土壤鎘脅迫對田七體內鎘分布及富集特性影響

李素霞 陳玉萍 韋司棋

摘 要：田七（Panax notoginseng）是我國的一種傳統珍貴的草本藥用植物，其重金屬污染問題已經引起廣泛關注。為了分析田七不同部位對鎘毒害的響應，明確不同濃度鎘污染對田七體內鎘分布的基本特征以及不同部位的富集特性，以揭示鎘脅迫對田七不同部位的影響機制及富集轉移特性。該研究在“田七之鄉”廣西靖西市田七園以3年生田七為材料，土培條件下以不施鎘處理為空白對照，設置6個鎘濃度（5、10、20、30、40、50 mg·kg-1）梯度，研究了在不同濃度鎘脅迫下田七不同部位鎘積累特征以及轉移特性。結果表明：在不同器官（葉、莖、剪口、須根、主根）隨著鎘濃度的增加各器官鎘的積累量均顯著（P<0.05）增加，呈現出正相關關系。田七不同部位鎘含量的分布特征表現：空白對照下田七各器官鎘累積分布表現為須根>剪口>主根>莖>葉;當鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時，田七鎘分布表現為剪口>主根>須根>莖>葉;地下部的鎘含量顯著高于地上部的鎘含量;隨著鎘濃度的增加，無論地下部生物富集系數還是地上部生物富集系數均表現為逐漸降低的趨勢。

關鍵詞：田七， 鎘污染， 累積與分布， 富集系數， 轉移系數

中圖分類號：Q945.78， S567.23

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2019）06-0713-07

Abstract：Panax notoginseng is a kind of traditional and precious herbaceous officinal plant in our country. Its heavy metal pollution problem has already caused wide public concern， and the related studies have shown that a certain concentration of cadmium can produce inhibition for the its growth， cadmium stress can reduce its accumulation of saponins， the main pharmacodynamic component， and influence the quality of its medicinal materials. The health risk assessment of cadmium in it showed that the hazard quotient （HQ） was greater than one， which indicates that cadmium in it has non-carcinogenic risk to users. In order to reveal the response of different parts of P. notoginseng to cadmium toxicity， to clarify the basic characteristics of cadmium distribution in it by cadmium pollution of its different concentrations and the enrichment characteristics of its different parts， and to reveal the mechanism of cadmium stress on enrichment and transfer characteristics of its different parts. The triennial P. notoginseng was used as the experimental material in P. notoginseng garden， Jingxi City， Guangxi， under the condition of soil culture， with no cadmium treatment as the blank control and six cadmium concentration gradients （5， 10， 20， 30， 40， 50 mg·kg-1）， the characteristics of cadmium accumulation and transfer in its different parts were analyzed under the stress of different concentrations of cadmium. The results showed that cadmium accumulation in different organs （leaf， stem， scissor， fibrous root and taproot） increased significantly with the increase of cadmium concentration （P < 0.05）， showing a positive correlation. The distribution characteristics of cadmium content in different parts of P. notoginseng were as follows：In the blank control group， the cumulative distribution of cadmium in each organ was fibrous root > cut root > tap root > stem > leaf; When the cadmium concentration was 5， 10， 20， 30， 40， 50 mg·kg-1， the distribution of cadmium was cut root > taproot > fibrous root > stem > leaf; The cadmium content in the underground part was significantly higher than that in the aboveground part， with the increase of cadmium concentration， the bioenrichment coefficient of both under-ground and above-ground parts decreased gradually.

Key words：Panax notoginseng， cadmium stress， accumulation and distribution， enrichment coefficients， transfer coefficients

田七（Panax notoginseng）又名“三七”， 具有活血散瘀、消腫定痛的功效。是廣西、云南的著名特產，是五加科人參屬植物，多年生草本。它原系山野自生，很早以前就為我國人民發現和采用， 后轉為人工栽培。因為這種植物一般每株有三條葉柄，每條葉柄上往往有七張葉子，故通稱“三七”。據清代1897年修的《歸順直隸州志》說，“三七以田州產者為最良”（莫乃群，1991）， 清·光緒七年（1881）修的《百色廳志》卷三也說，因三七實出自田州，故“俗名為田七”（莫乃群，1991;徐冬英，1997）。田七渾身是寶，從花到根全部可以做藥食用。《本草新編》：“田七根，止血之神藥也。無論上、中、下之血，凡有外越者，一味獨用亦效”。《中藥大辭典》：田七葉有消腫止痛、止血、抗衰老、降低血液粘稠度、防止血栓的形成和預防腫瘤的作用。田七花屬于良性，有降壓、清熱敗火、平肝、安神的功效。

