李 波，徐天養(yǎng)，徐幫雄，何光道

（云南省煙草公司文山州公司西疇縣分公司，云南 文山663000）

重金屬超標(biāo)一直是煙草行業(yè)普遍關(guān)注的問(wèn)題，其中尤以鎘超標(biāo)最為嚴(yán)重[1]。煙草吸收較多鎘，會(huì)導(dǎo)致煙草生理代謝紊亂，煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，更會(huì)威脅吸煙群體健康[2-3]。土壤是煙草生長(zhǎng)的重要介質(zhì)，卻也是煙葉吸收鎘的主要來(lái)源[4]。文章綜述了土壤鎘存在特性及煙草鎘累積特征，闡述了煙草對(duì)土壤鎘脅迫的響應(yīng)，并總結(jié)了煙草鎘的防控措施，以期為煙草鎘污染治理提供一定的科學(xué)參考。

1 土壤鎘存在特性及煙草鎘累積特征

隨著工業(yè)發(fā)展及人類(lèi)活動(dòng)的影響，土壤中鎘含量呈增加趨勢(shì)，但并非所有鎘都是煙草易于吸收的。研究表明，土壤鎘大體可分為可吸收態(tài)、交換態(tài)和難吸收態(tài)3種類(lèi)型[5]。可吸收態(tài)鎘在土壤中含量很少，但煙草能直接吸收。交換態(tài)鎘相對(duì)較多，隨著土壤理化環(huán)境的變化可以向可吸收態(tài)和難吸收態(tài)轉(zhuǎn)變。難吸收態(tài)鎘占土壤重金屬最高，很難被作物吸收利用或潛在遷移性很小。

隨著土壤理化環(huán)境的變化，包括酸堿性、氧化還原條件、有機(jī)質(zhì)含量，鎘的有效性也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。研究指出，土壤pH 值是影響煙草吸收土壤鎘最重要的因素。當(dāng)土壤pH 值小于5.5 時(shí)，煙草鎘濃度與土壤鎘濃度顯著線(xiàn)性相關(guān)；而當(dāng)土壤pH 值>5.5 時(shí)，兩者呈對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系。由此可見(jiàn)，酸性環(huán)境下土壤鎘生物有效性更高，煙草更易吸收累積鎘元素[6]。煙草根系通常會(huì)產(chǎn)生酸性分泌物，降低局部環(huán)境內(nèi)土壤pH 值，從而提高鎘有效性[7]。此外，酸性環(huán)境下土壤重金屬溶解性較高，導(dǎo)致植物可吸收的有效態(tài)鎘較多，這是南方地區(qū)煙葉鎘含量高于北方的原因[8]。土壤有機(jī)質(zhì)含量也是影響煙草吸收鎘的重要因素，研究表明，煙草鎘濃度顯著負(fù)相關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)[9]，這主要是由于土壤有機(jī)質(zhì)中的活性基團(tuán)與鎘螯合，降低了鎘的有效性所致。

土壤是煙草吸收鎘的主要來(lái)源，煙草從根系吸收鎘后，然后轉(zhuǎn)運(yùn)至不同器官。研究表明，鎘在煙草不同部位的含量表現(xiàn)為葉＞莖＞根，說(shuō)明鎘在煙株內(nèi)具有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)移能力[10]。吳玉萍等研究[11]也指出，煙株中的鎘80%以上分布在煙葉中，根部含量很少。鎘在煙葉中的分布以上部葉最多，其次為中部葉，這說(shuō)明鎘在煙株中移動(dòng)性較高，極易在煙草中富集[12]。

