麥冬體內Cd對植物理化性質的影響

蔣翠文+梁寧剛+蔡卓+李娟娟

摘 要：該研究考察了Cd在麥冬體內積累以及其對可溶性總糖、總黃酮和抗氧化酶活性的影響情況，為研究重金屬對中草藥的毒害作用提供數據參考。試驗在模擬Cd污染的條件下進行，以盆栽方式種植麥冬，經過一定生長時期后分別測定其可溶性總糖含量、總黃酮含量、及抗氧化酶活性。結果表明，隨著土壤中Cd的增加，麥冬體內Cd含量不斷增大，植物的各項生理生化指標也隨之發生改變。其中葉片的各項指標均表現出明顯下降的趨勢；根部的可溶性總糖和總黃酮含量也呈現出不斷下降的趨勢，而抗氧化酶活性則表現為先上升后下降。這說明麥冬體內的Cd會破壞植物的新陳代謝和正常生長，導致植物的生理生化特性指標降低，表現出毒害作用。

關鍵詞：麥冬；重金屬；Cd；污染；生理生化特性

中圖分類號 Q657. 39 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）21-0019-04

Effects of Cd in Ophiopogon japonicas on the Plant Physiological and Biochemical Characteristics

Jiang Cuiwen1 et al.

（1Institute for Agricultural Product Quality Safety and Testing Technology，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，China）

Abstract：To provide scientific data for the investigation of heavy metal toxicity on Chinese herbal medicine，the accumulation of Cd in Ophiopogon japonicas and its effects on the variation of the physiological and biochemical characteristics of the plant were studied. The experiments were carried out under the condition of Cd contamination. Ophiopogon japonicas was planted in a pot，after a certain period of growth，the total soluble sugar，total flavonoids，and antioxidant enzyme activity of the plant were determined. The results showed that，with the increase of Cd in the soil，Cd content in Ophiopogon japonicas increased，and the variations of physiological and biochemical characteristics of the plant were observed. The total soluble sugar，total flavonoids and antioxidant enzyme activity in leaf decreased with the increase of Cd；the antioxidant enzyme activity in root increased firstly and then decreased，while the total soluble sugar and total flavonoids showed a trend of decreasing. This consequence indicated that Cd in Ophiopogon japonicas could damage the metabolism and normal growth of plant，leading to the decrease of the physiological and biochemical characteristic indexes，showing the hazardous effects.

Key words：Ophiopogon japonicas；Heavy metals；Cadmium；Contamination；Physiological and biochemical characteristics

隨著社會經濟的快速發展，環境問題日益加重，例如汽車尾氣的大量排放，城市污水及垃圾的處理不當，以及工業廢氣、廢水、廢渣未經處理的直接排放，使得環境中重金屬含量不斷增加。近年來我國重金屬污染事件頻發，一些突發事件直接造成環境中重金屬含量嚴重超標，已經引起人們的普遍關注[1]。重金屬在生物循環中進入植物體內，直接毒害植物的正常生長，甚至危及植物食用者的身體健康。因此，有關重金屬對植物質量安全影響的研究日顯重要[2]。

麥冬是多年生草本植物，含有甾體皂甙、黃酮類，氨基酸、多糖等化學成分，具有伏火、生脈、養陰潤肺、益胃生津等功效[3]，有明顯的降血糖、抗炎、抗心肌缺血、治療心腦血管疾病等作用[4-5]。廣西是我國麥冬分布區域之一，具有較強的種植潛力。然而廣西也是我國有色金屬產區之一，礦業活動頻繁，使麥冬種植易受到重金屬污染的威脅。為此，本文以Cd溶液澆淋盆栽麥冬，考察土壤中Cd嚴重超標情況下麥冬體內各部位Cd的積累以及相應部位可溶性總糖、總黃酮、及抗氧化酶活性等生理生化特性指標的變化情況，為進一步研究Cd對藥用性植物造成的危害提供依據。endprint

