和0.63、1.30 mg·kg－1。同時(shí)，在 S1 土壤中，品種 I－3 地上部砷含量最高，但與品種I－5差異不顯著；在S2土壤中品種 I－5 地上部砷含量最高，約為 1.53 mg·kg－1，但與品種I－3的差異亦較小。隨著土壤砷含量的升高，5種生菜地上部砷含量均顯著增加，S2土壤中5個(gè)生菜品種地上部平均砷含量達(dá)1.22 mg·kg－1，是S1土壤中的1.9倍。在S1和S2兩種砷含量的土壤中，5個(gè)生菜品種地上部砷含量比較的順序基本一致，表現(xiàn)為I－5≈I－3＞I－4≈I－1＞I－2。兩種砷含量土壤中，品種 I－2地上部砷含量均顯著低于其他品種生菜，僅為其他品種的49.8%～72.4%。

圖2 土壤砷含量對(duì)不同品種生菜地上部砷含量的影響Figure 2 The effect of soil As contents on the As uptake by the aboveground of different lettuce species

進(jìn)一步對(duì)生菜地下部砷含量及相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析（表2）可以看出，生菜地下部砷含量在110.55～810.84 mg·kg－1之間，遠(yuǎn)大于地上部砷含量。不同品種生菜之間地下部砷含量差異顯著，地上部砷含量最小的品種I－2在兩種砷含量土壤中地下部的砷含量也最低，分別為 110.55 mg·kg－1和 435.70 mg·kg－1，而品種 I－4地下部砷含量最高達(dá) 302.57 mg·kg－1和 810.84 mg·kg－1，是其他品種的 1.14～1.86 倍，生菜地下部砷含量大小順序?yàn)?I－4＞I－5＞I－3＞I－1＞I－2。轉(zhuǎn)移系數(shù)是指地上部砷含量與地下部砷含量的比值，表示砷從地下部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，根據(jù)前述結(jié)果計(jì)算的本試驗(yàn)不同品種生菜對(duì)砷的轉(zhuǎn)移系數(shù)顯示，品種I－4在兩種砷含量土壤中的轉(zhuǎn)移系數(shù)均為最小，I－3的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，S2土壤中所有品種生菜的轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于S1土壤中，說(shuō)明當(dāng)土壤砷含量升高時(shí)，生菜由地下部向地上部遷移砷的比例可能會(huì)降低，從而減少砷在生菜地上部的累積。富集系數(shù)是指生菜地上部砷含量與土壤中砷含量的比值，該指標(biāo)可直觀反映出不同品種對(duì)砷吸收能力的大小，從表2結(jié)果看，S2土壤中生菜富集系數(shù)均低于S1土壤，說(shuō)明隨土壤砷含量的增加，生菜富集砷的能力有所下降；但同時(shí)，不同品種間比較，I－2品種對(duì)砷的富集系數(shù)明顯較低，而I－3和I－5則明顯較高。

2.2 旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培下不同品種生菜的生長(zhǎng)及對(duì)砷的吸收

2.2.1 兩種水培方式對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

從圖3可以看出：旺盛生長(zhǎng)期水培試驗(yàn)中，生菜品種 I－1、I－2和 I－4地上部生物量隨營(yíng)養(yǎng)液砷濃度的增加而增加，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為 2、4 mg·L－1時(shí)，品種 I－1、I－2和 I－4地上部生物量（干重）較CK 分別增加了62.5%、50.6%、40.9%和75%、108.9%、43.6%；但是，品種I－3地上部生物量相比于CK則顯著降低，分別降低了32.9%和21.9%。兩種砷濃度處理下，品種I－1、I－2、I－3 和 I－4 地下部生物量變化趨勢(shì)與地上部基本一致，但是當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L－1時(shí)，品種I－5地下部生物量較CK增長(zhǎng)了約27.7%，與地上部生物量的變化不一致。結(jié)果表明：在旺盛生長(zhǎng)期培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)液砷濃度相對(duì)較低時(shí)對(duì)大多數(shù)品種生菜的生長(zhǎng)可能具有一定的促進(jìn)作用。

