麦冬体内Cd对植物理化性质的影响

蒋翠文+梁宁刚+蔡卓+李娟娟

摘 要：该研究考察了Cd在麦冬体内积累以及其对可溶性总糖、总黄酮和抗氧化酶活性的影响情况，为研究重金属对中草药的毒害作用提供数据参考。试验在模拟Cd污染的条件下进行，以盆栽方式种植麦冬，经过一定生长时期后分别测定其可溶性总糖含量、总黄酮含量、及抗氧化酶活性。结果表明，随着土壤中Cd的增加，麦冬体内Cd含量不断增大，植物的各项生理生化指标也随之发生改变。其中叶片的各项指标均表现出明显下降的趋势；根部的可溶性总糖和总黄酮含量也呈现出不断下降的趋势，而抗氧化酶活性则表现为先上升后下降。这说明麦冬体内的Cd会破坏植物的新陈代谢和正常生长，导致植物的生理生化特性指标降低，表现出毒害作用。

关键词：麦冬；重金属；Cd；污染；生理生化特性

中图分类号 Q657. 39 文献标识码 A 文章编号 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

隨着社会经济的快速发展，环境问题日益加重，例如汽车尾气的大量排放，城市污水及垃圾的处理不当，以及工业废气、废水、废渣未经处理的直接排放，使得环境中重金属含量不断增加。近年来我国重金属污染事件频发，一些突发事件直接造成环境中重金属含量严重超标，已经引起人们的普遍关注[1]。重金属在生物循环中进入植物体内，直接毒害植物的正常生长，甚至危及植物食用者的身体健康。因此，有关重金属对植物质量安全影响的研究日显重要[2]。

麦冬是多年生草本植物，含有甾体皂甙、黄酮类，氨基酸、多糖等化学成分，具有伏火、生脉、养阴润肺、益胃生津等功效[3]，有明显的降血糖、抗炎、抗心肌缺血、治疗心脑血管疾病等作用[4-5]。广西是我国麦冬分布区域之一，具有较强的种植潜力。然而广西也是我国有色金属产区之一，矿业活动频繁，使麦冬种植易受到重金属污染的威胁。为此，本文以Cd溶液浇淋盆栽麦冬，考察土壤中Cd严重超标情况下麦冬体内各部位Cd的积累以及相应部位可溶性总糖、总黄酮、及抗氧化酶活性等生理生化特性指标的变化情况，为进一步研究Cd对药用性植物造成的危害提供依据。endprint

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂及实验材料 UV-7502PCS紫外分光光度计（上海欣茂仪器有限公司），IFFM-E流动注射化学发光分析仪（西安瑞迈分析仪器有限公司），JP-303型极谱分析仪（成都仪器厂），KQ-50DB型數控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。1.0mg/mL芦丁标准溶液：称取0.1000g芦丁（国药集团化学试剂有限公司），用1mL无水乙醇溶解后以水定容于100mL容量瓶中，用时再稀释到所需浓度。1000μg/mL Cd2+标准储备液（国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。2%蒽酮乙酸乙酯：称取蒽酮（上海国药集团化学试剂有限公司）2.0000g，用乙酸乙酯（广州新港化工厂）溶解并定容于100mL棕色容量瓶中。极谱底液：称取46.0g NH4Cl，8.0g无水亚硫酸钠溶于200mL（1∶1）NH3·H2O中。其余试剂均为分析纯或用分析纯试剂配制，水为去离子水。供试土壤取自广西大学植物种植基地，采样深度为0～20cm。称取自然风干的土壤1000g于Ф160×150mm花盆中，制成培养基。经测定，该土壤水分为0.93%，pH值为6.87，有机质的含量为1.93%，全氮含量为0.10%，全磷含量为0.08%。麦冬购于广西灌阳中草药市场，选取生长良好、长势稳定的麦冬作为供试植物。