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑及實驗材料 UV-7502PCS紫外分光光度計（上海欣茂儀器有限公司），IFFM-E流動注射化學發光分析儀（西安瑞邁分析儀器有限公司），JP-303型極譜分析儀（成都儀器廠），KQ-50DB型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。1.0mg/mL蘆丁標準溶液：稱取0.1000g蘆丁（國藥集團化學試劑有限公司），用1mL無水乙醇溶解后以水定容于100mL容量瓶中，用時再稀釋到所需濃度。1000μg/mL Cd2+標準儲備液（國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）。2%蒽酮乙酸乙酯：稱取蒽酮（上海國藥集團化學試劑有限公司）2.0000g，用乙酸乙酯（廣州新港化工廠）溶解并定容于100mL棕色容量瓶中。極譜底液：稱取46.0g NH4Cl，8.0g無水亞硫酸鈉溶于200mL（1∶1）NH3·H2O中。其余試劑均為分析純或用分析純試劑配制，水為去離子水。供試土壤取自廣西大學植物種植基地，采樣深度為0～20cm。稱取自然風干的土壤1000g于Ф160×150mm花盆中，制成培養基。經測定，該土壤水分為0.93%，pH值為6.87，有機質的含量為1.93%，全氮含量為0.10%，全磷含量為0.08%。麥冬購于廣西灌陽中草藥市場，選取生長良好、長勢穩定的麥冬作為供試植物。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥冬的種植與污染處理 選取10株全高25cm的麥冬幼苗，植入花盆中，深度6cm，以去離子水澆灌。待生長穩定，以50mL/d的量澆灌不同濃度（0.1、0.2、0.4、0.8、1.2mmol/L）的Cd2+溶液。處理期間，保持植株的光照、濕度等外部條件一致。記錄其15d、30d和45d的生長情況，并進行空白對照試驗。

1.2.2 樣品前處理 采集受Cd污染15、30、45d后的土壤樣品和空白樣品，風干后用研缽研細，先過2mm篩子，再過0.149mm篩以除去沙礫等異物，置于105℃烘3h至恒重，冷卻備用。采集受Cd污染15、30、45d后的麥冬鮮樣和空白樣品，在105℃下殺青3h至恒重，冷卻，于密封袋中保存。

1.2.3 土壤和麥冬中Cd含量的測定 稱取烘干土壤0.5000g于100mL聚四氟乙烯燒杯內，加入HNO3-HClO4-HF（5∶2∶2）浸泡過夜，于電爐上加熱至聚四氟乙烯燒杯中產生大量白煙，冷卻，待用。稱取烘干麥冬0.5000g于100mL燒杯內，加入10mL HNO3-HClO4（5∶1）浸泡過夜，于電爐上加熱至燒杯中產生大量白煙，冷卻，待用。將氨水滴加到經過消解處理的樣品溶液中，調節其pH為6.0，控制體積為50mL。投入0.2g處理過的巰基棉，超聲60min。真空抽濾巰基棉2min，分別以1.0mol/L HAc 8.00mL和0.2mol/L H3PO4 4.00mL超聲洗脫60min和15min。濾液加熱趕酸，冷卻后轉至25mL容量瓶，加入10.0mL極譜底液，定容。取10mL于電解杯中，于-400～

-1400mV范圍，以500mV/s掃速進行二階導數掃描，讀取-880mV處峰電流，按工作曲線法計算土壤及麥冬的Cd含量[6]。

1.2.4 麥冬可溶性總糖的測定 稱取干凈麥冬鮮樣0.1500g于20mL試管中，加水10mL，以保鮮膜封口，沸水提取30min，提取2次。過濾，濾液轉入25mL容量瓶中，定容。移取1.00mL提取液，加入1.00mL蒽酮乙酸乙酯和9.00mL濃硫酸，振蕩后于沸水浴中保溫60s，冷卻后在630nm處測其吸光度，以蔗糖為基準物，按工作曲線法計算含量[7]。

1.2.5 麥冬總黃酮的測定 稱取干凈麥冬鮮樣0.1500g，加入90%乙醇6mL，于60℃下超聲提取1h。提取液轉入分液漏斗中，加入等體積石油醚萃取3次。萃取液于80℃旋轉蒸發儀中蒸發近干（為棕色浸膏），熱水溶解，定容于25mL容量瓶。移取5.00mL提取液于10mL比色管中，加入0.72mol/L NaNO2溶液0.4mL，搖勻，放置6min。加入0.47mol/L Al（NO3）3溶液0.4mL，搖勻，放置6min，以1.5mol/L NaOH溶液定容至10mL。在510nm處測定吸光度，以蘆丁為標準物，按工作曲線法計算含量[8-9]。

1.2.6 麥冬抗氧化酶活性的測定 稱取0.1500g干凈麥冬鮮樣于研缽中，加入Na2HPO4-檸檬酸緩沖液（pH=7）10.0mL，冰浴下研磨至勻漿，轉移到10mL離心管中，以2000r/min離心10min，上層清液即為抗氧化酶的提取液[10]。采用署紅Y-Fenton化學發光體系測定抗氧化酶提取液對羥自由基的清除率，按式（1）進行計算[11]，其中I0和Is分別為空白液及抗氧化酶提取液的發光強度。

