重金属对烟草生长发育及品质的影响研究进展

重金属对烟草生长发育及品质的影响研究进展摘要：重金属是影响烟草生长发育及品质的重要因素之一，针对目前我国烟草重金属污染的基本情况，分析了重金属对烟草生长发育及品质的影响，提出了烟草重金属污染的防治措施，为下一步提高我国烟叶品质研究提供参考。关键词：烟草生长发育重金属品质研究进展LiteratureReviewonEffectsofHeavyMentalsonTobaccoPhysiologicalPropertiesGrowthandQualityAbstract:Heavymetalpollutionintobaccohasbecomeasevereproblematpresent.Theauthorsmakesomeextensiveandsystematiceffortsindiscussingresearchsituation,harmfulnessandsourcesofpollution.Italsodiscusspreventivemeasurestocontrolheavymentalstocontaminatetobacco.Whichwillprovidereferencesfortheresearchonheavymetalpollutionintobacco.Keywords:tobaccoheavymentalgrowthandqualityresearchprogress1前言重金属是密度大于5.0g/cm3的一组金属元素，包括镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、银(Ag)、锡(Sn)等40多种。这些元素在大气、水体及土壤等环境中产生迁移运动，对自然环境、生态系统及人体健康造成危害，是重要的环境污染物之一。据报道，烟草属于易于吸收和富集重金属的植物，当烟叶中含有过量重金属时，在吸食过程中通过主流烟气进入人体，对人体健康造成潜在危害[1]。美国1989年报道的107种卷烟烟气有害成分和Hofinann1990年列出的烟草44种有害成分，均包括有砷、锡、铬、铅、镍、硒和汞[2]。于明芳[3]1989年介绍了重金属对人体不同程度的危害以及我国和FAO和WHO对其在食品中的限制，讨论分析了烟用香精香料中重金属含量限制的必要性以及最大允许量的质量检测标准[4]。胡国松等[5]2000年报道，烤烟对镉具有较强的富集能力，而且在酸性土壤上种植的烟草其烟叶含镉量比在中性和石灰性土壤上要高得多；烟株对砷有极大的耐性。镍对烟株有较大的毒害作用，其中幼嫩的烟苗尤其敏感，严重时会导致幼苗死亡；韩云辉等[6]2001年报道的研究结果表明：接装纸样品种锡元素含量最高，铜次之，汞、砷、铅相比，砷元素含量较高，部分样品中砷、铅元素含量超过食品包装用纸的最高限量标准[7]。国家烟草专卖局2002年专门立项开展烟草重金属最高限量研究；袁祖丽年采用盆栽试验和水培试验，研究了镉、铅污染对烤烟生理特性及生长发育造成的影响，结果表明土壤中锡和铅污染对烤烟均能造成不同程度的危害，并且发现镉和铅在烤烟叶片中大量积累[8]。张贵龙2004一2005年采用盆栽方法，系统研究了土壤汞污染对烤烟的影响，结果表明土壤汞污染对烤烟的农艺形状、生理特性和烟叶的品质具有明显的影响，并且发在烤烟叶片中能大量富积，烟株中汞的浓度与土壤汞浓度相关程度均达极显著水平[9]。由此可见，重金属对烟草的生长发育和烟叶的品质影响极大，烟草重金属污染问题应引起高度重视。2重金属对烟草生长发育的影响近年来，随着工业化、城市化进程加快和农业集约化的快速发展，重金属污染日益严重。因此，重金属污染对烟草生长发育的危害将越来越受关注。2.1重金属对烟草光合作用的影响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。有研究表明，重金属能降低植物叶片中叶绿素的含量，抑制植物光合作用和蒸腾作用，降低植物产量和质量；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[10]。齐敏[11]通过烟叶叶绿素对汞、镉、铅胁迫的响应试验表明，三者共同作用明显大于单一作用或两两作用，汞、镉、铅具有对叶绿素的协同破坏作用。锌对烟株的毒害较小，而复合元素处理汞、镉、铅的叶绿素含量分别降低72％和80％，蛋白质含量降低了50％和54％[12]。进一步证明了镉和铅之间的协同作用，同时证实了汞、镉、铅三者之间存在着拮抗作用，从而抑制了烟株对镉和铅的吸收。2.2重金属对烟草酶活性的影响重金属对烟草酶活性的影响依据酶的类型、外源重金属的种类和浓度以及生育时期的不同表现出不同程度的促进和抑制作用。