蒋翠文，李娟娟，蔡 卓*

(1.广西农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所，广西 南宁 530007；2.广西大学化学化工学院，广西 南宁 530004)



不同浓度Cd对蛇泡草生理生化特性的影响

蒋翠文1，李娟娟2，蔡 卓2*

(1.广西农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所，广西 南宁 530007；2.广西大学化学化工学院，广西 南宁 530004)

【目的】研究Cd污染对蛇泡草生理生化特性指标的影响，为重金属对中草药的毒害作用研究提供参考。【方法】采用盆栽模拟试验，待蛇泡草幼苗待生长稳定后，以50 mL/d的量浇灌不同浓度(11、22、45、90和134 mg/kg)的Cd2+溶液，记录蛇泡草5、30和45 d的生长情况，同时测定其的可溶性总糖含量、总黄酮含量、及抗氧化酶活性。【结果】随Cd溶液浓度的增加，蛇泡草体内Cd含量不断增大，同时蛇泡草叶片、茎部和根部的可溶性总糖、总黄酮、及抗氧化酶活性均呈现出不断降低的趋势。【结论】Cd 较易在蛇泡草体内积累，并会破坏植物的新成代谢和正常生长，导致各项生理生化特性指标下降，表现出明显的毒害作用。

蛇泡草；重金属；镉；生理生化特性

【研究意义】蛇泡草[Duchesneaindica(Andr.)Focke]是蔷薇科蛇莓属植物，含酚类物质、糖甙类等多种化学成分[1-3]，药用价值高，用途较广[4-5]。广西是我国蛇泡草分布区域之一，具有较强的区域种植潜力。目前，因工业交通废气等造成环境中重金属污染加剧，蛇泡草的种植同样面临重金属污染的威胁，重金属在蛇泡草体内的积累会使其生长发育受到影响，品质降低，甚至危害其食用及药用的安全性[6]，因此，开展Cd在蛇泡草体内积累及其影响对探明重金属污染对药用性植物造成的危害具有重要意义。【前人研究进展】有关重金属对植物理化特性影响的研究已有报道，刘华[7]在研究Cd胁迫下水花生生理生化特性的影响时发现，可溶性蛋白含量随Cd污染程度的升高而下降，其原因是Cd对合成蛋白的酶系有毒害和钝化作用，抑制了新蛋白的合成。曾俊[8]等采用盆栽模拟试验方法研究了重金属Cd、Pb单一胁迫对月季游离脯氨酸含量的影响，结果表明月季叶片内游离脯氨酸的含量与重金属胁迫程度呈正相关性。晋松[9]等通过盆栽实验研究了Cd 胁迫对白茅幼苗生理生化及抗氧化酶系统的影响，结果表明Cd 能够破坏植物细胞抗氧化酶系统的动态平衡，引起膜系统的过氧化损伤，并使SOD活性受到抑制。【本研究切入点】目前，有关Cd对蛇泡草生理生化特性影响的相关研究报道较少。【拟解决的关键问题】以Cd溶液浇淋盆栽蛇泡草，测定不同程度Cd污染下蛇泡草体内各部位的可溶性总糖含量、总黄酮含量及抗氧化酶活性的变化情况，考察Cd对蛇泡草植物生理生化特性的影响，为进一步研究Cd污染对药用性植物造成的危害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试剂材料

供试土壤取自广西大学植物种植基地，采样深度为0～20 cm。称取自然风干的土壤1000 g于Ф160×150 mm花盆中，制成培养基。经测定，该土壤水分为0.93 %，pH值为6.87，有机质的含量为1.93 %，全氮含量为0.10 %，全磷含量为0.08 %。蛇泡草购于广西灌阳中草药材市场，选取生长良好、长势稳定的蛇泡草作为供试植物。

主要试剂：1.0 mg/mL芦丁标准溶液，1000 μg/mL Cd2+标准储备液，2 %蒽酮乙酸乙酯。所用试剂均为分析纯或用分析纯试剂配制，水为去离子水。

1.2 试验方法

1.2.1 蛇泡草的种植与污染处理 选取10株全高25 cm的蛇泡草幼苗，植入花盆中，深度6 cm，在生长期以去离子水浇灌。待生长稳定，以50 mL/d的量浇灌不同浓度(11、22、45、90和134 mg/kg)的Cd2+溶液。处理期间，保持植株的光照、湿度等外部条件一致。记录其15、30和45 d的生长情况，并进行空白对照实验。

