煙草重金屬污染及其防控措施研究進展

　　摘要：探討了重金屬污染對煙草生長發(fā)育、煙葉品質、生理代謝及細胞結構等方面的影響，闡述了煙草對重金屬的轉運及分布規(guī)律，并對防控修復措施及未來研究方向提出了建議。
　　關鍵詞：重金屬；污染；煙草；生長；煙葉；品質；防控措施
　　中圖分類號：S572.01 文章編號：1007-5119（2014）01-0127-06DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.024
　　Advance in Tobacco Heavy Metal Pollution and its Controlling Measures
　　ZENG Dewu, LI Fan, ZHAO Jianwu, ZHU Kailin, PEI Xiaodong
　　(Liuyang County Tobacco Company of Hunan Province, Liuyang, Hunan 410300, China)
　　Abstract: This paper reviewed the influence of heavy metal pollution on tobacco growth, leaf quality, physiological metabolism, and its cell sub-structures. Meanwhile, the law of heavy metal transportation and distribution in tobacco were elaborated, and the available heavy metal-controlling measures with future research were proposed, aiming to provide theoretical reference for controlling heavy metal pollution in tobacco.
　　Keywords: heavy metal; pollution; tobacco; growth; tobacco leaf; quality; controlling measure
　　
　　
　　作者簡介：曾德武，男，碩士，主要從事煙草栽培及病蟲害防治研究。E-mail：zengdewu0831@sina.com
　　收稿日期：2013-10-08
　　
　　
　　煙草作為一種重要的經(jīng)濟作物，其品質提高、無公害生產(chǎn)一直是煙草行業(yè)研究的重點[1-2]。重金屬含量過高的煙草植株，不僅其生長發(fā)育和產(chǎn)量會受到較大影響，煙葉品質也會明顯降低[3-5]，對吸煙人群健康造成更大威脅。隨著人們對“吸煙與健康”的日益關注，煙葉安全性問題越來越受重視，其中煙草與重金屬的關系研究已成為國內(nèi)外煙草研究的熱點之一[6-7]。目前研究較多的重金屬，主要包括重金屬元素汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）以及類金屬元素砷（As）等[8-9]。近年來，眾多科研工作者針對重金屬對煙草生長、產(chǎn)量及品質的影響及如何降低煙草重金屬含量等課題做了大量研究。基于此，我們在此系統(tǒng)闡述重金屬影響煙草生長的作用機理，并提出防控措施，為煙草重金屬防治提供一定的依據(jù)。
　　1重金屬對煙草生長和煙葉品質的影響及其作用機理
　　1.1重金屬對煙草表觀形態(tài)及煙葉品質的影響
　　煙草吸收的重金屬會直接影響植株體內(nèi)的生理代謝過程，最終在煙草的表觀形態(tài)上表現(xiàn)出來，主要表現(xiàn)為葉綠素含量、葉片數(shù)量、地上及地下部生物累積量降低等[10-13]。
