基于SRXRF和XANES研究Pb对玉米种子萌芽的影响及其分布和形态特征.pdf

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1、第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第10期2014年1O月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1447—1452DOI：10．11895／j．issn．0253~820．140318基于SRXRF和XANES研究Pb对玉米种子萌芽的影响及其分布和形态特征孙建伶罗立强“(国家地质实验测试中心，北京100037)(北京市环境保护科学研究院，北京100037)摘要以受不同浓度Pb胁迫下的玉米种子萌芽试验为基础，结合SRXRF研究Pb对玉米种子萌芽的影响和Pb在玉米种子的微区分布特征，利用x射线吸

2、收近边结构技术(XANES)对萌芽玉米种子不同部位中Pb的化学形态进行分析，藉以了解种子对Pb的吸收和转化规律。结果表明，玉米种子的发芽率、根芽伸长量随培养溶液中Pb(NO。)：浓度增加而降低。种子发芽率、平均芽长、平均根长与暴露Pb浓度间的方差分析P—value分别为2．0x10，1．4x10和2．39x10，均小于0．0l，为极显著差异，说明Pb胁迫对种子萌芽和根芽生长造成了极显著影响，且对根长抑制作用更大。SRXRF分析结果表明，种皮和胚结构是玉米种子富集Pb的主要部位，Pb富集在胚结构中将抑制种子萌芽。各种子样品的Pb．LⅢ(13

3、035eV)边XANES谱图相同，为同一种Pb形态，拟合结果显示其含74．3％的氯化磷酸铅和24．2％硬脂酸铅，说明Pb主要以氯化磷酸铅的形式沉积于玉米体内，并有少部分以与羧基结合的有机铅形式存在。关键词玉米；铅；微区分布；化学形态；同步辐射；X射线吸收近边结构1引言近年来，铅所引发的环境和健康问题日益突出。矿山开采、金属冶炼、尾气排放和生活燃煤等都会使铅释放到环境中，阻滞植物的生长发育，影响固氮作用、光合作用等生理过程。]，还可以通过生物链的传递作用进入人体，对神经系统、消化系统、免疫系统等造成伤害。因此，研究植物尤其是农作物对铅的吸收

4、、形态转化，不仅可揭示铅的富集机理，同时对评价铅的环境健康风险和迁移、归趋有重要意义。元素微区分析有助于了解植物体内元素在细胞或组织水平上的运移途径和过程]，金属离子形态的鉴别是研究有毒重金属在生物体中代谢途径的重要信息。但天然样品中金属元素含量往往低于仪器检出限，而一般的纯化、富集方法需要复杂的前处理又不能满足原位分析的目的。同步辐射x射线荧光分析(SRXRF)具有高灵敏度、低检出限、多元素同时检测和低损伤、可进行活体分析等优点，是目前研究环境样品和生物样品中元素含量、微区分布和形态的理想手段~8I。x射线吸收近边结构谱(X—rayab

5、sorptionnearedgestructure，XANES)能够提供感兴趣元素的化学环境特征，对深入研究植物体内铅形态也是一种独特有效的方法，如利用XANES技术对一些典型植物进行铅形态分析。研究发现，铅锌矿区菜园水沟中的超富集植物浮萍体内，铅主要以硬脂酸铅和硫化铅形式存在[9；Sharma等通过同步辐射技术得出铅以醋酸铅和硫化铅形式积累在田菁根部。。。Sahi等利用透射电子显微镜(TEM)．能谱(EDS)分析技术证实在田菁中铅以铅一磷酸形式存在；Shen等利用SRXRF和XANES技术研究模式植物拟南芥ArabidopsisthMi

6、ana中元素分布及其相关性和Pb形态发现，氯化磷酸铅、醋酸铅、氢氧化铅、碳酸铅为拟南芥中铅的主要成分。除此之外，重金属在粮食作物中富集的研究报道屡见不鲜，多集中在定量和分布方面，而涉及铅的迁移和毒性机理的形态分析却少见报道。玉米是全世界产量最高的粮食作物，也是分布最广泛的粮食作物之一，被广泛应用于饲料原料、工业原料、食品生产等诸多领域。资料表明，玉米对铅有很强的富集作用’]，而积累在玉米内的铅可通过食物链进入人体，危害健康15]o云南金顶铅锌矿区是“三江成矿带”上的重要矿区，开采历史悠久，规模2014-04-08收稿；2014-07-24

7、接受本文系国家自然科学基金项目(Nos．20775018，41201527)，国家高新技术研究发展计划863项目(No．2007AA06Z124)、中国地质调查局地质大调查项目(No．12120113015200)和国家科技专项”汶川地震断裂带科学钻探工程”0008课题和0003课题第四专项资助}E·mail：luoliqiang@cags．ac．ca分析化学第42卷巨大，长期的露开和坑采势必会将重金属释放到周围环境中，造成周边生态系统的破坏。矿区农田中广泛种植的粮食作物玉米在前期调研中也发现有富集铅的现象。因此，本研究以云南矿区农田常用

8、玉米种子为研究对象，通过铅暴露下玉米种子的萌发实验，研究不同铅浓度下，玉米种子的萌芽率，并利用SRXRF技术研究铅的分布特征，进而分析两者之间的关系，以及铅从培养介质进入玉米体内的XANES形