自上个世纪60年代以来，有核国家在各自地区进行了多次大气层核试验^[1]，¹³⁷Cs则是其产生的放射性微粒中最主要的长半衰期放射性核素，并且随着切尔诺贝利核事故和福岛核事故的发生，进一步增加了地面¹³⁷Cs的含量。研究证明相较于其他植物，野生菌对生长环境中的放射性铯具有很强的浓集能力^[2-3]。特别是¹³⁷Cs，至今在野生食用菌中还经常能够检出。⁴⁰K是一种天然放射性核素，约占天然钾的0.012%^[4]。由于天然钾是植物生长所必需的营养元素，因此野生食用菌中⁴⁰K的含量明显要高于其他核素^[5]。使用高纯锗γ能谱仪可以同时测量¹³⁷Cs和⁴⁰K的活度含量，因此本研究针对这两个核素开展研究。野生食用菌子实体一般会分为菌盖(含菌褶，以下统称菌盖)和菌柄两个部位，在生长过程中，可能由于其生长特点和功能的不同，¹³⁷Cs在菌盖和菌柄中的积累也会产生差异，而且往往是菌盖中¹³⁷Cs含量高于菌柄^[6]。

C、H、O、N则是构成地球上生命体的四种主要化学元素，占生物元素总量的95%以上。放射性核素在野生菌中的分布可能与其有机成分(如蛋白质、碳水化合物等)有关。了解C、H、O、N元素的含量以及分布比例，可以帮助研究放射性核素在不同部位或者不同有机成分中的富集特性。

本研究以我国东北地区33份野生食用菌为研究对象，对其¹³⁷Cs和⁴⁰K两种放射性核素进行含量的测定分析；同时挑选其中11份样品进行了C、H、O、N四种元素的测量，并结合资料，研究分析其元素的分布特征，并对在菌盖与菌柄中的含量比值进行相关性分析，为将来野生食用菌中放射性核素的含量及分布研究提供一定的理论基础。

1.样品采集及处理

(1) 样品采集：在当前没有明显放射性污染事件发生的情况下，增大野生食用菌(以下简称野生菌)的采样量(干重1 kg以上)以降低探测限，提高检测灵敏度。本研究在我国东北部产野生菌地区共调查了5个乡镇点，共31份野生菌样品(表 1)，使用简单随机抽样选择其中11份野生菌的菌盖和菌柄进行C、H、O、N元素测量。

表 1(Table 1)

