重金屬鉛對懷牛膝根際土壤酶活性及藥材化學成分的影響

王新民 魏志華 李利紅 喬卿梅

摘要：利用自制聚氯乙烯（PVC）管栽培方法，研究不同質量分數鉛處理（0、200、400、600、800和1 000 mg/kg風干土）對懷牛膝藥材干質量、藥材有效成分（齊墩果酸和脫皮甾酮）、含鉛量以及土壤中酶活性的影響。結果表明，400 mg/kg 以上鉛質量分數處理顯著減少了根干質量。400 mg/kg以下鉛質量分數處理藥材含鉛量符合國家標準，600 mg/kg以上鉛質量分數處理導致牛膝中齊墩果酸和脫皮甾酮含量顯著下降。鉛質量分數在1 000 mg/kg時對脲酶活性的抑制作用顯著;與對照相比各質量分數處理對磷酸酶活性均產生抑制作用;400 mg/kg以下鉛質量分數處理對蔗糖酶活性產生激活作用，而400 mg/kg以上鉛質量分數則產生抑制作用。該結論對合理選擇懷牛膝種植基地、保證懷牛膝藥材的產量和質量具有重要的指導意義。

關鍵詞：懷牛膝;鉛;土壤酶;脲酶;蔗糖酶;磷酸酶

中圖分類號： R282;S154.2文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）21-0214-02

收稿日期：2018-08-07

基金項目：河南省教育廳項目（編號：19B360002）;河南牧業經濟學院院級重點培育學科——中獸藥生藥學（編號：41000003）。

作者簡介：王新民（1973—），男，河南商丘人，博士，副教授，主要從事藥用植物栽培及中藥分析的教學與科研工作。E-mail：wangxinmindr@163.com。

牛膝（Achyranthes bidentata Blume）為莧科植物，別稱對節草，其根入藥，有補肝腎、強筋骨、祛瘀通經、引藥下行的作用，因主產于河南焦作（古懷慶府）一帶，故名懷牛膝，是河南省著名的四大懷藥之一。目前懷牛膝藥材主要以人工栽培為主，在種植過程中因使用了受重金屬鉛污染的灌溉水以及受到汽車尾氣等空氣污染，致使懷牛膝種植區土壤受到不同程度的鉛污染。目前，鉛對大田作物影響的研究已有很多，但有關鉛對懷牛膝影響的研究尚未見報道。重金屬鉛不僅對植物生長有害[1]，還可損害人體神經、造血、消化和免疫等系統，對人體造成較大的傷害[2]。懷牛膝藥材重金屬鉛的含量超出國家標準，將會影響該藥材的用藥安全及藥材出口。本研究通過聚氯乙烯（PVC）管土培方法，研究鉛通過影響根際土壤酶的活性而對懷牛膝生長產生的影響，為建立符合國家及國際標準的懷牛膝生產技術規范提供理論依據。

1材料與方法

1.1土壤及供試植物

土壤樣品采自懷牛膝道地產區——河南省武陟縣駕部1村耕層土壤，土壤類型為黃河沖積物發育的石灰性潮土，質地為輕壤，土壤基本理化性質見表1。供試植物為懷牛膝品種——風箏棵。

1.2試驗設計

試驗采用自制的PVC管（長1.2 m，直徑12 cm），將PVC管埋于地下1.15 m?上端口比地面高5 cm?用鐵皮卷成圓筒（長1.2 m，直徑6 cm），鐵皮圓筒外套上300目尼龍網，放入PVC管內，在鐵皮筒內外分別裝入土壤，然后抽出鐵皮圓筒。裝土時，PVC管下部分（0～80 cm）裝土12.5 kg，上部分（80～95 cm）裝醋酸鉛混合后土壤2.0 kg。混合土壤配制時按照試驗設計分別加入相應量的醋酸鉛，質量分數分別為0、200、400、600、800和1 000 mg/kg風干土，并于每個PVC管的上部分土壤中均加入200 mg P（以磷酸二氫鉀形式加入）、240 mg N（以尿素形式加入）和200 mg K（以K2SO4形式加入），4次重復，沉化10 d。

2016年7月6日在每個PVC管的中心部位直接播種牛膝種子5粒，半個月后，每管定苗1株，生長期間根據土壤的水分情況用蒸餾水進行澆灌。當年11月上中旬收獲。尼龍網內的土即為根際土，尼龍網外的土為非根際土，土壤樣品均取自PVC管上部分土壤;植物的地上部和地下部要分開收獲，根部用蒸餾水沖洗干凈，70 ℃烘干后，稱干質量。

1.3測定方法

土壤酶活性的測定參照鄭洪元等對土壤酶活性的測定方法[3]。蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法進行測定，酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的含量表示（mg/g）;脲酶活性采用靛酚藍比色法進行測定，酶活性用24 h后1 g土壤中NH3-N的含量表示（mg/g）;磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法進行測定，酶活性以24 h后1 g土壤中釋放的酚的質量表示（mg/g）。