曹毅等[13]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。烟草根和叶中ATP酶活性随镉浓度的增加而逐渐降低；在土壤铅浓度为150mg/kg时，烟草根与叶中的ATPase活性达到最大，此后随铅浓度增大而逐渐降低[14]；ATP酶活性对镉反应敏感，说明ATP酶是镉污染这种逆境伤害的原初反应位点。3重金属对烟草品质的影响严重玲等[15]研究表明，土壤中过量的镉会抑制根系生长发育，使根系的吸收能力大大下降，继而导致叶片的蒸腾拉力下降，影响到营养元素的吸收转运，进而降低了烟草的品质。土壤中重金属达到一定浓度后对烟草生长有抑制作用。重金属浓度高的烟叶中，糖碱比和氮碱比升高，化学成分趋于不协调，不利于烟叶香吃味的形成，因而降低了烤烟的商品价值和化学品质。近代农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥的不合理施用，可以加剧土壤中重金属的污染。化肥中品质较差的过磷酸钙和磷矿粉中含有微量的砷、镉等重金属元素。尽管中国磷肥中重金属含量普遍低于发达国家，但长期大量施用也可能会带来土壤重金属的累积。有机肥中也常含有一定量的重金属，施用鸡粪等有机肥的农业土壤中，铜、锌含量明显高于施用化肥的土壤。3防治措施烟草重金属防治方法较多，大体上可分为从源头上控制、土壤改良两方面。从源头上控制重金属，主要是加强对有机肥、烟草专用肥等常用肥料的重金属监测力度，合理控制农药施用量，这对降低烟叶重金属残留至关重要；而土壤改良主要是加入生石灰、碳酸钙、硅酸钙、沸石等石灰性物质来增加土壤有机质和粘粒的含量，提高土壤pH值和导电率，从而有效地降低重金属的生物有效性。4研究展望近几年来，烟草重金属污染及防治的重视程度越来越大，尽管关于重金属对烟草的影响相关研究较多，但仍有很多领域有待于更深入的研究。（1）加强重金属-烟草的生理及分子水平研究，目前，重金属对烟草生长的影响已经做了大量研究，但重金属影响烟草生长及品质的生理机制研究得相对较少；另外，重金属胁迫对烟草相关基因表达的影响研究甚少，找出对重金属响应的特异性基因，研究其功能，对于了解其作用机制具有重大意义。（2）目前来讲，几种重金属联合作用对烟草生长的影响研究较多，多数重金属胁迫作用往往会加剧其毒性。其他元素-重金属元素对烟草生长的研究相对较少，从已有知识来看，它们间的相互作用并不一定会加剧重金属的毒性。因此，研究其他元素-重金属对烟草生长的影响具有积极的意义。（3）国外大量研究已证实,环境条件和不适当的农艺措施均可影响烟叶重金属含量,因此,有必要对影响我国烟叶重金属的环境条件及常用农艺措施如施肥、灌溉、农药等进行研究,为控制我国烟草及其制品中的重金属提供技术储备。参考文献[1]史宏志等．烟草重金属研究现状及农业减害对策．中国烟草学报，2011年第71卷第3期：98一49．[2]陈庆园等．不同打顶方式对烤烟吸收重金属的影响．中国烟草学报，2011年第71卷第2期：94一26．[3]于明芳等．烟用香精香料中重金属和砷的控制．烟草科技1989.(6):82一03.[4]胡国松等．烟草营养原理．北京：科学出版社，2002（5）一.6[5]韩云辉等．接装纸中汞、砷、铅等8种元素的分析研究．中国烟草学报，2001，(4):l一.6[6]袁祖丽．Cd、bP污染对烤烟生理特性及生长发育造成的影响，2006年博士学位论文.[7]张贵龙．土壤汞污染对烤烟生长发育的影响和毒害阈值的研究，2006年硕士学位论[8]严重玲，林鹏，王晓蓉.烟草叶片膜保护酶系统对土壤Hg，Cd，Pb胁迫的响应[J].实验生物学报，2002，35（3）：169-172.[9]陈鹏.Zn、Cd、Pb在烟株内的积累及对烟草某些生理生化指标的影响[J].科技信息，2009，（25）：369-370.[10]邓家军，张宇斌，胡继伟，等.重金属离子对烟叶SOD活性的影响[J].湖北农业科学，2009，48（5）：1171-1175.[11]齐敏．土壤－烟草系统中烟草叶绿素胁迫汞、镉、铅的响应［Ｊ］．中国生态农业学报，2001，9（4）：82-84.[12]陈鹏．锌、镉、铅在烟株内的积累及对烟草某些生理生化指标的影响［Ｊ］．科技信息，2009，25：369-370.[13]曹毅，李小平.重金属污染对烟草生理生化和结构的影响[J].楚雄师范学院学报，2006，21（9）：39-45.[14]马新明，李春明，刘海涛，等．镉、铅污染对烤烟ATP酶活性及烟叶品质的影响［Ｊ］．农业环境科学学报，2006，26（2）：708-712.[15]严重玲，洪业汤，付舜珍，等．镉、铅胁迫对烟草叶片中活性氧清除系统的影响［Ｊ］．生态学报，1997（10）：488-492.