表 1 菌盖和菌柄中137Cs和40K的活度浓度及其对应比值 Table 1 Activity concentrations of 137Cs and 40K and their corresponding ratios in the cap and stipe of mushroom 采样地区 样品编号 菌盖(Bq/kg，干重，A±U) 菌柄(Bq/kg，干重，A±U) DR(137Cs) DR(40K) 137Cs 40K 137Cs 40K 内蒙古自治区呼伦贝尔市 01 2.43±0.51 (1.40±0.13)×103 1.65±0.39 (1.09±0.10)×103 1.47 1.28 02 4.05±0.42 (1.11±0.10)×103 2.62±0.46 (1.01±0.10)×103 1.55 1.10 03 1.00±0.30 (1.52±0.15)×103 未检出 (1.73±0.29)×103 — 0.92 吉林省长白朝鲜族自治县 04 21.40±2.10 (1.23±0.12)×103 21.60±2.10 (1.17±0.11)×103 0.99 1.05 05 16.00±1.60 (9.93±0.94)×102 11.10±1.20 (9.38±0.89)×102 1.44 1.06 06 3.76±0.52 (1.46±0.14)×103 2.13±0.44 (1.70±0.16)×103 1.77 0.86 07 3.51±0.36 (8.72±0.81)×102 1.76±0.24 (7.59±0.72)×102 1.99 1.15 08 33.10±3.10 (1.21±0.11)×103 19.20±1.90 (1.11±0.10)×103 1.72 1.10 09 25.20±2.40 (1.50±0.14)×103 16.70±1.70 (1.28±0.12)×103 1.51 1.16 10 9.90±1.10 (8.62±0.81)×102 8.30±1.10 (7.78±0.77)×102 1.19 1.11 11 27.30±2.70 (9.27±0.87)×102 19.60±2.00 (8.68±0.83)×102 1.39 1.07 12 36.90±3.90 (1.29±0.13)×103 16.50±2.90 (1.17±0.12)×103 2.23 1.10 13 2.07±0.41 (1.42±0.13)×103 1.60±0.42 (1.60±0.15)×103 1.29 0.89 吉林省珲春市 14 384.00±35.00 (1.66±0.15)×103 213.00±20.00 (1.10±0.13)×103 1.80 1.19 15 0.77±0.16 (1.56±0.14)×103 0.64±0.21 (1.74±0.16)×103 1.20 0.90 16 0.69±0.18 (1.73±0.16)×103 未检出 (2.14±0.20)×103 — 0.81 17 1.12±0.16 (1.10±0.10)×103 0.62±0.12 (7.74±0.72)×102 1.81 1.42 吉林省通化市 18 52.20±4.90 (9.36±0.87)×102 28.80±2.80 (6.67±0.63)×102 1.81 1.40 19 286.00±26.00 (8.54±0.80)×102 127.00±12.00 (7.85±0.75)×102 2.26 1.09 20 132.00±12.00 (1.59±0.15)×103 94.00±9.30 (1.57±0.16)×103 1.41 1.01 21 0.85±0.15 (1.58±0.15)×103 未检出 (1.59±0.15)×103 — 0.99 吉林省桦甸市 22 123.00±11.00 (1.15±0.11)×103 61.80±5.80 (1.11±0.10)×103 1.99 1.03 23 14.70±1.40 (1.36±0.13)×103 11.40±1.20 (1.19±0.11)×103 1.29 1.14 辽宁省丹东市 24 5.75±0.59 (1.83±0.17)×103 2.02±0.46 (1.82±0.17)×103 1.90 1.33 25 54.30±5.00 (1.27±0.12)×103 30.10±2.90 (1.06±0.10)×103 2.85 1.01 26 22.40±2.10 (1.27±0.12)×103 9.90±1.10 (1.13±0.11)×103 1.81 1.20 27 55.70±5.30 (1.00±0.10)×103 24.9±2.40 (7.48±0.71)×102 2.25 1.12 28 48.40±4.50 (1.01±0.10)×103 22.50±2.20 (6.60±0.62)×102 2.24 1.34 29 5.70±0.57 (1.79±0.17)×103 2.87±0.48 (1.36±0.13)×103 2.15 1.53 30 4.61±0.48 (1.96±0.18)×103 2.28±0.44 (1.48±0.14)×103 1.99 1.32 31 4.55±0.48 (1.77±0.16)×103 2.52±0.44 (1.46±0.14)×103 2.02 1.32 32 4.40±0.46 (1.70±0.16)×103 3.60±0.51 (1.41±0.13)×103 1.81 1.22 33 5.75±0.59 (1.83±0.17)×103 2.02±0.46 (1.82±0.17)×103 1.22 1.20 注：“—”为无数据；活度浓度结果已校正到采样日期。DR.野生菌菌盖与菌柄中的放射性核素比值[11]

表 1 菌盖和菌柄中137Cs和40K的活度浓度及其对应比值 Table 1 Activity concentrations of 137Cs and 40K and their corresponding ratios in the cap and stipe of mushroom

(2) 样品处理：采样完成后，用纯净水或清水对野生菌样品进行清洗，以去除表面沾染的泥土和杂物。清洗干净后利用鼓风干燥箱在85℃下进行干燥。野生菌干燥后将菌柄与菌盖分开，对完整的菌盖和菌柄分别装样封存。采用食品粉碎机对干燥后的菌盖和菌柄分别进行粉碎、研磨混合均匀后，根据野生菌干粉的样品量选择装入Φ75 mm×H35 mm、Φ75 mm×H70 mm的圆柱型样品盒或2 L马林杯样品盒装样，求得样品净重后密封。制备成可供γ能谱仪测量分析的样品。