云南是我國鎘產出大省，年采出量達 63.2 t，占全國總產出量的 46.6%，但從幾何平均值來看，除內蒙古、江西省的鎘礦含鎘率相對較高外，廣東、廣西、云南和湖南等地的平均含鎘率相差不大，為0.030%～0.050%（袁姍姍等，2012）。 廣大科技工作者對文山產區和廣西產區田七鎘含量進行了調查研究。趙靜等（2014）發現云南田七中鎘的超標率為30.6%，韓小麗等（2008）研究認為 Cd 的超標率高達 50%，前期研究表明鎘脅迫會降低田七主要藥效成分皂苷的積累，影響田七藥材質量，降低藥效， 朱美霖等（2012）的調查表明田七樣品中有 60.7%鎘含量超標。健康風險評價結果表明，危害商數（HQ）大于 1，說明田七藥材中的鎘對服用者有非致癌風險;陳璐等（2014）對廣西百色地區田七葉進行了調查研究，廣西田七也有鎘超標現象。馮光斌等（2006）的研究發現田七對土壤鎘有一定的吸收和富集能力。研究發現，田七具有較強的Cd 富集能力及 Cd、Cu 轉運能力（林龍勇等，2014;李子唯等，2015）。不僅如此，鎘脅迫對植物的生理生化作用、生長抑制作用、微生物及根際微環境等均有消極作用（林曉燕等，2018;賈月慧等，2018;馮世靜等，2013）。同時，鎘在不同器官的富集特征也有較多研究（趙靜等，2014）。但是，由于不同的地理環境、地質背景（李玉興等，1993）、栽培與管理習慣、生長季節以及七齡的不同表現出不同現象。廣西百色市是田七的發源地（徐冬英，1997），也是傳統的田七生產基地，具有獨特的地理環境和栽培習慣。楊海菊（2008）的研究表明廣西田七與云南三七在須根上差別較為明顯，田七須根少而粗，三七須根多，尤其絨狀須根多。田七主根呈圓錐形或短圓柱形，而云南三七的主根呈圓錐狀或長形。這些不同的特征可能與栽培習慣與地理環境有一定的關系。鎘是否對田七生長及不同器官鎘的分布產生差異影響，需待進一步研究。

鑒于當前田七-鎘探究均著重于大棚內的模擬試驗，本研究試驗地點原位定點在廣西靖西市田農自制實際大棚、選擇7—9月雨水較多、病蟲害頻發季節，選擇三年田七為對象，研究不同鎘處理下田七不同器官鎘的分配特征以及其轉移、富集特性，從而為指導廣西田七安全種植、保障田七藥材品質和安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

供試田七為三年生田七，試驗地點在靖西市坡天江（青蛇山對面）農戶田七園，海拔高度為758 m，護養管理與當地田七一致。

土培實驗所用土壤均采自實際田七園，采用“S”型方法， 取0～20 cm耕層土壤，曬干后過10目篩，根據對應濃度配置相應的CdCl2溶液，每份溶液噴施于5 kg干土中充分混勻，裝盆。鎘處理設6個濃度：0、5、10、20、30、40、50 mg·kg-1。每個處理設置3個重復，每個重復種植3棵生長狀態相似的田七。土培處理時間為2018年7月9日至2018年9月9日。期間管理同當地保持一致。土壤農藝性狀如下：pH為4.86、有機質為43.30 mg·kg-1、速效氮為178.11 mg·kg-1、速效磷為48.80 mg·kg-1、速效鉀為203.70 mg·kg-1、鎘本底值為0.44 mg·kg-1。

鎘處理平衡1周后采樣檢測各個處理鎘的含量，分別為0.46、5.07、11.47、20.89、28.53、39.60 、51.02 mg·kg-1。與處理值擬合，得到的方程為y=0.989 8x+0.518 2 （R2=0.997 2）。

1.2 樣品的采集和處理

取整株植株，先用自來水洗去泥垢，再用去離子水沖洗3次并分為葉、莖、剪口、主根、須根等部分，用105 ℃殺青30 min，再用65 ℃烘干至恒重。研磨成粉，過50目篩待用。

