重金屬復合脅迫對酢醬草生理特性的影響

羅澤萍 潘立衛 覃勇榮

(河池學院 化學與生物工程學院， 廣西 宜州 546300)

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重金屬復合脅迫對酢醬草生理特性的影響

羅澤萍 潘立衛 覃勇榮

(河池學院 化學與生物工程學院， 廣西 宜州 546300)

采用盆栽法考察不同質量濃度的5種(Cd、Zn、Cu、Pb、As)重金屬復合脅迫下酢醬草生理特性的變化。結果發現隨著重金屬脅迫濃度梯度的增加，酢醬草根系活力、生物量、葉綠素含量與空白對照組相比逐漸下降，而丙二醇(MDA)含量呈上升趨勢。結果表明重金屬水污染土壤可能對酢醬草造成明顯不可逆的生理毒害效應。

酢醬草；重金屬；葉綠素

Cd、Zn、Cu、Pb、As是污染土壤中備受關注的5種重金屬，由于其均具有較高的化學活性，因此，易破壞植物細胞膜結構和功能，使植物體內細胞液外滲而導致植物體內代謝紊亂，從而引起一系列有害的生理生化現象。酢醬草(OxaliscorniculataL.)也叫酸漿、三葉酸、三角酸等，其氣味酸、寒、無毒，具有清熱解毒、消腫散疾、補肺瀉肝、健胃止咳、涼血化瘀等功效，可用于治療泄瀉、痢疾、黃疸、淋病、麻疹、吐血、癰腫、瘡癤、疥癬、痔疾、脫肛、月經不調、跌打損傷等癥[1-3]。現代藥理研究表明酢醬草具有較好的抗炎、抗病毒、抑菌和抗氧化作用[4-7]。目前，對酢醬草的研究主要集中在化學成分、生物活性及組織栽培等方面[8-13]，而有關重金屬對酢醬草生理特性的影響鮮有報道。因此，研究Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬在不同質量濃度處理下對酢醬草的生長狀況、根系活性、生物量、葉綠素含量的影響具有重要意義。該研究為酢醬草治理和修復復合重金屬污染土壤及防治土壤污染服務具有一定的參考價值，同時，為規模發展酢醬草種植產業及合理開發酢醬草植物資源提供指標和客觀依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

盆栽試驗于河池學院植物組織培養實驗室進行。供試土壤取自無重金屬污染地區，經測定其基本理化性質見表1。將過3 mm篩并剔除雜物風干后的土壤4 kg裝入高為15 cm的陶瓷盆中。重金屬以CdCl2、Zn(NO3)2、CuCl2、Pb(NO3)2、Na2HAsO4金屬鹽形式用Hoagland's營養液完全溶解，按表2設置的濃度均勻噴灑于每盆中。從野外采未受污染且長勢一致的酢醬草，用去離子水把粘附的土壤和雜質洗干凈后，每10株一組種入盆中。

表1 供試土壤基本理化性質

pH有機質/g·kg-1CEC/cmol·kg-1重金屬背景/mg·kg-1CdPbCuZnAs514235279602117241365257368

表2 盆栽試驗處理元素及水平 (mg·kg-1)

處理水平CdPbCuZnAs空白00000101100501002020550010020040310100020040060415150030060080520200040080010062525005001000120

1.2 測定指標

酢醬草生長40 d后，取植株相同部位的根、葉，用去離子水洗凈瀝干，用于各項指標測定。根系活性的測定采用TTC法[14]，采用丙酮法測定葉綠素含量[15]，MDA含量采用比色法，按照試劑盒說明順序測定。