1.2 实验方法

1.2.1 麦冬的种植与污染处理 选取10株全高25cm的麦冬幼苗，植入花盆中，深度6cm，以去离子水浇灌。待生长稳定，以50mL/d的量浇灌不同浓度（0.1、0.2、0.4、0.8、1.2mmol/L）的Cd2+溶液。处理期间，保持植株的光照、湿度等外部条件一致。记录其15d、30d和45d的生长情况，并进行空白对照试验。

1.2.2 样品前处理 采集受Cd污染15、30、45d后的土壤样品和空白样品，风干后用研钵研细，先过2mm筛子，再过0.149mm筛以除去沙砾等异物，置于105℃烘3h至恒重，冷却备用。采集受Cd污染15、30、45d后的麦冬鲜样和空白样品，在105℃下杀青3h至恒重，冷却，于密封袋中保存。

1.2.3 土壤和麦冬中Cd含量的测定 称取烘干土壤0.5000g于100mL聚四氟乙烯烧杯内，加入HNO3-HClO4-HF（5∶2∶2）浸泡过夜，于电炉上加热至聚四氟乙烯烧杯中产生大量白烟，冷却，待用。称取烘干麦冬0.5000g于100mL烧杯内，加入10mL HNO3-HClO4（5∶1）浸泡过夜，于电炉上加热至烧杯中产生大量白烟，冷却，待用。将氨水滴加到经过消解处理的样品溶液中，调节其pH为6.0，控制体积为50mL。投入0.2g处理过的巯基棉，超声60min。真空抽滤巯基棉2min，分别以1.0mol/L HAc 8.00mL和0.2mol/L H3PO4 4.00mL超声洗脱60min和15min。滤液加热赶酸，冷却后转至25mL容量瓶，加入10.0mL极谱底液，定容。取10mL于电解杯中，于-400～

-1400mV范围，以500mV/s扫速进行二阶导数扫描，读取-880mV处峰电流，按工作曲线法计算土壤及麦冬的Cd含量[6]。

1.2.4 麦冬可溶性总糖的测定 称取干净麦冬鲜样0.1500g于20mL试管中，加水10mL，以保鲜膜封口，沸水提取30min，提取2次。过滤，滤液转入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浓硫酸，振荡后于沸水浴中保温60s，冷却后在630nm处测其吸光度，以蔗糖为基准物，按工作曲线法计算含量[7]。

1.2.5 麦冬总黄酮的测定 称取干净麦冬鲜样0.1500g，加入90%乙醇6mL，于60℃下超声提取1h。提取液转入分液漏斗中，加入等体积石油醚萃取3次。萃取液于80℃旋转蒸发仪中蒸发近干（为棕色浸膏），热水溶解，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，摇匀，放置6min。加入0.47mol/L Al（NO3）3溶液0.4mL，摇匀，放置6min，以1.5mol/L NaOH溶液定容至10mL。在510nm处测定吸光度，以芦丁为标准物，按工作曲线法计算含量[8-9]。

1.2.6 麦冬抗氧化酶活性的测定 称取0.1500g干净麦冬鲜样于研钵中，加入Na2HPO4-柠檬酸缓冲液（pH=7）10.0mL，冰浴下研磨至匀浆，转移到10mL离心管中，以2000r/min离心10min，上层清液即为抗氧化酶的提取液[10]。采用署红Y-Fenton化学发光体系测定抗氧化酶提取液对羟自由基的清除率，按式（1）进行计算[11]，其中I0和Is分别为空白液及抗氧化酶提取液的发光强度。

S（%）=[（I0-Is）/I0]×100 （1）

抗氧化酶活性按式（2）计算[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。每个样品平行测定三次。

A（%）=（SX/S0）×100 （2）

2 结果与分析

2.1 土壤及麦冬中的Cd含量 由表1可见，土壤中及麦冬各部位的Cd含量随浇灌液Cd浓度的升高及污染时间的增加而增大。进一步的研究还发现，麦冬体内Cd的积累量与土壤中Cd的含量成正比。Cd在麦冬体内分布的情况是：根部>叶片。