2 鎘對(duì)煙草生理、表觀(guān)形態(tài)及品質(zhì)的影響

煙草攝入鎘后生理代謝水平有所變化，其變化情況與鎘的攝入量有關(guān)。鎘化合物是一種促氧化劑，可導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量自由基，對(duì)細(xì)胞及組織造成傷害。在低濃度鎘脅迫環(huán)境下，煙草會(huì)出現(xiàn)自我保護(hù)現(xiàn)象，表現(xiàn)為超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶等自由基清除酶系統(tǒng)激活，丙二醛及脯氨酸含量升高等[13]。但當(dāng)鎘濃度過(guò)高時(shí)，各自由基清除酶活性顯著下降，煙草生理代謝紊亂，嚴(yán)重時(shí)細(xì)胞組織受到傷害。李元等[14]研究表明，鎘脅迫處理（>250 ug/L）一周會(huì)明顯抑制煙草葉綠素合成及氧化酶系活性，煙草細(xì)胞出現(xiàn)畸形現(xiàn)象。在鎘脅迫環(huán)境下，植物細(xì)胞膜透性和亞顯微結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)為葉肉細(xì)胞的細(xì)胞核畸形，線(xiàn)粒體脊空泡化，細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)被破壞等[15]。

鎘攝入過(guò)多還會(huì)影響煙草的正常碳氮代謝過(guò)程。研究表明，各生育期煙葉鎘含量越多，煙葉總?cè)~綠素含量（葉綠素a+b）及光合速率降低越明顯[16-17]，碳代謝過(guò)程有所降低。與碳代謝不同的是，在鎘脅迫環(huán)境下，氮代謝水平有升高的趨勢(shì)，表現(xiàn)為葉片氮含量、總氨基酸含量增加。而葉片的氨基酸含量與蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，這可能是由于鎘與DNA 結(jié)合誘導(dǎo)蛋白質(zhì)合成增加，尤其是金屬硫蛋白和鎘硫蛋白的增加，這很可能是一種解毒機(jī)制[18]。

重金屬脅迫會(huì)導(dǎo)致煙草生理代謝過(guò)程紊亂，最終在其形態(tài)建成上表現(xiàn)出來(lái)，如植株生長(zhǎng)不良、各部分干物質(zhì)累積量減少等[19-22]。另一方面，重金屬脅迫會(huì)影響煙葉品質(zhì)，包括煙堿、還原糖及蛋白質(zhì)的含量等[23-25]。鄧家軍等[26]研究指出，鎘可以提高煙葉氨基酸和蛋白質(zhì)含量，同時(shí)降低葉片煙堿含量，導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降。此外，煙葉可溶性糖對(duì)鎘的響應(yīng)極其敏感，輕度鎘污染即會(huì)引起含量顯著下降，可作為鎘污染評(píng)價(jià)的指標(biāo)[27]。

3 煙草鎘污染防控修復(fù)措施

對(duì)煙草鎘污染的治理，一方面要從源頭上減少鎘進(jìn)入土壤，另一方面要設(shè)法減少土壤中鎘含量或者降低其生物有效性。肥料及農(nóng)藥中往往含有較多重金屬，尤其以磷肥、鎂肥及硫酸鉀中鎘含量超標(biāo)[28]。因此，要加強(qiáng)肥料的重金屬監(jiān)測(cè)管理力度，合理控制農(nóng)藥施用量，減少鎘進(jìn)入土壤的途徑。此外，通過(guò)改變土壤理化環(huán)境，根據(jù)元素與鎘的互作規(guī)律來(lái)降低土壤鎘的有效性也是一種較好的方法。

