多环芳烃进入菜心体内的途径及其对菜心产量和品质的影响

2018-09-10 13:04乔双雨巫桂芬龙明华梁勇生申海燕唐璇李朋欣张会敏赵体跃
南方农业学报 2018年6期
关键词:多环芳烃菜心质量安全

乔双雨 巫桂芬 龙明华 梁勇生 申海燕 唐璇 李朋欣 张会敏 赵体跃

摘要:【目的】探索多環芳烃(PAHs)进入菜心的主要途径,为提高菜心产量和品质及保障质量安全提供参考依据。【方法】在菜心收获期,利用5种PAHs对菜心进行叶面涂抹和根部水培处理,比较两种处理方式下菜心体内的PAHs含量、菜心产量和营养品质差异。【结果】叶面涂抹处理后3 d,菜心中的PAHs总含量为127.28 μg/kgDW,显著高于根部水培处理组(13.63 μg/kgDW)(P<0.05,下同)。菜心主要以叶面吸收PAHs,此过程中菜心对5种PAHs的吸收量排序为萘>菲>荧蒽>苯并(a)蒽>苯并(a)芘。叶面涂抹处理组菜心的单株鲜重和可溶性糖含量分别为44.94 g和175.67 μg/g,均显著高于根部水培处理和对照组;维生素C(Vc)和可溶性蛋白含量以根部水培处理组最高,分别为21.24 mg/100 gFW和10.76 μg/g,均显著高于叶面涂抹处理组和对照组;根部水培处理组的纤维素含量最高,为10.26%,与对照组差异显著;两种PAHs处理方式对菜心叶绿素含量无显著影响(P>0.05)。相关性分析结果表明,菜心体内的总PAHs含量与菜心单株鲜重、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和纤维素含量呈正相关,与Vc含量呈负相关。【结论】菜心叶面吸收PAHs的能力远强于根部,生产上菜地选择应远离公路和工厂,以避免尾气、灰尘和烟雾中的PAHs等通过叶片进入菜心体内,影响菜心品质及食用安全。

关键词: 菜心;多环芳烃(PAHs);叶面涂抹;根部水培;品质;质量安全

中图分类号: S663.1 文献标志码:A 文章编号:2095-1191(2018)06-1202-06

Abstract:【Objective】The purpose of this study was to explore the main path ways of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) entering into Brassica parachinensis and provide reference for improving its yield,quality and production safety. 【Method】At harvest stage,experiment was carried out through applying five kinds of PAHs on the B. parachinensis in leaf smear and root hydroponic treatments. Then PAHs content, yield and nutritional quality of B. parachinensis under different treatments were compared. 【Result】Three days after smearing the leaf of B. parachinensis with PAHs, the results showed that the content of PAHs was 127.28 μg/kgDW,which was significantly higher than that of root hydroponic treatment(13.63 μg/kgDW)(P<0.05,the same below). PAHs mainly entered B. parachinensis through its leaf. In this process, the absorption of five different kinds of PAHs by the B. parachinensis were as follows:NAP>PHE>FLT>BaA>BaP. After leaf smear treatment, the single plant fresh weight was 44.94 g and soluble sugar content 175.67 μg/g,which were both significantly higher than the root of hydroponic treatment group and control group. The contents of vitamin C(Vc) and soluble protein were the highest in the root hydroponics treatment,with 21.24 mg/100 gFW and 10.76 μg/g respectively,which were significantly higher than those of the leaf smear treatment and control groups. The cellulose content in root hydroponics treatment group was the highest(10.26%), significantly higher than that in the control group. Both PAHs treatments had no significant effects on the chlorophyll content of B. parachinensis(P>0.05). The results of correlation analysis showed that the content of PAHs in B. parachinensis was positively correlated with single plant weight,soluble sugar content,soluble protein content and cellulose content,but negatively correlated with Vc content. 【Conclusion】The capacity to absorb PAHs of leaf of B. parachinensis is much stronger than the root. Therefore, during the production process,the vegetable field should be far away from roads and factories in order to prevent PAHs in exhaust gas, dust and smoke from entering B. parachinensis body through leaves, thus affecting the quality and safety of B. parachinensis.

