外源添加物對白芍根中Cd積累量的影響

王博

摘要：通過人工模擬Cd污染土壤，探究在不同Cd濃度和處理時間下白芍根部Cd積累的特性，以及通過添加水楊酸、脫落酸、鋅和硅等外源添加物，對白芍根部Cd含量的影響。結果表明，隨著土壤中Cd濃度的上升，根部Cd積累量顯著上升。水楊酸和脫落酸處理不會降低根部Cd含量，高濃度的鋅和硅降低了植株根部Cd含量。

關鍵詞：白芍；鎘；水楊酸；脫落酸；外源添加物

中圖分類號：S567.9 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）06-0015-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.06.006

Effects of Exogenous Additives on the Accumulation of Cd in the Roots of Paeonia lactiflora

WANG Bo

（Public Scientific Research Platform， Zhejiang Chinese Medicine University， Hangzhou Zhejiang 310053， China）

Abstract：The Cd accumulation in roots of Paeonia lactiflora Pall are studied by simulation of Cd polluted soil in different concentrations and treatment time. It is researched that the exogenous substances， including salicylic acid， abscisic acid， zinc and silicon， influenced on Cd accumulation in roots of Paeonia lactiflora Pall. The result shows that the Cd content at roots have a significant improvement with the increasing of Cd content in soil. Among 4 Exogenous additives， the SA and the ABA can not cause the reduce of Cd in roots， the high concentration of the zinc and silicon can reduce the Cd concentration in roots.

Key words： P. lactiflora Pall；Cadmium；Salicylic acid；Abscisic acid；Exogenous additives

白芍為毛茛科植物，其入藥部位根具有斂陰養血，收汗緩中、柔肝止痛、平抑肝陽之功效。近年來隨著諸如白芍總苷膠囊等一系列中成藥的開發和問世，應用范圍愈加廣泛。但中藥安全性也不容忽視，尤其重金屬污染是目前研究的重點，《中國藥典》專門對白芍中重金屬Cd限量標準做了嚴格規定[1 ]。Cd是環境中廣泛存在且具有潛在毒害作用的重金屬污染物之一，易于被植物吸收積累 [2 - 3 ]。若以Cd污染的白芍入藥，會在人體內積累并對人體健康造成嚴重威脅，例如導致鈣代謝失調、腎功能損傷等。有研究表明，一些外源物質能夠有效改善重金屬脅迫下植物的生長發育狀況，并可能降低植物內重金屬含量[4 - 5 ]。但這些研究主要集中在水稻、小麥等農作物以及擬南芥等模式植物，采用中草藥為材料來探究如何降低Cd積累方面的研究未見報道。筆者以白芍為研究對象，在模擬Cd超標土壤中探究白芍的Cd吸收特性，然后分別添加外源水楊酸、脫落酸、ZnSO4·7H2O和Na2SiO3，經不同時間處理后，通過原子吸收光譜測定白芍根部Cd積累量，探索外源物質對白芍中Cd積累量的影響，現將結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試設備與材料

主要儀器為微波消解儀（CEM-MARS）、原子吸收光譜儀（AA-7000）、分析天平。主要試劑為水楊酸、脫落酸、Na2SiO3、ZnSO4·7H2O、CdCl2。實驗材料為白芍苗（購買于眾協藥材種苗種植基地）。

1.2 實驗方法

1.2.1 白芍植株培育 將購買的白芍幼苗移栽在盛放營養土的花盆中，每隔5 d澆水1次，在溫室中培養120 d后選取長勢良好且大小均一的植株用于實驗。

1.2.2 樣品處理 土壤自然風干后磨碎，過2 mm篩，將過篩土壤放入干凈的花盆中，每盆裝7 kg。準確稱量CdCl2固體，配制成Cd濃度分別為25、50 mg/kg的土壤基質。加入Cd后進行30 d的土壤老化，使土壤中各種形態的Cd濃度達到穩定。在土壤老化過程中，向土壤澆灌超純水至土壤含水量為60%，當土壤風干至干透后，重復以上過程4次。

選取白芍植株分別移栽在未經Cd處理的對照組土壤中及Cd濃度為25、50 mg/kg的土壤中，每組處理3次重復，每5 d澆水1次。在處理15、30 d時，分別采集白芍植株根部測定Cd2+含量。

1.2.3 樣品Cd含量測定 剪取白芍根部樣品烘至恒重，打成細粉過40目篩。準確稱取不同處理的粉末樣品2 g置于四氟乙烯消解罐中，加硝酸10 mL和雙氧水2 mL浸泡過夜，次日轉移于微波消解儀內進行消解，消解完成后繼續緩慢加熱濃縮至3 mL左右，冷卻后加入超純水定容至25 mL。將獲得的澄清樣品存儲于4 ℃冰箱，利用石墨爐—原子吸收分光光度計測定Cd含量。特征波長為228.8 nm[6 - 7 ]，其中原子吸收法儀器參數為波長228.8 nm、狹縫0.7 nm、燈電流10 mA、干燥溫度110 ℃/30 s、灰化溫度950 ℃/20 s、原子化溫度 1 600 ℃/5 s。

1.2.4 外源物質處理對Cd積累的影響研究 選取白芍植株種植在含Cd濃度為25 mg/kg的土壤中，同時在土壤中分別添加不同濃度的外源物質，15 d后測定根部重金屬Cd含量。不同外源物質處理方法詳見表1[8 - 9 ]。

