土壤鎘脅迫對(duì)田七體內(nèi)鎘分布及富集特性影響

李素霞 陳玉萍 韋司棋

摘 要：田七（Panax notoginseng）是我國(guó)的一種傳統(tǒng)珍貴的草本藥用植物，其重金屬污染問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。為了分析田七不同部位對(duì)鎘毒害的響應(yīng)，明確不同濃度鎘污染對(duì)田七體內(nèi)鎘分布的基本特征以及不同部位的富集特性，以揭示鎘脅迫對(duì)田七不同部位的影響機(jī)制及富集轉(zhuǎn)移特性。該研究在“田七之鄉(xiāng)”廣西靖西市田七園以3年生田七為材料，土培條件下以不施鎘處理為空白對(duì)照，設(shè)置6個(gè)鎘濃度（5、10、20、30、40、50 mg·kg-1）梯度，研究了在不同濃度鎘脅迫下田七不同部位鎘積累特征以及轉(zhuǎn)移特性。結(jié)果表明：在不同器官（葉、莖、剪口、須根、主根）隨著鎘濃度的增加各器官鎘的積累量均顯著（P<0.05）增加，呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。田七不同部位鎘含量的分布特征表現(xiàn)：空白對(duì)照下田七各器官鎘累積分布表現(xiàn)為須根>剪口>主根>莖>葉;當(dāng)鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時(shí)，田七鎘分布表現(xiàn)為剪口>主根>須根>莖>葉;地下部的鎘含量顯著高于地上部的鎘含量;隨著鎘濃度的增加，無論地下部生物富集系數(shù)還是地上部生物富集系數(shù)均表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：田七， 鎘污染， 累積與分布， 富集系數(shù)， 轉(zhuǎn)移系數(shù)

中圖分類號(hào)：Q945.78， S567.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3142（2019）06-0713-07

Abstract：Panax notoginseng is a kind of traditional and precious herbaceous officinal plant in our country. Its heavy metal pollution problem has already caused wide public concern， and the related studies have shown that a certain concentration of cadmium can produce inhibition for the its growth， cadmium stress can reduce its accumulation of saponins， the main pharmacodynamic component， and influence the quality of its medicinal materials. The health risk assessment of cadmium in it showed that the hazard quotient （HQ） was greater than one， which indicates that cadmium in it has non-carcinogenic risk to users. In order to reveal the response of different parts of P. notoginseng to cadmium toxicity， to clarify the basic characteristics of cadmium distribution in it by cadmium pollution of its different concentrations and the enrichment characteristics of its different parts， and to reveal the mechanism of cadmium stress on enrichment and transfer characteristics of its different parts. The triennial P. notoginseng was used as the experimental material in P. notoginseng garden， Jingxi City， Guangxi， under the condition of soil culture， with no cadmium treatment as the blank control and six cadmium concentration gradients （5， 10， 20， 30， 40， 50 mg·kg-1）， the characteristics of cadmium accumulation and transfer in its different parts were analyzed under the stress of different concentrations of cadmium. The results showed that cadmium accumulation in different organs （leaf， stem， scissor， fibrous root and taproot） increased significantly with the increase of cadmium concentration （P < 0.05）， showing a positive correlation. The distribution characteristics of cadmium content in different parts of P. notoginseng were as follows：In the blank control group， the cumulative distribution of cadmium in each organ was fibrous root > cut root > tap root > stem > leaf; When the cadmium concentration was 5， 10， 20， 30， 40， 50 mg·kg-1， the distribution of cadmium was cut root > taproot > fibrous root > stem > leaf; The cadmium content in the underground part was significantly higher than that in the aboveground part， with the increase of cadmium concentration， the bioenrichment coefficient of both under-ground and above-ground parts decreased gradually.