Key words:Brassica parachinensis; polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs); leaf smear; root hydroponic; quality; quality and safety

0 引言

【研究意义】多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类典型的持久性污染物,广泛存在于自然环境中(冯承莲等,2007;钱薇等,2007;丁潇等,2011),蔬菜中累积的PAHs对人体健康产生直接危害(尹春芹等,2008;林爱军等,2011)。1998年,欧洲32国正式将萘(NAP)、苊烯(ANY)、菲(PHE)、芴(FLU)、苊(ACE)、蒽(ANT)、荧蒽(FLT)、芘(PYR)、苯并(a)蒽(BaA)、屈(CHR)、苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(k)荧蒽(BKF)、苯并(a)芘(BaP)、二苯并(a,h)蒽(DBA)、茚并(1,2,3-c,d)芘(IPY)和苯并(g,h,i)二萘嵌苯(BPE)等16种PAHs化合物列入受控的持久性有机污染物(POP)中,美国也将其列入优控名单(彭驰等,2010)。菜心营养丰富,风味独特,深受消费者喜爱,是華南地区的特色蔬菜,也是出口创汇的主要蔬菜之一。以往对蔬菜中PAHs含量的研究发现,食叶类蔬菜中PAHs含量远高于食茎类、食果类和食根类蔬菜,以菜心作为PAHs污染对象极具研究价值。我国上述16种PAHs排放量约占全球的22%(Zhang and Tao,2009),环境中的PAHs残留问题已严重威胁农产品质量安全和居民健康(Camargo and Taledo,2003;Hossaina and Hoque,2011;Shi et al.,2016),而目前PAHs对农产品危害方面的研究并不透彻。因此,探索PAHs进入菜心的主要途径,对防治蔬菜PAHs污染及保障蔬菜质量安全具有重要意义。【前人研究进展】李云辉和莫测辉(2008)研究不同施肥条件对菜心中PAHs含量的影响,发现施用有机肥可有效降低蔬菜中的PAHs含量。诸卫平和龙明华(2011)以模拟酸雨方式探究焚烧稻草产生的PAHs对菜心的污染状况,发现烟雾溶解液中的PAHs含量与菜心体内的PAHs含量无明显相关性,进入菜心体内的PAHs多数为低环PAHs。王海翠等(2013)研究发现,荧蒽和苯并(a)芘两种PAHs胁迫对油菜的生长、生理及其在油菜中的积累均有明显影响,且积累量与PAHs浓度呈正相关。郭雪(2015)通过沉降室模拟手段研究土壤—蔬菜系统中PAHs的污染效应,发现大田种植的蔬菜体内所含PAHs主要来自大气沉淀,且通过叶片吸收进入蔬菜体内。葛蔚等(2017)研究青岛市城郊蔬菜PAHs污染特征时发现,叶菜中所含PAHs的组成以3环为主,且叶菜中PAHs含量与土壤中PAHs含量呈显著正相关。龙明华等(2017)研究表明,菜心在PAHs胁迫下品质下降,但一定浓度的PAHs可激发菜心对PAHs的解毒机制。【本研究切入点】至今,关于PAHs对蔬菜品质影响、消减蔬菜对PAHs吸收和积累等方面的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过比较PAHs不同处理方式下菜心体内PAHs含量及主要营养品质指标的差异,探索PAHs进入菜心体内的途径及不同处理方式对菜心营养品质的影响,为防治蔬菜PAHs污染及解决蔬菜质量安全问题提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

