水稻多環(huán)芳烴在不同器官中的分布

水稻多環(huán)芳烴在不同器官中的分布

多環(huán)芳烴是高度稀釋的化合物。植物和蔬菜對多環(huán)芳烴和有機(jī)氯農(nóng)藥的豐富是鏈中有機(jī)污染物的主要來源之一，也是人類和動物暴露于有機(jī)污染物的重要路徑。研究表明，植物本身可以形成一種微量的多環(huán)芳烴，但現(xiàn)在觀察到的許多多環(huán)芳烴來自人類污染。到目前為止，人們對植物組織中多環(huán)芳烴的起源只有定理性理解，而且不同來源的相對貢獻(xiàn)的定量證據(jù)非常不足。因此，目前關(guān)于多環(huán)芳烴及其對植物的影響有許多不同的結(jié)論。例如，一些研究人員認(rèn)為，土壤中的多環(huán)芳烴大多集中在根部表面，而不會繼續(xù)從根部運(yùn)輸。地上部分的多環(huán)芳烴主要來自土壤，與土壤含量幾乎無關(guān)。然而，一些研究表明，植物中的有機(jī)污染物的吸收和傳播通常不同：stevcevk-juvenor發(fā)現(xiàn)，小麥部分的苯濃度高于種子表面。根據(jù)siegfried（1975），胡蘿卜和厚樸頂部的苯濃度高于底部。mcrcodyjk（1990）報告，大豆地上部分的異環(huán)芳烴含量顯著高于上部。為了全面了解植物對永久性有機(jī)污染物的吸收，了解植物器官和組織的分布，對評價食物安全非常重要。本研究定點(diǎn)采集不同生長期的水稻植株樣品,通過對不同器官中多環(huán)芳烴含量的測定,研究其在這些器官中的分布特征和分布隨植株發(fā)育的變化過程,試圖為認(rèn)識水稻對多環(huán)芳烴的吸收和富集過程提供基礎(chǔ)依據(jù).無疑,全面了解這樣的過程需要更多研究配合,特別是控制條件下的模擬實(shí)驗(yàn).1樣品處理和測定選擇的樣點(diǎn)位于天津市東麗區(qū)[φ(N)39°05′45″、λ(E)117°19′57″],距市中心6～7km,西側(cè)300m處有津塘高速通過.采集的樣品為小站稻(OryzasativaL.)8315號,屬春稻晚熟品種.稻田灌溉用水為雨水加上當(dāng)?shù)厣钗鬯?4月上中旬開始育秧,10月上旬收割,全生育期為170～175d.分別于2003年9月6日、16日和10月6日采集了幼穗期、蠟熟期和枯熟期的水稻植株樣品,在9月8日、16日和10月6日采集了乳熟期、蠟熟期和枯熟期的水稻籽實(shí)樣品.密封于采樣袋中的樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后當(dāng)天進(jìn)行分離,分解出第一葉、下葉、穗梗、第一莖、第二莖、下莖和根.對水稻谷粒進(jìn)行了去殼處理,分為籽實(shí)和谷殼兩部分.分離后樣品剪碎后冷凍干燥(72h),用粉碎機(jī)粉碎,全量轉(zhuǎn)移到廣口瓶中,置于保干器內(nèi)保存.稱取2～3g樣品和等量無水硫酸鈉加入34mLASE萃取池中,用二氯甲烷/丙酮混合溶液(1?1,V/V)萃取(120℃,1500psi,加熱5min,靜態(tài)提取5min).提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至1mL左右,用20mL濃硫酸分兩次磺化,將有機(jī)相濃縮至1mL后將溶液全量轉(zhuǎn)移至長30cm、內(nèi)徑1cm的硅膠層析柱上,依次用25mL正己烷(此部分棄去)和50mL2?3(V/V)二氯甲烷/正己烷混合溶液(此部分收集)淋洗,流速為2mL/min.淋洗液經(jīng)旋蒸和氮吹濃縮后定容至1mL待測.樣品多環(huán)芳烴含量用GC/MSD(Agilent6890/5973)測定.具體測定方法參見有關(guān)文獻(xiàn).每個樣品作2～3個平行.用加速溶劑提取和稱量法測定脂含量(部分樣品的樣品量有限,無法測定),提取條件同前.測定的15種多環(huán)芳烴包括:苊烯(Acy)、苊(Ace)、芴(Fle)、菲(Phe)、蒽(Ant)、熒蒽(Fla)、芘(Py)、苯并[a]蒽(BaA)、■(Chr)、苯并[b]熒蒽(Bbf)、苯并[k]熒蒽(Bkf)、苯并[a]芘(Bap)、茚并[123-cd]芘(InD)、二苯并[a,h]蒽(DahA)和苯并[ghi]苝(BghiP).多數(shù)結(jié)果用15種多環(huán)芳烴總量(PAH15)表示.2結(jié)果與討論2.1pah15在水稻根中的富集3次采樣得到的水稻根和土壤中多環(huán)芳烴含量如圖1所示.