2.2 Cd对可溶性总糖的影响 植物体内可溶性总糖是合成其他有机溶质的碳架来源，并在细胞内无机离子浓度高时起保护酶的作用[13]。实验考察了不同浓度Cd污染0、15、30和45d后麦冬可溶性总糖含量的变化情况，并与对照组比较，结果如图1所示。由图可见，随着污染程度的增加，叶片可溶性总糖含量逐渐下降，且Cd含量越高，可溶性总糖含量下降越明显（图1A）。麦冬根部可溶性总糖含量在Cd影响下呈现出快速下降的趋势（图1B），这是由于根部直接接触土壤，Cd的含量远高于叶片，对植物的毒害作用也更为严重。用SPSS17.0软件对麦冬体内Cd含量与可溶性总糖含量进行相关性分析，结果表明，两者呈显著负相关。其中，污染45d时，叶片Cd含量与可溶性总糖的线性回归方程为y=-0.647x+32.533，r=0.959，P<0.010；根部Cd含量与可溶性总糖的线性回归方程为y=-1.124x+101.104，endprint

r=0.922，P<0.026。说明Cd在麦冬体内的积累是造成麦冬可溶性总糖含量下降的主要原因。

2.3 Cd对总黄酮含量的影响 黄酮在植物的生长过程中发挥着积极的作用，是中草药的有效成分之一，具有增强植物抗逆性的功能[14]。图2为用不同浓度Cd溶液处理0、15、30和45d后，麦冬总黄酮含量的变化情况。由图可见，随着污染程度的增大，叶片总黄酮含量逐渐降低（图2A），而根部总黄酮含量则迅速下降（图2B）。用SPSS17.0软件对麦冬体内Cd含量与总黄酮含量的相关性进行分析，结果表明，两者呈显著负相关。其中，污染45d时，叶片Cd含量与总黄酮的线性回归方程为y=-0.302x+12.888，r=0.941，P<0.017；根部Cd含量与总黄酮的线性回归方程为y=-0.018x+3.383，r=0.898，P<0.039。说明Cd污染对麦冬总黄酮的合成有明显的抑制作用。

2.4 Cd对抗氧化酶活性的影响 抗氧化酶可以有效清除植物体内的自由基，延缓植株的衰老[15]。实验考察了Cd对麦冬植物抗氧化酶活性的影响，结果如图3所示。由图可见，随着Cd污染程度的增大，叶片抗氧化酶的活性开始略有一点升高，之后逐渐下降（图3A）；根部抗氧化酶活性明显地表现为先上升后下降（图3B）。这是由于污染初期麦冬受到Cd的刺激，在自身保护机制的作用下抗氧化酶活性有所上升，但随着Cd污染程度的加大，Cd对植物的毒害作用超过了其自身的抵抗能力，抗氧化酶活性受到了抑制。用SPSS17.0软件对麦冬体内Cd含量与·OH的清除率进行相关性分析，结果表明，两者呈显著的负相关。其中，污染45d时，麦冬叶片Cd含量与抗氧化酶对·OH清除率的线性回归方程为y=-0.491x+96.407，r=0.932，P<0.021；根部Cd含量与抗氧化酶对·OH清除率的线性回归方程为y=-0.057x+93.040，r=0.977，P<0.004。说明Cd对植物有明显的毒害作用。

3 结论

当种植麦冬的土壤受到Cd的严重污染时，Cd会通过植物吸收进入麦冬体内并在其各部位积累，积累量与土壤中Cd含量成正比，积累分布的情况为根部含量>叶片含量。在Cd的毒害作用下，麦冬各部位的可溶性总糖、总黄酮及抗氧化酶活性等生理生化指标均不同程度地发生改变。其中叶片的各项指标明显下降；根部的抗氧化酶活性表现为先上升后下降，而可溶性总糖和总黄酮含量则呈现出不断下降的趋势。这说明麦冬体内的Cd会破坏植物的新陈代谢和正常生长，表现出毒害作用。

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