Key words：Panax notoginseng， cadmium stress， accumulation and distribution， enrichment coefficients， transfer coefficients

田七（Panax notoginseng）又名“三七”， 具有活血散瘀、消腫定痛的功效。是廣西、云南的著名特產(chǎn)，是五加科人參屬植物，多年生草本。它原系山野自生，很早以前就為我國(guó)人民發(fā)現(xiàn)和采用， 后轉(zhuǎn)為人工栽培。因?yàn)檫@種植物一般每株有三條葉柄，每條葉柄上往往有七張葉子，故通稱“三七”。據(jù)清代1897年修的《歸順直隸州志》說，“三七以田州產(chǎn)者為最良”（莫乃群，1991）， 清·光緒七年（1881）修的《百色廳志》卷三也說，因三七實(shí)出自田州，故“俗名為田七”（莫乃群，1991;徐冬英，1997）。田七渾身是寶，從花到根全部可以做藥食用?！侗静菪戮帯罚骸疤锲吒?，止血之神藥也。無論上、中、下之血，凡有外越者，一味獨(dú)用亦效”?！吨兴幋筠o典》：田七葉有消腫止痛、止血、抗衰老、降低血液粘稠度、防止血栓的形成和預(yù)防腫瘤的作用。田七花屬于良性，有降壓、清熱敗火、平肝、安神的功效。

云南是我國(guó)鎘產(chǎn)出大省，年采出量達(dá) 63.2 t，占全國(guó)總產(chǎn)出量的 46.6%，但從幾何平均值來看，除內(nèi)蒙古、江西省的鎘礦含鎘率相對(duì)較高外，廣東、廣西、云南和湖南等地的平均含鎘率相差不大，為0.030%～0.050%（袁姍姍等，2012）。 廣大科技工作者對(duì)文山產(chǎn)區(qū)和廣西產(chǎn)區(qū)田七鎘含量進(jìn)行了調(diào)查研究。趙靜等（2014）發(fā)現(xiàn)云南田七中鎘的超標(biāo)率為30.6%，韓小麗等（2008）研究認(rèn)為 Cd 的超標(biāo)率高達(dá) 50%，前期研究表明鎘脅迫會(huì)降低田七主要藥效成分皂苷的積累，影響田七藥材質(zhì)量，降低藥效， 朱美霖等（2012）的調(diào)查表明田七樣品中有 60.7%鎘含量超標(biāo)。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，危害商數(shù)（HQ）大于 1，說明田七藥材中的鎘對(duì)服用者有非致癌風(fēng)險(xiǎn);陳璐等（2014）對(duì)廣西百色地區(qū)田七葉進(jìn)行了調(diào)查研究，廣西田七也有鎘超標(biāo)現(xiàn)象。馮光斌等（2006）的研究發(fā)現(xiàn)田七對(duì)土壤鎘有一定的吸收和富集能力。研究發(fā)現(xiàn)，田七具有較強(qiáng)的Cd 富集能力及 Cd、Cu 轉(zhuǎn)運(yùn)能力（林龍勇等，2014;李子唯等，2015）。不僅如此，鎘脅迫對(duì)植物的生理生化作用、生長(zhǎng)抑制作用、微生物及根際微環(huán)境等均有消極作用（林曉燕等，2018;賈月慧等，2018;馮世靜等，2013）。同時(shí)，鎘在不同器官的富集特征也有較多研究（趙靜等，2014）。但是，由于不同的地理環(huán)境、地質(zhì)背景（李玉興等，1993）、栽培與管理習(xí)慣、生長(zhǎng)季節(jié)以及七齡的不同表現(xiàn)出不同現(xiàn)象。廣西百色市是田七的發(fā)源地（徐冬英，1997），也是傳統(tǒng)的田七生產(chǎn)基地，具有獨(dú)特的地理環(huán)境和栽培習(xí)慣。楊海菊（2008）的研究表明廣西田七與云南三七在須根上差別較為明顯，田七須根少而粗，三七須根多，尤其絨狀須根多。田七主根呈圓錐形或短圓柱形，而云南三七的主根呈圓錐狀或長(zhǎng)形。這些不同的特征可能與栽培習(xí)慣與地理環(huán)境有一定的關(guān)系。鎘是否對(duì)田七生長(zhǎng)及不同器官鎘的分布產(chǎn)生差異影響，需待進(jìn)一步研究。

鑒于當(dāng)前田七-鎘探究均著重于大棚內(nèi)的模擬試驗(yàn)，本研究試驗(yàn)地點(diǎn)原位定點(diǎn)在廣西靖西市田農(nóng)自制實(shí)際大棚、選擇7—9月雨水較多、病蟲害頻發(fā)季節(jié)，選擇三年田七為對(duì)象，研究不同鎘處理下田七不同器官鎘的分配特征以及其轉(zhuǎn)移、富集特性，從而為指導(dǎo)廣西田七安全種植、保障田七藥材品質(zhì)和安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

