鎘低積累藥用植物盆栽及大田篩選試驗

劉湘丹，王志輝，劉笑蓉，彭美晨，王朝暉，周日寶*（湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208）

鎘低積累藥用植物盆栽及大田篩選試驗

劉湘丹，王志輝，劉笑蓉，彭美晨，王朝暉，周日寶*
（湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208）

目的 比較不同植物對重金屬鎘積累能力差異，篩選出鎘低積累藥用植物種類。方法 以夏枯草、益母草、薄荷為供試材料，通過盆栽和大田試驗，采用原子吸收光譜法測定植物中鎘的含量。結果 三種植物積累鎘的能力存在差異，益母草＞薄荷＞夏枯草。益母草在鎘污染土壤中其地上部分鎘含量隨土壤鎘濃度增高而增高，而生長不受影響，屬于抗性植物。在鎘脅迫下，薄荷、夏枯草生長受到抑制，植物中鎘含量較低，且隨土壤鎘濃度增加植物中鎘含量變化較小，屬于鎘低積累植物。結論 益母草為鎘高積累植物，且生長不受影響，可以作為富集植物治理鎘污染；薄荷中鎘主要積累在地下部分，而其以地上部分入藥，夏枯草為鎘低積累植物，兩者均為可在鎘污染地區種植的藥用植物。

鎘；低積累；藥用植物；篩選；夏枯草；益母草；薄荷

湖南省湘江中下游是重要的有色金屬礦山區。沿江的衡陽市、湘潭市、株洲市、長沙市是我省的重要工業城市，隨著工業化和城市化進程的加快，含有重金屬元素的廢水、廢渣通過灌溉農田等途徑，使重金屬積累于土壤中，造成了湘江流域農田的重金屬污染。水稻是重金屬鎘的高富集型植物，大米含鎘嚴重超標，對人們的身體健康造成潛在的嚴重影響[1-4]。鎘會在人體的肝與腎部位分布[5-6]，進入人體的鎘會與人體內的低分子蛋白質結合成金屬蛋白，金屬蛋白會對人體的腎臟功能和肺部造成損傷，嚴重時會致人腎皮質壞死、腎小管損害、肺氣腫、肺水腫、引發癌變等，含鎘道路灰塵的吸入可能引起高血壓、冠心病、類風濕性關節炎等疾病[7-9]。

目前，重金屬累積機制的研究對象多為超富集植物和模式生物，低吸收植物也集中在蔬菜、水稻等經濟作物。多項研究表明，不同植物間以及同一植物不同品種對重金屬的積累存在差異，并成功篩選出低積累品種[10-13]。目前對藥用植物重金屬低吸收種類研究較少，本文通過盆栽實驗篩選出適合在鎘污染地區推廣種植的藥用植物，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 盆栽實驗

1.1.1 實驗植物 依據長株潭的氣候和土壤條件，選取宜大面積種植的唇形科植物夏枯草(Prunella vularis L.)、益母草（Leonurus japonicus Houtt.）、薄荷（Mentha haplocalyx Briq.）三種藥用植物作為盆栽實驗植物。

1.1.2 土壤基質處理 土壤采自長沙市望城區，去除土壤表層腐殖質、樹葉和石頭等雜質，測定土壤理化性質：土壤顆粒組成、密度、總孔隙度、自然含水量、pH值、鎘含量。將供試土壤均勻攤開，風干24 h備用。供試試劑為CdCl2·2.5H2O。配制重金屬鎘（Cd）不同梯度濃度的復合污染供試土壤樣品及對照，先配制成1 000 mL CdCl2水溶液，再稱取1 kg的土壤與1 000 mL鎘溶液一起攪拌，攪拌均勻后風干24 h，再與53 kg土壤拌勻。盆栽試驗分5組，設4個處理組，一個對照組，每個處理3次重復，共45盆。容器采用直徑25 cm、高35 cm塑料盆。每個塑料盆裝入6 kg處理土壤，并栽入6～8株同一種植物幼苗。見表1。

表1 含鎘盆栽土壤的配制

1.1.3 幼苗移栽及樣品采集 將選好的種子用溫水浸泡4 h，取出放在盛有潔凈粗砂的盤子中，在溫度25℃，濕度75%的正常情況下催芽，待長出1～2片幼葉時進行移栽；移栽后澆定根水，以后每天定時觀察，根據需要及時給各盆澆蒸餾水。待成熟后采收全株、洗凈后50℃下烘干，打粉，過40目篩，放于塑料封口袋中備用。

1.2 大田試驗

實驗地點為株洲市南陽橋村、湘潭市響水村、湘潭市金橋村的已知中度以上污染程度農田，并測定其pH值及重金屬鎘含量，每個實驗點分別種植以上三種植物，設三次重復。田間管理及采收、加工方法同盆栽實驗。

