铜胁迫对板蓝根幼苗生长的影响

刘建霞，温日宇，刘建林

（1.山西大同大学生命科学学院，山西大同037009；2.山西省农业科学院玉米研究所，山西忻州034000）

铜胁迫对板蓝根幼苗生长的影响

刘建霞1，温日宇2，刘建林1

（1.山西大同大学生命科学学院，山西大同037009；2.山西省农业科学院玉米研究所，山西忻州034000）

研究不同质量浓度硫酸铜溶液浸种对板蓝根种子发芽率、过氧化氢酶活性、脯氨酸含量的影响。结果表明，当硫酸铜质量浓度≤40 mg/L时，各处理板蓝根种子发芽率显著高于对照组，且随硫酸铜质量浓度增大呈逐渐上升趋势，40 mg/L时达到最大值；当硫酸铜质量浓度＞40 mg/L时，板蓝根的种子发芽率显著低于对照组，且随硫酸铜质量浓度增大呈逐渐下降趋势；当硫酸铜质量浓度＞40 mg/L，脯氨酸含量则呈现升高的趋势，而过氧化氢酶活性与对照组相比，无显著性差异。不同质量浓度的硫酸铜对板蓝根种子发芽和幼苗脯氨酸含量的变化都有显著影响，但对幼苗过氧化氢酶活性的影响不显著。

板蓝根；铜胁迫；酶活性；脯氨酸

随着工业的快速发展，环境受到严重污染，重金属污染逐渐开始影响人体健康和生命安全[1]。中药材重金属污染成为当前急需解决的问题，对中药材中重金属超标的原因以及相应对策的研究势在必行[2]。

铜参与植物的光合作用、呼吸作用、碳循环以及氮循环和木质化等过程，对植物代谢也起着重要作用[3]。但是铜一旦超量，将会对植物造成一定毒害，阻碍其生长，从而降低产品质量，抑制植物生长，更有甚者会直接导致植物死亡。过量的铜对植物的毒害作用不可忽视，已引起越来越多的人关注[4-5]。

板蓝根（Radix Isatidis）为十字花科植物菘蓝的干燥根，具有抗菌、抗病毒、抗内毒素、增强免疫力、抗癌等作用。最新研究发现，板蓝根联合阿奇霉素能够明显降低小儿支原体肺炎患者血清中TNF-α，IL-6，IL-8和IL-10的浓度，提高治疗效果[6]。因此，板蓝根是使用量较大的一种药材，也是目前实现规范化栽种的药材之一[2]。铜是植物生长发育必需的微量元素，但过量的铜对植物有毒害效应[7]。

本试验以板蓝根种子为材料，不同质量浓度的重金属铜溶液作为胁迫因子，研究重金属铜对板蓝根幼苗的影响，探讨铜对板蓝根的毒害机制。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试板蓝根种子由山西省陵川县中药材种植基地提供。

1.2 试验方法

选择籽粒饱满、大小均匀的板蓝根种子。用自来水淘洗数次后，浸泡于0.01%H2O2中消毒10 min，然后用蒸馏水清洗数次，分装在质量浓度分别为5，10，20，40，60，80，100 mg/L 的 CuSO4溶液中浸泡过夜，以蒸馏水处理作为对照。将浸泡后的板蓝根种子整齐摆放在铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿100粒种子，3次重复，置于20℃光照恒温培养箱中培养。期间每个培养皿每天补加相应质量浓度的CuSO4溶液4 mL。

1.3 测定项目及方法

发芽率＝7 d内发芽的种子数/供试种子数×100%。将培养11 d后的板蓝根幼苗，根据文献[8]的方法测定叶片过氧化氢酶活性，12 d后测定叶片脯氨酸含量。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度CuSO4对板蓝根种子发芽率的影响

由图1可知，重金属铜溶液对于板蓝根种子发芽率的影响为低浓度起促进作用、高浓度起抑制作用。当CuSO4的质量浓度为40 mg/L时，种子的发芽率最高；＞40 mg/L时，随着CuSO4质量浓度的增加，各处理的种子发芽率会逐渐降低。当CuSO4质量浓度为100 mg/L时，虽然种子可以萌发，但根尖已严重受损，发黑变短，根须稀疏，整个根呈畸形，不能继续生长。说明过量的铜会首先直接毒害植物根部，进而影响植物正常生长。

2.2 不同质量浓度CuSO4对板蓝根幼苗叶片过氧化氢酶活性的影响

由图2可知，当CuSO4质量浓度为5 mg/L，过氧化氢酶活性降低；当CuSO4质量浓度大于5 mg/L时，处理组幼苗中过氧化氢酶的活性随CuSO4质量浓度的增加而增加；当CuSO4质量浓度为100 mg/L时，过氧化氢酶活力与对照组相比，增加了近2%，说明在CuSO4质量浓度范围内，板蓝根幼苗正在利用自身的抗性机制，适应受重金属胁迫的不良环境，表明过氧化氢酶对该浓度梯度内的铜不敏感。

