土壤—蔬菜系統(tǒng)中碘的生物地球化學(xué)行為與蔬菜對外源碘的吸收機(jī)制研究.pdf

1、碘的缺乏將會引起人體甲狀腺腫大癥,這己成為全球范圍的一大公共衛(wèi)生問題。為防治碘缺乏癥(IDD)的發(fā)生,本文利用農(nóng)業(yè)生物強(qiáng)化法提高蔬菜中碘的含量以改善人體碘的營養(yǎng)水平,從而探詢更為高效、安全的補(bǔ)碘新途徑。本研究以各種類型的蔬菜為栽培作物,選取不同形態(tài)的有機(jī)、無機(jī)碘和海藻碘肥作為外源碘,采用水培、土培、大田等多種栽培方式及常規(guī)和同位素研究法深入探討碘在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的環(huán)境生物地球化學(xué)行為及蔬菜富集碘的機(jī)制,從而為富碘蔬菜的篩選及碘的農(nóng)業(yè)生

2、物強(qiáng)化法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣提供切實(shí)的理論和技術(shù)依據(jù)。取得的主要結(jié)果如下:1.水培條件下外源碘的添加對蔬菜的生長均具有明顯效應(yīng),在低濃度的碘水平下(<0.5 mg/L),外源碘能促進(jìn)蔬菜生長,但高濃度的碘會對蔬菜的生長產(chǎn)生抑制作用。供試蔬菜都具有一定的吸收與積累水培液中外源碘的能力,隨著外源碘濃度的提高,蔬菜可食用部位碘的含量均隨之增加,蔬菜對三種不同形態(tài)外源碘的吸收能力總體表現(xiàn)為F>CH2ICOO->IO3-;三類不同蔬菜中以葉菜類對碘的

3、吸收能力最強(qiáng),其次為莖菜類,而果菜類蔬菜對碘的吸收能力相對較弱。小白菜不同基因型對外源的吸收及生長反應(yīng)存在明顯的差異,其中蘇州青、矮腳青等基因型對碘的吸收及耐碘毒害的能力均較強(qiáng)。2.水培條件下蔬菜碘吸收速率在短時間內(nèi)迅速上升達(dá)到最高值后隨著時間的延長逐步下降。在低濃度下(<0.5 mg/L)蔬菜IO3-吸收速率與濃度之間的曲線圖符合酶促反應(yīng)動力學(xué)方程,具有元素主動吸收的基本特征。而在高碘濃度范圍內(nèi)(0.5-10.0 mg/L),蔬菜碘吸

4、收速率隨著外源碘濃度的提高呈現(xiàn)直線增加,反映了被動吸收特征。在一次供碘連續(xù)培養(yǎng)條件下蔬菜可食部位吸收碘的量隨著處理時間的延長表現(xiàn)出前期上升后期下降的趨勢,而在連續(xù)供碘條件下蔬菜可食部位碘的含量則表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢;在低濃度下(0.1 mg/L)蔬菜對IO3-的吸收能力強(qiáng)于I-,而在較高濃度下(5 mg/L),蔬菜對I-的吸收量明顯高于IO3-。培養(yǎng)溶液中Cl-的加入降低了低碘濃度下蔬菜碘吸收速率,而隨著碘濃度的增加Cl-對蔬菜碘吸收速

5、率的影響逐漸減弱。3.兩種形態(tài)的碘在3種菜園土上的吸附平衡均可采用Langmuir、Freundlich等吸附方程來擬合。土壤吸附態(tài)碘的解吸量隨著碘吸附量的增加而增加。兩種碘源中,IO3-更容易被土壤所吸附;3種土壤中,黃筋泥對碘的吸附能力最強(qiáng)而吸附態(tài)碘的解吸率最小,其次為青紫泥,而黃松土對碘的吸附能力最弱而吸附態(tài)碘的解吸率最高。碘在固液(土壤-平衡液)兩相之間的分配系數(shù)(Kd)隨著外源碘添加量的增加而迅速下降。4.加入到盆栽土壤的兩種

6、不同形態(tài)外源碘(I-,IO3-)中,I-更易被小白菜所吸收,對小白菜的毒性也更強(qiáng),但在土壤中相對容易損失;3種菜園土中,黃松土中碘的生物有效性最強(qiáng)但碘的損失率也較高。而碘在黃筋泥中的生物有效性相對較低但碘的持效性最長。125I在施入盆栽土壤后絕大部分就近被土壤所吸附,僅有很少一部分能遷移到土壤底層和外層;無論縱向還是橫向遷移速度都是青紫泥較黃松土快。一段時間(8d)以后土壤和植物中都有部分碘被轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性碘而損失。5.土培條件下蔬菜中碘

7、的含量均隨土壤外源碘濃度的提高而增加;不同蔬菜對碘的吸收與積累能力呈現(xiàn)出葉菜類的大白菜最強(qiáng),其次為莖菜類的萵苣,而根菜類的胡蘿卜和果菜類的番茄相對較弱；供試蔬菜對碘毒害的耐性表現(xiàn)為胡蘿卜>大白菜>萵苣>番茄。在第1茬時,KI更容易被蔬菜所吸收但毒性也更大;在第2茬時,海藻碘添加的蔬菜中碘含量則更高。連續(xù)種植兩茬后,施用KI的土壤中碘殘留量的下降幅度明顯大于施用海藻碘肥的土壤,蔬菜種植明顯加速了土壤中碘的虧損。6.海藻碘肥田間施用效果表明

8、,供試蔬菜可食部位對碘的吸收均隨著海藻碘肥添加濃度的提高而增加,其中葉菜類對海藻碘的吸收與積累能力最強(qiáng),其次為莖菜類和根菜類,而果菜類可食部位對海藻碘的積累能力最弱。隨著取樣時間的延后,蔬菜可食部位對海藻碘的吸收除了大豆外均總體呈現(xiàn)出下降的趨勢。兩種不同的海藻碘肥施用方式中,土施更有利于蔬菜對碘的吸收和積累。在土施條件下,碘在根菜不同部位的分配表現(xiàn)為地上部分高于塊根,而碘在其它蔬菜不同部位的分配表現(xiàn)為根>葉>莖>果實(shí);在海藻液體碘肥噴施

9、條件下蔬菜各部分中則是葉子的碘含量最高,其次為莖,而果實(shí)和根中碘積累量較低;兩種栽培方式下,設(shè)施栽培較露天栽培更有利于蔬菜各部位對碘的吸收和積累。7.125I添加下蔬菜體內(nèi)碘的存在形態(tài)的分析表明,小白菜中水溶性碘主要以I-形式存在,占總水溶性碘的66.7％,而有機(jī)結(jié)合碘則主要以蛋白質(zhì)結(jié)合碘為主,占總碘的22.4%。小白菜所吸收的碘主要分配于細(xì)胞可溶部分,占了細(xì)胞總碘的54.8%-63.9%,其次為細(xì)胞器和細(xì)胞壁部分。隨著外源碘濃度的提高