鎘、鋅脅迫下紅花GSH含量的變化

盧龍斗 劉林 趙盺鵬 董天宇 楊玉珍 汪琛穎

摘要 [目的]探討重金屬鋅、鎘對紅花組織中谷胱甘肽含量的影響。[方法]以河南新鄉衛輝紅花為試驗材料，配制不同鋅、鎘濃度的水溶液和土壤，把紅花進行水培和盆栽試驗，用DTNB法測定紅花植株不同時期不同部位谷胱甘肽（GSH）的含量。[結果]水培時，GSH含量隨著鎘、鋅處理濃度的升高呈升高的趨勢；盆栽時，在任何處理下根中的GSH含量高于葉片，隨著鎘處理濃度的升高，GSH含量呈先升后降的趨勢，鋅處理時GSH的含量變化不明顯。[結論]在一定濃度下，鋅、鎘均能促進和調節GSH的形成。

關鍵詞 紅花；GSH（谷胱甘肽）；鎘；鋅

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）26-08960-02

The Change of Glutathione （GSH） Content Induced by Cadmium and Zinc Stress in Carthamus tinctorius L.

LU Long-dou et al

（School of Live Sciences，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou，Henan，450044）

Abstract [Objective] The research aimed to investigate the effect of heavy metal zinc and cadmium on glutathione content in Carthamus tinctorius L..[Method] Using Carthamus tinctorius L. From Weihui of Xinxiang as test materials，we did Carthamus tinctorius L. hydroponic and pot experiments with different zinc and cadmium concentrations of water and soil.And then，the GSH content of Carthamus tinctorius L. plants in different periods and different parts were by determined DTNB method.[Result]In hydroponics experiment， the GSH content increased with cadmium and zinc concentrations were increasing trend.In potted experiment，the GSH content of roots was higher than that of leaves under any treatment with the increase of cadmium concentration， the GSH content increased first and then decreased， the GSH content changes of zinc treatment was not obvious. [Conclusion] In a certain concentration， zinc and cadmium can promote and regulate the formation of GSH.

Key words Carthamus tinctorius L.；GSH （glutathione）；Cadmium；Zinc

我國的重金屬污染越來越嚴重，其中Cd污染較為普遍，污染面積近1 000萬hm2，其次是Pb、Zn、Cu、Hg等。目前尚未發現Cd對生物體有任何的生理作用，因此Cd被稱作非必需元素^[1]。Cd具有很強的毒性，在美國毒物和疾病登記署中排名第七^[1]。一般來說，土壤中Cd的濃度增加，植物吸收Cd的濃度亦有增高的趨勢。

Zn是自然界中廣泛存在的元素，也是生物體必須的營養元素，要從2個方面分析它的生物利用度，即作為營養物質的觀點促進作物生長和作為污染物的觀點，一旦重復應用這些有機生物顆粒便會增長土壤中這種元素的濃度，導致潛在的毒性^[2]。目前人為活動使土壤含有過多的Zn，超過了作為營養物質的最高極限，便會對植物產生毒性^[3]。

紅花（Carthamus tinctorius L.）又名草紅花、菊紅花，一年或兩年生草本植物 。紅花是重要的藥食兩用植物，最主要的成分是紅花黃色素（Carthamine）^[4]，此外還含不飽和脂肪酸、維生素E、19種氨基酸等^[5-7]。紅花的藥用價值表現在活血通經、化痰止痛，主治婦女閉經、難產、產后惡露不行以及淤血作痛、跌打損傷等，增強心血管機能，防治糖尿病、冠心病等的發生^[8]。

GSH，即三肽化合物g-谷氨酸半胱氨酸，GSH在保護植物免受外界環境壓力中扮演重要角色，主要表現在參與由活性氧、外源物質及一些重金屬產生的氧化應激反應^[9]。重金屬Cd、Zn對紅花中GSH含量變化的影響鮮見報道。因此，筆者以紅花為材料，通過研究重金屬鎘、鋅脅迫下紅花體內GSH含量的變化情況，來探討GSH在紅花抗重金屬過程中的作用，旨在為紅花的安全性生產提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

新鄉衛輝紅花，來源于新鄉市福林保健食品有限公司。

1.2 材料培養與處理

1.2.1 水培試驗設計。

1.2.1.1 溶液處理。用CdCl₂·2.5H₂O和ZnSO₄·7H₂O配置溶液，水培中鎘的濃度分別為20、40、80、100 mg/L，鋅的濃度分別為200、400、800、1 000 mg/L。

