重金属复合胁迫对酢酱草生理特性的影响

罗泽萍 潘立卫 覃勇荣

(河池学院 化学与生物工程学院， 广西 宜州 546300)



重金属复合胁迫对酢酱草生理特性的影响

罗泽萍 潘立卫 覃勇荣

(河池学院 化学与生物工程学院， 广西 宜州 546300)

采用盆栽法考察不同质量浓度的5种(Cd、Zn、Cu、Pb、As)重金属复合胁迫下酢酱草生理特性的变化。结果发现随着重金属胁迫浓度梯度的增加，酢酱草根系活力、生物量、叶绿素含量与空白对照组相比逐渐下降，而丙二醇(MDA)含量呈上升趋势。结果表明重金属水污染土壤可能对酢酱草造成明显不可逆的生理毒害效应。

酢酱草；重金属；叶绿素

Cd、Zn、Cu、Pb、As是污染土壤中备受关注的5种重金属，由于其均具有较高的化学活性，因此，易破坏植物细胞膜结构和功能，使植物体内细胞液外渗而导致植物体内代谢紊乱，从而引起一系列有害的生理生化现象。酢酱草(OxaliscorniculataL.)也叫酸浆、三叶酸、三角酸等，其气味酸、寒、无毒，具有清热解毒、消肿散疾、补肺泻肝、健胃止咳、凉血化瘀等功效，可用于治疗泄泻、痢疾、黄疸、淋病、麻疹、吐血、痈肿、疮疖、疥癣、痔疾、脱肛、月经不调、跌打损伤等症[1-3]。现代药理研究表明酢酱草具有较好的抗炎、抗病毒、抑菌和抗氧化作用[4-7]。目前，对酢酱草的研究主要集中在化学成分、生物活性及组织栽培等方面[8-13]，而有关重金属对酢酱草生理特性的影响鲜有报道。因此，研究Cd、Zn、Cu、Pb、As 5种重金属在不同质量浓度处理下对酢酱草的生长状况、根系活性、生物量、叶绿素含量的影响具有重要意义。该研究为酢酱草治理和修复复合重金属污染土壤及防治土壤污染服务具有一定的参考价值，同时，为规模发展酢酱草种植产业及合理开发酢酱草植物资源提供指标和客观依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

盆栽试验于河池学院植物组织培养实验室进行。供试土壤取自无重金属污染地区，经测定其基本理化性质见表1。将过3 mm筛并剔除杂物风干后的土壤4 kg装入高为15 cm的陶瓷盆中。重金属以CdCl2、Zn(NO3)2、CuCl2、Pb(NO3)2、Na2HAsO4金属盐形式用Hoagland's营养液完全溶解，按表2设置的浓度均匀喷洒于每盆中。从野外采未受污染且长势一致的酢酱草，用去离子水把粘附的土壤和杂质洗干净后，每10株一组种入盆中。

表1 供试土壤基本理化性质

pH有机质/g·kg-1CEC/cmol·kg-1重金属背景/mg·kg-1CdPbCuZnAs514235279602117241365257368

表2 盆栽试验处理元素及水平 (mg·kg-1)

处理水平CdPbCuZnAs空白00000101100501002020550010020040310100020040060415150030060080520200040080010062525005001000120

1.2 测定指标

酢酱草生长40 d后，取植株相同部位的根、叶，用去离子水洗净沥干，用于各项指标测定。根系活性的测定采用TTC法[14]，采用丙酮法测定叶绿素含量[15]，MDA含量采用比色法，按照试剂盒说明顺序测定。

图1 复合重金属污染对酢酱草根系活力的影响

1.3 数据处理及统计方法

采用Excel2007和SPSS19.0软件进行数据分析和处理。

2 结果与分析

2.1 复合重金属污染对酢酱草生长状况的影响

在重金属处理20 d 时，处理水平1、2、3组酢酱草植株的长势及形态无明显影响，处理水平4、5、6组酢酱草与空白对照组相比植株矮、叶子小并且泛黄，说明高浓度重金属复合胁迫下酢酱草的生长明显受到抑制。在重金属处理40 d 时，处理水平1～6组与空白对照组相比，重金属胁迫下的酢酱草植株显得矮小，叶子呈黄色，根毛稀少，部分根系发黑、坏死，并呈现出一定程度的剂量效应关系。说明酢酱草随着重金属处理浓度的升高、时间的延长，出现生理毒害的效应越严重。

