伏毅　蒲磊　卜姝文　王巍　黃雪晴　邱婭璐

摘要 ［目的］探討Co脅迫條件下植物對(duì)重金屬Co的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征。［方法］通過(guò)盆栽試驗(yàn)，分析田菁、紫花苜蓿、豬屎豆、毛苕子、大豆、綠花菜、番茄、紅甜菜、空心蓮子草9種植物在Co脅迫條件下對(duì)Co的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力。［結(jié)果］Co脅迫條件下，各個(gè)植物地上部、根部Co含量均極顯著高于對(duì)照（P＜0.01），其中大豆（開(kāi)8157）地上部Co含量增幅最大，是對(duì)照的26.5倍，增幅最小的是空心蓮子草，是對(duì)照的5.7倍；空心蓮子草根部Co含量增幅最大，是對(duì)照的567.4倍，增幅最小的是番茄，是對(duì)照的16.3倍。在Co脅迫處理?xiàng)l件下，除紫花苜蓿、大豆（豐豆5號(hào)）由于對(duì)照組根部Co含量低于檢出值無(wú)法計(jì)算轉(zhuǎn)移系數(shù)外，其他7種植物的Co轉(zhuǎn)移系數(shù)均顯著低于對(duì)照（P＜0.05），其中轉(zhuǎn)移系數(shù)降低最多的為空心蓮子草，僅為對(duì)照的1.0%，降低最少的為田菁，為對(duì)照的48.5%，4個(gè)品種大豆的轉(zhuǎn)移系數(shù)均極顯著降低，均小于等于0.10。［結(jié)論］除紫花苜蓿、大豆（豐豆5號(hào)）外，其余7種植物在Co脅迫條件下地上部、根部Co含量顯著增加，轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著降低。

關(guān)鍵詞 鈷；重金屬；植物；轉(zhuǎn)移系數(shù)；吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征

中圖分類號(hào) X 173文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2023）15-0082-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.019

Study on the Absorption and Transport Characteristics of Cobalt in Nine Plants

FU Yi，PU Lei，BU Shu-wen et al

（Irradiation Preservation Key Laboratory of Sichuan Province，Sichuan Institute of Atomic Energy，Chengdu，Sichuan 610101）

Abstract ［Objective］ To explore the absorption and transport characteristics in Co stressed plant. ［Method］ The ability of cobalt absorption and transport were evaluated in 9 plants including Sesbania cannabina，Medicago sativa，Crotalaria pallida，Vicia villosa，Glycine max，Brassica oleracea，Solanum lycopersicum，Beta vulgaris and Alternanthera philoxeroides with pot experiment. ［Result］ Under the condition of Co stress，the Co content in the shoot and root of each plant was significantly higher than that of the control （P< 0.01）， the Co content most increased in Glycine max （Kai 8157） shoot， 26.5 times that of the control， and the lowest increased in Alternanthera philoxeroides， 5.7 times that of the control; the Co content most increased in Alternanthera philoxeroides root， 567.4 times that of the control， and the smallest increased in Solanum lycopersicum， 16.3 times that of the control. Under the condition of Co stress，

except for Medicago sativa and Glycine max （FD5）， which could not calculate the transfer coefficient because the root Co content of the control group was lower than the detected value，

the Co transfer coefficient of 7 plants was significantly lower than that of the control （P<0.05），among them， the transfer coefficient of Alternanthera philoxeroides decreased the most， which was only 1.0% of the control， and that of Sesbania cannabina was the least， which was 48.5% of the control. The transfer coefficient of the four varieties of Glycine max was significantly decreased， which was less than or equal to 0.10.［Conclusion］ Except for M. sativa and G. max （FD5）， the content of Co in the shoot and root of the other seven plants increased significantly， and the transfer coefficient decreased significantly under the condition of Co stress.