S（%）=[（I0-Is）/I0]×100 （1）

抗氧化酶活性按式（2）計算[12]，即以污染植物抗氧化酶的清除率SX，除以未受污染植物抗氧化酶的清除率S0。每個樣品平行測定三次。

A（%）=（SX/S0）×100 （2）

2 結果與分析

2.1 土壤及麥冬中的Cd含量 由表1可見，土壤中及麥冬各部位的Cd含量隨澆灌液Cd濃度的升高及污染時間的增加而增大。進一步的研究還發現，麥冬體內Cd的積累量與土壤中Cd的含量成正比。Cd在麥冬體內分布的情況是：根部>葉片。

2.2 Cd對可溶性總糖的影響 植物體內可溶性總糖是合成其他有機溶質的碳架來源，并在細胞內無機離子濃度高時起保護酶的作用[13]。實驗考察了不同濃度Cd污染0、15、30和45d后麥冬可溶性總糖含量的變化情況，并與對照組比較，結果如圖1所示。由圖可見，隨著污染程度的增加，葉片可溶性總糖含量逐漸下降，且Cd含量越高，可溶性總糖含量下降越明顯（圖1A）。麥冬根部可溶性總糖含量在Cd影響下呈現出快速下降的趨勢（圖1B），這是由于根部直接接觸土壤，Cd的含量遠高于葉片，對植物的毒害作用也更為嚴重。用SPSS17.0軟件對麥冬體內Cd含量與可溶性總糖含量進行相關性分析，結果表明，兩者呈顯著負相關。其中，污染45d時，葉片Cd含量與可溶性總糖的線性回歸方程為y=-0.647x+32.533，r=0.959，P<0.010；根部Cd含量與可溶性總糖的線性回歸方程為y=-1.124x+101.104，endprint

r=0.922，P<0.026。說明Cd在麥冬體內的積累是造成麥冬可溶性總糖含量下降的主要原因。

2.3 Cd對總黃酮含量的影響 黃酮在植物的生長過程中發揮著積極的作用，是中草藥的有效成分之一，具有增強植物抗逆性的功能[14]。圖2為用不同濃度Cd溶液處理0、15、30和45d后，麥冬總黃酮含量的變化情況。由圖可見，隨著污染程度的增大，葉片總黃酮含量逐漸降低（圖2A），而根部總黃酮含量則迅速下降（圖2B）。用SPSS17.0軟件對麥冬體內Cd含量與總黃酮含量的相關性進行分析，結果表明，兩者呈顯著負相關。其中，污染45d時，葉片Cd含量與總黃酮的線性回歸方程為y=-0.302x+12.888，r=0.941，P<0.017；根部Cd含量與總黃酮的線性回歸方程為y=-0.018x+3.383，r=0.898，P<0.039。說明Cd污染對麥冬總黃酮的合成有明顯的抑制作用。

2.4 Cd對抗氧化酶活性的影響 抗氧化酶可以有效清除植物體內的自由基，延緩植株的衰老[15]。實驗考察了Cd對麥冬植物抗氧化酶活性的影響，結果如圖3所示。由圖可見，隨著Cd污染程度的增大，葉片抗氧化酶的活性開始略有一點升高，之后逐漸下降（圖3A）；根部抗氧化酶活性明顯地表現為先上升后下降（圖3B）。這是由于污染初期麥冬受到Cd的刺激，在自身保護機制的作用下抗氧化酶活性有所上升，但隨著Cd污染程度的加大，Cd對植物的毒害作用超過了其自身的抵抗能力，抗氧化酶活性受到了抑制。用SPSS17.0軟件對麥冬體內Cd含量與·OH的清除率進行相關性分析，結果表明，兩者呈顯著的負相關。其中，污染45d時，麥冬葉片Cd含量與抗氧化酶對·OH清除率的線性回歸方程為y=-0.491x+96.407，r=0.932，P<0.021；根部Cd含量與抗氧化酶對·OH清除率的線性回歸方程為y=-0.057x+93.040，r=0.977，P<0.004。說明Cd對植物有明顯的毒害作用。

3 結論

當種植麥冬的土壤受到Cd的嚴重污染時，Cd會通過植物吸收進入麥冬體內并在其各部位積累，積累量與土壤中Cd含量成正比，積累分布的情況為根部含量>葉片含量。在Cd的毒害作用下，麥冬各部位的可溶性總糖、總黃酮及抗氧化酶活性等生理生化指標均不同程度地發生改變。其中葉片的各項指標明顯下降；根部的抗氧化酶活性表現為先上升后下降，而可溶性總糖和總黃酮含量則呈現出不斷下降的趨勢。這說明麥冬體內的Cd會破壞植物的新陳代謝和正常生長，表現出毒害作用。

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