六价铬在多裂叶荆芥不同器官中的积累及其对植物修复的意义

《BMC Plant Biology》：Chromium (VI) accumulation in different plant organs of Lacy Phacelia (Phacelia tanacetifolia Benth.): Implications for phytoremediation

为探究多裂叶荆芥（Phacelia tanacetifolia Benth.）对铬（Cr）的积累情况及对蜜蜂健康的影响，研究人员开展了不同 Cr 浓度（0 - 40mg kg-1 ）的盆栽实验。结果表明，多裂叶荆芥根中 Cr 积累最多，花和雄蕊最少，其转运因子（TF）和生物富集因子（BCF）均 < 1，不适合植物修复，该研究为相关领域提供了重要参考。

　　在自然界中，重金属污染就像一场看不见的危机，严重威胁着人类健康和生态环境。铬（Cr）作为一种典型的重金属污染物，以其较高的密度和潜在的毒性令人担忧。它在土壤中广泛存在，不仅来源于岩石和火山灰等自然因素，更由于电镀、纺织印染、皮革加工等工业活动大量进入环境。Cr 有多种氧化态，其中六价铬 Cr (VI) 危害极大，比三价铬 Cr (III) 的毒性高 10 - 100 倍，能轻易溶解于土壤，污染地下水并进入食物链，国际癌症研究机构已将其列为 1 类致癌物。

在农业生产中，土耳其因无意识施肥，过量使用磷肥导致土壤中 Cr 和镉（Cd）积累问题突出。多裂叶荆芥（Phacelia tanacetifolia Benth.）作为一种重要的蜜源植物，广泛用于蜜蜂养殖、动物饲料和绿肥。然而，此前并无研究关注 Cr 在多裂叶荆芥不同器官中的积累情况及其对蜜蜂健康的潜在影响。

为了解决这些问题，来自土耳其宾戈尔大学（University of Bingol）的研究人员开展了一项研究。他们在可控的气候室条件下进行盆栽实验，设置了 5 种不同 Cr 浓度（0、5、10、20 和 40mg kg^-1 ），种植多裂叶荆芥 110 天，研究 Cr、锰（Mn）和铁（Fe）在不同植物器官（根、叶、茎、花和雄蕊）中的积累情况，同时记录不同 Cr 浓度对植物高度、茎直径以及各器官干重的影响。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为深入了解多裂叶荆芥与 Cr 污染的关系提供了关键依据。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验过程中，他们首先获取多裂叶荆芥种子，种植在取自宾戈尔大学校园的土壤中，通过完全随机设计设置不同 Cr 浓度处理。待植物生长一段时间后，测量植物高度和茎直径，收获植物并将各器官分离，烘干称重后研磨。利用微波消解系统，将植物样品用硝酸（HNO₃ ）消解，采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP - MS）测定 Cr、Fe 和 Mn 的浓度。通过计算转运因子（TF）和生物富集因子（BCF）来评估植物对 Cr 的吸收和转运能力，运用统计分析软件 JMP 进行方差分析（ANOVA）和最小显著差异（LSD）检验。

研究结果

• 铬积累和转运因子：不同植物器官中 Cr 积累量差异显著，顺序为根 > 叶 > 茎 > 花 = 雄蕊。随着 Cr 处理浓度的增加，各器官 Cr 积累量上升，在 40mg kg^-1 Cr 处理时达到最高。所有 Cr 浓度下 TF 均 < 1，表明多裂叶荆芥从根部向地上部分转运 Cr 的能力较弱；根和地上部分的 BCF 也均 < 1，说明其对 Cr 的积累能力有限。
• Fe 浓度：不同植物器官对 Fe 的吸收差异显著，根中 Fe 浓度最高，茎中最低。随着 Cr 浓度增加，植物各器官（除花外）的 Fe 浓度下降，在 40mg kg^-1 Cr 处理时 Fe 浓度最低。
• Mn 浓度：不同植物器官和 Cr 剂量对 Mn 浓度影响显著，雄蕊中 Mn 浓度最高，根中最低。随着 Cr 浓度升高，除雄蕊外，其他器官的 Mn 浓度增加，在 40mg kg^-1 Cr 处理时 Mn 浓度达到最高。
• Cr 处理对 Fe 和 Mn 浓度的影响：通过分析 Cr 暴露后植物器官中 Fe 和 Mn 的浓度关系，发现 Cr 与 Fe、Mn 在各器官中大多呈现拮抗关系。随着 Cr 浓度增加，Mn 浓度上升，而 Fe 浓度下降。
• Cr 处理对形态属性的影响：Cr 胁迫对多裂叶荆芥的植物高度、根干重、茎干重和花干重均产生负面影响，使其随 Cr 浓度增加而降低，但茎直径和叶干重不受影响。

研究结论和讨论
研究表明，多裂叶荆芥能在根部积累 Cr 并向地上部分转移，不过其 TF 和 BCF 均 < 1，这意味着它不适合用于植物修复。尽管实验中最高 Cr 浓度（40mg kg^-1 ）未超过世界卫生组织（WHO）规定的土壤允许限值（100mg kg^-1 ），但雄蕊中 Cr 含量（3.79mg kg^-1 ）却超过了植物允许限值（1.30mg kg^-1 / 2.30mg kg^-1 ），这增加了蜜蜂产品被 Cr 污染的风险。此外，Cr 暴露导致植物生物量显著下降，根、茎和花的干重分别减少 38%、44% 和 67%。因此，在 Cr 污染地区种植多裂叶荆芥用于蜜蜂养殖、饲料生产或植物修复可能并不合适。

该研究首次系统地探究了 Cr 在多裂叶荆芥中的积累特性，为评估 Cr 污染土壤对蜜源植物的影响提供了重要参考。研究结果有助于人们更好地认识多裂叶荆芥在 Cr 污染环境中的生长状况，为农业生产和环境保护提供了科学依据，对保障蜜蜂健康、维护生态平衡以及合理利用土地资源具有重要意义。