1. 1. 1 菜心品种 四九甜脆菜心(Brassica parachinensis)购自柳州市兴旺蔬菜良种经营部。

1. 1. 2 试剂与仪器 试剂:萘、菲、荧蒽、苯并(a)蒽和苯并(a)芘及优控的16种PAHs混合标准品购自美国SIGMA-ALORICH公司;甲醇、正己烷、丙酮和蒽酮为色谱纯,考马斯亮蓝G-250和2,6-二氯靛酚为分析纯。仪器:高效液相色谱系统(Waters-e2695,美国Waters公司),色谱柱为ECOSIL PLCCOLUMN(C18,4.6 mm×250 mm,5 μm)(EC182546,广州绿百草生物科技有限公司),超纯水系统(Synergy,美国Millipore公司),Q5200DE型数控超声波清洗器(KQ5200DE,昆山市超声仪器有限公司),旋转蒸发仪(RE-52A,郑州亚荣仪器有限公司),高速冷冻离心机(3k15,德国Sigma公司),电热鼓风干燥箱(FD23,德国Binder公司),电子精密天平(Tw3231,日本岛津公司)和分光光度计(UV-1800,日本岛津公司)。

1. 1. 3 PAHs混合液配制 10.0 mg/L PAHs混合液配制:用电子天平称取萘、菲、荧蒽、苯并(a)蒽和苯并(a)芘各0.0020 g,加入丙酮定容至1.0 L进行充分溶解,装入棕色瓶后贴标签密封,放入4 ℃冰箱保存备用,使用时可稀释成不同浓度的溶液。水培营养液配制:参考华南农业大学叶菜类营养液配方(刘士哲,2001)。

1. 2 试验方法

根部水培试验在广西大学农学院蔬菜基地连栋温室(长×宽=30.0 m×18.0 m)内进行,设叶面涂抹处理、根部水培处理和对照组。栽培槽用泡沫板和铁架制成,长2.0 m、宽1.0 m、高0.2 m,槽内铺聚氯乙烯塑料薄膜,每个水槽用3个氧气泵不间断通氧,水槽中用2.0 cm厚的泡沫板为定植板,上面开50个直径为5.0 cm的定植孔。四九甜脆菜心采用穴盘育苗后定植于水培槽中,株行距0.2 m×0.2 m。

在菜心收获前,叶面涂抹处理组用600.0 μg/kg PAHs混合液进行涂抹处理,3 d后收获食用部分(叶片和薹茎);根部水培处理组用PAHs混合液与水培营养液混合,调节水槽内营养液中的PAHs浓度为600.0 μg/kg,3 d后收获食用部分,以不进行叶面处理和根部处理为对照。

1. 3 测定项目及方法

样品采集后用蒸馏水充分冲洗,再用滤纸蘸干表面水分,风干后粉碎备用;用于测定品质指标的样品直接保存于-80 ℃冰箱备用。

菜心PAHs含量测定:参考高彦征(2005)、胡琳玲等(2014)的方法(稍作修改)进行测定。菜心单株鲜重测定:菜心收获后立即用分析天平称量各处理组可食用部分的重量(g),求平均数,即为单株鲜重。莱心营养品质测定:叶绿素含量(mg/100 g)采用丙酮提取法进行测定(胡琳玲等,2014),可溶性糖含量(μg/g)采用蒽酮比色法进行测定(张治安,2011),可溶性蛋白含量(μg/g)采用考马斯亮蓝G-250染色法进行测定(孔祥生,2002),维生素C(Vc)含量(mg/100 gFW)采用2,6-二氯靛酚滴定法进行测定(陈建勋和王晓峰,2002),纤维素含量(%)参照李合生(2000)的方法进行测定。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2013进行处理,采用SPSS 19.0进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2. 1 PAHs处理方式对菜心体内PAHs含量的影响