2.仪器设备及分析方法：按照国标《环境及生物样品中放射性核素的γ能谱分析方法》(GB/T 16145-2022)^[7]推荐的程序，分析野生菌样品。

(1) ¹³⁷Cs和⁴⁰K的γ能谱测量：本研究测量野生菌样品共使用了4台γ能谱仪，分别为：

① 美国ORTEC公司生产的GEM50195高纯锗γ能谱仪，相对于3"×3"NaI(Tl)晶体的探测效率为53%，对⁶⁰Co 1 332 keV γ射线的能量分辨力为1.71keV。样品测量时探测器置于壁厚10 cm、内腔60 cm×60 cm×60 cm的复合屏蔽铅室内。

② 美国CANBERRA公司生产的GC3018高纯锗γ能谱仪，相对于3"×3"NaI(Tl)晶体的探测效率为30%，对⁶⁰Co 1 332 keV γ射线的能量分辨力为1.80 keV。样品测量时探测器置于壁厚10 cm、内腔60 cm×60 cm×60 cm的复合屏蔽铅室内。

③ 美国CANBERRA公司生产的BE5030宽能型低本底高纯锗γ能谱仪，相对于3"×3"NaI(Tl)晶体的探测效率为50.5%，对⁶⁰Co 1 332 keV γ射线的能量分辨力为1.65 keV。样品测量时探测器置于壁厚16.5 cm、内腔ϕ23 cm×H 35 cm的复合屏蔽铅室内。

④ 美国CANBERRA公司生产的GC3519便携式高纯锗γ能谱仪，相对于3"×3"NaI(Tl)晶体的探测效率为35%，对⁶⁰Co 1 332 keVγ射线的能量分辨力为1.9 keV。样品测量时探测器置于壁厚12 cm、内腔ϕ22 cm×H 35 cm的复合屏蔽铅室内。

(2) C、H、O、N元素分析：本研究在采集的31份野生菌样品中随机挑选11份样品，委托中国农业科学院农产品加工研究所进行元素成分分析。C、H、O、N元素均使用元素分析仪检测，其中C、N元素所用元素分析仪型号为vario IOSTOPE cube(Elementar，德国)，O、H两种元素所用的元素分析仪型号为vario PYRO cube(Elementar，德国)^[8]。

3.样品活度浓度计算

(1) ¹³⁷Cs活度浓度的计算：对样品测量后得到对应的γ能谱，进行寻峰并标记感兴趣区，用相对比较法求出刻度系数并计算出样品中¹³⁷Cs的活度浓度：

式中，A_Cs-137为被测样品中¹³⁷Cs的活度浓度，Bq/kg；N_Cs-137为被测样品中¹³⁷Cs全能峰净面积计数率，计数/s；N_Cs-137b为本底谱中¹³⁷Cs全能峰净面积计数率，计数/s；m为被测样品净重，kg，考虑到测量结果的可比性，统一以样品盒内样品干重为净重；e为自然常数；λ₁为¹³⁷Cs衰变常数，s^-1；Δt为核素衰变时间，即从采样时刻到样品测量时刻之间的时间间隔，s；C为体标准源中¹³⁷Cs的刻度系数，见式(2)。

式中，Q_i为体标准源中¹³⁷Cs的活度，Bq；Net_i为体标准源中¹³⁷Cs的全能峰净面积计数率，计数/s。

(2) ⁴⁰K活度浓度的计算：见式3，

式中，A_K-40为被测样品中⁴⁰K的活度浓度，Bq/kg；N_K-40为被测样品中全能峰净面积计数率，计数/s；N_K-40b为本底谱中⁴⁰K全能峰净面积计数率，计数/s；ε为由效率曲线法获得的⁴⁰K所对应效率值；P为⁴⁰K发射γ射线的发射概率；m为被测样品净重，kg，考虑到测量结果的可比性，统一以样品盒内样品干重为净重；λ₂为⁴⁰K衰变常数，s^-1。