1.2.1.2 種子處理。種子用氯化汞消毒，蒸餾水反復沖洗3次，在50 ℃溫水中浸泡30 min，取出晾干。在培養皿中放三層濾紙、兩層紗布，滅菌處理，滅菌后在濾紙上放20粒紅花種子，覆蓋紗布，保持皿內環境濕潤。加入各濃度梯度的鎘、鋅重金屬溶液，置于組培室中培養（溫度28 ℃，濕度6%）。每天加10 ml蒸餾水保持濕潤，在同一時間用相應濃度的重金屬溶液噴灑5 ml。每個處理設5個重復。

1.2.2 盆栽試驗設計。

盆栽中，鎘的濃度分別為0.1、0.3、0.6、1.0 mg/kg，鋅的濃度分別為100、200、400、1 000 mg/kg（表1）。

1.2.2.1 土壤處理。塑料花盆（80×24×17 cm），裝入干土，將不同質量的CdCl₂·2.5H₂O和ZnSO₄·7H₂O與土充分混合。每個處理設定5個重復。

1.2.2.2 種子處理。在50 ℃溫水中浸泡30 min，晾干即可，于11月中旬種植。每盆種50粒種子，正常措施管理。

1.3 測量指標和方法

DTNB法測定紅花植株不同時期不同部位GSH的含量。

1.4 數據處理與分析

用Excel對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 水培試驗中紅花GSH的含量

從水培中重金屬Cd、Zn對紅花體內GSH含量的影響（表2）可以直觀看出，隨著紅花的生長，體內GSH含量呈現下降的趨勢。在處理第8天時，Cd處理的GSH含量均高于對照，有顯著性差異，且隨著處理濃度的增加，GSH含量呈上升趨勢；鋅處理組出現同樣的規律。在處理第15天，體內GSH含量明顯低于第8天，且Cd處理組的變化較大，對照和Zn較低濃度處理時變化較小。在高濃度Zn（1 000 mg/L）處理時，材料因生長受到較強的抑制，沒有取到材料。

2.2 盆栽試驗中紅花GSH的含量

2.2.1 盆栽紅花葉片中GSH含量。

在Cd處理組中，第100天時GSH的含量均高于對照，但在第150天時沒有明顯的變化規律；在Zn處理組中，第100天時，除了Zn最高濃度（1 000 mg/kg）時GSH含量低于對照外，其他處理均高于對照，同樣，在第150天時沒有明顯的變化規律，處理組的GSH含量仍高于對照（表3）。

2.2.2 盆栽紅花根中GSH含量。

隨著紅花的生長，根中GSH含量均也呈下降趨勢，且含量遠比葉中含量低。在Cd處理組中，第100天時除了Cd最低濃度（0.1 mg/kg）時處理組GSH含量高于對照外，其他處理GSH含量均低于對照，在第150天時，處理組與處理組、處理組與對照組之間差別均不大；Zn處理組中，根中GSH含量變化與葉中變化基本一致（表3）。

3 結論與討論

水培試驗中，Cd、Zn 2種重金屬處理均可以提高GSH的含量，可能是植物幼苗對外界環境比較敏感，GSH含量的增加是對重金屬脅迫的響應。盆栽試驗中，第100天時GSH的含量均高于對照，此時GSH含量的升高可能是對于重金屬脅迫的適應；在鎘最高濃度時，GSH含量明顯降低，可能是重金屬妨礙了紅花的生長，GSH作為植株生長發育必需的產物，其含量減少；在Zn處理組中，第100天時，除了Zn最高濃度（1 000 mg/kg）時GSH含量低于對照外，其他處理均高于對照，可能是較高的Zn濃度抑制了紅花的生長，在第150天，低濃度處理組的GSH含量仍高于對照，這可能是Zn作為植物生長的必需元素，少量時可促進植物生長，這有待于進一步研究。

GSH是植物抗重金屬等逆境脅迫的重要物質，可以通過提高GSH的合成從而加強植物對逆境的抗性。GSH的合成需要 g-EC 和GSH合成酶，因此可通過修飾這些酶從而提高GSH的合成速率^[10-11]，增加GSH含量，增強紅花對重金屬的抗性。

紅花規范化種植，關于土壤中究竟什么樣的重金屬濃度環境最適合紅花的生長發育，紅花種子、花中Zn和Cd 的含量多大才符合國家的要求，到目前為止還沒有統一的標準。這些原因直接影響了紅花種子和花的質量評定，應該加強這方面的研究工作，為紅花藥材的質量評價及優質紅花藥材的生產提供依據^[12]。道地藥材是重要的資源，要加強保護并創造條件使其安全生產。

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