　　在品質方面，煙草攝入過多重金屬會影響煙葉的煙堿、還原糖及蛋白質含量[14-16]。煙堿含量是煙葉品質的一個重要指標，在一定范圍內(nèi)其含量增加有利于煙葉品質提高。Cd污染會降低煙葉煙堿含量，其可能原因是根合成煙堿途徑或者煙堿向葉片轉運過程受阻。另外，煙葉中可溶性糖對Cd、Pb的污染極為敏感，輕度污染就會導致其含量明顯下降，這可能是由于葉綠體被破壞，光合作用受阻引起的[17]。重金屬會導致烤煙煙葉中糖堿比和氮堿比
　　升高，化學成分組成失衡，品質受到影響[18]。煙葉的氨基酸、蛋白質含量與煙草品質呈一定的負相關關系，含量過高會降低煙葉品質，燃吸時會產(chǎn)生苦澀、辛辣味。研究表明[19]，Cd的存在會提高煙葉蛋白質、氨基酸含量，煙葉品質有所下降。
　　1.2重金屬對煙草生理代謝及細胞結構的影響
　　陸寧等[20]采用盆栽試驗研究了鉻（Cr3+）濃度梯度對烤煙生長的影響，結果發(fā)現(xiàn)，烤煙植株的根系活力、葉片保護性酶活性隨著鉻濃度升高呈下降趨勢，而根葉細胞膜透性及葉片丙二醛含量呈增加趨勢，因此，高鉻環(huán)境不僅影響正常的生理代謝過程，更會對其細胞產(chǎn)生毒害作用。曹毅等[21]發(fā)現(xiàn)，隨著汞（Hg2+）濃度的增加，烤煙葉片保護酶活性、根葉細胞膜透性及根系活力下降，其中烤煙葉片過氧化氫酶（CAT）活性與汞濃度極顯著負相關，可視為汞污染的特異性生理指示指標。葉片是植物進行光合作用的主要器官，其中葉綠體是光合作用的主要場所，很多研究表明，過量重金屬會破壞煙草的光合系統(tǒng)，包括葉綠素含量降低、葉綠素a/b值減小等[22-23]。
　　重金屬含量過高會干擾植物體內(nèi)酶活性甚至完全失活，從而影響植株正常生理代謝過程。煙草活性氧酶清除系統(tǒng)主要包括過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）等。研究表明，重金屬會改變活性氧清除系統(tǒng)中酶的比例，植株體內(nèi)內(nèi)源活性氧的清除功能降低，致使O2、H2O2、OH-等基團的大量累積，影響細胞正常代謝活動甚至產(chǎn)生毒害作用[24]。POD-H2O2分解系統(tǒng)參與了葉綠素的降解，隨著Cd濃度增加，POD活性相應增加，但葉綠素含量、葉綠素a/b值卻減少[25]。SOD是減少氧自由基對細胞膜造成傷害的防護酶，在清除超氧自由基中扮演著極其重要的角色，當重金屬過高產(chǎn)生的自由基超過了SOD的清除極限時，SOD酶活則會急劇下降[26]。此外，硝酸還原酶（NR）是氮代謝過程中關鍵酶，在煙草中其活性與煙葉煙堿含量呈正相關關系，重金屬污染會顯著影響煙葉硝酸還原酶的活性，影響烤煙的正常氮素代謝，從而影響煙草的產(chǎn)量和品質[27]。
　　過量的重金屬攝入會導致植物細胞膜透性增大，細胞亞顯微結構也會發(fā)生變化。相關研究結果表明，Cd污染導致葉肉細胞細胞核、葉綠體結構出現(xiàn)畸形，線粒體脊消失產(chǎn)生空泡化，細胞器膜結構破壞等[28]。Pb對煙葉細胞亞顯微的危害程度要低于Cd，但其仍對Pb污染比較敏感，主要表現(xiàn)為物理傷害[29]。
　　1.3非重金屬-重金屬及重金屬聯(lián)合作用對煙草的影響
　　自然界中單個重金屬污染較少，主要表現(xiàn)為多種重金屬聯(lián)合作用。重金屬聯(lián)合作用又表現(xiàn)為非重金屬-重金屬作用、重金屬交互作用，其結果表現(xiàn)為加強或減緩重金屬對煙草的毒性，作用形式主要有協(xié)同作用、拮抗作用、加合作用等[30]。
　　1.3.1非重金屬-重金屬元素對煙草生長的影響在一定程度上，鈣離子能夠減緩鎘對煙草植株的毒性，但對應地，鈣離子可以增加鎘脅迫環(huán)境下煙草植株中鎘的積累[31]，可見，鈣離子雖然增強了煙草對鎘的適應能力，但卻增加了鎘吸收量，這是不利于煙草安全生產(chǎn)的。相對來講，非金屬元素-重金屬元素聯(lián)合作用對煙草生長的研究較少，在該方面有待深入研究。

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