鉀肥對鉛脅迫延胡索幼苗生長及藥用品質的影響

潘 杰， 周經國， 劉 雷， 李玟珂， 譚 俊， 余順慧

(三峽庫區水環境演變與污染防治重慶高校市級重點實驗室/重慶三峽學院，重慶萬州 404100)

鉛是生物生長的非必需元素，土壤中過量的鉛污染會對中藥材造成毒害，降低產量。延胡索(Corydalisyanhusuo)，別稱元胡、玄胡索、玄胡，為罌粟科紫堇屬一年生草本植物，是常用的大宗藥材，在我國安徽、江蘇、浙江等地區廣泛栽培，其地下塊莖入藥，有行氣、活血、止痛的作用[1]。延胡索容易受鉛毒害，其傷害癥狀表現為生長緩慢、植株矮小等，產量受到嚴重影響，并通過食物鏈對人類的健康造成威脅[2]。鉀是植物生長所必需的營養元素，施鉀肥可以提高農作物的產量，許多研究表明[1-3]，施鉀肥可以提高中藥材產量和藥用品質。近年來，研究土壤中重金屬含量對中藥材富集重金屬元素的影響較多[3-6]，但增施鉀肥對減少中藥材重金屬含量的研究較少。本研究以延胡索幼苗為試驗材料，研究在鉛污染土壤上增施鉀肥對延胡索幼苗生長、藥用品質和食用安全性的影響，旨在為科學施肥提供理論依據，為延胡索經濟高效、優質高產的栽培模式提供理論參考和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為2014年10月由浙江省東陽市農業局提供的延胡索塊莖，經處理后儲存于重慶三峽學院百安壩校區科研基地。從塊莖中各選取塊莖大小基本一致的地下塊莖備用。

供試藥品：鉀肥為K2SO4，鉛為Pb(NO3)2，均為分析純，均購自成都市高新區石羊化學制劑廠。

1.2 試驗設計

鉛處理濃度分別為0、100、300、500、600、700、900 mg/kg，鉀肥施用濃度(以K2O計)為0、100、200、400、800 mg/kg，每個處理3次重復。試驗采用內徑30 cm、深25 cm的花盆，土壤樣品過2 mm篩后，每盆裝9 kg拌有對應重金屬及鉀肥的土壤，放置15 d后再次混勻。將已消毒的延胡索塊莖播種于上述對應花盆中，每盆5塊，同時施加適量的基肥(尿素濃度為N 300 mg/kg，磷酸鈣濃度為P2O5120 mg/kg)。定期檢查延胡索的生長情況，進行常規人工管理，避免其他干擾。持續處理5個月，試驗過程中各處理除鉛、鉀肥濃度不同外，其余環境條件保持一致。

1.3 測定方法

1.3.1 生理指標測定 采用蒽酮法測定可溶性糖含量[7]；采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量[8]；采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性。

1.3.2 微核率測定 切取長度為5 mm的根尖制片鏡檢。根尖用改良Carnoy固定液固定20～24 h，轉移至70%乙醇中于0～4 ℃保存。加入1 mol/L鹽酸在60 ℃水浴下離解8～10 min直至根尖軟化，在避光條件下用改性石炭酸品紅浸泡染色2～3 h。用乙醇和蒸餾水漂洗后制片鏡檢觀察微核，計算微核率[9]。

1.3.3 鉛含量的測定 精確稱取0.200 0 g各樣品粉碎的延胡索，先加2 mL 0.1 mol/L的鹽酸靜置25 min，后加入酸液(濃HNO3與濃H2SO4體積比為4 ∶1)，同時設空白對照組；用MARS240微波消解系統消解以上溶液后[10]，用AA-6300原子吸收分光光度計測定樣品中的鉛含量[10]。

1.3.4 生物堿測定 延胡索塊莖生物堿類含量的測定采用張靜等的方法[11]。

1.4 數據處理

數據處理和分析采用Sigmapiot 10.0軟件。采用單因素方差分析方法(One-way ANOVA)檢驗不同處理之間的差異顯著性，其中，P<0.01表示差異極顯著，P<0.05表示差異顯著[12]。

2 結果與分析

2.1 鉀肥對鉛污染土壤延胡索幼苗生長的影響

由圖1-a可知，土壤中未添加鉛時，隨著鉀肥濃度的增加，延胡索幼苗的株高呈先增加后減小的趨勢。當土壤中鉛濃度≥100 mg/kg時，在各濃度鉛處理下，隨著鉀肥濃度的增加，延胡索幼苗的株高也呈先增后減的趨勢。株高最大時表示鉀肥對延胡索受到鉛抑制的緩解作用最大，且不同處理在株高最大時鉀肥的濃度相同。表明鉀肥存在最佳緩解濃度，鉀肥的最佳緩解濃度為200 mg/kg，此時的緩解作用最強。