(3) 活度分析所用标准源及效率刻度

① 效率刻度用标准源购置于德国E&Z公司的ϕ75 mm×H70 mm盒蘑菇粉标样，其放射性核素含量可追溯至美国国家剂量基准。

② 针对其他形状及未装满样品盒的样品，用GC3018高纯锗γ能谱仪和BE5030宽能型低本底高纯锗γ能谱仪进行测量，这两台仪器出厂前探测器进行了表征，并配有LabSOCS无源效率刻度软件，样品分析时使用LabSOCS软件的模拟效率。该软件是基于蒙特卡罗方法开发的^[9]。在无恰当的标准源的条件下，使用LabSOCS无源效率刻度软件也可以快速得到样品的探测效率。本实验室应用前已对所使用LabSOCS进行了有效性验证^[10]。

4.统计学处理：结果以测量结果±不确定度(A±U, k=2)表示，采用SPSS 11.5软件进行分析，对野生菌样品菌盖和菌柄中¹³⁷Cs和⁴⁰K的活度浓度差异进行Wilcoxon配对样本分析；对¹³⁷Cs和⁴⁰K在菌盖和菌柄中的分布与C、H、O、N在菌盖和菌柄中的分布做Spearman相关性分析。P < 0.05为差异具有统计学意义。

1. ¹³⁷Cs和⁴⁰K在菌盖和菌柄中的活度浓度以及比值：表 1中给出了本次研究全部菌盖和菌柄样本中¹³⁷Cs和⁴⁰K的分析结果。由表 1可知，野生菌菌盖和菌柄样品各33份，除3份菌柄样品中未检出¹³⁷Cs外，其余样品均检出了¹³⁷Cs，这3份菌柄中未检出¹³⁷Cs的对应菌盖中检出了¹³⁷Cs，表明这3份野生菌中¹³⁷Cs的活度浓度是菌盖>菌柄；全部样品均检出了⁴⁰K。野生菌菌盖中¹³⁷Cs检出的活度浓度范围为0.69~ 384 (Bq/kg，干重)，菌柄¹³⁷Cs的活度浓度范围为0.62~213(Bq/kg，干重)；菌盖中⁴⁰K活度浓度范围为(8.54~19.6)×10²(Bq/kg，干重)，菌柄中⁴⁰K活度浓度范围为(6.60~21.4)×10²(Bq/kg，干重)。菌盖与菌柄中¹³⁷Cs含量比值从0.99到2.85不等，⁴⁰K含量比值从0.81到1.53不等。

2.菌盖和菌柄中C、H、O、N元素所占比例：11份野生菌的菌盖和菌柄中C、H、O、N元素的测量结果列于表 2。

表 2(Table 2)

表 2 部分野生菌的菌盖和菌柄中C、H、O、N元素所占比例(%) Table 2 Proportion of elements C, H, O and N in the caps and stems of some wild mushrooms(%) 采样地区 样品编号 菌盖 菌柄 C H O N C H O N 内蒙古自治区呼伦贝尔市 01 43.48 5.52 33.91 7.21 40.88 5.41 37.41 5.24 02 43.99 5.51 36.44 3.69 87.34 5.53 38.11 9.80 03 42.30 5.59 36.90 4.06 39.96 5.57 41.11 2.30 辽宁省丹东市 26 42.87 5.69 34.43 4.37 40.33 5.57 39.56 2.39 29 44.34 5.58 34.10 4.22 41.16 5.65 39.90 2.38 吉林省长白朝鲜族自治县 07 43.33 5.95 37.05 4.35 82.54 5.56 38.24 7.45 09 80.99 5.12 34.00 13.36 36.07 5.28 36.55 7.79 吉林省桦甸市 22 40.18 5.59 36.06 4.72 39.95 5.29 40.14 3.12 吉林省通化市 19 45.55 5.91 35.16 4.27 44.61 6.07 36.47 3.16 吉林省珲春市 16 42.52 5.76 35.98 4.15 38.46 5.34 40.32 2.05 17 44.34 5.65 37.20 2.41 41.61 5.66 40.91 1.45