由表1可知,叶面涂抹处理组菜心体内每种PAHs的含量及总PAHs含量(127.28 μg/kgDW)均显著高于根部水培處理组(P<0.05,下同),萘、菲、荧蒽、苯并(a)蒽和苯并(a)芘含量及PAHs总含量分别是根部水培处理组的11.76、7.10、7.45、8.55、10.57和9.34倍;同种处理方式中,PAHs含量总体上表现出随PAHs苯环数增加而降低的变化趋势,PAHs含量较高处理的PAHs苯环数主要为2、3和4环,PAHs含量最低处理的PAHs苯环数为5环;叶面涂抹处理组菜心对5种PAHs的吸收量排序为萘>菲>荧蒽>苯并(a)蒽>苯并(a)芘,PAHs含量降幅较大,根部水培处理组中各PAHs含量排序为菲>萘>荧蒽>苯并(a)蒽>苯并(a)芘,PAHs含量降幅相对较小。说明叶片是PAHs进入菜心体内的主要途径,但两种处理方式均会增加菜心体内PAHs含量,对其食用安全存在一定风险。

2. 2 PAHs处理方式对菜心产量和营养品质的影响

2. 2. 1 对单株鲜重的影响 从图1可看出,叶面涂抹处理组和根部水培处理组菜心的单株鲜重分别为44.94和34.44 g,分别比对照组增加33.16%和2.04%,其中,叶面涂抹处理组菜心的单株鲜重显著高于根部水培处理组和对照组,根部水培处理组的单株鲜重与对照组差异不显著(P>0.05,下同)。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs涂抹叶面可促进其体内有机物积累,提高菜心产量。

2. 2. 2 对可溶性糖含量的影响 从图1可看出,叶面涂抹处理组菜心的可溶性糖含量最高,为175.67 μg/g,分别比对照组和根部水培处理组高11.11%和9.88%,且差异显著,而根部水培处理组与对照组的可溶性糖含量差异不显著。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs涂抹叶面后,进入菜心体内的PAHs可直接刺激叶面的糖类合成器合成可溶性糖类;而以相同浓度PAHs进行根部水培处理进入菜心体内的PAHs较难输送至菜心叶面和薹茎,对菜心的可溶性糖合成未产生明显影响。

2. 2. 3 对Vc含量的影响 从图1可看出,根部水培处理组菜心的Vc含量(21.24 mg/100 gFW)显著高于叶面涂抹处理组和对照组,对照组的Vc含量略高于叶面涂抹处理组,但差异不显著。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs进行水培可刺激其根部吸收营养物质,促进菜心Vc的合成。

2. 2. 4 对可溶性蛋白含量的影响 从图1可看出,叶面涂抹处理组和根部水培处理组菜心的可溶性蛋白含量分别为8.22和10.76 μg/g,二者差异显著,且显著高于对照组。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs涂抹菜心叶面后,其体内代谢增强,可溶性蛋白含量增加;而根部水培处理后,PAHs直接刺激菜心根部,可加快氮源和金属离子向菜心叶面和薹茎输送,更有利于可溶性蛋白的合成。

2. 2. 5 对纤维素含量的影响 从图1可看出,对照组、叶面涂抹处理组和根部水培处理组菜心的纤维素含量分别为7.56%、9.04%和10.26%,其中,根部水培处理组的纤维素含量与叶面涂抹处理组差异不显著,叶面涂抹处理组和根部水培处理组的纤维素含量均显著高于对照组。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs涂抹菜心叶面或进行根部水培均可促进其纤维素的形成,且根部水培处理的效果更明显。

2. 2. 6 对叶绿素含量的影响 从图1可看出,两组PAHs处理菜心的叶绿素a含量均低于对照组,但差异不显著;对照组、叶面涂抹处理组和根部水培处理组的叶绿素b含量均明显低于叶绿素a含量;对照组、叶面涂抹处理组和根部水培处理组的总叶绿素含量间差异不显著。说明在菜心采收前3 d以600.0 μg/kg PAHs涂抹叶面或进行根部水培,对其叶绿素含量变化的影响不明显。