Key words Cobalt;Heavy metal;Plant;Transfer coefficient;Absorption and transport characteristic

鈷是廣泛存在于自然界中的重金屬元素，也是制造動(dòng)力電池陽(yáng)極所必不可缺的金屬材料，隨著純電動(dòng)汽車的快速普及，鈷的產(chǎn)量也逐年上升［1］，導(dǎo)致過(guò)量的鈷釋放到環(huán)境中，超過(guò)環(huán)境的承載力。過(guò)量的鈷脅迫能抑制植物生長(zhǎng)［2］；降低植物體內(nèi)葉綠素含量及抑制葉綠素合成相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)植物光合作用產(chǎn)生負(fù)面影響［3-4］；也能抑制植物固氮和氮素同化［5］。同時(shí)，植物也能從環(huán)境中吸收積累過(guò)量的鈷，并通過(guò)食物鏈影響人類的健康。

目前，在鈷污染土壤中，植物對(duì)鈷的富集特征的研究主要集中在非洲銅礦帶等地區(qū)，主要目的是篩選鈷超富集植物。利用超富集植物修復(fù)重金屬污染的土壤是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，具有經(jīng)濟(jì)性好、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)［6］。一方面，篩選鈷超富集植物可用于植物修復(fù)重金屬污染土壤，另一方面，在鈷污染土壤中生長(zhǎng)，不富集鈷的植物，能阻斷重金屬通過(guò)植物進(jìn)入食物鏈的途徑，也能用于污染土壤生態(tài)治理，因此研究鈷污染土壤中植物對(duì)鈷的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征具有重要意義。

該試驗(yàn)以重金屬鈷作為處理因子，比較研究了9種植物對(duì)鈷的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征，為鈷污染土壤治理尋找修復(fù)植物提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料田菁、紫花苜蓿、豬屎豆、毛苕子種子購(gòu)于鄭州華豐草業(yè)科技有限公司，大豆、綠花菜、番茄、紅甜菜種子購(gòu)于四川省成都市四川農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)，空芯蓮子草采于四川省原子能研究院周邊田邊，其名稱如表1所示。試驗(yàn)用土采自四川省原子能研究院附近的菜園土，自然風(fēng)干后，剔除草根、碎石，壓碎并按照1∶1混入購(gòu)買(mǎi)于成都市三圣鄉(xiāng)花卉市場(chǎng)的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)土后備用。

1.2 試驗(yàn)方法

設(shè)置對(duì)照組（未加Co）和Co脅迫組（100 mg/kg）2個(gè)試驗(yàn)組，Co脅迫組按照每1 kg供試土壤中施加100 mg Co配制而成，鈷以CoCl2·6H2O為外源形式，以水溶液的方式均勻澆灌后混勻，對(duì)照組施加同等體積的去離子水混勻，均放置7 d自然風(fēng)干后備用。選取飽滿、大小一致的種子，先用0.5% NaClO3 浸泡 10 min，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈備用?？招纳徸硬莶杉瘞а壳o段，用自來(lái)水反復(fù)沖洗干凈后，去離子水沖洗3遍備用。每個(gè)培養(yǎng)盆中放入3 kg土壤，每盆均勻入15粒種子（空心蓮子草每盆移栽入10個(gè)莖段），覆土后澆入適量去離子水使土壤充分浸濕，每個(gè)品種植物設(shè)置對(duì)照組和Co脅迫組，每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 Co含量測(cè)定

將培養(yǎng)60 d的各處理組植物取出，自來(lái)水沖洗干凈根部土壤，經(jīng)蒸餾水沖洗3遍，去離子水沖洗3遍后于105 ℃烘30 min殺青，80 ℃烘至恒重［7］，分地上部、根部分別稱取0.2 g按照國(guó)標(biāo)GB/T 14609—2008濕法消解，消解液用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定其金屬元素含量［8］。植物中Co含量以單位干重含量表示。

1.4 轉(zhuǎn)移系數(shù)

計(jì)算公式：轉(zhuǎn)移系數(shù)=植株地上部組織重金屬含量/植株根部重金屬含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±SD表示，Co脅迫處理植物與對(duì)照組比較，進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試植物對(duì)Co的富集特征

如表2所示，在對(duì)照組中，地上部Co含量較高的3種植物依次為番茄、空心蓮子草、紫花苜蓿，分別為3.98、3.22、2.99 mg/kg，根部Co含量較高的3種植物依次為番茄、毛苕子、紅甜菜，分別為3.99、3.47、2.97 mg/kg。在Co脅迫處理?xiàng)l件下，地上部Co含量較高的3種植物依次為大豆（開(kāi)8157）、紫花苜蓿、紅甜菜，分別為32.87、32.26、28.41 mg/kg，根部Co含量較高的3種植物依次為大豆（開(kāi)8157）、毛苕子、大豆（豐豆5號(hào)），分別為382.25、345.08、281.45 mg/kg，5個(gè)大豆品種根部Co含量均極顯著提高，且根部Co含量較高的前6個(gè)植物中有5個(gè)都是大豆。

