重金属胁迫对药用植物生长的影响研究进展

杨丹丹，张红瑞，李贺敏，黄 勇，周 艳

(河南农业大学 农学院，河南 郑州 450046)

目前，在化学方面还没有对重金属进行明确的定义，仅以密度对其进行划分，一般是将密度大于4.5 g/cm3的金属称之为重金属。化肥、农药等过量使用、土壤污染、工业“三废”污染和某些药用植物自身对重金属的超强富集吸收能力是目前药用植物生长过程中重金属污染的主要原因[1]。

重金属存在很高的植物毒性[2]。如果植物被种植在重金属含量高的土壤中，随着植物的生长，植物通过土壤系统将重金属吸收到体内，将影响到植物的正常生长发育，从而降低其产量和品质[3]。重金属还会随着植物生长进入植物体内对植物的光合作用造成一定的损伤[4]。重金属胁迫可降低植物种子的发芽率，从而延缓植株的正常生长发育[5]，可使植株叶绿素含量减少[6]，植物细胞内脂质过氧化物含量增多[7]。重金属还可通过食物链的传递而影响食用者的身体健康[8]。

中药材重金属超标成为制约中药出口的一个重要因素[9]。国家相关部门出台了一系列的政策,规范农药、化肥、植物生长调节剂等的使用，分区域、分品种完善中药材农药残留、重金属限量标准。本文概述了重金属对药用植物生长发育的影响，以期为中药材的安全生产提供一定的理论指导。

1 重金属对药用植物生长发育的影响

1.1 重金属对药用植物种子活性的影响

通过实验发现，红花种子的萌发率在较低的Cu作用下可得到促进，在低浓度的Pb胁迫和两种重金属低浓度复合胁迫下没有显著影响。在高浓度复合胁迫下，种子的发芽率受到抑制，且单一胁迫对红花发芽率造成的影响明显低于复合胁迫[10]。Pb2+能够抑制板蓝根幼苗的生长发育，Ca2+在适宜浓度时可以缓解Pb2+对其幼苗的胁迫作用，有利于板蓝根幼苗的正常生长[11]。低浓度的La3+能够提高丹参种子的出苗率和增强其活力指数，高浓度的La3+则降低了丹参种子的健壮度[12]。

1.2 重金属对药用植物地上、地下生长指标的影响

研究发现，Cu胁迫能够抑制青蒿的正常生长，具体表现为青蒿生长变迟缓，物候期时间延长，生物量下降，Cd胁迫和Cu胁迫造成的具体表现相同，但其抑制作用更显著，表现更突出；Pb胁迫可以抑制青蒿的生长发育，但其造成的影响较低[13]。红花幼苗期时，随着Cu和Pb浓度的增加，其苗高、根的长度和侧根数量都逐渐降低，在分枝期和开花期时与对照组相比达到了显著状态，Cu-Pb复合胁迫能显著抑制其正常生长发育，Cu-Pb的浓度越大，红花的苗高、根长和侧根数量降低的越显著[10]。较低浓度的Cr6+可以促进怀地黄幼苗的生长发育，主要表现为干鲜重、根的长度和叶片数量的增加，但随着浓度的升高对幼苗的生长逐渐表现为显著的抑制作用[14]。

2 重金属对药用植物生理特性的影响

2.1 重金属对药用植物抗氧化酶系统的影响

在一定条件的逆境胁迫下，植物在代谢过程中会产生大量的活性氧。活性氧是否对植物表现出毒害作用，主要取决于植物细胞内活性氧的产生与清除之间是否达到了动态平衡。

铅污染增加了金银花叶片内抗氧化酶的活性，低浓度下金银花叶片内的超SOD活性酶活性逐步升高，在高浓度胁迫下SOD活性呈下降趋势[15]。随着Cd胁迫的加剧，龙葵叶和根中的一系列抗氧化酶活性逐渐升高，且程度不同[16]。污染初期麦冬由于受到Cd的影响，在自身保护机制作用下麦冬的抗氧化酶活性有所增加，但随着Cd污染程度的加大，抗氧化酶活性得到了抑制[17]。在低浓度Cd胁迫下,与对照组相比叶片的脂质过氧化程度加深，抗氧化性程度加大，有利于三七的正常生长，但CAT含量的减少会使POD含量增加，影响三七的生长[7]。通过测量几种常见的评价抗氧化活性的指标,发现经过La3+处理的丹参的抗氧化活性有所增强[12]。

2.2 重金属对药用植物光合作用的影响

铅浓度水平越高，植株的光合有效作用越弱，但在一定浓度范围内的铅胁迫下,活血丹具有一定的耐受力[18]。Pb胁迫在较高浓度时虽然可以促进根部的次生代谢，但使叶片的光合作用受到了较大程度的抑制[19]。低浓度胁迫时可以增强菖蒲的光合作用[20]。由于非气孔限制的原因，Cd胁迫可以显著的削弱龙葵的光合作用[21]。

2.3 重金属对药用植物其他生理特性的影响

Cd、Pb、Ni、Hg等重金属元素对植物造成的影响主要是因为重金属改变了植物的核酸组成，影响了细胞的正常生长，从而使细胞体积减小[22]。不同的Cd含量对三七渗透性物质的影响,随着Cd含量的升高其主根和叶片中可溶蛋白、游离氨基酸、游离脯氨酸含量整体高于对照组[7]。夏枯草在较低浓度的重金属胁迫下受害不明显，还可以使熊果酸的积累增加，当浓度超过某一值时，便会产生明显的毒害作用[23]。通过重金属胁迫对药用植物生理生化响应机制的研究结果，间接反映出药用植物受重金属胁迫的程度，为修复药用植物种植区的土壤重金属污染提供了一定理论依据。

3 重金属对药用植物产量和内在品质的影响

3.1 重金属对中药材产量的影响

Pb处理对金银花的千蕾鲜重、千蕾干重和单株产量均呈现明显减少的趋势，浓度越大，造成的毒害效应越强[15]。土壤中低量的Pb2+对怀牛膝的产量不会产生较大的影响，高浓度的Pb2+可以降低牛膝的产量[24]。当Cr3+和Pb2+质量浓度超过植物的耐受值时，会直接导致栽培植物缺苗、苗矮、长势弱而影响作物产量[25]。重金属La3+胁迫可以促进一年生和两年生丹参产量的增加，且La3+处理一次的效果不如两次的效果显著[12]。

3.2 重金属对中药材质量的影响

重金属含量是评价药用植物内在品质的重要指标之一。

土壤中的高浓度Cu降低了青蒿素的含量，Cd主要表现出在较低浓度时促进，较高浓度时抑制[13]。土壤中的重金属和有机氯农药残留会使苍术素的合成降低，尤其是Pb、Cd和Hg直接对苍术素的合成起到抑制作用[26]。实验发现，受种植区重金属污染的影响，部分区域种植三七的药用价值和安全品质已经有了严重下降[27]。

4 小结

重金属毒害主要影响药用植物的发芽率、生长速率、生理特性、品质和产量等，进而影响中药饮片的质量及中药的临床用药安全。在人体内有许多重要物质如蛋白质和核酸等能够和重金属发生一系列反应，从而影响人体的健康[28]。为了使中药用药安全得到有效的保障，《中华人民共和国药典》(2020版一部)对中药材饮片所含的重金属量、有害元素和农药残留物做出了明确的限制要求。今后，在药用植物的栽培过程中应尽量使用腐熟农家肥或有机肥，采用绿色技术防控病虫害，种植地的选择应远离污染源，同时根据药用植物自身的特性，采用适宜的栽培技术、采收加工和贮藏方法等。