1.3 儀器與試劑

TAS-990，AFG型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；鎘空心陰極燈（北京曙光明電子光源儀器有限公司）；FA2004型電子分析天平（上海恒平科學儀器有限公司）；超純水機 （美國Pine-Tree系統）。硝酸、高氯酸、硝酸鎂、磷酸銨、鹽酸均為優級純。

1.4 重金屬含量測定

1.4.1 測定條件 波長228.8 nm，光譜帶寬：0.4 nm，負高壓：304.50 V，燈電流：2 mA背景校正為氘燈。燃氣流量：1 000 mL/min,燃燒高度：5 mm，燃燒位置：1 mm。

1.4.2 標準曲線的制作 分別精密量取鎘標準儲備液適量，用2%硝酸溶液稀釋制成1 mL分別含鎘0、1、5、10、15、20 ng的溶液。標準曲線方程：

Y=0.005 2X+0.000 1，r=0.999 9

1.4.3 樣品消解 稱取樣品0.3 g，加硝酸-高氯酸（4∶1）溶液5～10 mL，混勻，密封，浸泡過夜。置電熱板上加熱消解，轉入25 mL量瓶中，加入基體改進劑（硝酸鎂-磷酸銨溶液）2.5 mL，用2%硝酸溶液洗滌容器，洗液合并于量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時制備試劑空白溶液。

2 結果與分析

2.1 盆栽實驗土壤理化性質

根據土壤分類標準[13]，土壤顆粒組成中砂粒（1～0.05 mm）、粗粉粒（0.05～0.01 mm）、細粘粒（＜0.01 mm）分別為0、44.98%、55.02%，為粘土類。土壤保水力強，含水量為26.3%，但通氣性較差，孔隙度18.12%。pH7.02，屬中性土壤。適合于多數草本、灌木植物的生長。

2.2 盆栽實驗不同鎘濃度污染土壤中植物中的鎘含量

2001年頒布的《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》規定了藥用植物及制劑的綠色品質標準，其限量指標中，重金屬總量應≤20 mg/kg，其中鎘≤0.3 mg/kg。

表2為三種植物在不同鎘污染土壤中的株高及鎘含量，從表中可以看出鎘污染濃度在1 mg/kg以下時，薄荷、夏枯草地上部分鎘含量低于0.3 mg/kg，鎘濃度超過10 mg/kg時，三種植物地上部分鎘含量均超過0.3 mg/kg，益母草處理組的鎘含量均高于0.3 mg/kg，屬于鎘高積累植物，三種植物地下部分鎘含量均高于地上部分。隨著土壤鎘污染濃度升高，夏枯草、薄荷的株高有降低的趨勢，當鎘濃度達到10 mg/kg時，株高顯著降低，益母草處理組的株高與對照組沒有明顯變化。

益母草在鎘污染條件地上部分鎘含量隨土壤鎘濃度增高而增高，而生長不受影響，屬于抗性植物。在鎘脅迫下，薄荷、夏枯草生長受到抑制，植物中鎘含量較低，且隨土壤鎘濃度增加植物中鎘含量變化較小，屬于鎘低積累植物。

表2 三種植物在不同鎘污染土壤中的株高及鎘含量 (n=3)

2.3 三種植物的鎘轉移系數

圖1為三種植物在不同鎘污染濃度下的轉移系數，轉移系數是指植物體地上部分（莖、葉、花、果）某種重金屬含量與地下部分（根系）同種重金屬含量的比值，可作為植物從地下部分向地上部分轉移重金屬能力的反映。由圖1可知，夏枯草、薄荷的轉移系數隨鎘濃度增加而減小，說明薄荷、夏枯草對鎘的轉移能力弱，地上部分積累比地下部分少；益母草的轉移系數隨鎘濃度增加而增加。

圖1 三種植物在不同鎘污染濃度下的轉移系數

2.4 大田實驗土壤鎘濃度

由于植物對鎘的吸收受土壤pH值、微生物、鎘的存在形式等因素的影響，同一種植物在不同地點種植，其吸收鎘的能力存在差異，因此，為獲得穩定的鎘低積累藥用植物種類，筆者在污染地區對以上三種植物開展大田實驗，表3為各個試驗地點土壤鎘含量，由表3可知，三個試驗點均超過國家土壤環境三級標準[11]，屬于中重度污染地區。

表3 三個實驗點鎘含量及pH值

2.5 不同試驗點三種植物中鎘含量

表4為不同試驗點三種植物中鎘含量，益母草中鎘含量明顯高于薄荷、夏枯草，且不同地點種植均表現出鎘高積累，屬于穩定型鎘高積累植物。薄荷、夏枯草地上部分鎘含量低于地下部分，與盆栽實驗結果一致，屬于鎘低積累植物。

3 結論

綜合盆栽與大田實驗，結果表明三種植物積累鎘的能力存在差異，益母草＞薄荷＞夏枯草。益母草在鎘污染地區種植生長不受影響且對鎘的轉移能力強，可以作為富集植物治理鎘污染。