图2 复合重金属污染对酢酱草生物量的影响注：图柱表示：平均值±标准差；不同英文小写字母代表重金属不同处理水平之间具有显著性差异(p<0.05)，下同。

2.2 复合重金属污染对酢酱草根系活力的影响

由图1可见，随着重金属处理浓度的增加，酢酱草根系活力呈下降的趋势,与空白对照组相比，分别下降了3.81%、17.32%、35.96%、39.92%、48.69%、54.69%。说明重金属胁迫浓度越高，对根系的伤害程度越大。

2.3 复合重金属污染对酢酱草生物量的影响

由图2可见，随着重金属胁迫浓度的增加，酢酱草的生物量显著降低(p<0.05)，下降幅度分别为：32.59%、45.40%、55.13%、62.04%、69.47%、77.99%。说明酢酱草的生长明显受到抑制。

2.4 复合重金属污染对酢酱草叶绿素含量的影响

从表3可以看出，随着重金属处理浓度的增加，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+叶绿素b含量均呈下降趋势，叶绿素a下降幅度在0.86%～47.28%之间，叶绿素b下降幅度在16.99%～62.88%之间，叶绿素a+叶绿素b下降幅度在6%～52.25%之间；而叶绿素a/叶绿素b呈上升趋势，说明酢酱草在逆环境条件下利用蓝光、适应生长能力变弱。与空白对照组相比，大部分差异显著，小部分差异不显著。

表3 复合重金属污染对酢酱草叶绿素含量的影响

处理水平叶绿素a/mg·kg-1叶绿素b/mg·kg-1(叶绿素a+叶绿素b)/mg·kg-1叶绿素a/叶绿素b空白1635±0190a0765±0043b2400±0123c2137d11621±0135a0635±0164c2256±0129a2553e21504±0164b0629±0069c2133±0293b2391f31265±0167c0521±0125a1786±0135d2428b41064±0149d0401±0124d1465±0234e2653c50961±0416e0394±0101e1355±0649f2439b60862±0241f0284±0125f1146±0354g3035a

注：同列不同英文小写字母代表重金属不同处理水平之间具有显著性差异(p<0.05)。

2.5 复合重金属污染对酢酱草叶片细胞膜通透性的影响

图3 复合重金属污染对酢酱草叶片细胞膜通透性的影响

从图3可以看出，酢酱草叶片MDA含量随着重金属处理浓度的增加呈上升趋势(p<0.05)，升高幅度分别16.90%、31.09%、37.25%、50.66%、61.20%、69.33%，说明重金属胁迫加剧了酢酱草的膜脂过氧化，从而使细胞膜结构和功能受到损害。