Co脅迫條件下，各個(gè)植物地上部、根部Co含量均極顯著高于對(duì)照（P＜0.01），其中大豆（開(kāi)8157）地上部Co含量增幅最大，是對(duì)照的26.5倍，增幅最小的是空心蓮子草，是對(duì)照的5.7倍；空心蓮子草根部Co含量增幅最大，是對(duì)照的567.4倍，增幅最小的是番茄，是對(duì)照的16.3倍。

2.2 供試植物對(duì)Co的轉(zhuǎn)移系數(shù)

從表3可以看出，在對(duì)照組中，Co轉(zhuǎn)移系數(shù)最大的是空心蓮子草，為12.95，最小的是田菁，為0.33。轉(zhuǎn)移系數(shù)≥1.00的包括大豆（鐵豐29）、大豆（開(kāi)8157）、空心蓮子草、綠花菜、番茄。在Co脅迫處理?xiàng)l件下，轉(zhuǎn)移系數(shù)最大的為番茄，為0.40，最小的為豬屎豆，為0.06。在Co脅迫處理?xiàng)l件下，除紫花苜蓿、大豆（豐豆5號(hào)）由于對(duì)照組根部Co含量低于檢出限無(wú)法計(jì)算轉(zhuǎn)移系數(shù)外，其余7種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)均顯著低于對(duì)照，其中轉(zhuǎn)移系數(shù)降低最多的為空心蓮子草，僅為對(duì)照的1.0%，降低最少的為田菁，為對(duì)照的48.5%，4個(gè)品種大豆的轉(zhuǎn)移系數(shù)均極顯著降低，均小于等于0.10。

3 討論與結(jié)論

鈷是植物的有益元素［9］，是維生素B12的重要組成部分［10］，一般土壤中Co的平均濃度為0.1～100.0 mg/kg，中位數(shù)約為8.0 mg/kg［11］，我國(guó)表層土壤Co峰值位于 11.0～13.0 mg/kg［12］，研究表明，隨著土壤或培養(yǎng)介質(zhì)中Co濃度的增加，植物體內(nèi)的Co濃度也隨之增加［13］。楊黎芳等［14］研究表明，隨著土壤中Co含量增加，小麥地上部、根部的Co含量顯著增加；郭利剛等［15］研究表明，隨著土壤中Co濃度的增加，玉米地上部、根部Co含量顯著增加；該研究表明，高濃度的Co能顯著增加田菁、紫花苜蓿、毛苕子、豬屎豆、大豆、空心蓮子草、綠花菜、番茄、紅甜菜地上部、根部Co含量，說(shuō)明土壤中Co濃度的增加能增加植物對(duì)Co的吸收富集效果，Aery等［16］研究表明這與土壤中有效Co含量增加有關(guān)，王秀敏等［17］研究也證明土壤中有效鈷含量與玉米植株Co含量呈正相關(guān)。

Salt［18］認(rèn)為，地上部分重金屬含量大于根部（轉(zhuǎn)移系數(shù)>1.00）的植物對(duì)重金屬超富集植物的篩選可能更有意義。該研究表明，在正常土壤中生長(zhǎng)的植物大豆（鐵豐29、開(kāi)8157）、空心蓮子草、綠花菜、番茄的Co轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1.00，但是在Co脅迫條件下，除紫花苜蓿、大豆（豐豆5號(hào)）由于對(duì)照組根部Co含量低于檢出限無(wú)法計(jì)算轉(zhuǎn)移系數(shù)外，其余7種植物的Co轉(zhuǎn)移系數(shù)均顯著降低，這與徐冬平等［19］在蠶豆中觀察到的結(jié)果一致。

綜上所述，田菁、紫花苜蓿、毛苕子、豬屎豆、大豆、空心蓮子草、綠花菜、番茄、紅甜菜在Co脅迫條件下地上部、根部Co含量顯著增加，轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著降低。

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基金項(xiàng)目 四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2016SZ0075，2017JY0242，2021JDR0014）。

作者簡(jiǎn)介 伏毅（1983—），男，四川米易人，助理研究員，碩士，從事生物修復(fù)、重金屬污染治理研究。

收稿日期 2022-08-11