腐植酸调节砷酸盐生菜毒性作用研究

摘 要：为探究不同砷酸盐处理条件下生菜中砷的累积规律，以及腐植酸对生菜砷酸盐毒性的调控作用。分析了生菜自身代谢 对培养液pH的调节作用，以及腐植酸协同砷酸盐作用下培养液中pH的变化，采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱法对 生菜体内砷酸盐累积变化规律进行动态监测，同时采用叶绿素分析仪、氨基酸分析仪与最小偏二乘分析相结合的方法，探索生菜 生长表现以及相关品质指标变化，进一步研究腐植酸添加对上述各指标的调节作用。研究表明：非砷酸盐处理组生菜正常生长 会引起培养液pH显著升高，随着砷酸盐添加浓度的逐渐升高溶液中的pH逐渐下降，当砷酸盐添加浓度为10 mg·L-1 时，pH下降 最为显著，降低至3.87，腐植酸添加对砷酸盐的生菜产酸胁迫具有不同程度的缓解作用。同时，研究发现生菜各组织中无机砷的 含量均随着砷酸盐处理浓度的增加而在各生长时期呈现出不同的增加趋势。在CK（不加砷对照处理）及CKHA（不加砷但添加腐 植酸处理）组，生菜根、茎、叶中砷的形态主要以五价砷为主，并且随着腐植酸添加浓度增加，无机砷含量在生菜各生长时期均呈 现不同程度的下降。然而，在不同砷酸盐处理组，各生菜植株内主要以亚砷酸盐As（Ⅲ）形式存在。当砷酸盐添加浓度为0.5 mg· L-1 时，生物量、株高、根长以及叶绿素的相对含量均高于CK组，说明低浓度的砷酸盐可促进生菜生长，高浓度砷酸盐均不同程度 地对生菜生长产生抑制作用，适量浓度的腐植酸添加则不同程度地促进了生菜生长，并对高浓度砷酸盐的生菜毒性作用有所缓 解。在生菜叶中砷含量未超标的CK、V-0.5（添加0.5 mg·L-1 砷酸盐）、V-1（添加1 mg·L-1 砷酸盐）处理组中，V-0.5处理组的维生素 C和可溶性糖含量最高，硝酸盐含量最低，说明低浓度砷酸盐提高了生菜的品质。而在砷酸盐处理组，当腐植酸添加浓度为5 mg· L-1 时，生菜的维生素C、总酚含量最高，硝酸盐含量相较V-10（添加10 mg·L-1 砷酸盐）处理组显著降低，具有提高生菜品质的作用。 PLS-DA 分析及 VIP 得分表明，应对砷酸盐胁迫的主要差异表达氨基酸类型为谷氨酸（GLU）和精氨酸（ARG），腐植酸添加使得 GLU和ARG的表达水平明显上调。砷酸盐能降低生菜生长环境的pH，腐植酸具有降低生菜产酸胁迫的作用，砷酸盐添加浓度低 于3.5 mg·L-1 时，在各生长时期，生菜叶中砷含量均不超过国家限量标准，腐植酸对生菜叶中无机砷含量的调控具有时效性，腐植酸可上调与抗逆相关的GLU和ARG的表达水平。

关键词：砷酸盐；腐植酸；生菜；生长表现；安全品质

近年来，含砷灌溉水的使用导致砷污染农田大面 积出现，农田中的砷进一步通过食物链传递对人体健 康造成危害[1-2] 。砷的生物毒性不仅取决于生物体中 砷的含量，而且与砷的形态密切相关，砷可分为无机 砷、有机砷和单质砷，其中单质砷溶解度较低，不易被 人体吸收[3] ，而无机砷的毒性大于有机砷[1] 。在土壤 与水环境中，可溶性砷形态主要为砷酸盐As（Ⅴ）和亚 砷酸盐As（Ⅲ），在有氧条件下，As（Ⅴ）占主导地位[4] ， 因此本研究选取砷酸盐作为主要研究对象。生菜具 有重要的食用价值和药用价值，现已成为设施农业和 植物工厂的主要种植对象之一[5] 。

本研究选取生菜 作为研究对象，采用可以排除复杂土壤环境影响的水 培方式[6] ，从砷酸盐的生菜积累以及对其安全品质影 响方面开展研究。 腐植酸（Humic acid，HA）是一种天然存在的高络 合和聚合有机物，其丰富的含氧官能团（例如羧酸、酚 羟基和醌官能团[7 ）] 可以络合许多金属[8] 。本研究所采用的腐植酸中的黄腐酸（富里酸）含量≥90%，其分 子结构中存在含氧活性基团，如羧基和酚羟基，同时还 含有杂氮环，所以有离子交换性和与金属离子形成螯 合物的能力，另外含有的醌基和半醌基具有一定的氧 化还原能力[9] 。黄腐酸能使作物根系发达，次生根数 量增多，提高作物吸水力，并能降低叶面蒸腾作用，提 高叶绿素含量，促进光合作用[10] 。此外，腐植酸还可以 提高植物肥力，改善植物生长[11-12] 。

因此，本研究进一 步选取腐植酸对砷的植物毒性进行调节，旨在从生菜 中砷的安全限量的角度，探究蔬菜中砷的累积规律以 及砷和腐植酸对蔬菜的毒性调节作用，为蔬菜质量安 全及品质改善提供数据，对修订相关标准以及蔬菜的 安全生产具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 生菜的培养及染毒 本研究选取玻璃生菜 Lettuce（Iceberg L.）作为研究对象，采用蛭石将生菜种子培育至四叶一心后，移 入水培盆中，每个水培盆种植生菜 12 株。各水培盆 中均装有 5 L 的 Hoagland 营养液，成分组成见表 1。 用 NaOH 调节 pH 为 6.0，并及时补充蒸馏水至 5 L 水 位线，定期用充氧泵进行曝气处理，定期测定培养液 中砷含量的变化。