1.2.2 样品前处理 分别采集受Cd污染15、30、45 d后的土壤样品和空白样品，风干后用玛瑙研钵研细，先过2 mm筛子，再过0.149 mm筛子去除沙砾等异物，置于105 ℃烘3 h至恒重，冷却备用。分别采集受Cd污染15、30、45 d后的蛇泡草鲜样和空白样品，在105 ℃下杀青3 h至恒重，冷却，于密封袋中保存。

1.2.3 土壤和蛇泡草中Cd含量的测定 称取烘干土壤0.5000 g于100 mL聚四氟乙烯烧杯内，加入HNO3-HClO4-HF(5∶2∶2)浸泡24 h，于电炉上加热至聚四氟乙烯烧杯中产生大量白烟，冷却，待用。称取烘干蛇泡草0.5000 g于100 mL烧杯内，加入HNO3-HClO4(5∶1)浸泡过夜，于电炉上加热至烧杯中产生大量白烟，冷却，待用。用(1+2)氨水调节已消解的样品溶液的pH为6.0，控制体积为50 mL，投入0.2 g处理过的巯基棉，超声60 min。真空抽滤巯基棉2 min，分别以1.0 mol/L HAc 8.00 mL和0.2 mol/L H3PO44.00 mL超声洗脱60 min和15 min。滤液加热赶酸，冷却后转至25 mL容量瓶，加入10.0 mL极谱底液，定容。取10 mL于电解杯中，于-400至-1400 mV范围，以500 mV/s扫速进行二阶导数扫描，读取-880 mV处峰电流，按工作曲线法计算土壤及蛇泡草的Cd含量[10]。

1.2.4 蛇泡草可溶性总糖的测定 称取干净蛇泡草鲜样0.1500 g于20 mL试管中，加水10 mL，以保鲜膜封口，沸水提取30 min，提取2次。过滤，滤液转入25 mL容量瓶中，定容。移取1.00 mL提取液，加水4.00 mL，摇匀。加入1.00 mL蒽酮乙酸乙酯和9.00 mL浓硫酸，振荡后于沸水浴中保温60 s，冷却后在630 nm处测其吸光度，以蔗糖为基准物，按工作曲线法计算含量[11]。

1.2.5 蛇泡草总黄酮的测定 称取干净蛇泡草鲜样0.1500 g，加入90 %乙醇6 mL，于60 ℃下超声提取1 h。提取液转入分液漏斗中，加入等体积石油醚萃取3次。萃取液于80 ℃旋转蒸发仪中蒸发至近干，热水溶解，定容于25 mL容量瓶。移取5.00 mL提取液于10 mL比色管中，加入0.72 mol/L NaNO2溶液0.4 mL，摇匀，放置6 min。加入0.47 mol/L Al(NO3)3溶液0.4 mL，摇匀，放置6 min。以1.5 mol/L NaOH溶液定容至10 mL。在510 nm处测定吸光度，以芦丁为标准物，按工作曲线法计算含量[12-14]。

1.2.6 蛇泡草抗氧化酶活性的测定 称取0.1500 g干净蛇泡草鲜样于研钵中，加入Na2HPO4-柠檬酸缓冲液(pH=7) 10.0 mL，冰浴下研磨至匀浆，转移到10 mL离心管中，以2000 r/min离心10 min，上层清液即为抗氧化酶的提取液[15-16]。采用署红Y-Fenton化学发光体系测定抗氧化酶提取液对羟自由基的清除率，按式(1)进行计算[17]，其中I0和Is分别为空白液及抗氧化酶提取液的发光强度。

S( %) = [(I0-Is) /I0] ×100

(1)

抗氧化酶的活性按式(2)计算[18]，即以污染植物抗氧化酶的清除率SX，除以未受污染植物抗氧化酶的清除率S0。每个样品平行测定3次。

表1 土壤和蛇泡草中Cd的分布情况(n=3)

A( %) = (SX/S0) × 100

(2)