供試田七為三年生田七，試驗(yàn)地點(diǎn)在靖西市坡天江（青蛇山對(duì)面）農(nóng)戶田七園，海拔高度為758 m，護(hù)養(yǎng)管理與當(dāng)?shù)靥锲咭恢隆?/p>

土培實(shí)驗(yàn)所用土壤均采自實(shí)際田七園，采用“S”型方法， 取0～20 cm耕層土壤，曬干后過10目篩，根據(jù)對(duì)應(yīng)濃度配置相應(yīng)的CdCl2溶液，每份溶液噴施于5 kg干土中充分混勻，裝盆。鎘處理設(shè)6個(gè)濃度：0、5、10、20、30、40、50 mg·kg-1。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)種植3棵生長(zhǎng)狀態(tài)相似的田七。土培處理時(shí)間為2018年7月9日至2018年9月9日。期間管理同當(dāng)?shù)乇３忠恢隆Ｍ寥擂r(nóng)藝性狀如下：pH為4.86、有機(jī)質(zhì)為43.30 mg·kg-1、速效氮為178.11 mg·kg-1、速效磷為48.80 mg·kg-1、速效鉀為203.70 mg·kg-1、鎘本底值為0.44 mg·kg-1。

鎘處理平衡1周后采樣檢測(cè)各個(gè)處理鎘的含量，分別為0.46、5.07、11.47、20.89、28.53、39.60 、51.02 mg·kg-1。與處理值擬合，得到的方程為y=0.989 8x+0.518 2 （R2=0.997 2）。

1.2 樣品的采集和處理

取整株植株，先用自來水洗去泥垢，再用去離子水沖洗3次并分為葉、莖、剪口、主根、須根等部分，用105 ℃殺青30 min，再用65 ℃烘干至恒重。研磨成粉，過50目篩待用。

1.3 測(cè)定方法

農(nóng)藝性狀的測(cè)定：莖高（從剪口到花苔的長(zhǎng)度）、莖粗（取莖上三點(diǎn)測(cè)量取平均值）、葉長(zhǎng)（復(fù)葉中葉的長(zhǎng)度）、葉寬（復(fù)葉中葉的寬度）、須根數(shù)、根重、葉面積（葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.613 4）。土壤農(nóng)化性狀的測(cè)定參考土壤農(nóng)化分析（鮑士旦，2008）。土壤中鎘的測(cè)定采用《土壤質(zhì)量鎘的測(cè)定GB T 17141-1997 》石墨爐原子吸收分光光度法。田七中鎘的測(cè)定方法采用《食品中鎘的測(cè)定GB/T 5009.15-2014》石墨爐原子吸收光譜測(cè)定方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Office Excel 2007 及DPS 7.5 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)田七體內(nèi)鎘分布的影響

由表1可知，同一器官鎘含量，隨著鎘濃度的增加而顯著（P<0.05）增加，各部位鎘含量隨著鎘濃度的增加存在一定的差異，當(dāng)鎘濃度為0 mg·kg-1時(shí)，田七鎘分布表現(xiàn)為須根>剪口>主根>莖>葉，當(dāng)鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時(shí)，田七鎘分布表現(xiàn)為剪口>主根>須根>莖>葉。同時(shí)，在同一器官不同鎘處理下，處理間差異顯著，與對(duì)照相比，地上部葉和莖鎘含量分別是空白處理的1.60、2.95、4.35、6.25、7.55、8.55倍;3.74、2.53、8.11、10.92、21.24、24.76倍。地下部剪口、須根、主根鎘含量分別是空白處理的9.61、14.59、20.69、38.81、46.66、59.11倍;3.77、5.06、8.16、9.75、11.08、13.19倍;10.27、18.16、25.73、31.98、39.25、49.55倍。由此可知，地上部葉片中鎘含量的增長(zhǎng)與地下部須根中鎘含量的增長(zhǎng)相對(duì)較小。