圖1 復合重金屬污染對酢醬草根系活力的影響

1.3 數據處理及統計方法

采用Excel2007和SPSS19.0軟件進行數據分析和處理。

2 結果與分析

2.1 復合重金屬污染對酢醬草生長狀況的影響

在重金屬處理20 d 時，處理水平1、2、3組酢醬草植株的長勢及形態無明顯影響，處理水平4、5、6組酢醬草與空白對照組相比植株矮、葉子小并且泛黃，說明高濃度重金屬復合脅迫下酢醬草的生長明顯受到抑制。在重金屬處理40 d 時，處理水平1～6組與空白對照組相比，重金屬脅迫下的酢醬草植株顯得矮小，葉子呈黃色，根毛稀少，部分根系發黑、壞死，并呈現出一定程度的劑量效應關系。說明酢醬草隨著重金屬處理濃度的升高、時間的延長，出現生理毒害的效應越嚴重。

圖2 復合重金屬污染對酢醬草生物量的影響注：圖柱表示：平均值±標準差；不同英文小寫字母代表重金屬不同處理水平之間具有顯著性差異(p<0.05)，下同。

2.2 復合重金屬污染對酢醬草根系活力的影響

由圖1可見，隨著重金屬處理濃度的增加，酢醬草根系活力呈下降的趨勢,與空白對照組相比，分別下降了3.81%、17.32%、35.96%、39.92%、48.69%、54.69%。說明重金屬脅迫濃度越高，對根系的傷害程度越大。

2.3 復合重金屬污染對酢醬草生物量的影響

由圖2可見，隨著重金屬脅迫濃度的增加，酢醬草的生物量顯著降低(p<0.05)，下降幅度分別為：32.59%、45.40%、55.13%、62.04%、69.47%、77.99%。說明酢醬草的生長明顯受到抑制。

2.4 復合重金屬污染對酢醬草葉綠素含量的影響

從表3可以看出，隨著重金屬處理濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b含量均呈下降趨勢，葉綠素a下降幅度在0.86%～47.28%之間，葉綠素b下降幅度在16.99%～62.88%之間，葉綠素a+葉綠素b下降幅度在6%～52.25%之間；而葉綠素a/葉綠素b呈上升趨勢，說明酢醬草在逆環境條件下利用藍光、適應生長能力變弱。與空白對照組相比，大部分差異顯著，小部分差異不顯著。

表3 復合重金屬污染對酢醬草葉綠素含量的影響

處理水平葉綠素a/mg·kg-1葉綠素b/mg·kg-1(葉綠素a+葉綠素b)/mg·kg-1葉綠素a/葉綠素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：同列不同英文小寫字母代表重金屬不同處理水平之間具有顯著性差異(p<0.05)。

2.5 復合重金屬污染對酢醬草葉片細胞膜通透性的影響

圖3 復合重金屬污染對酢醬草葉片細胞膜通透性的影響

從圖3可以看出，酢醬草葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(p<0.05)，升高幅度分別16.90%、31.09%、37.25%、50.66%、61.20%、69.33%，說明重金屬脅迫加劇了酢醬草的膜脂過氧化，從而使細胞膜結構和功能受到損害。