2 结果与分析

2.1 土壤及蛇泡草中的Cd含量

土壤及蛇泡草中的Cd含量的测定结果如表1所示。由表1可见，土壤及蛇泡草体内的Cd含量随浇灌液Cd浓度的升高及污染时间的增加而增大。进一步的研究还发现，蛇泡草体内各部位的Cd含量均与土壤中的Cd含量成正比，Cd的积累分布情况为根部>茎部>叶片。

2.2 Cd污染对可溶性总糖的影响

植物体内可溶性总糖是合成其他有机物质的碳架来源，当细胞内无机离子浓度高时对酶起保护作用[19]。考察不同浓度Cd污染0、15、30和45 d后蛇泡草可溶性总糖含量的变化情况，并与对照组比较，结果如图1所示。叶片、茎部和根部的可溶性总糖含量随Cd污染程度的增加而降低。以45 mg/kg溶液处理为例，污染15、30和45 d后叶片可溶性总糖含量较对照组分别下降了28.04 %、51.99 %、74.84 %，茎部下降了35.29 %、59.10 %、74.73 %，根部下降了27.34 %、44.90 %、67.67 %。结合表1数据发现，蛇泡草各部位Cd的含量越高，可溶性总糖下降越多。以叶片为例，污染45 d后，不同浓度Cd溶液处理下叶片Cd含量分别为4.32、9.97、18.8、37.4和54.7 mg/kg，相应的可溶性总糖分别下降了13.03、17.59、19.10、20.25和21.78 mg/g。

图1 Cd污染对蛇泡草叶片(A)、茎(B)、根(C)可溶性总糖的影响Fig.1 Effects of Cd pollution on soluble total sugar content in leaf(A), stem(B) and root(C) of Duchesnea indica (Andr.)Focke

图2 Cd污染对蛇泡草叶片(A)、茎(B)、根(C)总黄酮的影响Fig.2 Effects of Cd pollution on total flavonoid content of leaf(A)，stem(B) and root(C) in Duchesnea indica (Andr.)Focke

图3 Cd污染对蛇泡草叶片(A)、茎部(B)、根部(C)抗氧化活性的影响Fig.3 The effects of Cd pollution on the antioxidant activity of leaf(A)，stem(B) and root(C) in Duchesnea indica (Andr.)Focke

出现这一现象的原因可能是Cd的毒害作用破坏了植物的新陈代谢和光合作用，进而抑制了可溶性总糖的合成。

2.3 Cd污染对总黄酮含量的影响

黄酮在植物的生长过程中发挥着积极的作用，是中草药的有效成分之一，具有增强植物抗逆性的功能[20]。图2为用不同浓度Cd溶液处理0、15、30和45 d后，蛇泡草各部位总黄酮含量变化的情况。随着Cd污染程度的增大和污染时间的增长，蛇泡草各部位总黄酮含量都在逐渐降低。以45 mg/kg Cd溶液处理为例，污染15、30、45 d后叶片总黄酮较对照组分别下降了15.71 %、36.31 %、57.75 %，茎部下降了28.17 %、49.10 %、68.09 %，根部下降了17.04 %、40.45 %、66.09 %。结合表1数据发现，蛇泡草体内Cd含量越高总黄酮降低越显著。以叶片为例，污染45 d后，不同浓度Cd溶液处理下叶片Cd含量分别为4.32、9.97、18.8、37.4和54.7 mg/kg，相应部位总黄酮含量下降了11.19、13.87、15.73、18.76和22.44 mg/g，表明Cd对蛇泡草总黄酮的合成有明显的抑制作用。这种作用可能是由于Cd毒害对植物碳源、营养元素、植物激素等黄酮合成因素有影响所致。

2.4 Cd污染对抗氧化酶活性的影响

抗氧化酶可以有效清除植株体内的自由基和活性氧，延缓植株的衰老[21]。图3表明，随着Cd浇灌液浓度的增加和污染时间的增长，蛇泡草各部位抗氧化酶活性与对照组相比均有不同程度的下降，以45 mg/kg Cd溶液处理为例，污染15、30、45 d后，叶片抗氧化酶活性分别下降了15.60 %、24.23 %、29.55 %，茎部下降了9.98 %、22.19 %、34.69 %，根部下降了23.08 %、31.59 %、38.62 %。对比表1数据发现，Cd含量越高抗氧化酶活性降低越多，以叶片为例，污染45 d后，不同浓度Cd溶液处理下叶片Cd含量分别为4.32、9.97、18.8、37.4和54.7 mg/kg，相应抗氧化酶活性分别下降了15.55 %、24.62 %、29.55 %、33.67 %和40.11 %。这表明，在Cd的毒害作用下，蛇泡草各部位的抗氧化酶体系受到了损害，对植株细胞中自由基的清除能力减弱，使植物生长受到影响。