1.2.5 數據處理 利用SPSS軟件中ANOVA 方差分析評價不同處理間差異的顯著性，采用excel作圖。

2 結果與分析

2.1 Cd脅迫下白芍根部Cd的積累

配制10 ug/L的Cd標準溶液，按照不同濃度進行稀釋，以進樣濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線，獲得線性方程為A=0.006 1C+ 0.000 5，相關系數r為0.999 3。測定處理組和實驗組白芍中Cd積累量，結果表明（表2），植株在正常土壤中培養15、30 d后，其根部Cd含量分別為0.09±0.03、0.07±0.01 mg/kg，符合中國藥典中規定的Cd限量標準（Cd≤0.3 mg/kg）。隨著Cd處理濃度的增加，植株根部Cd積累量顯著增加（p<0.05），但處理時間對鎘積累的影響并不顯著（圖1）。

2.2 不同外源物質處理下根的Cd含量

選取Cd濃度為25 mg/kg和15 d的處理條件，在處理之初同時分別添加不同濃度的水楊酸（SA）、脫落酸（ABA）、ZnSO4·7H2O和Na2SiO3。通過圖2可以看出，水楊酸和低濃度的脫落酸處理對根部Cd的積累幾乎沒有影響，而100 mg/kg的脫落酸反而增加了Cd含量（p < 0.05）；200 mg/kg的Zn和2 000 mg/kg的Si處理下根部Cd含量較對照組顯著下降（p < 0.05）。

3 小結與討論

對白芍Cd吸附特性的初步探究發現，當土壤中加入Cd后，Cd會被植株吸收富集，并且根部的Cd積累量隨著濃度增加而增加，但并沒有呈隨著處理時間的增加有明顯上升的趨勢。不同濃度的外源水楊酸（SA）對白芍根部Cd積累量無顯著影響；脫落酸（ABA）沒有降低植株根部的Cd積累量，甚至在100 mg/kg的處理下，根部Cd含量反而上升。這可能是由于它改變了Cd在植株不同部位的分布情況，減少了Cd向地上部分的轉運，最終導致根部Cd含量反而升高。外源添加Zn可以降低白芍根部Cd含量，即Zn對Cd的吸收表現出拮抗作用，高濃度的Si降低了植株根部Cd含量。

目前中草藥重金屬污染現象日趨嚴重，Cd作為生物毒性極強的重金屬元素，通過食物鏈會在人體內富集并帶來嚴重危害[10 ]。土壤是中草藥重金屬污染的主要來源之一，因此通過模擬土壤重金屬Cd超標探索白芍的Cd吸附特性，并通過添加外源物質探究是否會降低Cd積累量，可為今后降低白芍Cd積累提供一定的理論基礎。由于白芍以根作為入藥部位，因此本研究僅對根部重金屬積累量做了探究。重金屬積累和轉運規律與溫度、土壤pH等環境因子均有關，為了更好的模擬室外種植環境，本研究除定期補充水分外其余培養條件均不作任何人工干預。

已有研究表明，Cd會阻礙植物生長，引起氧化脅迫[11 ]，對植物體內酶活性[12 ]、氣孔開閉和營養吸收[13 ]、光合作用效率[14 ]和基因組穩定性[15 ]均有影響。根系可通過被動吸收中的陽離子交換完成對Cd的吸收，Cd在根表面吸附時間越長結合成不可逆大分子的比例就越高，吸收量也就越大。但之前研究Cd積累量和時間的關系時，分別是以1 h和24 h作為短時間和長時間去衡量的。本研究中，Cd處理時間較長，可能達到了植物生長可耐受范圍內的飽和量。為了更好的適應環境，降低Cd含量，通過調節體內某些生理生化反應來加強自身的Cd脅迫作用。

水楊酸作為植物生理和代謝過程中的重要調節因子，能在調節植物Cd脅迫方面發揮重要作 用 [16 - 17 ]。有報道表明，SA介導植物對Cd的吸收有不確定性，SA可能通過與Cd結合形成復合物，使Cd鈍化或刺激植物螯合肽與Cd結合來緩解Cd對植物的毒害[18 ]。此外SA可能會促進Cd在細胞壁中的積累而減少它在細胞質中的積累，從而降低Cd對植物的毒害性。根據以上機理推測，SA可能通過促進一系列生理反應促進Cd形成復合物并以此降低Cd對植株的毒害性[19 ]，但并沒有降低植株對Cd的吸收。脫落酸作為一種抗脅迫激素在植物抗逆生理反應中發揮重要作用。有研究表明，當植物受到Cd脅迫后，脫落酸會通過影響植物對鎘的吸收或轉運增強其Cd耐受性，例如它能降低水稻對Cd的吸收[5 ]，或者改變Cd在不結球白菜不同部位的分布[20 ]。目前針對Zn和Cd互作機理還沒有一致的結論，即二者之間可能存在拮抗作用，也可能存在協同作用[21 ]。外源添加Zn會降低Cd的吸收，可能是由于細胞膜上載體蛋白會優先轉運鋅，當大量鋅與載體蛋白結合后，使之與Cd結合概率減少[22 - 23 ]。Si可以緩解水稻、小麥等的Cd毒害，減少植物地上部分和根中的Cd含量。對于Si抑制Cd吸收的機理有不同觀點，一是認為Si作用于土壤影響土壤中Cd形態從而減少有效態Cd量[24 ]，另有觀點認為它直接作用于植物，通過影響植物的生理生化過程降低對Cd的吸收[25 ]。

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（本文責編：陳 偉）