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表面活性剂对蔬菜生长及食用安全的影响研究

龚宁  
【摘要】:蔬菜为人类提供丰富的维生素、纤维素和矿物质,在膳食结构中占有很重要的地位。相对于其他农作物而言,蔬菜生长周期短,对水、肥和农药的需求量大,因此蔬菜安全问题一直为人们所重视。 表面活性剂是一类在较低浓度下就能使液体表面张力显著降低的有机化合物,被广泛应用于日用化工、纺织印染、食品等各领域,用量巨大,在环境中的普遍存在。但目前表面活性剂对蔬菜生长方面和是否促进重金属、农药等有害物质的吸收、富集方面的研究极少。因此,研究表面活性剂对蔬菜的生理毒性,以及表面活性剂-重金属复合污染对蔬菜重金属蓄积的影响,可为农田环境中关于表面活性剂的安全性评价奠定基础,为农业标准的修订提供新的试验依据。 本文选择了市场最常见的叶类和根类蔬菜,其中叶类蔬菜包括小白菜(一年生)和韭菜(多年生),根类蔬菜以胡萝卜(多年生)为代表,共3种供试植物,选用直链烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和吐温80(TW-80)三种表面活性剂,研究表面活性剂对蔬菜生长及其食用安全性的影响。研究表明,表面活性剂浓度高于0.5mg·L-1对蔬菜萌发有明显抑制,同时蔬菜幼根和幼芽发生了一系列抗性生理变化,改变了蛋白质分子氢键数目、果胶质含量和酯类分子中不饱和结构类型比例,提高了幼根中蛋白质、碳水化合物含量。表面活性剂-重金属复合处理时,表面活性剂对蔬菜重金属蓄积量、土壤重金属生物可利用态浓度、蔬菜对重金属的运移能力等均有影响。 具体内容如下: 1.通过种子萌发实验,探讨蔬菜对表面活性剂的生理响应机理。结果表明:(1)当SDBS、CTMAB和TW-80浓度≥0.5mg·L-1时,对蔬菜的正常萌发产生显著抑制,发芽率显著低于对照组(P0.05),且随表面活性剂浓度增大而降低。在0.1~5.0 mg·L-1范围时,小白菜等三种蔬菜的幼芽长度、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量等生理指标都有“低升高降"的趋势。(2)以发芽率、幼根和幼芽长抑制率三项指标来评判种子萌发受伤害程度及对表面活性剂耐受性的差异,SDBS、CTMAB、TW-80三种表面活性剂对三种蔬菜萌发阶段的生理毒害大小顺序:CTMABTW-80SDBS,而三种蔬菜对同种表面活性剂的耐受性大小顺序为:小白菜胡萝卜韭菜。 2.运用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectrophotometre, ATR-FTIR)分析经表面活性剂处理的蔬菜幼根中蛋白质、碳水化合物等物质结构变化,探讨表面活性剂对植物的伤害机理。由ATR-FTIR谱结果可知,表面活性剂处理浓度较低时(0.1 mg·L-1),小白菜和胡萝卜幼根中蛋白质分子稳定性因氢键比例增加而提高,果胶质比例提高,酯类分子的不饱和结构比例增加,细胞膜的流动性得到改善。韭菜幼根中果胶质的比例增大,自身组织细胞的保水性加强。表面活性剂处理浓度较高时(1.0~5.0 mg·L-1)时,幼根和幼芽的纤维素比例有所增加,蛋白质的氢键减少,结构松散,酯类分子不饱和结构比例有所降低,细胞膜的流动性变差。 3.由ATR-FTIR谱特征官能团吸收峰强度与亚甲基吸收峰强度A2926的比值,半定量表征蔬菜幼根和幼芽中蛋白质、碳水化合物和酯类物质相对含量的变化,探讨表面活性剂对植物的伤害机理。结果表明:表面活性剂浓度范围为0.1~1.0 mg·L-1时,小白菜、胡萝卜和韭菜幼根中蛋白质和碳水化合物含量高于对照组,小白菜幼根中酯类化合物含量同时也高于对照。这表明供试植物在表面活性剂影响下,其幼根中的蛋白质、碳水化合物和酯类物质含量得到了应激性的提高。 4.通过盆栽试验,研究表面活性剂-重金属复合污染对蔬菜生长量的影响。结果表明:土壤复合污染浓度低时(0.5 mg·Kg-1 Cd+0.5 mg·Kg-1表面活性剂;25.0~50.0mg·Kg-1 Cu+0.5 mg·Kg-1表面活性剂),刺激蔬菜的生长,高浓度复合污染(5.0~10.0mg·Kg-1 Cd+0.5 mg·Kg-1表面活性剂;100.0~200.0 mg·Kg-1 Cu+50.0 mg·Kg-1表面活性剂)则抑制蔬菜的生长。 5.运用原子吸收分光光度计(Atomic AbsorptionSpectrometer)测定表面活性剂-重金属复合污染蔬菜体内重金属浓度、重金属在植物体内的迁移率、重金属在土壤中各种形态浓度等指标,结合主成分分析法对上述指标进行了分析,结果如下: (1)主成分分析结果表明,影响蔬菜食用安全的各因素可提取四个主成分,其中表面活性剂-Cd处理组的主成分分别命名为PC1(Cd分布因子)、PC2(Cd运移因子)、PC3(交换态Cd因子)、PC4(表面活性剂浓度因子);表面活性剂-Cu处理组的主成分分别命名为PC1(Cu分布因子)、PC2(蔬菜的Cu富集因子)、PC3(Cu运移因子)和PC4(表面活性剂浓度因子)。(2)由四个主成分的贡献率可知,不同表面活性剂处理组的各主成分对蔬菜食用安全的影响程度不同,其中表面活性剂-Cd处理组的PC1贡献率顺序SDBSCTMABTW-80, PC2贡献率顺序CTMABTW-80SDBS, PC3贡献率SDBS CTMABTW-80, PC4贡献率顺序SDBS CTMAB TW-80;表面活性剂-Cu处理组的PC1贡献率CTMABSDBSTW-80, PC2的贡献率CTMAB SDBS TW-80,PC3的贡献率CTMABSDBSTW-80,PC4的贡献率十分接近。(3)由主成分得分排序可知:SDBS、CTMAB和TW-80提高了Cu或Cd从蔬菜根部向茎叶部的运移系数及土壤中Cd交换态比例,同时SDBS和TW-80还促进了蔬菜对Cu的吸收。(4)由各处理组蔬菜的综合得分排序可知:小白菜最易受到重金属污染,且SDBS-重金属复合污染对小白菜食用安全的威胁最大,CTMAB-重金属复合污染对韭菜和胡萝卜食用安全的威胁最大。


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