1.3 測定方法

農藝性狀的測定：莖高（從剪口到花苔的長度）、莖粗（取莖上三點測量取平均值）、葉長（復葉中葉的長度）、葉寬（復葉中葉的寬度）、須根數、根重、葉面積（葉面積=葉長×葉寬×0.613 4）。土壤農化性狀的測定參考土壤農化分析（鮑士旦，2008）。土壤中鎘的測定采用《土壤質量鎘的測定GB T 17141-1997 》石墨爐原子吸收分光光度法。田七中鎘的測定方法采用《食品中鎘的測定GB/T 5009.15-2014》石墨爐原子吸收光譜測定方法。

1.4 數據處理

采用 Microsoft Office Excel 2007 及DPS 7.5 進行數據分析，采用Duncan 新復極差法進行差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫對田七體內鎘分布的影響

由表1可知，同一器官鎘含量，隨著鎘濃度的增加而顯著（P<0.05）增加，各部位鎘含量隨著鎘濃度的增加存在一定的差異，當鎘濃度為0 mg·kg-1時，田七鎘分布表現為須根>剪口>主根>莖>葉，當鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時，田七鎘分布表現為剪口>主根>須根>莖>葉。同時，在同一器官不同鎘處理下，處理間差異顯著，與對照相比，地上部葉和莖鎘含量分別是空白處理的1.60、2.95、4.35、6.25、7.55、8.55倍;3.74、2.53、8.11、10.92、21.24、24.76倍。地下部剪口、須根、主根鎘含量分別是空白處理的9.61、14.59、20.69、38.81、46.66、59.11倍;3.77、5.06、8.16、9.75、11.08、13.19倍;10.27、18.16、25.73、31.98、39.25、49.55倍。由此可知，地上部葉片中鎘含量的增長與地下部須根中鎘含量的增長相對較小。

為了探明鎘處理濃度對田七各部位鎘積累影響，表1是不同濃度鎘處理下田七各部位鎘的含量。

本研究以各部位鎘含量為y，土壤鎘處理濃度為變量x，進行了線性擬合。隨著鎘濃度的增加，田七葉、莖、剪口、須根和主根均呈顯著直線遞增趨勢，擬合方程分別為田七葉片（y=0.031 4x+1.023，R2=0.981 9）、田七莖（y=0.182 9x+0.068 8，R2=0.960 7）、田七剪口（y=0.730 6x+1.023，R2=0.981 3）、田七須根（y=0.318 4x+3.1842，R2=0.957 2）、田七主根（y=0.395 0x+2.197 8，R2=0.978 1）。這說明田七葉片、莖、剪口、須根和主根在吸收累積鎘時與不同鎘處理成顯著正相關。斜率體現不同鎘處理濃度下田七各部位鎘吸收速率差異。由擬合方程可知，田七葉片、莖、剪口、須根、主根的斜率分別為0.031 4、0.182 9、0.730 6、0.318 4、0.395 0，說明田七各器官吸收累積鎘的穩定性依次為葉片、莖、須根、主根、剪口。

2.2 鎘脅迫對田七各器官富集鎘及地上部轉移的影響

生物富集系數是植物中某元素的質量分數與土壤中元素的質量分數之比，可用來衡量植物對重金屬的吸收貯存能力。由表2可知，田七各個組織的富集系數都呈現基本相同的特點，即富集系數隨著土壤中 Cd 濃度的增加，呈現降低趨勢。同一處理不同器官情況下，剪口富集系數最大，在鎘處理5 mg·kg-1時須根富集系數大于主根，隨著鎘濃度的增加主根富集系數大于須根。由表2可知，在鎘處理5 mg·kg-1時剪口和須根的富集系數大于1，且主根的富集系數也達到0.9，這說明田七地下部對隔的富集能力高于地上部，且以剪口最大。也說明田七富集鎘的能力總體來講相對較弱，而且，不隨鎘濃度的增加富集能力隨著增加。相反，有逐漸降低的趨勢。

轉移系數是地上部鎘含量與地下部鎘含量之比，表示鎘從地下部向地上部轉運的效率。由表3可知，隨著鎘濃度的增加，田七轉移系數呈波浪式降低趨勢，具有不規則性 對照處理鎘有較大的轉移系數0.35，不同處理鎘的轉移系數依次為0.35、0.16、0.14、0.17、0.15、0.23、0.21，由表2和表3可知，富集系數與轉移系數在一定條件下有對應相關關系。