為了探明鎘處理濃度對(duì)田七各部位鎘積累影響，表1是不同濃度鎘處理下田七各部位鎘的含量。

本研究以各部位鎘含量為y，土壤鎘處理濃度為變量x，進(jìn)行了線性擬合。隨著鎘濃度的增加，田七葉、莖、剪口、須根和主根均呈顯著直線遞增趨勢(shì)，擬合方程分別為田七葉片（y=0.031 4x+1.023，R2=0.981 9）、田七莖（y=0.182 9x+0.068 8，R2=0.960 7）、田七剪口（y=0.730 6x+1.023，R2=0.981 3）、田七須根（y=0.318 4x+3.1842，R2=0.957 2）、田七主根（y=0.395 0x+2.197 8，R2=0.978 1）。這說明田七葉片、莖、剪口、須根和主根在吸收累積鎘時(shí)與不同鎘處理成顯著正相關(guān)。斜率體現(xiàn)不同鎘處理濃度下田七各部位鎘吸收速率差異。由擬合方程可知，田七葉片、莖、剪口、須根、主根的斜率分別為0.031 4、0.182 9、0.730 6、0.318 4、0.395 0，說明田七各器官吸收累積鎘的穩(wěn)定性依次為葉片、莖、須根、主根、剪口。

2.2 鎘脅迫對(duì)田七各器官富集鎘及地上部轉(zhuǎn)移的影響

生物富集系數(shù)是植物中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，可用來衡量植物對(duì)重金屬的吸收貯存能力。由表2可知，田七各個(gè)組織的富集系數(shù)都呈現(xiàn)基本相同的特點(diǎn)，即富集系數(shù)隨著土壤中 Cd 濃度的增加，呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。同一處理不同器官情況下，剪口富集系數(shù)最大，在鎘處理5 mg·kg-1時(shí)須根富集系數(shù)大于主根，隨著鎘濃度的增加主根富集系數(shù)大于須根。由表2可知，在鎘處理5 mg·kg-1時(shí)剪口和須根的富集系數(shù)大于1，且主根的富集系數(shù)也達(dá)到0.9，這說明田七地下部對(duì)隔的富集能力高于地上部，且以剪口最大。也說明田七富集鎘的能力總體來講相對(duì)較弱，而且，不隨鎘濃度的增加富集能力隨著增加。相反，有逐漸降低的趨勢(shì)。

轉(zhuǎn)移系數(shù)是地上部鎘含量與地下部鎘含量之比，表示鎘從地下部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的效率。由表3可知，隨著鎘濃度的增加，田七轉(zhuǎn)移系數(shù)呈波浪式降低趨勢(shì)，具有不規(guī)則性 對(duì)照處理鎘有較大的轉(zhuǎn)移系數(shù)0.35，不同處理鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)依次為0.35、0.16、0.14、0.17、0.15、0.23、0.21，由表2和表3可知，富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)在一定條件下有對(duì)應(yīng)相關(guān)關(guān)系。

3 討論

3.1 鎘脅迫對(duì)田七體內(nèi)鎘積累分布的影響

不同產(chǎn)地田七各部位重金屬含量具有一定差異，可能與當(dāng)?shù)貧鉁亍⒌乩砦恢谩⑼寥拉h(huán)境、種植點(diǎn)土壤的前作物等生態(tài)環(huán)境相關(guān)，也可能與種苗等遺傳因素相關(guān)。同一產(chǎn)地的樣品，雖然氣候環(huán)境土壤類型基本相同，但也受到具體生長(zhǎng)狀況的影響，彼此之間有一定重金屬含量的差異（趙靜等，2014）。