3 討論

土壤重金屬污染因其具有多樣性、復雜性而備受關注[16]，目前，已成為國內外學者研究的熱點。寇士偉[17]等人以十字花科植物芥菜為試驗材料探討了重金屬Cd、Cu和Pb對芥菜的影響。結果發現Cd、Cu、Pb復合效應顯著降低芥菜葉綠素含量，并且葉綠素a下降幅度大于葉綠素b。黃桂萍[18]等人分析了Pb污染對晚松的影響，結果發現晚松可以適應土壤輕度的Pb污染，而增加Pb污染濃度和延長脅迫時間，則會使晚松質膜系統受損嚴重，生長受到抑制。李珊[19]等人研究Cd、Zn復合污染對栝樓幼苗的影響，結果發現栝樓對Cd、Zn低濃度脅迫具有一定的耐受力,但高濃度Cd、Zn對幼苗正常生長有較為顯著的抑制作用。關夢茜[20]等人對金娃娃萱草和大花萱草在Cu、Cd復合脅迫條件下的生長及生理特性進行研究，結果發現大花萱草對Cu、Cd復合脅迫的耐受性較金娃娃萱草強，更有利于對重金屬污染土壤的修復。重金屬污染主要以復合污染存在，因此，本研究考察了Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬在不同質量濃度處理下對酢醬草的生長狀況、根系活性、生物量、葉綠素含量和葉片細胞膜通透性的影響。結果發現重金屬脅迫下的酢醬草植株顯得矮小，葉子呈黃色，根毛稀少，部分根系發黑、壞死。酢醬草根系活力與空白對照組相比，下降了3.81%～54.69%。說明重金屬脅迫濃度越高，對根系的傷害程度越大。隨著重金屬脅迫濃度的增加，酢醬草的生物量顯著降低(p<0.05)，下降幅度為32.59%～77.99%，說明酢醬草的生長明顯受到抑制。葉綠素含量的高低在一定程度上反映了植物在逆環境下的受影響程度，因為葉綠素與光合作用、植物營養供給及生長狀況密切相關。植物葉綠素含量的逐漸下降意味著葉片逐漸衰老，也可作為衡量植物受到逆環境脅迫的重要指標，當植物逐漸衰老或逆環境脅迫時葉綠素a和葉綠素b含量均下降，通常葉綠素a比葉綠素b含量下降得更快[21]。本研究中酢醬草葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b含量均隨重金屬脅迫濃度增加而呈下降趨勢，葉綠素a下降幅度在0.86%～47.28%之間，葉綠素b下降幅度在16.99%～62.88%之間，總葉綠素含量下降幅度在6%～52.25%之間。說明酢醬草在重金屬脅迫下葉綠素合成受到一定程度的影響。而葉綠素a與葉綠素b的比值呈上升趨勢，說明酢醬草在逆環境條件下利用藍光、適應生長能力變弱。MDA是植物組織細胞膜損傷程度的重要標志，其含量與膜脂過氧化嚴重程度密切相關，MDA含量越高，表明植物受到逆環境的損害程度越嚴重，因為MDA是膜脂過氧化反應的最終產物[22]。本研究中酢醬草葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(p<0.05)，升高幅度范圍為16.90%～69.33%，說明重金屬脅迫加劇了酢醬草的膜脂過氧化，從而使細胞膜結構和功能受到損害。而重金屬Cd、Zn、Cu、Pb和As之間對酢醬草的脅迫是否存在協同、拮抗或加和等作用有待進一步研究。

4 結論

本文選用盆栽法研究重金屬Cd、Zn、Cu、Pb和As 復合污染對酢醬草的生長狀況、根系活力、生物量、葉綠素含量和葉片細胞膜通透性的影響。結果發現，重金屬復合脅迫下酢醬草植株相比空白對照組顯得矮小、葉子呈黃色、根毛稀少、部分根系發黑甚至壞死。根系活力與空白對照組相比，下降了3.81%～54.69%；生物量與空白對照組相比顯著降低(p<0.05)，下降幅度為32.59%～77.99%；葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量含量均隨重金屬脅迫濃度增加而呈下降趨勢，而葉綠素a與葉綠素b的比值呈上升趨勢。葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(p<0.05)，上升幅度范圍為16.90%～69.33%。綜上所述，重金屬復合脅迫下酢醬草生長受到一定程度抑制，根系活力、生物量、葉綠素含量與空白對照組相比逐漸下降，而MDA含量呈上升趨勢。結果表明重金屬污染土壤可能對酢醬草造成明顯不可逆的生理毒害效應。由此可見酢醬草對重金屬復合污染非常敏感，因此，利用酢醬草的生理特性變化來評價重金屬復合污染土壤環境質量、建立土壤污染預警指標體系或環境標準的修訂具有重要意義。

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[責任編輯 劉景平]

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

羅澤萍(1987-)，女，廣西梧州人，河池學院化學與生物工程學院講師，主要研究方向：生化藥理學。

河池學院環境工程專業碩士點建設學科基金資助項目(2015HJB005)。

2016-06-25