表4 不同試驗點三種植物中鎘含量 （mg/kg）

薄荷鎘積累主要在根莖部分，而薄荷的藥用、食用部位均為地上部分。薄荷為根莖繁殖植物，地上部分生長速度快，且一年可多次采收，為可在鎘污染地區種植。但有研究表明，薄荷對重金屬鎘表現出高積累，這是由于鎘污染同樣存在于大氣中，植物葉片為光合作用的主要場所，鎘可以通過葉片吸收進入植物體內，因此，不同采收期薄荷中鎘含量變化較大，可以對薄荷采收期與重金屬含量的相關性進一步研究。

夏枯草在不同地點中鎘含量均低于0.3 mg/kg，屬于穩定型鎘低積累種類，為作可在鎘污染地區種植的藥用植物。

[1]賈 樂,朱俊艷,蘇德純.秸稈還田對鎘污染農田土壤中鎘生物有效性的影響[J].農業環境科學學報,2010,29(10):1992-1998.

[2]劉云國,李 欣,徐 敏,等.土壤重金屬鎘污染的植物修復與土壤酶活性[J].湖南大學學報(自然科學版),2002,29(4):108-113.

[3]薛 永,王苑螈,姚泉洪,等.植物對土壤重金屬鎘抗性的研究進展[J].生態環境學報,2014,23(3):528-534.

[4]韋朝陽,陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J].生態學報,2001,21(7):1196-1203.

[5]李永濤,吳啟堂.土壤污染治理方法研究[J].農業環境保護,1997, 16(3):118-122.

[6]羅 瓊,王 昆,許靖波,等.我國稻田鎘污染現狀?危害?來源及其生產措施[J].安徽農業科學,2014,42(30):10540-10542.

[7]毛海立,楊 波,龍成梅,等.重金屬鎘超富集、富集植物篩選的研究進展[J].黔南民族師范學院學報,2011,(6):4-9.

[8]李東坡,武志杰,梁成華.土壤環境污染與農產品質量[J].水土保持通報,2008,28(4):172-177.

[9]周 歆.重金屬低累積水稻品種篩選及稻田化學改良技術研究[D].長沙:中南林業科技大學,2013.

[10]吳傳星,伍 鈞,楊 剛,等.重金屬低積累玉米品種的篩選[A].第三屆全國農業環境科學學術研討會論文集[C].天津:2009,10: 363-370.

[11]李兆強.弱吸收鎘大白菜品種的篩選及施肥對鎘吸收累積的影響[D].福州:福建農業大學,2010.

[12]沈其榮,譚金芳,錢曉晴.土壤肥料學通論[M].北京:高等教育出版社,2001.

[13]陳 勤,沈 羽,方炎明,等.紫湖溪流域重金屬污染風險與植物富集特征[J].農業工程學報,2014,30(14):198-205.

（本文編輯 蘇 維）

Pot and Field Screening Experiment of Low Cadmium Accumulation Medicinal Plants

LIU Xiangdan,WANG Zhihui,LIU Xiaorong,PENG Meichen,WANG Zhaohui,ZHOU Ribao*
(Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China)

Objective The accumulation of heavy metal cadmium capacity of different plants was compared to screening out the low accumulation of cadmium medicinal plants.Methods Choose Prunella vulgaris,motherwort,mint as tested materials,the contents of cadmium in plants were determined by using atomic absorption spectrometry.Results There was a difference in accumulating cadmium of the three plants,motherwort＞mint＞Prunella vulgaris.The cadmium accumulation in overground part of motherwort was increasing with content of cadmium in soil,while the growth of motherwort,belonging to the resistance plant,was not affected.Under cadmium stress,the growth of mint and Prunella vulgaris,which belong to the low cadmium accumulating plants,was inhibited.Conclusion Motherwort,a high cadmium accumulation plant,can be as hyperaccumulator to govern cadmium pollution,and its growth is not affected.The cadmium accumulation of mint is mainly,the overground part as the medicine,Prunella vulgaris,as low cadmium accumulation plant,both of them is suitable to be planted in cadmium polluted areas.

cadmium;low absorption;medicinal plants;screening;Prunella vulgaris;motherwort;mint

R282.2

B

10.3969/j.issn.1674－070X.2017.03.008

2016-07-02

農業部重點科研項目（湘農業聯〔2014〕88號）；國家中醫藥管理局“藥用植物學”重點學科（國中醫藥發〔2009〕30號）；湖南省科技廳重點項目（2015SK2014）；湖湘中藥資源保護與利用協同創新中心開放基金項目（HXZY-2015-017）；湖南省研究生創新課題（2016CX10）；湖南省教育廳一般項目（16C1221）。

劉湘丹，女，博士，副教授，研究方向：中藥資源與質量。

*周日寶，男，博士，教授，E-mail：1057323510@qq.com。

本文引用：劉湘丹，王志輝，劉笑蓉，彭美晨，王朝暉，周日寶.鎘低積累藥用植物盆栽及大田篩選試驗[J].湖南中醫藥大學學報，2017，37（3）：264-267.