由圖1-b可知，土壤中未添加鉛時，不同鉀肥濃度均使幼苗生物量增大；當鉀肥濃度為200 mg/kg時，幼苗生物量達最大值。當土壤中鉛濃度≥100 mg/kg時，鉀肥可以緩解鉛脅迫對延胡索植株生物量積累的抑制作用，使植株生物量增加。且在各鉛濃度脅迫下，均是在添加200 mg/kg鉀肥時緩解作用最強。

總之，鉀肥對鉛脅迫下延胡索幼苗生長的緩解作用存在最適緩解濃度，即存在最佳的鉀肥濃度，在最佳的鉀肥濃度下，其株高和生物量最大。

2.2 鉀肥對鉛污染土壤延胡索幼苗抗氧化特性的影響

由圖2可知，在未施用鉀肥時，隨著鉛濃度的增加，延胡索葉片可溶性糖含量、SOD活性及CAT活性呈先增大后減小的趨勢，且當鉛的濃度為300 mg/kg時達到峰值；MDA含量和POD活性呈上升趨勢。施用200 mg/kg鉀肥時，當鉛的濃度為 500 mg/kg 時，鉀肥使葉片可溶性糖含量、CAT活性及SOD活性顯著增加(P<0.05)，MDA含量顯著降低(P<0.05)。這表明，當鉛的濃度為500 mg/kg時，鉀肥緩解延胡索受鉛脅迫造成膜脂質過氧化傷害是通過提高SOD、CAT活性來實現的；在其他各濃度的鉛處理下，鉀肥對延胡索葉片內可溶性糖含量、MDA含量、CAT活性及SOD活性均無顯著影響。在各濃度的鉛處理下施加鉀肥，POD活性均顯著降低(P<0.05)，且穩定。可能是鉀肥通過維持POD活性的相對穩定而使延胡索植珠抵抗鉛脅迫。同時提高可溶性糖含量，降低MDA含量，以延緩葉片衰老，延長葉片的功能期[13]。

2.3 鉀肥對鉛污染土壤延胡索幼苗根部微核率的影響

微核率可以反映染色體的受損程度[14]。由圖3可知，未施用鉀肥時，幼苗根部微核率隨鉛濃度的升高而增加；與未施用鉀肥時相比，加入適宜濃度的鉀肥時，根部微核率隨著鉛濃度的增加均顯著減少(P<0.05)。說明施用鉀肥可以緩解鉛脅迫對延胡索幼苗根部染色體的損傷。

2.4 鉀肥對鉛污染土壤延胡索幼苗中鉛積累的影響

由圖4可知，未施用鉀肥時，幼苗地上部、地下部鉛含量隨著鉛濃度的增加而明顯增加；與未施用鉀肥時相比，添加200 mg/kg鉀肥與 500 mg/kg 鉛后，幼苗地上部分鉛含量降低12%，而地下部分鉛含量增加93%。表明施用鉀肥有效保護了幼苗期延胡索地上部分免受鉛脅迫的影響。

2.5 鉀肥、鉛脅迫對延胡索藥用品質的影響

反映延胡索藥用品質的主要指標是延胡索乙素的含量，兩者呈正相關。由表1可知，與對照相比，在500 mg/kg鉛脅迫下，可顯著降低延胡索乙素的含量(P<0.05)，即延胡索藥用品質降低。施用200 mg/kg鉀肥可以影響延胡索的藥用品質。與500 mg/kg鉛脅迫相比，在500 mg/kg鉛脅迫下施用200 mg/kg鉀肥可以顯著增加延胡索乙素的含量(P<0.05)。

3 討論

鉀作為植物生長所必需的營養元素，它可以參與植物體內的各種生理生化反應，來維持植物的正常生理活動，促進生長，減輕鉛的毒害作用[15]。已有研究發現，鉛+鉀肥處理小麥，可以促進小麥幼苗干質量的增加，即促進小麥幼苗生長[16]。本研究發現，施用鉀肥可以緩解鉛對延胡索幼苗生長的抑制作用。在各濃度鉛脅迫下，隨著鉀肥濃度的增加，延胡索幼苗株高和生物量均呈現先增后降的趨勢，表明鉀肥緩解鉛脅迫存在最適濃度。各濃度鉛脅迫下，鉀肥的最適濃度均為 200 mg/kg。由圖1-b可知，在鉛脅迫下，施用200 mg/kg鉀肥后延胡索幼苗的生長狀況均顯著好于受到單一鉛脅迫的對照，而且也好于其他濃度鉀肥與相同濃度鉛組合。鉀肥濃度過高或過低都不利于緩解鉛對植株的傷害。可能過低濃度的鉀處理具有較弱的緩解作用，而過高濃度的鉀處理加重了傷害(可能增大了溶液濃度進而引起離子毒害和滲透脅迫)。