3 討論

3.1 鎘脅迫對田七體內鎘積累分布的影響

不同產地田七各部位重金屬含量具有一定差異，可能與當地氣溫、地理位置、土壤環境、種植點土壤的前作物等生態環境相關，也可能與種苗等遺傳因素相關。同一產地的樣品，雖然氣候環境土壤類型基本相同，但也受到具體生長狀況的影響，彼此之間有一定重金屬含量的差異（趙靜等，2014）。

本研究土壤中鎘含量與田七不同器官鎘含量呈顯著正相關，且田七各器官吸收累積鎘的穩定性依次為葉片、莖、須根、主根、剪口。但是，田七不同器官鎘累積量存在一定差異，空白處理各器官鎘含量表現為須根>剪口>主根>莖>葉片。這與李子唯等（2015）研究結果須根>剪口>主根>葉>莖基本一致。但是，田七葉和莖的鎘含量分布不同。不過，與陳璐等（2014）在這方面的研究一致，他們的研究表明，鎘在田七葉和莖的分配表現為莖鎘含量大于葉鎘含量。鎘處理5、10、20、30、40、50 mg·kg-1 各器官鎘含量表現為剪口>主根>須根>莖>葉片，這與黃榮韶等（2014）研究結果一致。不同鎘處理各器官鎘含量存在一定的差異。可能存在的原因如下：第一，廣西田七與云南三七在區域上有一定的差異，導致溫度、水分、蒸發、蒸騰、養分、鹽基、海拔高度等有一定的差異。第二，本次研究在實地進行，生長環境與護養管理與當地一致（專門邀請當地田農一起看護），對生長環境沒有控制特別的溫度、水分，這與一些研究工作者專門植于專業大棚有一定的差異。第三，本次研究時間為2018年7月9日至2018年9月9日正值病蟲害、雨水及雜草最多的季節，田七園有一定的積水沒能及時排出，可能會對鎘的運輸與體內積累存在一定的影響。第四，不同海拔、不同遮光率、不同蔭棚類型及不同七齡對田七各器官鎘積累也有一定的影響。第五，不同的七齡可能會導致在吸收和積累重金屬及其它元素時有一定的差異，本次研究為三年七，與一些學者在實驗時用的二年七有一定的區別，這也是導致差異的主要原因，因為大多數植物在不同的生長周期對礦質元素的吸收、轉移與積累均存在一定的差異。

3.2 鎘脅迫對田七各器官富集鎘及地上部轉移的影響

本研究范圍內，田七葉片、莖、剪口、須根、主根的富集系數均隨著鎘濃度的增加而呈降低的趨勢，這與朱美霖等（2014）研究結果基本一致。不同器官表現為剪口最大，其次是須根和主根。在5 mg·kg-1鎘處理時須根富集系數大于主根，在鎘處理 20、30、40、50 mg·kg-1時，主根富集鎘的系數逐漸大于須根，在 20 mg·kg-1鎘處理時，二者富集系數相同。田七葉片的富集系數最小，這些現象與眾多研究者不一致，有些研究結果表現為不同器官鎘的富集系數須根>剪口>主根>葉片>莖，主要原因在于莖為疏導組織，不能儲存鎘，須根表面積大又是直接吸收部位，故其結合態和吸附態鎘含量均較高。但也有研究發現田七莖對鎘的富集能力最強有出入，這可能是由于實驗方法、七齡及過程管理有關。實地調研表明，廣西百色靖西市田七不施用化學肥料，全程肥料均為有機肥料，當地七農反映百色田七與其它田七有一定的不同，施用化學肥料田七容易死亡、爛根等不良癥狀，因此，一直施用有機肥。本研究中轉移系數呈波浪式或不規則趨勢，但鎘脅迫下轉移系數均低于空白。總體趨勢來看，隨著鎘濃度的增加轉移系數有相對增加的趨勢。富集系數與轉移系數在一定條件下有對應相關關系，這與一些學者研究重金屬鉛在茴香的轉移有一定的相似之處（甘龍等，2018）

4 結論

（1） 鎘脅迫顯著增加田七各器官中的鎘含量，隨著鎘濃度的增加，田七各器官中鎘含量顯著增加，呈正相關性。（2）空白對照設置下，田七各器官鎘分布表現為須根>剪口>主根>莖>葉;當鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時，田七鎘分布表現為剪口>主根>須根>莖>葉片。（3）地下部鎘含量顯著高于地上部鎘含量，隨著鎘濃度的增加，無論地下部生物富集系數還是地上部生物富集系數均呈逐漸降低的趨勢。

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