圖4為全生育期水培下不同營(yíng)養(yǎng)液砷濃度對(duì)生菜地上部和地下部生長(zhǎng)的影響。可以看出，生菜經(jīng)全生育期水培后地上部和地下部生物量均較旺盛生長(zhǎng)期培養(yǎng)有顯著增加，5個(gè)生菜品種地上部和地下部生物量隨營(yíng)養(yǎng)液砷濃度的變化與旺盛生長(zhǎng)期培養(yǎng)基本一致。砷對(duì)品種I－1、I－2和I－4地上部的生長(zhǎng)主要起促進(jìn)作用，對(duì)品種I－5地上部的生長(zhǎng)影響不顯著。略有不同的是當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為 2 mg·L－1，品種 I－3 地上部和地下部生物量與CK沒(méi)有顯著性差異。通過(guò)以上分析可以得出，水培試驗(yàn)條件下生菜品種I－1、I－2和 I－4 對(duì)砷的耐性較強(qiáng)，品種 I－5 次之，I－3 對(duì)砷的耐性最差。另外，砷對(duì)生菜地上部和地下部生長(zhǎng)的促進(jìn)或抑制作用并不隨時(shí)間和生物量變化而變化，旺盛生長(zhǎng)期和全生育期培養(yǎng)下，生菜地上部和地下部生物量隨砷濃度的變化趨勢(shì)是基本一致的。

表2 土壤砷含量對(duì)不同品種生菜地下部砷含量、轉(zhuǎn)移系數(shù)及富集系數(shù)的影響Table 2 The effect of soil As contents on the root As uptake,As translocation factors and bioconcentration factors of different lettuce species

2.2.2 兩種水培方式對(duì)生菜砷吸收的影響

水培環(huán)境與土培環(huán)境差異較大，水培條件下作物對(duì)元素的吸收利用可能與土培條件有所不同。表3為旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培下不同品種生菜地上部的砷含量。

圖3 旺盛生長(zhǎng)期水培下砷濃度對(duì)不同品種生菜地上部（A）和地下部（B）生長(zhǎng)的影響Figure 3 The dry weight of aboveground（A）and underground（B）parts of five lettuce species exposed to different concentration of As in the vigorous growth period hydroponic

從表中結(jié)果看，旺盛生長(zhǎng)期水培下，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為 2 mg·L－1時(shí)，品種 I－2 地上部砷含量最低，約為 7.58 mg·kg－1；品種 I－1、I－3 和 I－4 之間地上部砷含量較高，但相互間差異不顯著，分別為11.00、12.34 mg·kg－1和 13.44 mg·kg－1；品種 I－5 地上部砷含量最高約為品種I－2的2.2倍。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為4 mg·L－1時(shí)，5種生菜地上部砷含量均顯著增加，平均值為23.93 mg·kg－1，約是營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為 2 mg·L－1時(shí)的1.9倍，其中，品種I－2地上部砷含量最低為16.17 mg·kg－1，比營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為 2 mg·L－1時(shí)增加了113.3%；品種I－1和I－4地上部砷含量差異不顯著，分別約為 20.80 mg·kg－1和 23.31 mg·kg－1。根據(jù)相關(guān)結(jié)果推斷，5 種生菜砷吸收能力大致為 I－5＞I－3＞I－4≈I－1＞I－2。各品種生菜經(jīng)全生育期水培后，地上部砷含量與旺盛生長(zhǎng)期培養(yǎng)基本一致，兩種砷濃度處理下，品種I－2和I－5分別是地上部砷含量最低和最高的品種，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L－1時(shí)，地上部砷含量分別約為 7.98 mg·kg－1和 16.00 mg·kg－1，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液濃度為4 mg·L－1時(shí)，兩種生菜地上部砷含量較營(yíng)養(yǎng)液濃度為2 mg·L－1時(shí)分別增長(zhǎng)了85.4%和65.7%，增長(zhǎng)幅度均小于旺盛生長(zhǎng)期水培試驗(yàn)?？傮w而言，旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培下，5個(gè)生菜品種地上部砷含量大小順序?yàn)?I－5＞I－3＞I－4≈I－1＞I－2，與土培試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