3 讨论

土壤重金属污染因其具有多样性、复杂性而备受关注[16]，目前，已成为国内外学者研究的热点。寇士伟[17]等人以十字花科植物芥菜为试验材料探讨了重金属Cd、Cu和Pb对芥菜的影响。结果发现Cd、Cu、Pb复合效应显著降低芥菜叶绿素含量，并且叶绿素a下降幅度大于叶绿素b。黄桂萍[18]等人分析了Pb污染对晚松的影响，结果发现晚松可以适应土壤轻度的Pb污染，而增加Pb污染浓度和延长胁迫时间，则会使晚松质膜系统受损严重，生长受到抑制。李珊[19]等人研究Cd、Zn复合污染对栝楼幼苗的影响，结果发现栝楼对Cd、Zn低浓度胁迫具有一定的耐受力,但高浓度Cd、Zn对幼苗正常生长有较为显著的抑制作用。关梦茜[20]等人对金娃娃萱草和大花萱草在Cu、Cd复合胁迫条件下的生长及生理特性进行研究，结果发现大花萱草对Cu、Cd复合胁迫的耐受性较金娃娃萱草强，更有利于对重金属污染土壤的修复。重金属污染主要以复合污染存在，因此，本研究考察了Cd、Zn、Cu、Pb、As 5种重金属在不同质量浓度处理下对酢酱草的生长状况、根系活性、生物量、叶绿素含量和叶片细胞膜通透性的影响。结果发现重金属胁迫下的酢酱草植株显得矮小，叶子呈黄色，根毛稀少，部分根系发黑、坏死。酢酱草根系活力与空白对照组相比，下降了3.81%～54.69%。说明重金属胁迫浓度越高，对根系的伤害程度越大。随着重金属胁迫浓度的增加，酢酱草的生物量显著降低(p<0.05)，下降幅度为32.59%～77.99%，说明酢酱草的生长明显受到抑制。叶绿素含量的高低在一定程度上反映了植物在逆环境下的受影响程度，因为叶绿素与光合作用、植物营养供给及生长状况密切相关。植物叶绿素含量的逐渐下降意味着叶片逐渐衰老，也可作为衡量植物受到逆环境胁迫的重要指标，当植物逐渐衰老或逆环境胁迫时叶绿素a和叶绿素b含量均下降，通常叶绿素a比叶绿素b含量下降得更快[21]。本研究中酢酱草叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+叶绿素b含量均随重金属胁迫浓度增加而呈下降趋势，叶绿素a下降幅度在0.86%～47.28%之间，叶绿素b下降幅度在16.99%～62.88%之间，总叶绿素含量下降幅度在6%～52.25%之间。说明酢酱草在重金属胁迫下叶绿素合成受到一定程度的影响。而叶绿素a与叶绿素b的比值呈上升趋势，说明酢酱草在逆环境条件下利用蓝光、适应生长能力变弱。MDA是植物组织细胞膜损伤程度的重要标志，其含量与膜脂过氧化严重程度密切相关，MDA含量越高，表明植物受到逆环境的损害程度越严重，因为MDA是膜脂过氧化反应的最终产物[22]。本研究中酢酱草叶片MDA含量随着重金属处理浓度的增加呈上升趋势(p<0.05)，升高幅度范围为16.90%～69.33%，说明重金属胁迫加剧了酢酱草的膜脂过氧化，从而使细胞膜结构和功能受到损害。而重金属Cd、Zn、Cu、Pb和As之间对酢酱草的胁迫是否存在协同、拮抗或加和等作用有待进一步研究。

4 结论

本文选用盆栽法研究重金属Cd、Zn、Cu、Pb和As 复合污染对酢酱草的生长状况、根系活力、生物量、叶绿素含量和叶片细胞膜通透性的影响。结果发现，重金属复合胁迫下酢酱草植株相比空白对照组显得矮小、叶子呈黄色、根毛稀少、部分根系发黑甚至坏死。根系活力与空白对照组相比，下降了3.81%～54.69%；生物量与空白对照组相比显著降低(p<0.05)，下降幅度为32.59%～77.99%；叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量含量均随重金属胁迫浓度增加而呈下降趋势，而叶绿素a与叶绿素b的比值呈上升趋势。叶片MDA含量随着重金属处理浓度的增加呈上升趋势(p<0.05)，上升幅度范围为16.90%～69.33%。综上所述，重金属复合胁迫下酢酱草生长受到一定程度抑制，根系活力、生物量、叶绿素含量与空白对照组相比逐渐下降，而MDA含量呈上升趋势。结果表明重金属污染土壤可能对酢酱草造成明显不可逆的生理毒害效应。由此可见酢酱草对重金属复合污染非常敏感，因此，利用酢酱草的生理特性变化来评价重金属复合污染土壤环境质量、建立土壤污染预警指标体系或环境标准的修订具有重要意义。

[1]中国科学院植物研究所. 中国高等植物图鉴:第2册[M]. 北京: 科学出版社, 1982: 581-582．

[2]江毅, 李朝斗, 杨卫平, 等. 草药彩色图集[M]. 贵州: 贵州科学技术出版社, 2001: 324．

[3]余汉华, 王勇, 肖英华, 等. 酢浆草的生药鉴定[J]. 中国民族民间医药杂志, 2005, 74(3): 178-179.

[4]郭美仙, 王艳双, 施贵荣, 等. 酢浆草对小鼠急性腹膜炎的抗炎镇痛作用研究[J]. 大理学院学报, 2014, 13(2): 6-8.

[5]王玉仙, 丁良, 申文增, 等. 酢浆草的抗炎作用[J]. 医学研究与教育, 2010, 27(5): 11-13.

[6]丁良, 李静, 杨慧, 等. 酢浆草的体外抑菌活性[J]. 医学研究与教育, 2010, 27(6): 16-18,21.