表 2 部分野生菌的菌盖和菌柄中C、H、O、N元素所占比例(%) Table 2 Proportion of elements C, H, O and N in the caps and stems of some wild mushrooms(%)

3.菌盖、菌柄中元素含量差异以及相关性统计分析结果：对菌盖与菌柄中的¹³⁷Cs和⁴⁰K含量以及C、H、O、N元素所占比例进行Wilcoxon配对样本分析，结果列于表 3。由表 3可知，¹³⁷Cs、⁴⁰K和O元素在菌盖和菌柄中含量的差异都具有统计学意义(z=4.14、3.06、2.93，P＜0.01)，中位数差值分别为4.05、250和-3.58，说明¹³⁷Cs、⁴⁰K主要集中在菌盖，O元素主要集中在菌柄；而C、H、N元素的含量在菌盖和菌柄中的差异均无统计学意义(P >0.05)。

表 3(Table 3)

表 3 Wilcoxon配对样本分析结果 Table 3 Analytical results of Wilcoxon paired-samples 配对情况 中位数M差值 z值 P值 菌盖137Cs含量配对菌柄137Cs含量 4.05 4.14 ＜0.01 菌盖40K含量配对菌柄40K含量 250 3.06 ＜0.01 菌盖C元素占比配对菌盖C元素占比 2.60 1.25 0.21 菌盖H元素占比配对菌盖H元素占比 0.030 0.89 0.35 菌盖O元素占比配对菌盖O元素占比 -3.58 2.93 ＜0.01 菌盖N元素占比配对菌盖N元素占比 1.15 1.16 0.25

表 3 Wilcoxon配对样本分析结果 Table 3 Analytical results of Wilcoxon paired-samples

对菌盖与菌柄中¹³⁷Cs含量比值与C、H、O、N元素在菌盖和菌柄中占比的比值以及对应部位中¹³⁷Cs和⁴⁰K含量进行相关性分析，除菌柄中¹³⁷Cs与⁴⁰K呈微弱的负相关关系外(r=-0.41，P＜0.05), 其余均无相关关系(P＞0.05)。

本研究所检测到的¹³⁷Cs可能包括了1945年以来国内外历次核爆炸试验释放的¹³⁷Cs贡献，以及切尔诺贝利核电站事故和福岛核事故释放的¹³⁷Cs贡献。¹³⁷Cs的检出率为95%，虽然上述事件的发生距今已有一段时间，但样品中仍有¹³⁷Cs的检出，且含量呈现出较大的波动，这可能由多种因素所决定，如不同生长环境中¹³⁷Cs沉积的数量、野生菌的种类、菌丝生长的不同深度、营养基质等^[4-6]。

在对野生菌进行放射性研究时，大多数研究会将其作为一个整体来考虑，仅有少数论文研究放射性核素在子实体内的分布或子实体成熟度对放射性核素吸收的影响。事实上，因为野生菌的营养需求与其他生物体一样，随着野生菌子实体的成熟，其生理和化学性质发生变化，从而影响了不同部位对放射性核素的吸收和累积能力。本研究在样品处理过程中将33份野生菌分为菌盖和菌柄两部分进行测量，用于比较分析。本研究中29份野生菌的菌盖中¹³⁷Cs含量与菌柄中¹³⁷Cs含量的DR值是>1的，且它们之间活度浓度数值的差异具有统计学意义，这一点与国外研究相吻合^[6]。本研究中有3份菌柄中未检出¹³⁷Cs，但菌盖中有检出。也就是说，总共32份野生菌中¹³⁷Cs的活度浓度是菌盖>菌柄，高出的比率达到了97.0%，这与Heinrich^[12]的研究报道相一致(251份野生菌中90.4%的¹³⁷Cs的比活度是菌盖>菌柄)。本研究验证了既往研究中所论述的结果，即大多数野生菌菌盖的¹³⁷Cs比活度>菌柄的¹³⁷Cs比活度，也就是说菌盖是放射性核素¹³⁷Cs的主要聚集部位^{[6, 12-13]}。

