镉、锌胁迫下红花GSH含量的变化

卢龙斗 刘林 赵盺鹏 董天宇 杨玉珍 汪琛颖

摘要 [目的]探讨重金属锌、镉对红花组织中谷胱甘肽含量的影响。[方法]以河南新乡卫辉红花为试验材料，配制不同锌、镉浓度的水溶液和土壤，把红花进行水培和盆栽试验，用DTNB法测定红花植株不同时期不同部位谷胱甘肽（GSH）的含量。[结果]水培时，GSH含量随着镉、锌处理浓度的升高呈升高的趋势；盆栽时，在任何处理下根中的GSH含量高于叶片，随着镉处理浓度的升高，GSH含量呈先升后降的趋势，锌处理时GSH的含量变化不明显。[结论]在一定浓度下，锌、镉均能促进和调节GSH的形成。

关键词 红花；GSH（谷胱甘肽）；镉；锌

中图分类号 S567 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）26-08960-02

The Change of Glutathione （GSH） Content Induced by Cadmium and Zinc Stress in Carthamus tinctorius L.

LU Long-dou et al

（School of Live Sciences，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou，Henan，450044）

Abstract [Objective] The research aimed to investigate the effect of heavy metal zinc and cadmium on glutathione content in Carthamus tinctorius L..[Method] Using Carthamus tinctorius L. From Weihui of Xinxiang as test materials，we did Carthamus tinctorius L. hydroponic and pot experiments with different zinc and cadmium concentrations of water and soil.And then，the GSH content of Carthamus tinctorius L. plants in different periods and different parts were by determined DTNB method.[Result]In hydroponics experiment， the GSH content increased with cadmium and zinc concentrations were increasing trend.In potted experiment，the GSH content of roots was higher than that of leaves under any treatment with the increase of cadmium concentration， the GSH content increased first and then decreased， the GSH content changes of zinc treatment was not obvious. [Conclusion] In a certain concentration， zinc and cadmium can promote and regulate the formation of GSH.

Key words Carthamus tinctorius L.；GSH （glutathione）；Cadmium；Zinc

我国的重金属污染越来越严重，其中Cd污染较为普遍，污染面积近1 000万hm2，其次是Pb、Zn、Cu、Hg等。目前尚未发现Cd对生物体有任何的生理作用，因此Cd被称作非必需元素^[1]。Cd具有很强的毒性，在美国毒物和疾病登记署中排名第七^[1]。一般来说，土壤中Cd的浓度增加，植物吸收Cd的浓度亦有增高的趋势。

Zn是自然界中广泛存在的元素，也是生物体必须的营养元素，要从2个方面分析它的生物利用度，即作为营养物质的观点促进作物生长和作为污染物的观点，一旦重复应用这些有机生物颗粒便会增长土壤中这种元素的浓度，导致潜在的毒性^[2]。目前人为活动使土壤含有过多的Zn，超过了作为营养物质的最高极限，便会对植物产生毒性^[3]。

红花（Carthamus tinctorius L.）又名草红花、菊红花，一年或两年生草本植物 。红花是重要的药食两用植物，最主要的成分是红花黄色素（Carthamine）^[4]，此外还含不饱和脂肪酸、维生素E、19种氨基酸等^[5-7]。红花的药用价值表现在活血通经、化痰止痛，主治妇女闭经、难产、产后恶露不行以及淤血作痛、跌打损伤等，增强心血管机能，防治糖尿病、冠心病等的发生^[8]。

GSH，即三肽化合物g-谷氨酸半胱氨酸，GSH在保护植物免受外界环境压力中扮演重要角色，主要表现在参与由活性氧、外源物质及一些重金属产生的氧化应激反應^[9]。重金属Cd、Zn对红花中GSH含量变化的影响鲜见报道。因此，笔者以红花为材料，通过研究重金属镉、锌胁迫下红花体内GSH含量的变化情况，来探讨GSH在红花抗重金属过程中的作用，旨在为红花的安全性生产提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新乡卫辉红花，来源于新乡市福林保健食品有限公司。

1.2 材料培养与处理

1.2.1 水培試验设计。

1.2.1.1 溶液处理。用CdCl₂·2.5H₂O和ZnSO₄·7H₂O配置溶液，水培中镉的浓度分别为20、40、80、100 mg/L，锌的浓度分别为200、400、800、1 000 mg/L。

