9种植物对钴的吸收转运特征研究

摘要 ［目的］探讨Co胁迫条件下植物对重金属Co的吸收转运特征。［方法］通过盆栽试验，分析田菁、紫花苜蓿、猪屎豆、毛苕子、大豆、绿花菜、番茄、红甜菜、空心莲子草9种植物在Co胁迫条件下对Co的吸收转运能力。［结果］Co胁迫条件下，各个植物地上部、根部Co含量均极显著高于对照（P＜0.01），其中大豆（开8157）地上部Co含量增幅最大，是对照的26.5倍，增幅最小的是空心莲子草，是对照的5.7倍；空心莲子草根部Co含量增幅最大，是对照的567.4倍，增幅最小的是番茄，是对照的16.3倍。在Co胁迫处理条件下，除紫花苜蓿、大豆（丰豆5号）由于对照组根部Co含量低于检出值无法计算转移系数外，其他7种植物的Co转移系数均显著低于对照（P＜0.05），其中转移系数降低最多的为空心莲子草，仅为对照的1.0%，降低最少的为田菁，为对照的48.5%，4个品种大豆的转移系数均极显著降低，均小于等于0.10。［结论］除紫花苜蓿、大豆（丰豆5号）外，其余7种植物在Co胁迫条件下地上部、根部Co含量显著增加，转移系数显著降低。

关键词 钴；重金属；植物；转移系数；吸收转运特征

中图分类号 X 173 文献标识码 A 文章编号 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

钴是广泛存在于自然界中的重金属元素，也是制造动力电池阳极所必不可缺的金属材料，随着纯电动汽车的快速普及，钴的产量也逐年上升［1］，导致过量的钴释放到环境中，超过环境的承载力。过量的钴胁迫能抑制植物生长［2］；降低植物体内叶绿素含量及抑制叶绿素合成相关基因的表达，对植物光合作用产生负面影响［3-4］；也能抑制植物固氮和氮素同化［5］。同时，植物也能从环境中吸收积累过量的钴，并通过食物链影响人类的健康。

目前，在钴污染土壤中，植物对钴的富集特征的研究主要集中在非洲铜矿带等地区，主要目的是筛选钴超富集植物。利用超富集植物修复重金属污染的土壤是当前研究的热点，具有经济性好、无二次污染等优点［6］。一方面，筛选钴超富集植物可用于植物修复重金属污染土壤，另一方面，在钴污染土壤中生长，不富集钴的植物，能阻断重金属通过植物进入食物链的途径，也能用于污染土壤生态治理，因此研究钴污染土壤中植物对钴的富集转运特征具有重要意义。

该试验以重金属钴作为处理因子，比较研究了9种植物对钴的富集转运特征，为钴污染土壤治理寻找修复植物提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料田菁、紫花苜蓿、猪屎豆、毛苕子种子购于郑州华丰草业科技有限公司，大豆、绿花菜、番茄、红甜菜种子购于四川省成都市四川农业高新技术产品市场，空芯莲子草采于四川省原子能研究院周边田边，其名称如表1所示。试验用土采自四川省原子能研究院附近的菜园土，自然风干后，剔除草根、碎石，压碎并按照1∶1混入购买于成都市三圣乡花卉市场的有机营养土后备用。

1.2 试验方法

设置对照组（未加Co）和Co胁迫组（100 mg/kg）2个试验组，Co胁迫组按照每1 kg供试土壤中施加100 mg Co配制而成，钴以CoCl2·6H2O为外源形式，以水溶液的方式均匀浇灌后混匀，对照组施加同等体积的去离子水混匀，均放置7 d自然风干后备用。选取饱满、大小一致的种子，先用0.5% NaClO3 浸泡 10 min，然后用去离子水反复冲洗干净备用。空心莲子草采集带芽茎段，用自来水反复冲洗干净后，去离子水冲洗3遍备用。每个培养盆中放入3 kg土壤，每盆均匀入15粒种子（空心莲子草每盆移栽入10个茎段），覆土后浇入适量去离子水使土壤充分浸湿，每个品种植物设置对照组和Co胁迫组，每组设置3个重复。