元素與鎘的互作規(guī)律主要表現(xiàn)為兩類(lèi)，一類(lèi)是促進(jìn)效應(yīng)，如錳、鐵；另一類(lèi)是抑制效應(yīng)，如磷、硼、鋅、鎂、銅、鈣、硅等。研究表明，“鐵+鎘”處理中，各處理濃度下煙草葉片鎘含量均比單獨(dú)鎘處理時(shí)對(duì)應(yīng)濃度高得多，這是由于鐵對(duì)煙草吸收運(yùn)輸以的協(xié)同作用所致，因此建議在含鐵較多的地區(qū)減少煙草種植[29]。鎘與鋅間存在明顯的拮抗關(guān)系[30]，施加鋅肥可降低煙草鎘濃度，煙株中各部位鎘濃度也均有不同程度的下降，下降幅度為12.8%～30.0%。王曉敏等[31]研究表明，通過(guò)提高土壤對(duì)重金屬的固定作用，鈣肥可以降低煙草對(duì)鎘的吸收。此外，硅肥能夠減少煙草吸收鎘和砷，主要是因?yàn)榧?xì)胞壁硅質(zhì)化會(huì)導(dǎo)致重金屬侵入受阻，并在細(xì)胞壁與重金屬形成沉淀。添加鈍化修復(fù)材料會(huì)顯著影響土壤鎘的存在形態(tài)，表現(xiàn)為土壤有效態(tài)鎘濃度顯著降低，同時(shí)土壤中殘?jiān)鼞B(tài)鎘濃度顯著增加。添加骨粉及活性碳后，土壤膠體對(duì)鎘的吸附增加，鎘有效性下降，從而降低了烤煙對(duì)鎘的吸收[32]。與單個(gè)防治措施相比，多個(gè)防治措施復(fù)合使用的效果更具優(yōu)勢(shì)，王衛(wèi)研究表明，無(wú)機(jī)鈍化劑赤泥與富含巰基化合物油菜秸稈聯(lián)合應(yīng)用并配施鋅肥是一種高效的、對(duì)環(huán)境友好的植煙土壤鎘污染田間消減方法之一[33]。

4 展 望

煙草重金屬防控一直是重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，尤其是鎘。目前，關(guān)于重金屬鎘對(duì)煙草影響的相關(guān)研究較多，但還有待于更深入的研究，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）加強(qiáng)煙草宏觀(guān)基因組對(duì)鎘的響應(yīng)研究，當(dāng)前鎘對(duì)煙草生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的研究已有大量報(bào)道，但鎘脅迫環(huán)境下煙草基因表達(dá)調(diào)控的研究較少。在鎘脅迫環(huán)境下，與鎘相關(guān)的特異基因表達(dá)及翻譯過(guò)程會(huì)發(fā)生特異性變化，加之煙草基因全序列的完成及分子實(shí)驗(yàn)技術(shù)（如高通量技術(shù)）的快速發(fā)展，更易找出與鎘代謝相關(guān)的特異基因，為轉(zhuǎn)基因煙草的研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從轉(zhuǎn)基因角度防治煙草鎘污染將是未來(lái)研究的一大熱點(diǎn)。（2）在今后的煙草鎘污染防控過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)在肥料生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)鎘含量的監(jiān)測(cè)力度，同時(shí)研發(fā)去除重金屬的肥料生產(chǎn)流程。施肥是煙草生產(chǎn)中不可或缺的環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)元素與鎘的互作規(guī)律來(lái)調(diào)整施肥種類(lèi)及用量，從而減少煙草對(duì)重金屬的吸收。此外，煙草鎘污染的防治措施較多，在實(shí)際生產(chǎn)中，要注意多種防治措施的綜合應(yīng)用。

[1]張 浩，陸 寧，錢(qián)曉剛，等.重金屬脅迫對(duì)煙草生理特性及其生物量的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（11）：25-29.

[2]雷麗萍，陳世寶，夏振遠(yuǎn)，等.煙草對(duì)污染土壤中鎘脅迫的響應(yīng)機(jī)制及影響因素研究進(jìn)展[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2011，32（4）：87-93.

[3]李添華，陳添昌，鐘 平，等.鎘脅迫對(duì)煙草生理生化的影響[J].農(nóng)技服務(wù)，2012，29（5）：604-605.

[4]張玉濤，楊興平，李 琳，等.重金屬Pb、Cr、Cd對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響及其分布規(guī)律[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，43（11）：1697-1702.

[5]鄭小東，榮湘民，羅尊長(zhǎng)，等.土壤重金屬污染及修復(fù)方法研究進(jìn)展[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（8）：37-43.

[6]王 衛(wèi)，梁振飛，李菊梅，等.土壤性質(zhì)對(duì)煙草中鎘富集的影響及預(yù)測(cè)模型研究[J].土壤，2014，46（1）：178-183.

[7]于會(huì)泳，申國(guó)明，高欣欣.煙草根系分泌物的GC-MS檢測(cè)[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2013，19（4）：64-72.