2.3 不同质量浓度CuSO4对板蓝根幼苗叶片脯氨酸含量的影响

由图3可知，CuSO4质量浓度≤40 mg/L时，脯氨酸含量逐渐下降；CuSO4质量浓度为40 mg/L时，降到最低；CuSO4质量浓度＞40 mg/L时，脯氨酸含量逐渐上升。此变化趋势表明，CuSO4质量浓度≤40 mg/L时，板蓝根体内活性氧逐渐减少，有利于其生长；当CuSO4质量浓度＞40 mg/L时，板蓝根体内活性氧逐渐增加，对其造成毒害。

3 结论与讨论

本研究表明，CuSO4质量浓度为20～40 mg/L时，促进板蓝根生长；超过40 mg/L时，会降低板蓝根的发芽率，导致其无法正常生长。由于过氧化氢酶主要消除有毒害作用的活性氧的前体H2O2，而脯氨酸主要消除活性氧[9-15]，从二者的变化可推测，在本试验的硫酸铜质量浓度梯度范围内，过氧化氢酶活性的变化并不明显；但通过不同质量浓度硫酸铜处理可提高板蓝根内源性脯氨酸含量，以缓解环境的不良胁迫。

在生产中，土壤铜离子含量是一个不可忽视的因素，为避免铜离子含量过高影响板蓝根生长，在种植前应对土壤进行必要的铜离子含量检测，进而有目的的改良土壤环境来提高板蓝根产量。

［1］胡兴昌，郑伟强.板蓝根粗提液抑制流感病毒的实验研究[J].上海师范大学学报，2003，12（5）：34-37.

［2］徐晗，方建国，刘云海.板蓝根最新研究进展[J].中草药，2003，34（3）：10-11.

［3］肖珊珊，金郁，孙毓庆.板蓝根化学成分药理及质量控制研究进展[J].沈阳药科大学学报，2003，20（6）：455-456.

［4］黄丽华.铜浸种对玉米幼苗生长和抗氧化酶的影响 [J].种子，2006，25（11）：63-65.

［5］苟本富.铜胁迫对蚕豆种子萌发及幼苗生长的影响 [J].西南师范大学学报（自然科学版），2010，20（10）：116-120.

［6］刘洋，蒋忠秀，潘凤琪，等.板蓝根联合阿奇霉素对小儿支原体肺炎血清炎症因子影响 [J].现代生物医学进展，2016，16（4）：730-733.

［7］田生科，李廷轩，杨肖娥，等.植物对铜的吸收运输及毒害机理研究进展[J].土壤通报，2006（2）：2387-2394.

［8］郝再彬，苍晶，徐仲.植物生理实验[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：113-115.

［9］林义章，徐磊.铜污染对高等植物的生理毒害作用研究[J].中国生态农业学报，2007，15（1）：201-204.

［10］张开明.铜污染的植物毒害、抗性机理及其植物修复[J].江苏环境科技，2005，25（3）：4-9.

［11］王丹.铜、铬单一及复合污染对小白菜种子萌发及根长的生态毒性[J].西北农林科技大学学报，2010，38（12）：2.

［12］任安芝.铅、镉、铬单一和复合污染对青菜种子萌发的生物学效应[J].生物学杂志，2000，19（1）：19-22.

［13］孙游云.铬对植物体生长生理的影响及其在植物体中的积累规律[J].环境污染与防治，2001，23（1）：1-2.

［14］张睿.重金属铬对苦荞种子萌发和幼苗生长的影响[J].山西农业科学，2016，44（2）：172-174.

［15］张红萍.铅对植物的毒害及植物对铅的抗性机制[J].农业装备技术，2007，33（3）：19-20.

Effects of Copper Stress on the Growth of Radix Isatis Seedlings

LIUJianxia1，WENRiyu2，LIUJianlin1
（1.College of Life Science，Datong University，Datong 037009，China；2.Institute of Maize，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Xinzhou 034000，China）

In recent years,more and more attention has been paid to the toxic effects of copper on plants.As one of the important Chinese medicinal herbs,Radix Isatidis is also threatened by copper pollution.In this paper,Radix Isatidis seeds were used as experimental materials to study the effects of different concentrations of copper sulfate solution soaking on germination rate,catalase activity and proline content of Radix Isatidis.The results showed that when the copper sulfate concentration was less than or equal to 40 mg/L,the germination rate of each treatment group of Radix Isatis seeds was significantly higher than that of the control group and with the copper sulfate concentration increases gradually rising trend,40 mg/L reached maximum value.When the copper sulfate concentration was greater than 40 mg/L,the germination rate of Radix Isatidis seeds was significantly lower than that of the control group and with the copper sulfate concentration increases gradually decreased.When the copper sulfate concentration was greater than 40 mg/L,the proline content of Radix Isatidis seeds showed an upward trend,and catalase activity in the copper sulfate concentration gradient range and control group showed no significant difference.

Radix Isatidis;copper stress;catalase activity;proline content

S567.23＋9

A

1002-2481（2017）10-1659-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.10.21

2017-04-21

山西省科技攻关项目（20140311005-3）

刘建霞（1977-），女，山西山阴人，讲师，硕士，主要从事植物种质资源开发与利用研究工作。