[7]丁良, 李静, 杨慧. 酢浆草提取物体外抗氧化活性研究[J]. 辽宁中医杂志, 2011, 38(10): 2055-2057.

[8]廖惠平, 陈思思, 黄文平, 等. 酢浆草的薄层色谱鉴别研究[J]. 江西中医药大学学报, 2014, 26(4): 62-63, 67.

[9]刘受先, 吴欢, 邓志清, 等. RP-HPLC测定不同产地酢浆草中刺槐素-6-C-β-D-葡萄糖苷含量[J]. 江西中医学院学报, 2011, 23(1): 55-56.

[10]贾纪萍, 熊玥, 严宏凤, 等. 酢浆草提取工艺的研究及总有机酸的测定[J], 广东化工, 2015, 42(20): 135-136.

[11]马鸿军, 酢浆草对高脂血症大鼠血脂代谢和护肝作用的研究[D].保定: 河北大学, 2010.

[12]钱玉梅, 高贵珍, 张兴桃, 等. 3种酢浆草过氧化物酶的研究[J]. 安徽农业科学, 2006, 34(23): 6102, 6104.

[13]吴杰, 覃铭, 颜帅, 等. 秋水仙素处理对黄花酢浆草生长的影响及诱变效应[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2012, 48(2): 161-163.

[14]张志勇, 卜晶晶, 王素芳, 等. 冠菌素对不同钾水平下TTC法测定的棉花根系活力的影响[J]. 植物生理学报, 2015, 51(5): 695-701.

[15]吴顺, 张雪芹, 蔡燕. 干旱胁迫对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响[J]. 中国农学通报, 2014, 30(1): 133-137.

[16]Renella G, Ortigoza A L R, Landi L, et al. Additive effects of copper and zinc on cadmium toxicity on phosphtase and activities and ATP content of soil as estimated by the ecological dose (ED50) [J]. Soil Biol. Biochem., 2003, 35(9): 1203-1210.

[17]寇士伟, 倪高风, 马岚婷, 等. Cd-Pb-Cu复合污染对芥菜生长及生理特性的影响[J]. 环境科学研究, 2011, 24(3): 281-286.

[18]黄桂萍, 刘苑秋, 程磊. 土壤铅污染对晚松生理特性的影响[J]. 江西农业大学学报, 2006, 28(6): 833-837.

[19]李珊, 程舟, 杨晓伶, 等. 镉与锌复合污染对栝楼幼苗生理特性的影响[J]. 西北植物学报, 2007, 27(6): 1191-1196.

[20]关梦茜, 周旭丹, 董然. Cu-Cd复合胁迫对2种萱草生长与抗氧化酶活性的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2015, 43(4): 128-134.

[21]Woolhouse N W. Longevity and senescence in plants[J]. Science Progress, 1974,61(241):123-147.

[22]CORBINEAU F, GAY M C, VINEL D, et al. Decrease in sunflower (Helianthus annuus) seed viability caused by high temperature as related to energy metabolism,membrane damage and lipid composition[J]. Physiologia Plantarum, 2002, 116(4): 489-496.

[责任编辑 刘景平]

Effect of Compound Heavy Metals Intimidate on Physiological Characteristics ofOxalisCorniculataL.

LUO Zeping, PAN Liwei, QIN Yongrong

(School of Chemistry and Biological Engineering, Hechi University, Yizhou, Guangxi 546300, China)

The authors study the effect of compound heavy metals(Cd、Zn、Cu、Pb、As) intimidate on physiological characteristics ofOxaliscorniculataL. by pot-cultivated experiments. The result shows that the level of root-activity, biomass and chlorophyll decreases significantly when compound heavy metals’ concentration increases. But the impact of malondialdehyde(MDA) becomes more significant. The results indicate that the heavy metal contaminated soils may cause irreversible physiologic damage toOxaliscorniculataL..

OxaliscorniculataL.; heavy metals; chlorophyll

X53

A

1672-9021(2016)05-0009-05

罗泽萍(1987-)，女，广西梧州人，河池学院化学与生物工程学院讲师，主要研究方向：生化药理学。

河池学院环境工程专业硕士点建设学科基金资助项目(2015HJB005)。

2016-06-25