CAT也具有防止生物膜脂質過氧化造成傷害的作用，它可以與SOD共同作用將H2O2分解為O2和H2O。本研究發現，CAT活性與SOD活性相似，在500 mg/kg鉛脅迫下，延胡索幼苗通過鉀肥提高CAT活性以降低鉛脅迫引起的過氧化傷害。

MDA是膜脂質過氧化標志性產物，其含量與膜脂質過氧化呈正相關。本研究中，延胡索幼苗在500 mg/kg鉛脅迫下添加鉀肥后，MDA含量與對照相比顯著下降(P<0.05)，膜脂質過氧化得到緩解。而低濃度鉛脅迫下，經鉀肥處理后延胡索幼苗的MDA含量卻增加， 不能緩解膜脂質過氧化，可能是鉀肥使POD活性維持在一個較低而穩定的水平。

表1 鉀肥、鉛脅迫對延胡索藥用品質的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

鉛脅迫誘導植物根尖細胞DNA結構的變化，導致染色體結構受損[18]。研究表明，鉛脅迫誘導馬尾松根尖細胞產生染色體端部斷裂，進而形成“后期橋”和斷片，有的則產生落后染色體，這些染色體斷片和落后染色體最終形成微核[18]。本試驗結果表明，在各濃度鉛脅迫下，與對照相比，添加鉀肥的幼苗的微核率顯著降低，表明鉀肥對鉛脅迫引起的染色體結構損傷起緩解作用。

目前，降低作物對鉛吸收和積累的主要手段是用化學方法來緩解鉛毒害。前人研究表明，鉀肥對土壤中重金屬的影響主要表現在鉀肥伴隨陰離子影響重金屬形態、吸附解吸過程及生物有效性等方面，從而減少植物對鉛的吸收；鉀參與了鉛脅迫下小麥對鉛的吸收與轉移，大部分鉛停留在根部，少量向地上部遷移，從而緩解了地上部分的鉛毒害[15]。本研究的結果與之一致，施加鉀肥后，延胡索幼苗地上部鉛含量降低而地下部鉛含量增加，地上部的鉛毒害被緩解。鉀一直被公認為是植物生產中的品質元素。研究表明，施鉀肥不僅可以顯著提高中藥材產量，還可以改善其藥用品質，因為它是生物體內多種酶的活化劑，參與植物體內的許多代謝過程，缺鉀會導致葉片內新陳代謝過程紊亂。

反映延胡索藥用品質的主要指標是延胡索乙素的含量。本試驗在延胡索收獲時測定延胡索塊莖中延胡索乙素的含量，結果表明，與500 mg/kg鉛脅迫相比，添加200 mg/kg鉀肥可以增加延胡索乙素的含量，改善其藥用品質。說明在鉛脅迫下，添加適宜濃度的鉀肥有利于延胡索乙素的合成。可能的原因是鉀與鉛結合形成復合物或拮抗鉛，減少植物對鉛的吸收；促進了延胡索塊莖鉛向地上部分轉移，減少了塊莖中鉛的含量，從而緩解了塊莖中鉛脅迫對次生代謝產物——延胡索乙素合成的影響，延胡索乙素含量增加，藥用品質得到改善。因此，在鉛脅迫下，添加200 mg/kg鉀肥可以使延胡索的藥用品質得到改善。

4 結論

(1)鉀肥可以緩解鉛脅迫對延胡索幼苗的毒害效應，且鉀肥處理存在最適濃度效應。鉀對鉛脅迫下延胡索的生長均具有較好的促進作用。

(2)適宜濃度的鉀肥影響鉛脅迫下延胡索幼苗的抗氧化特性。添加適宜濃度鉀肥與500 mg/kg鉛處理，可以提高延胡索幼苗葉片SOD、CAT的活性，穩定POD的活性，使鉛造成的過氧化脅迫降低，膜脂質過氧化傷害得到緩解。

(3)適宜濃度的鉀肥可以降低鉛脅迫造成的延胡索幼苗根部細胞的微核率，染色體損傷得到緩解。

(4)在500 mg/kg鉛脅迫下，適宜濃度的鉀肥可以使幼苗地上部鉛含量降低，地下部鉛含量增加，保護地上部分免受鉛毒害。

(5)施用適宜濃度的鉀肥可以顯著提高500 mg/kg鉛脅迫下收獲期延胡索的藥用品質。在500 mg/kg鉛脅迫下，添加適宜濃度鉀肥可以顯著提高延胡索中延胡索乙素的含量(P<0.05)。

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