進(jìn)一步分析旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培結(jié)果可以得出，多數(shù)情況下旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培對(duì)生菜地上部砷含量沒(méi)有顯著影響，僅品種I－1和I－5地上部砷含量在營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為4 mg·L－1時(shí)差異顯著，全生育期水培下地上部砷含量顯著小于旺盛生長(zhǎng)期水培，差值分別為 4.52 mg·kg－1和 5.40 mg·kg－1，說(shuō)明生菜各品種地上部砷含量在旺盛生長(zhǎng)期之后可能不再隨時(shí)間和地上部生物量的變化而變化，而是維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，生菜地上部砷含量可能在生長(zhǎng)早期就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此后隨時(shí)間的變化較小。因此，通過(guò)旺盛生長(zhǎng)期水培即可初步判斷出不同品種生菜砷吸收能力的大小，并能預(yù)測(cè)成熟期生菜地上部的砷含量。

圖4 全生育期水培下砷濃度對(duì)不同品種生菜地上部（A）和地下部（B）生長(zhǎng)的影響Figure 4 The dry weight of aboveground（A）and underground（B）parts of five lettuce species exposed to different concentration of As in the whole growth period hydroponic

表3 旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培下不同品種生菜地上部砷含量（mg·kg－1）Table 3 The As contents in the aboveground parts of lettuces in the vigorous growth period and whole growth period hydroponic（mg·kg－1）

2.3 短期脅迫水培下不同品種生菜對(duì)砷的吸收

從圖5可以看出，在不含砷的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)至旺盛生長(zhǎng)期（20 d）的生菜，再在含砷營(yíng)養(yǎng)液中脅迫吸收砷2 d后，地上部砷含量較CK有顯著增加。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L－1時(shí)，各品種生菜地上部砷含量平均為 1.69 mg·kg－1，其中品種 I－4 和 I－5 最高，約為 1.90 mg·kg－1，品種 I－2 含量最低，約為 1.33 mg·kg－1；5 個(gè)生菜品種之間地上部砷含量差異較小，最高值僅為最低值的1.4倍。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為4 mg·L－1時(shí)，生菜各品種地上部砷含量較營(yíng)養(yǎng)液砷濃度為2 mg·L－1時(shí)顯著增加，平均值為 2.67 mg·kg－1，其中品種 I－5 地上部砷含量為 3.67 mg·kg－1顯著高于品種 I－1、I－2、I－4，品種I－2仍保持較低的砷吸收能力，但與品種I－1和I－4之間的差異不顯著。

2.4 幾種培養(yǎng)方法對(duì)生菜吸收砷能力的比較

從表4可以看出，旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培法得出的不同品種生菜砷吸收能力與土培法是基本一致的，但短期脅迫培養(yǎng)法盡管不同生菜吸收能力的順序與前述3種方法大致相同，但因不同品種生菜地上部砷含量差異較小，實(shí)際上用來(lái)判斷是否屬于低吸收品種尚有一定難度。4種方法比較，旺盛生長(zhǎng)期和短期脅迫培養(yǎng)法用時(shí)相對(duì)較短，并且有可能進(jìn)一步通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)縮短培養(yǎng)時(shí)間，因此這兩種方法在效率上有較大優(yōu)勢(shì)。綜合本研究中試驗(yàn)用時(shí)間及準(zhǔn)確性兩方面考慮，旺盛生長(zhǎng)期水培方法是一種較理想的篩選方法。當(dāng)然，盡管本研究中短期脅迫培養(yǎng)法在準(zhǔn)確性上有一定不足，但該方法在環(huán)保和操作性上較另外兩種水培方法有較大的優(yōu)勢(shì)，如果通過(guò)改變培養(yǎng)液濃度或適當(dāng)延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間等措施，使不同品種間的砷吸收達(dá)到顯著差異（或差距更大），作為一種創(chuàng)新性的篩選方法仍是值得進(jìn)一步研究和探索的。