1.2.1.2 种子处理。种子用氯化汞消毒，蒸馏水反复冲洗3次，在50 ℃温水中浸泡30 min，取出晾干。在培养皿中放三层滤纸、两层纱布，灭菌处理，灭菌后在滤纸上放20粒红花种子，覆盖纱布，保持皿内环境湿润。加入各浓度梯度的镉、锌重金属溶液，置于组培室中培养（温度28 ℃，湿度6%）。每天加10 ml蒸馏水保持湿润，在同一时间用相应浓度的重金属溶液喷洒5 ml。每个处理设5个重复。

1.2.2 盆栽试验设计。

盆栽中，镉的浓度分别为0.1、0.3、0.6、1.0 mg/kg，锌的浓度分别为100、200、400、1 000 mg/kg（表1）。

1.2.2.1 土壤处理。塑料花盆（80×24×17 cm），装入干土，将不同质量的CdCl₂·2.5H₂O和ZnSO₄·7H₂O与土充分混合。每个处理设定5个重复。

1.2.2.2 种子处理。在50 ℃温水中浸泡30 min，晾干即可，于11月中旬种植。每盆种50粒种子，正常措施管理。

1.3 测量指标和方法

DTNB法测定红花植株不同时期不同部位GSH的含量。

1.4 数据处理与分析

用Excel对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 水培试验中红花GSH的含量

从水培中重金属Cd、Zn对红花体内GSH含量的影响（表2）可以直观看出，随着红花的生长，体内GSH含量呈现下降的趋势。在处理第8天时，Cd处理的GSH含量均高于对照，有显著性差异，且随着处理浓度的增加，GSH含量呈上升趋势；锌处理组出现同样的规律。在处理第15天，体内GSH含量明显低于第8天，且Cd处理组的变化较大，对照和Zn较低浓度处理时变化较小。在高浓度Zn（1 000 mg/L）处理时，材料因生长受到较强的抑制，没有取到材料。

2.2 盆栽试验中红花GSH的含量

2.2.1 盆栽红花叶片中GSH含量。

在Cd处理组中，第100天时GSH的含量均高于对照，但在第150天时没有明显的变化规律；在Zn处理组中，第100天时，除了Zn最高浓度（1 000 mg/kg）时GSH含量低于对照外，其他处理均高于对照，同样，在第150天时没有明显的变化规律，处理组的GSH含量仍高于对照（表3）。

2.2.2 盆栽红花根中GSH含量。

随着红花的生长，根中GSH含量均也呈下降趋势，且含量远比叶中含量低。在Cd处理组中，第100天时除了Cd最低浓度（0.1 mg/kg）时处理组GSH含量高于对照外，其他处理GSH含量均低于对照，在第150天时，处理组与处理组、处理组与对照组之间差别均不大；Zn处理组中，根中GSH含量变化与叶中变化基本一致（表3）。

3 结论与讨论

水培试验中，Cd、Zn 2种重金属处理均可以提高GSH的含量，可能是植物幼苗对外界环境比较敏感，GSH含量的增加是对重金属胁迫的响应。盆栽试验中，第100天时GSH的含量均高于对照，此时GSH含量的升高可能是对于重金属胁迫的适应；在镉最高浓度时，GSH含量明显降低，可能是重金属妨碍了红花的生长，GSH作为植株生长发育必需的产物，其含量减少；在Zn处理组中，第100天时，除了Zn最高浓度（1 000 mg/kg）时GSH含量低于对照外，其他处理均高于对照，可能是较高的Zn浓度抑制了红花的生长，在第150天，低浓度处理组的GSH含量仍高于对照，这可能是Zn作为植物生长的必需元素，少量时可促进植物生长，这有待于进一步研究。

GSH是植物抗重金属等逆境胁迫的重要物质，可以通过提高GSH的合成从而加强植物对逆境的抗性。GSH的合成需要 g-EC 和GSH合成酶，因此可通过修饰这些酶从而提高GSH的合成速率^[10-11]，增加GSH含量，增强红花对重金属的抗性。

红花规范化种植，关于土壤中究竟什么样的重金属浓度环境最适合红花的生长发育，红花种子、花中Zn和Cd 的含量多大才符合国家的要求，到目前为止还没有统一的标准。这些原因直接影响了红花种子和花的质量评定，应该加强这方面的研究工作，为红花药材的质量评价及优质红花药材的生产提供依据^[12]。道地药材是重要的资源，要加强保护并创造条件使其安全生产。

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