3 讨 论

在Cd污染的土壤上种植蛇泡草，Cd会从土壤进入蛇泡草体内，在植物的各部位积累，其积累量随着土壤污染程度的增加而增大。Cd在蛇泡草体内积累分布的情况与文献[22]报道的基本一致，即根部含量最高，其次是茎部，叶片最低，这也与Cd在植物体内是按根到茎再到叶的迁移模式有关。在Cd污染的影响下，蛇泡草的可溶性总糖、总黄酮、抗氧化酶活性等生理生化指标均不同程度地下降，下降的幅度与蛇泡草体内相应部位的Cd含量成正比。这一结果与张家洋[23]、何晓良[24]的研究结果一致。说明在Cd毒害作用下，蛇泡草植物体内可溶性总糖和总黄酮的合成受到抑制，抗氧化酶体系受到损害，植物的生长发育和新陈代谢受到直接的影响。

4 结 论

本研究结果表明，蛇泡草的根部、茎部、叶片对Cd有都一定的吸收积累效应，被吸收的Cd对蛇泡草的新成代谢和正常生长有毒害作用，可导致蛇泡草植物的各项生理生化特性指标下降，使其药用价值受到影响。

[1]Alexander L. Composition of volatile oil, isolated fromDuchesneaIndica(Andr.) Focke [J]. Indian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2006, 68(2):54-55.

[2]Peng B, Chang Q, Wang L, et al. Suppression of human ovarian SKOV-3 cancer cell growth by Duchesnea phenolic fraction is associated with cell cycle arrest and apoptosis[J]. Gynecologic Oncology, 2008, 108(1):173-181.

[3]Jiang X H, Gao J Q, She C W, et al. High frequency shoot organogenesis in juvenile leaf ofDuchesneaindica(Andr.) Focke[J]. African Journal of Biotechnology, 2014, 11(17):4039-4044.

[4]Zhao L, Zhang S L, Tao J Y, et al. Anti-inflammatory mechanism of a folk herbal medicine,Duchesneaindica(Andr) Focke at RAW264.7 cell line[J]. Immunological Investigations, 2008, 37(4):339-357.

[5]Sun Y, Zhao S. Leaf litter decomposition in urban forests: test of the home-field advantage hypothesis[J]. Annals of Forest Science, 2016, 73(4):1063-1072.

[6]Jiang C Y, Sheng X F, Qian M, et al. Isolation and characterization of a heavy metal resistantBurkholderiasp. from heavy metal-contaminated paddy field soil and its potential in promoting plant growth and heavy metal accumulation in metal-polluted soil[J]. Chemosphere, 2008, 72(2): 157-164.

[7]刘 华.钙对水花生耐镉毒害的影响以及镉结合蛋白的分离纯化[D].南京师范大学， 2003:2-4.

[8]曾 俊，汪有良，王国良，等.镉、铅胁迫对月季生长及生理生化特性影响[J].林业科技开发，2010, 24(5): 60-63.

[9]晋 松, 吴 克, 俞志敏, 等.白茅生长及抗氧化酶系统对镉胁迫的生理响应[J].合肥学院学报，2011, 21(2):77-81.

[10]蒋翠文，蔡 卓，叶丹妮，等.超声辅助分离富集—催化极谱法测定中草药中痕量镉[J].广西大学学报(自然科学版)，2015,40(3):514-518.

[11]岳彩鹏，黄进勇. 植物生物学实验实习指导[M]. 郑州:郑州大学出版社, 2007: 140-141.

[12]Yuldasheva N K, égamova F R, Ismailova G I, et al. Effect of total flavonoids fromVexibiaalopecuroideson the course of experimental diabetes in rats[J]. Pharmaceutical Chemistry Journal, 2016, 49 (12):834-837.