懷牛膝齊墩果酸、脫皮甾酮及懷牛膝藥材中的鉛含量按照《中華人民共和國藥典》（以下簡稱《藥典》）2015版的測定方法進行測定[4]。

1.4數據分析

應用SPSS 20軟件對數據進行One-Way ANOVA（單因素方差分析）。

2結果與分析

2.1鉛對懷牛膝根質量的影響

由表2可知，在鉛質量分數為200 mg/kg時懷牛膝根部干質量與對照比較略有增加，但差異不顯著，而鉛質量分數≥400 mg/kg 的處理對根干質量的降低呈現顯著作用，這說明鉛不是懷牛膝生長的必需元素，在質量分數低的情況下對懷牛膝根的生長產生的影響不大，但是鉛質量分數≥400 mg/kg 時，對懷牛膝根生長表現為毒害作用，給懷牛膝根的生長帶來不利影響。

懷牛膝藥材（根）中的鉛含量隨著土壤中鉛質量分數的增加在不斷增加，與對照組比較，所有處理組藥材的鉛含量差異均達到顯著水平。由此可見土壤中重金屬鉛超標是藥材重金屬鉛含量超標的關鍵因素之一。參照《藥典》（2015版）對中藥材中鉛含量≤5.0 mg/kg的要求[4]，土壤含鉛量為400 mg/kg 時懷牛膝藥材含鉛量接近《藥典》對藥材含鉛量的最大限值，土壤中含鉛量≤200 mg/kg時懷牛膝藥材中的含鉛量符合要求。考慮到土壤中自身的含鉛量，生產懷牛膝的土壤鉛含量最好在250 mg/kg以下比較安全。

2.2鉛對懷牛膝有效成分的影響

由表3可見，齊墩果酸和脫皮甾酮的含量在鉛質量分數為≤400 mg/kg 的處理與對照比較差異不顯著，當土壤中鉛質量分數≥600 mg/kg時，齊墩果酸和脫皮甾酮含量降低明顯，與對照比較差異顯著。這與王新民等在研究銅對懷牛膝成分影響時得出土壤中銅質量分數達到600 mg/kg時對懷牛膝中的齊墩果酸和脫皮甾酮含量沒有產生影響的結果[5]不同。

2.3鉛對懷牛膝根際土壤酶活性的影響

由圖1可知，土壤中鉛質量分數小于800 mg/kg時，脲酶活性沒有受到影響，當鉛質量分數達到1 000 mg/kg時，與對照相比對脲酶活性的抑制作用明顯，這與謝思琴等研究重金屬對土壤酶活性的影響結果[6]相似。由圖2可知，低質量分數（0～400 mg/kg）的鉛與對照比較對蔗糖酶表現出激活作用，但高于400 mg/kg時呈現抑制作用。由圖3可知，土壤中鉛對磷酸酶的影響則是隨著質量分數升高酶活性出現逐漸降低趨勢，與周芙蓉等的研究結果[7]相似。鉛對蔗糖酶低質量分數激活高質量分數抑制的原因可能是醋酸鉛中的醋酸根離子增加了土壤中的碳，促進了微生物的生長，導致土壤中的蔗糖酶活性升高，使低質量分數鉛對酶活性的危害不能表現出來[8]，但高質量分數的鉛對土壤蔗糖酶的危害程度是醋酸根離子起到的作用無法彌補的，因此出現高于600 mg/kg質量分數的處理蔗糖酶活性降低，并且質量分數越高，酶活性降低越明顯。

3結論

土壤中的低量鉛對懷牛膝的產量不會產生較大的影響，并且對懷牛膝的有效成分齊墩果酸和脫皮甾酮的含量影響也不大，但增加了懷牛膝藥材的含鉛量;土壤中鉛含量過高不僅會降低懷牛膝的產量，還會降低有效成分的含量，并增加藥材中鉛含量。本研究中高濃度的鉛降低了土壤中大多數種類的酶活性，而土壤酶活性是用來表征土壤的熟化程度和肥力水平的，鉛通過改變土壤的酶活性來影響懷牛膝根系對礦質元素的吸收，進而影響懷牛膝的整個生理活動。本試驗中土壤中鉛對酶活性和懷牛膝根干質量的影響趨勢基本一致。建議在種植懷牛膝時，首先要檢測土壤中的含鉛量，選擇鉛含量在安全范圍的土地，保證牛膝藥材的產量和質量。

參考文獻：

[1]陳懷滿. 土壤-植物系統中的重金屬污染[M]. 北京：科學出版社，1996：309-333.

[2]劉嵐. 鉛對人類健康的危害及其防治[J]. 職業與健康，2005，21（5）：665-666.

[3]鄭洪元，張德生. 土壤動態生物化學及其研究法[M]. 北京：科學出版社，1987.

[4]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典2015版（一部、四部）[M]. 北京：中國醫藥科技出版社，2015.

[5]王新民，陳士林，魏志華，等. 磷素對懷牛膝耐銅毒性的影響研究[J]. 中國中藥雜志，2009，34（12）：1489-1492.

[6]謝思琴，顧宗濂，吳留松. 砷、鎘、鉛對土壤酶活性的影響[J]. 環境科學，1987，8（1）：19-23.

[7]周芙蓉，王進鑫，楊楠，等. 水分和鉛脅迫對土壤酶活性的影響[J]. 草地學報，2013，21（3）：479-484.

[8]爾·維·加里烏林，郭建欽. 根據土壤酶的活性監測土壤的重金屬污染[J]. 農業環境與發展，1992（3）：33-36.