圖5 短期脅迫水培下不同品種生菜地上部砷含量Figure 5 The As contents in the aboveground parts of lettuces in the short－term stress uptake hydroponic

3 討論

砷被世界衛(wèi)生組織列為一級(jí)致癌物，也是我國(guó)環(huán)境污染治理中優(yōu)先考慮的污染物之一，一般認(rèn)為低劑量的砷可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，高劑量的砷對(duì)作物生長(zhǎng)有害并能抑制其生長(zhǎng)[13－14]。土培試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)土壤中砷含量達(dá)113 mg·kg－1時(shí)5種生菜仍能正常生長(zhǎng)，地上部生物量與輕微砷污染（58.4 mg·kg－1）土壤處理并沒(méi)有顯著差異，但對(duì)生菜地下部生長(zhǎng)的影響較明顯，品種 I－2、I－4和 I－5在砷含量高的土壤中地下部生物量較在含量較低土壤中有顯著增加，即促進(jìn)了生菜地下部生長(zhǎng)，說(shuō)明砷對(duì)生菜地下部生長(zhǎng)的影響大于地上部。Kapustka等[15]的研究表明，作物不同生理變量對(duì)砷敏感性強(qiáng)弱順序?yàn)楦L(zhǎng)＞根生物量＞莖葉長(zhǎng)度＞莖葉生物量＞發(fā)芽率，與本研究結(jié)果相一致。水培條件下砷對(duì)生菜地上部和地下部生長(zhǎng)的影響均較明顯，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液砷濃度分別為 2 mg·L－1和 4 mg·L－1時(shí)，砷對(duì)生菜品種 I－1、I－2和 I－4地上部的生長(zhǎng)主要起促進(jìn)作用，其生物量顯著高于CK；而品種I－3和I－5地上部、地下部生物量相比于CK則顯著減少或保持不變，表明不同品種生菜對(duì)砷的耐性不同。本次土培試驗(yàn)用土取自仍在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然砷污染農(nóng)田，試驗(yàn)結(jié)果也表明這兩種土壤上種植的生菜仍能正常生長(zhǎng)，砷對(duì)生菜生長(zhǎng)的抑制作用較小，蔡保松等[6]和肖細(xì)元等[16]對(duì)我國(guó)石門、郴州等砷污染區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在土壤砷含量超過(guò)國(guó)家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)十幾倍的地區(qū)作物仍能正常生長(zhǎng)。作物能在砷污染農(nóng)田中正常生長(zhǎng)，通常使人們忽視收獲物中砷超標(biāo)對(duì)人類健康的潛在威脅，這也是我們篩選低吸收砷作物的重要原因之一。就本研究的土培試驗(yàn)結(jié)果而言，砷吸收能力較弱的生菜品種I－2地上部砷含量為其他品種的49.8%～72.4%，相比于其他品種生菜，食用I－2時(shí)最多可減少50%砷的攝入。因此，在中輕度砷污染農(nóng)田中種植砷吸收能力較低的作物意義十分重大。

表4 幾種培養(yǎng)方法下生菜不同品種對(duì)砷吸收的比較Table 4 Comparison of the As uptake capabilities of five lettuce species from the different screening methods