[8]潘文杰，姜超英，唐遠(yuǎn)駒，等.烤煙鉛鎘含量及其與環(huán)境的關(guān)系[J].土壤，2007，39（3）：369-374.

[9]林大松，徐應(yīng)明，孫國(guó)紅，等.土壤pH、有機(jī)質(zhì)和含水氧化物對(duì)鎘、鉛競(jìng)爭(zhēng)吸附的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（2）：510-515.

[10]潘淑君，李無(wú)雙，王榮琴.煙草中重金屬含量防控途徑探討[J].科學(xué)觀(guān)察，2010，（6）：96-97.

[11]吳玉萍，楊虹琦.重金屬鎘在烤煙中的累積分配[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2008，29（5）：37-39.

[12]張 華.鉻脅迫對(duì)烤煙生理特性和品質(zhì)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[13]忠宏志，劉國(guó)順，常思敏，等.煙草重金屬研究現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)減害對(duì)策[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2011，17（3）：89-94.

[14]李 元，王煥校，吳玉樹(shù).鎘、鐵及其復(fù)合污染對(duì)煙草生理的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1990，10（4）：494-500.

[15]郭江波，唐 炳，王建英，等.鎘脅迫對(duì)煙草生理特性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，25（6）：1279-1283.

[16]馬新明，李春明，劉海濤，等.Cd、Pb污染對(duì)烤煙ATP酶活性及煙葉品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（2）：708-712.

[17]齊 敏.土壤-煙草系統(tǒng)中煙草葉綠素對(duì)Hg-Cd-Pb脅迫的響應(yīng)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，9（4）：82-84.

[18]李立芹，魯黎明，卜貴鮮.鎘脅迫對(duì)煙草幼苗生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（5）：35-37.

[19]吳 坤，吳中紅，邰付菊，等.鎘脅迫對(duì)煙草激素水平、光合特性、熒光特性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（16）：4517-4524.

[20]石貴玉，秦麗鳳，陳耕云.鉻對(duì)煙草組培苗生長(zhǎng)和某些生理指標(biāo)的影響[J].廣西植物，2007，27（6）：899-902.

[21]吳玉萍，楊虹琦，徐照麗，等.重金屬鎘在烤煙中的累積分配[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2008，29（5）：37-39.

[22]陳耕云，石貴玉，徐美燕，等.重金屬Cr6+對(duì)煙草組織培養(yǎng)的影響[J].河池學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，26（2）：28-30.

[23]王學(xué)鋒，師東陽(yáng)，劉淑萍，等.煙草對(duì)土壤中環(huán)境激素鉛的吸收及其相互影響的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（4）：890-893.

[24]曹祥練，孫敬國(guó)，盧紅良.重金屬對(duì)烤煙產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，13（9）：3-6，9.

[25]王 淼，趙銘欽，臘貴曉.煙草中重金屬鎘污染及調(diào)控措施研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2011，13（2）：93-98.

[26]鄧家軍，張宇斌，胡繼偉，等.重金屬離子對(duì)煙葉SOD活性的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48（5）：1171-1175.

[27]李榮春.鎘、鉛及其復(fù)合污染對(duì)烤煙葉片生理生化及細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24（2）：238-242.

[28]武小凈，李德成，莊 云，等.山東省典型煙區(qū)煙葉重金屬的外源調(diào)查[J].土壤，2013，45（3）：513-516.

[29]丁 瓊，楊俊興，華 珞，等.不同鈍化劑配施硫酸鋅對(duì)石灰性土壤中鎘生物有效性的影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（2）：312-317.

[30]段昌群，王煥校，胡 斌.鎘、鐵在煙草中的相互作用及對(duì)煙草品質(zhì)的影響[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，16（3）：257-261.

[31]王曉敏，王書(shū)成，郞玉卓，等.重金屬對(duì)煙草的影響及其治理[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，12（7）：15-17.

[32]張 華.鉻脅迫對(duì)烤煙生理特性和品質(zhì)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[33]王 衛(wèi).煙草中鎘的富集規(guī)律與田間消減技術(shù)研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2013.