2. 3 菜心体内PAHs含量与其营养品质的相关性

由表2可知,菜心体内的PAHs含量与菜心的单株鲜重、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和纤维素含量呈正相关,与Vc含量呈负相关。其中,PAHs含量与单株鲜重呈显著正相关,与可溶性糖含量呈极显著正相关(P<0.01)。说明在一定含量PAHs作用下,菜心机体可产生应答反应促进光合作用,但会抑制Vc合成。

3 讨论

Collins等(2006)研究认为,有机污染物进入植物的途径一是通过根部吸收并随着蒸腾向地上部迁移,二是在大气中以气态或颗粒态沉降物被植物叶片吸收。因此,本研究选择叶面和根部处理方式探讨PAHs对菜心的污染途径,结果表明,以PAHs处理菜心叶面和根部,其体内均检测到萘、菲、荧蒽、苯并(a)蒽和苯并(a)芘等5种PAHs,叶面涂抹处理后菜心体内的总PAHs含量较高,是根部水培处理组的9.34倍,与焦杏春等(2005)的研究结果一致,应与菜心叶片脂肪含量较高及PAHs的亲脂性有关。

本研究中,菜心对不同种类PAHs的吸收效果不同,表现为对2~4环PAHs的吸收量较高,对5环PAHs的吸收量最低,尤其以叶面吸收PAHs的能力强于根部,且菜心对PAHs的吸收量总体上随PAHs苯环数的增加而降低,与葛蔚等(2017)对叶菜类、瓜果类和根茎类蔬菜的研究结果相似。这可能与蔬菜含水量较高、低环PAHs的生物有效性高,易被蔬菜吸收积累有关。

本研究中,菜心的单株鲜重和可溶性糖含量均以叶面涂抹处理组>根部水培处理组>对照组,叶面涂抹PAHs后单株鲜重和可溶性糖含量增加较明显,3个处理组的叶绿素含量间无显著差异,Vc和可溶性蛋白含量均以根部水培处理组最高,纤维素含量表现为根部水培处理组>叶面涂抹处理组>对照组,与王海翠(2013)研究认为低浓度荧蒽和苯并(a)芘胁迫可促进油菜的生物量和叶绿素含量提高、高浓度荧蒽和苯并(a)芘胁迫可抑制油菜的生物量和叶绿素含量提高并抑制Vc合成的观点存在差异,可能与研究使用材料不同有关。

本研究结果表明,叶面涂抹PAHs有利于菜心单株鲜重和可溶性糖含量增加,根部水培处理有利于菜心Vc、可溶性蛋白和纤维素在其体内积累。这与高文婧(2016)研究认为叶片是合成糖类的最直接场所,糖类的合成与分解比维生素、蛋白质和纤维素的合成与分解更快、更简单的观点一致,也与龙明华等(2017)研究认为在PAHs的刺激下,菜心机体条件反射地做出应答反应,可合成更多的可溶性糖,使碳水化合物比例增加,表现为单株鲜重增加的观点一致。邹囡(2016)研究认为,由于根部水培处理的PAHs经维管束在蒸腾拉力作用下缓慢运输至叶面,刺激叶面合成糖的感受器,因此,根部水培处理合成的可溶性糖较叶面涂抹处理滞后,同一时间内检测的可溶性糖含量表现为叶面处理>根部处理,本研究也获得相同结果。PAHs经根部水培处理可使菜心的Vc、可溶性蛋白和纤维素等营养成分增加,叶面涂抹处理可提高菜心的可溶性糖含量,但两种PAHs处理方式均会增加菜心的总PAHs含量,存在食用安全和损害人体健康的风险。

4 结论

以PAHs涂抹菜心叶面和进行根部水培,菜心体内均检测到萘、菲、荧蒽、苯并(a)蒽和苯并(a)芘等5种PAHs,其中叶面吸收PAHs的能力远高于根部;PAHs涂抹叶面和进行根部水培菜心的品质存在明显差异,但对食用安全和人体健康均存在风险。生产上菜地选择应远离公路和工厂,以避免PAHs借助尾气、灰尘和烟雾等通过叶片污染菜心。

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(責任编辑 思利华)

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