此外，天然放射性核素⁴⁰K在野生食用菌菌盖和菌柄中的分布也观察到和¹³⁷Cs分布相同的特性。Guillén和Baeza^[4]的报道中得到的结果同样为⁴⁰K主要集中在菌盖，其次是菌柄。但与本研究不同的是，在Baeza等^[11]的研究中得到的结果为⁴⁰K主要集中在菌柄，其次是菌盖。这种差异可能与野生食用菌的种类和生长环境有关。不同种类的野生食用菌对钾的吸收和分配机制不同，可能导致⁴⁰K在菌盖和菌柄中的分布差异。此外，⁴⁰K的分布还可能受到土壤中钾含量和土壤类型的影响。如果土壤中钾含量较高，野生食用菌可能会吸收更多的⁴⁰K，从而导致其在菌盖和菌柄中的分布较为均匀。

White和Broadley^[14]的研究证明在培养条件下，植物对相同浓度的K⁺和Cs⁺有着相同的吸收速率，如果向培养基中添加K⁺，则会抑制Cs⁺的吸收。植物吸收Cs的原因是Cs和K具有相似的离子电荷和半径，植物可以通过吸收⁴⁰K的通道吸收¹³⁷Cs^[15]。同样，在野生菌中也可能存在相似的机制，在本研究所使用的野生菌的菌盖中并没有发现¹³⁷Cs和⁴⁰K含量存在着互相抑制或者是负相关关系；而在菌柄中¹³⁷Cs和⁴⁰K含量存在显著的负相关关系，但相关关系较弱。既往文献报道曾指出，在一些牛肝菌中铯会与菌盖中的色素络合有关^[16]。由此说明，相比于菌柄，在菌盖中可以检测到较高活度的¹³⁷Cs；可能也正是¹³⁷Cs与菌盖中色素的络合作用抵消了¹³⁷Cs和⁴⁰K的相互抑制关系，而菌柄中没有此种色素络合作用影响，因此出现了¹³⁷Cs和⁴⁰K微弱的负相关。下一步需要扩大分析样本，以进一步确证研究结果。

既往文献中显示，在野生菌子实体中一些碱元素与¹³⁷Cs有着强相关性，例如铷元素在Yoshida和Muramatsu^[17]的研究中与¹³⁷Cs的相关系数达到了0.81。而C、H、O、N 4种元素是生物体中最基本的元素，因此我们探索性地对菌盖与菌柄中¹³⁷Cs含量DR值与对应部位中C、H、O、N 4种元素所占百分比的DR值，开展了关联性分析。本研究的Wilcoxon配对样本分析结果表明，在11份野生菌干样中，只有O元素在菌盖和菌柄中所占百分比的差异有统计学意义，而且是菌柄中的O元素占比显著高于菌盖中O元素的所占百分比；但相关性分析结果表明，C、H、O、N 4种元素在菌盖与菌柄中所占百分比的比值与¹³⁷Cs含量的比值并无显著的相关关系。

本研究表明，野生菌的菌盖是¹³⁷Cs的主要聚集场所，这可能是铯与菌盖中的色素络合作用有关。⁴⁰K也主要聚集在菌盖中。但在菌柄中观察到¹³⁷Cs和⁴⁰K含量存在微弱的负相关关系，表明二者存在一定的互相抑制。在随机选择的11份野生菌样品中未发现¹³⁷Cs的分布与C、H、O、N元素的分布具有显著相关性，这可能是因为样本量略少或者使用的样品是野生菌干样而不是鲜样，干样的脱水过程会明显影响H和O含量的所占百分比。下一步可根据蘑菇脱水过程的干鲜比，还原出蘑菇鲜样中C、H、O、N元素的所占百分比，进行相关分析。

利益冲突  本文由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及各相关方的利益冲突

作者贡献声明  叶政霖负责测量结果的分析、论文撰写和修改；拓飞、杨宝路、李则书负责论文审阅及修订；张京、秦伟豪、孔淑颖负责γ能谱测量；周强指导论文修改