[13]罗 森，袁崇均，陈 帅，等.紫外分光光度法测定川射干叶的总黄酮含量[J].药物研究， 2016,11(8):11-12.

[14]Shi X F, Liu D Y, Zhang J M, et al. Extraction and purification of total flavonoids from pine needles ofCedrusdeodaracontribute to anti-tumorinvitro[J]. BMC Complementary and Alternative Medicine, 2016, 16(1): 245-253.

[15]Ruley A T, Sharma N C, Sahi S V. Antioxidant defense in a lead accumulating plant,Sesbaniadrummondii[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2004, 42(11): 899-906.

[16]郭雨萱，郝利平，卢银洁. 不同处理对茄子采后冷害及相关酶活性的影响[J].山西农业大学学报，2016,36(9):668-672.

[17]蒋翠文，蔡 卓，岳伟超，等.流动注射化学发光法测定黄豆苷元含量及其抗氧化活性[J].山西大学学报(自然科学版)，2014,37(2):289-292.

[18]蔡 卓，卢登峰，梁信源，等.铅污染对芦荟抗氧化活性影响的研究[J].广西大学学报(自然科学版)，2012,37(3):515-520.

[19]袁建军, 李裕红.木麻黄幼苗渗透调节物对酸雨胁迫的响应研究[J].中国生态农业学报，2005, 13(2): 82-83.

[20]诸 姮，胡宏友，卢昌义. 植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展[J]. 厦门大学学报(自然科学版)， 2007, 46(1): 136-143.

[21]何 洁, 高钰婷, 贺 鑫, 等. 重金属Zn和Cd对翅碱蓬生长及抗氧化酶系统的影响[J]. 环境科学学报，2013, 33(1): 312-319.

[22]龙小林,向珣朝,徐艳芳,等.镉胁迫下籼稻和粳稻对镉的吸收、转移和分配研究[J].中国水稻科学,2014,28(2):177-184.

[23]张家洋. 重金属铅镉短期胁迫对蓬莱蕉生理生化指标的影响[J]. 水土保持学报,2016,2(30):340-345.

[24]何晓良.铅胁迫对几种草本中药生理生化特性影响的研究[D].南宁：广西大学，2015:24-25.

(责任编辑 陈 格)

Accumulation of Cd inDuchesneaindica(Andr.)Focke and Its Influence on Plant Physiological and Biochemical Characteristics

JIANG Cui-wen1, LI Juan-juan2, CAI Zhuo2*

(1.Institute for Agricultural Product Quality Safety and Testing Technology, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007, China; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Guangxi Nanning 530004, China )

【Objective】To provide scientific reference for the investigation of heavy metal toxicity on Chinese herbal medicine, the effects of Cd pollution on the variation of plant physiological and biochemical characteristics ofDuchesneaindica(Andr.) Focke were studied. 【Method】The simulated experiments of Cd contamination were carried out in pots which was used for plantingDuchesneaindica(Andr.) Focke. After a certain period of growth, the stable seedlings were irrigated by Cd2+solution of different concentration (11, 22, 45, 90 and 134 mg/kg) with 50 mL/d, and their growth status of 5,30,45 days were recorded. Meanwhile, the contents of total soluble sugar, total flavonoids, and antioxidant enzyme activity of the plant were determined.【Result】It showed that with increasing Cd pollution in the soil, Cd content inDuchesneaindica(Andr.) Focke was kept rising. In the meantime, the total soluble sugar, total flavonoids and the activity of antioxidant enzymes in leaf, stem and root showed a trend of decrease.【Conclusion】Cd could be easily accumulated inDuchesneaindica(Andr.) Focke and damaged the metabolism and normal growth of plant, leading to the decrease of physiological and biochemical characteristic indexes, showing a harmful effect on the plant.

Duchesneaindica(Andr.) Focke; Heavy metal; Cadmium; Physiological and biochemical characteristics

1001-4829(2017)6-1299-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.010

2017-02-25

广西自然科学基金项目“重金属在几种草本中药中的积累及对相应中药植物生理生化特性影响的研究”(2015GXNSFAA139239)

蒋翠文(1988-)，女，广西灌阳人，硕士，研究实习员，主要从事农产品理化性质检验及分析工作,*为通讯作者：蔡卓，E-mail:zhuocai@gxu.edu.cn。

R284.2

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