隨著水稻不斷成熟,多環(huán)芳烴在水稻根內(nèi)和土壤中的分布趨勢恰恰相反.由于枯熟期樣品測定結(jié)果有較大隨機(jī)波動,從圖中結(jié)果不能對PAH15的積累速率作任何定量討論.但是從變化趨勢可以判斷,到水稻接近收割時為止,根部的多環(huán)芳烴富集過程尚未達(dá)到平衡狀態(tài).據(jù)3次采樣均值計算,PAH15在水稻根中的富集系數(shù)為1.5.2.2pah15在葉中的富集和釋放特性圖2給出的是不同生長期水稻莖(左)葉(右)多環(huán)芳烴含量.其中莖分為穗梗(Ear)、第一莖(stem1,S1)、第二莖(stem2,S2)和下莖(lowerstem,S3),葉則包括第一葉(leaf1,L1)和下葉(lowerleaf,L2).從圖2-A可以看出,無論何時,穗梗中PAH15含量均顯著高于植株莖,三期平均差別接近3倍.其原因或許與其中脂含量的差別有關(guān),由于同樣原因,葉組織PAH15平均含量顯著高于稻莖,PAH15和脂之間關(guān)系將在下文詳細(xì)討論.與穗梗和莖之間的差別相比,第一、第二和下莖之間看不到顯著的規(guī)律性差異,而三次采樣第一葉含量均顯著高于下葉.水稻抽穗期以后,第一葉處在生長和活動旺盛期,而下葉由于老化而生理活動相對停滯.這可能是導(dǎo)致PAH15富集差異的部分原因.與根的情況相反,PAH15在莖葉中的含量隨水稻成熟有顯著下降趨勢.如果說在有限的水稻生長期不足以建立PAH15的根/土平衡的話,平衡驅(qū)動的PAH15從大氣向莖葉的轉(zhuǎn)移至少在研究期間已不再重要.有關(guān)文獻(xiàn)也曾報道,葉面吸收的有機(jī)污染物會逐漸釋放出來.這可能是導(dǎo)致莖葉含量逐漸下降的主要原因.至于水稻生長和成熟與吸收和釋放的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究.2.3枯熟期對pah15單位重量含量的影響雖然籽實(shí)僅占水稻生物量的很小部分,但其中的污染物累積構(gòu)成對人體健康的直接威脅,理應(yīng)受到特別關(guān)注.采自乳熟、蠟熟和枯熟期的水稻籽實(shí)中的PAH15含量見圖3-A.水稻籽實(shí)中PAH15實(shí)測濃度從乳熟期的(105±56)ng/g逐漸降低到枯熟期的(38±15)ng/g.在此期間,水稻籽實(shí)生物量隨成熟過程迅速增加,并趨向枯熟期的最高值.實(shí)際測定的千粒重在乳熟、蠟熟和枯熟期分別為4.2g、12.6g和22.6g.如此快速的干物質(zhì)增加導(dǎo)致“稀釋”作用,致使籽實(shí)中PAH15的單位重量含量呈下降趨勢.如果計算樣品每千粒籽實(shí)PAH15絕對含量的話(圖3-B),可以看出,富集在水稻籽實(shí)中的PAH15絕對量非但沒有減少,反而略有增加.每千粒籽實(shí)中的多環(huán)芳烴絕對量從乳熟期的443ng增至枯熟期的846ng.2.4幼穗-蠟熟-枯熟期水稻各器官中pah15和脂含量間的關(guān)系從整體上來講,水稻各器官的多環(huán)芳烴在各時期之間并未表現(xiàn)出明顯的遞增或者遞減趨勢.就某一時期范圍內(nèi),穗梗、谷殼、葉和根在整株水稻中的屬于濃度較高的部分,籽實(shí)最低,一、二、三莖的水平居中且大致持平.圖4顯示了幼穗-蠟熟和蠟熟-枯熟期之間水稻各器官(穗梗、第一莖、第二莖、下莖、第一葉、下葉、根和籽實(shí))PAH15含量的相互關(guān)系.兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.844和0.899,均在1%水平顯著相關(guān).如果不包括根在內(nèi),這樣的線性相關(guān)關(guān)系更加明顯.許多文獻(xiàn)報道,不同植物對有機(jī)污染物的富集與其中脂含量成正相關(guān)關(guān)系.本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),這樣的關(guān)系不僅存在于不同種類植物之間,也存在于水稻的不同器官之間.由于根系直接從土壤中吸收PAH15,僅考慮水稻的地上部分,并且將差別不大的不同莖合并,在圖5中顯示了枯熟期水稻穗梗、莖、第一葉、下葉和籽實(shí)中PAH15和脂含量間的關(guān)系.經(jīng)計算,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.998.3枯