水培方法是一種成熟的作物培養(yǎng)方法，由于其具有操作簡(jiǎn)單、作物生長(zhǎng)快、條件容易控制等優(yōu)點(diǎn)，目前不僅應(yīng)用于相關(guān)研究中，也在現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)水培方法研究作物對(duì)砷的吸收能力，近年來(lái)受到了一些研究者的重視，如Zhang等[17]采用水培方法研究了不同品種水稻苗期對(duì)砷吸收的差異，生長(zhǎng)32 d的水稻幼苗在含砷營(yíng)養(yǎng)液中處理6 d后收獲，結(jié)果表明不同品種水稻地上部砷含量有顯著差異，其中以“94.11”和“JX17”的含量最低，僅為品種“ZYQ8”的50%左右；Mathieu等[7]通過(guò)全生育期水培方法（35 d）研究了5種葉類蔬菜對(duì)砷的吸收能力，結(jié)果表明不同類型蔬菜的砷吸收能力有較大差異，具體為空心菜＞芹菜＞莧菜＞生菜＞萵苣。通過(guò)前人的研究我們發(fā)現(xiàn)，采用水培方法篩選砷低吸收作物沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)時(shí)間從幾天到幾十天不等[18－20]。本研究比較了不同培養(yǎng)方法下生菜地上部和地下部的砷含量，結(jié)果表明不同培養(yǎng)方法對(duì)幾種生菜砷吸收能力的影響不大，旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培試驗(yàn)確定的不同品種生菜砷吸收能力強(qiáng)弱與土培試驗(yàn)結(jié)果基本一致，5 種生菜砷吸收能力大小為 I－5＞I－3＞I－4＞I－1＞I－2，且多數(shù)情況下旺盛生長(zhǎng)期和全生育期生菜地上部砷含量沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明生菜經(jīng)旺盛生長(zhǎng)期培養(yǎng)后地上部砷含量基本上不再隨時(shí)間和生物量的變化而變化。Lombi等[21]研究發(fā)現(xiàn)，水稻分蘗期至開(kāi)花期（38～56 d）第1、2、3片葉中砷含量基本保持不變且均維持在較低水平，穎殼中的砷在花期以后至成熟期（62～85 d）也基本保持穩(wěn)定，其結(jié)果與本試驗(yàn)的結(jié)果具有一致性。生菜生育期較短（40 d左右），一般在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)（Vegetative growth）階段就能收獲，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出生菜地上部砷含量在旺盛生長(zhǎng)期后不再隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，即可通過(guò)旺盛生長(zhǎng)期水培的結(jié)果判斷生菜后期地上部砷含量以及不同品種生菜對(duì)砷的吸收能力。同時(shí)，根據(jù)本研究結(jié)果可以認(rèn)為，旺盛生長(zhǎng)期水培法在篩選效率、準(zhǔn)確性等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，可作為砷低吸收生菜（乃至葉類作物）品種篩選的優(yōu)選方法。

4 結(jié)論

（1）土培試驗(yàn)下輕微和中度砷污染土壤中，5種生菜地上部生物量沒(méi)有顯著差異；品種 I－2、I－4、I－5在中度砷污染土壤中地下部生物量較輕微砷污染土壤中顯著增加，分別增長(zhǎng)了32.2%、50.0%和53.3%，土培條件下砷對(duì)生菜地下部生長(zhǎng)的影響大于地上部。

（2）旺盛生長(zhǎng)期和全生育期水培條件下，品種I－1、I－2和I－4對(duì)砷的耐性較強(qiáng)，地上部生物量較CK顯著增加，品種I－3地上部生物量較CK顯著降低，I－5則基本保持不變。

（3）土培試驗(yàn)兩種不同砷含量的土壤中，品種I－2生菜地上部砷含量最低分別約為0.42 mg·kg－1和0.77 mg·kg－1，僅為其他品種的 49.8%～72.4%，可以認(rèn)為是砷低吸收作物，各品種生菜地上部砷含量由高到低的順序排列為 I－5≈I－3＞I－4＞I－1＞I－2。

（4）旺盛生長(zhǎng)期水培法在篩選效率、準(zhǔn)確性等方面優(yōu)于其他兩種水培方法，可作為砷低吸收生菜品種篩選的優(yōu)選方法。

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