1.3 Co含量测定

将培养60 d的各处理组植物取出，自来水冲洗干净根部土壤，经蒸馏水冲洗3遍，去离子水冲洗3遍后于105 ℃烘30 min杀青，80 ℃烘至恒重［7］，分地上部、根部分别称取0.2 g按照国标GB/T 14609—2008湿法消解，消解液用火焰原子吸收分光光度法测定其金属元素含量［8］。植物中Co含量以单位干重含量表示。

1.4 转移系数

计算公式：转移系数=植株地上部组织重金属含量/植株根部重金属含量。

1.5 数据处理

试验数据以平均值±SD表示，Co胁迫处理植物与对照组比较，进行t检验。

2 结果与分析

2.1 供试植物对Co的富集特征

如表2所示，在对照组中，地上部Co含量较高的3种植物依次为番茄、空心莲子草、紫花苜蓿，分别为3.98、3.22、2.99 mg/kg，根部Co含量较高的3种植物依次为番茄、毛苕子、红甜菜，分别为3.99、3.47、2.97 mg/kg。在Co胁迫处理条件下，地上部Co含量较高的3种植物依次为大豆（开8157）、紫花苜蓿、红甜菜，分别为32.87、32.26、28.41 mg/kg，根部Co含量较高的3种植物依次为大豆（开8157）、毛苕子、大豆（丰豆5号），分别为382.25、345.08、281.45 mg/kg，5个大豆品种根部Co含量均极显著提高，且根部Co含量较高的前6个植物中有5个都是大豆。

Co胁迫条件下，各个植物地上部、根部Co含量均极显著高于对照（P＜0.01），其中大豆（开8157）地上部Co含量增幅最大，是对照的26.5倍，增幅最小的是空心莲子草，是对照的5.7倍；空心莲子草根部Co含量增幅最大，是对照的567.4倍，增幅最小的是番茄，是对照的16.3倍。

2.2 供试植物对Co的转移系数

从表3可以看出，在对照组中，Co转移系数最大的是空心莲子草，为12.95，最小的是田菁，为0.33。转移系数≥1.00的包括大豆（铁丰29）、大豆（开8157）、空心莲子草、绿花菜、番茄。在Co胁迫处理条件下，转移系数最大的为番茄，为0.40，最小的为猪屎豆，为0.06。在Co胁迫处理条件下，除紫花苜蓿、大豆（丰豆5号）由于对照组根部Co含量低于检出限无法计算转移系数外，其余7种植物的转移系数均显著低于对照，其中转移系数降低最多的为空心莲子草，仅为对照的1.0%，降低最少的为田菁，为对照的48.5%，4个品种大豆的转移系数均极显著降低，均小于等于0.10。

3 讨论与结论

钴是植物的有益元素［9］，是维生素B12的重要组成部分［10］，一般土壤中Co的平均浓度为0.1～100.0 mg/kg，中位数约为8.0 mg/kg［11］，我国表层土壤Co峰值位于 11.0～13.0 mg/kg［12］，研究表明，随着土壤或培养介质中Co浓度的增加，植物体内的Co浓度也随之增加［13］。杨黎芳等［14］研究表明，随着土壤中Co含量增加，小麦地上部、根部的Co含量显著增加；郭利刚等［15］研究表明，随着土壤中Co浓度的增加，玉米地上部、根部Co含量显著增加；该研究表明，高浓度的Co能显著增加田菁、紫花苜蓿、毛苕子、猪屎豆、大豆、空心莲子草、绿花菜、番茄、红甜菜地上部、根部Co含量，说明土壤中Co浓度的增加能增加植物对Co的吸收富集效果，Aery等［16］研究表明这与土壤中有效Co含量增加有关，王秀敏等［17］研究也证明土壤中有效钴含量与玉米植株Co含量呈正相关。