烟草重金属污染及其防控措施研究进展

　　摘要：探讨了重金属污染对烟草生长发育、烟叶品质、生理代谢及细胞结构等方面的影响，阐述了烟草对重金属的转运及分布规律，并对防控修复措施及未来研究方向提出了建议。
　　关键词：重金属；污染；烟草；生长；烟叶；品质；防控措施
　　中图分类号：S572.01 文章编号：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
　　
　　
　　作者简介：曾德武，男，硕士，主要从事烟草栽培及病虫害防治研究。E-mail：zengdewu0831@sina.com
　　收稿日期：2013-10-08
　　
　　
　　烟草作为一种重要的经济作物，其品质提高、无公害生产一直是烟草行业研究的重点[1-2]。重金属含量过高的烟草植株，不仅其生长发育和产量会受到较大影响，烟叶品质也会明显降低[3-5]，对吸烟人群健康造成更大威胁。随着人们对“吸烟与健康”的日益关注，烟叶安全性问题越来越受重视，其中烟草与重金属的关系研究已成为国内外烟草研究的热点之一[6-7]。目前研究较多的重金属，主要包括重金属元素汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）以及类金属元素砷（As）等[8-9]。近年来，众多科研工作者针对重金属对烟草生长、产量及品质的影响及如何降低烟草重金属含量等课题做了大量研究。基于此，我们在此系统阐述重金属影响烟草生长的作用机理，并提出防控措施，为烟草重金属防治提供一定的依据。
　　1重金属对烟草生长和烟叶品质的影响及其作用机理
　　1.1重金属对烟草表观形态及烟叶品质的影响
　　烟草吸收的重金属会直接影响植株体内的生理代谢过程，最终在烟草的表观形态上表现出来，主要表现为叶绿素含量、叶片数量、地上及地下部生物累积量降低等[10-13]。
　　在品质方面，烟草摄入过多重金属会影响烟叶的烟碱、还原糖及蛋白质含量[14-16]。烟碱含量是烟叶品质的一个重要指标，在一定范围内其含量增加有利于烟叶品质提高。Cd污染会降低烟叶烟碱含量，其可能原因是根合成烟碱途径或者烟碱向叶片转运过程受阻。另外，烟叶中可溶性糖对Cd、Pb的污染极为敏感，轻度污染就会导致其含量明显下降，这可能是由于叶绿体被破坏，光合作用受阻引起的[17]。重金属会导致烤烟烟叶中糖碱比和氮碱比
　　升高，化学成分组成失衡，品质受到影响[18]。烟叶的氨基酸、蛋白质含量与烟草品质呈一定的负相关关系，含量过高会降低烟叶品质，燃吸时会产生苦涩、辛辣味。研究表明[19]，Cd的存在会提高烟叶蛋白质、氨基酸含量，烟叶品质有所下降。
　　1.2重金属对烟草生理代谢及细胞结构的影响
　　陆宁等[20]采用盆栽试验研究了铬（Cr3+）浓度梯度对烤烟生长的影响，结果发现，烤烟植株的根系活力、叶片保护性酶活性随着铬浓度升高呈下降趋势，而根叶细胞膜透性及叶片丙二醛含量呈增加趋势，因此，高铬环境不仅影响正常的生理代谢过程，更会对其细胞产生毒害作用。曹毅等[21]发现，随着汞（Hg2+）浓度的增加，烤烟叶片保护酶活性、根叶细胞膜透性及根系活力下降，其中烤烟叶片过氧化氢酶（CAT）活性与汞浓度极显著负相关，可视为汞污染的特异性生理指示指标。叶片是植物进行光合作用的主要器官，其中叶绿体是光合作用的主要场所，很多研究表明，过量重金属会破坏烟草的光合系统，包括叶绿素含量降低、叶绿素a/b值减小等[22-23]。
　　重金属含量过高会干扰植物体内酶活性甚至完全失活，从而影响植株正常生理代谢过程。烟草活性氧酶清除系统主要包括过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等。研究表明，重金属会改变活性氧清除系统中酶的比例，植株体内内源活性氧的清除功能降低，致使O2、H2O2、OH-等基团的大量累积，影响细胞正常代谢活动甚至产生毒害作用[24]。POD-H2O2分解系统参与了叶绿素的降解，随着Cd浓度增加，POD活性相应增加，但叶绿素含量、叶绿素a/b值却减少[25]。SOD是减少氧自由基对细胞膜造成伤害的防护酶，在清除超氧自由基中扮演着极其重要的角色，当重金属过高产生的自由基超过了SOD的清除极限时，SOD酶活则会急剧下降[26]。此外，硝酸还原酶（NR）是氮代谢过程中关键酶，在烟草中其活性与烟叶烟碱含量呈正相关关系，重金属污染会显著影响烟叶硝酸还原酶的活性，影响烤烟的正常氮素代谢，从而影响烟草的产量和品质[27]。
　　过量的重金属摄入会导致植物细胞膜透性增大，细胞亚显微结构也会发生变化。相关研究结果表明，Cd污染导致叶肉细胞细胞核、叶绿体结构出现畸形，线粒体脊消失产生空泡化，细胞器膜结构破坏等[28]。Pb对烟叶细胞亚显微的危害程度要低于Cd，但其仍对Pb污染比较敏感，主要表现为物理伤害[29]。
　　1.3非重金属-重金属及重金属联合作用对烟草的影响
　　自然界中单个重金属污染较少，主要表现为多种重金属联合作用。重金属联合作用又表现为非重金属-重金属作用、重金属交互作用，其结果表现为加强或减缓重金属对烟草的毒性，作用形式主要有协同作用、拮抗作用、加合作用等[30]。
　　1.3.1非重金属-重金属元素对烟草生长的影响在一定程度上，钙离子能够减缓镉对烟草植株的毒性，但对应地，钙离子可以增加镉胁迫环境下烟草植株中镉的积累[31]，可见，钙离子虽然增强了烟草对镉的适应能力，但却增加了镉吸收量，这是不利于烟草安全生产的。相对来讲，非金属元素-重金属元素联合作用对烟草生长的研究较少，在该方面有待深入研究。

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