本研究土壤中鎘含量與田七不同器官鎘含量呈顯著正相關(guān)，且田七各器官吸收累積鎘的穩(wěn)定性依次為葉片、莖、須根、主根、剪口。但是，田七不同器官鎘累積量存在一定差異，空白處理各器官鎘含量表現(xiàn)為須根>剪口>主根>莖>葉片。這與李子唯等（2015）研究結(jié)果須根>剪口>主根>葉>莖基本一致。但是，田七葉和莖的鎘含量分布不同。不過，與陳璐等（2014）在這方面的研究一致，他們的研究表明，鎘在田七葉和莖的分配表現(xiàn)為莖鎘含量大于葉鎘含量。鎘處理5、10、20、30、40、50 mg·kg-1 各器官鎘含量表現(xiàn)為剪口>主根>須根>莖>葉片，這與黃榮韶等（2014）研究結(jié)果一致。不同鎘處理各器官鎘含量存在一定的差異?？赡艽嬖诘脑蛉缦拢旱谝唬瑥V西田七與云南三七在區(qū)域上有一定的差異，導(dǎo)致溫度、水分、蒸發(fā)、蒸騰、養(yǎng)分、鹽基、海拔高度等有一定的差異。第二，本次研究在實(shí)地進(jìn)行，生長(zhǎng)環(huán)境與護(hù)養(yǎng)管理與當(dāng)?shù)匾恢拢▽ｉT邀請(qǐng)當(dāng)?shù)靥镛r(nóng)一起看護(hù)），對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境沒有控制特別的溫度、水分，這與一些研究工作者專門植于專業(yè)大棚有一定的差異。第三，本次研究時(shí)間為2018年7月9日至2018年9月9日正值病蟲害、雨水及雜草最多的季節(jié)，田七園有一定的積水沒能及時(shí)排出，可能會(huì)對(duì)鎘的運(yùn)輸與體內(nèi)積累存在一定的影響。第四，不同海拔、不同遮光率、不同蔭棚類型及不同七齡對(duì)田七各器官鎘積累也有一定的影響。第五，不同的七齡可能會(huì)導(dǎo)致在吸收和積累重金屬及其它元素時(shí)有一定的差異，本次研究為三年七，與一些學(xué)者在實(shí)驗(yàn)時(shí)用的二年七有一定的區(qū)別，這也是導(dǎo)致差異的主要原因，因?yàn)榇蠖鄶?shù)植物在不同的生長(zhǎng)周期對(duì)礦質(zhì)元素的吸收、轉(zhuǎn)移與積累均存在一定的差異。

3.2 鎘脅迫對(duì)田七各器官富集鎘及地上部轉(zhuǎn)移的影響

本研究范圍內(nèi)，田七葉片、莖、剪口、須根、主根的富集系數(shù)均隨著鎘濃度的增加而呈降低的趨勢(shì)，這與朱美霖等（2014）研究結(jié)果基本一致。不同器官表現(xiàn)為剪口最大，其次是須根和主根。在5 mg·kg-1鎘處理時(shí)須根富集系數(shù)大于主根，在鎘處理 20、30、40、50 mg·kg-1時(shí)，主根富集鎘的系數(shù)逐漸大于須根，在 20 mg·kg-1鎘處理時(shí)，二者富集系數(shù)相同。田七葉片的富集系數(shù)最小，這些現(xiàn)象與眾多研究者不一致，有些研究結(jié)果表現(xiàn)為不同器官鎘的富集系數(shù)須根>剪口>主根>葉片>莖，主要原因在于莖為疏導(dǎo)組織，不能儲(chǔ)存鎘，須根表面積大又是直接吸收部位，故其結(jié)合態(tài)和吸附態(tài)鎘含量均較高。但也有研究發(fā)現(xiàn)田七莖對(duì)鎘的富集能力最強(qiáng)有出入，這可能是由于實(shí)驗(yàn)方法、七齡及過程管理有關(guān)。實(shí)地調(diào)研表明，廣西百色靖西市田七不施用化學(xué)肥料，全程肥料均為有機(jī)肥料，當(dāng)?shù)仄咿r(nóng)反映百色田七與其它田七有一定的不同，施用化學(xué)肥料田七容易死亡、爛根等不良癥狀，因此，一直施用有機(jī)肥。本研究中轉(zhuǎn)移系數(shù)呈波浪式或不規(guī)則趨勢(shì)，但鎘脅迫下轉(zhuǎn)移系數(shù)均低于空白?？傮w趨勢(shì)來看，隨著鎘濃度的增加轉(zhuǎn)移系數(shù)有相對(duì)增加的趨勢(shì)。富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)在一定條件下有對(duì)應(yīng)相關(guān)關(guān)系，這與一些學(xué)者研究重金屬鉛在茴香的轉(zhuǎn)移有一定的相似之處（甘龍等，2018）

4 結(jié)論

（1） 鎘脅迫顯著增加田七各器官中的鎘含量，隨著鎘濃度的增加，田七各器官中鎘含量顯著增加，呈正相關(guān)性。（2）空白對(duì)照設(shè)置下，田七各器官鎘分布表現(xiàn)為須根>剪口>主根>莖>葉;當(dāng)鎘濃度為5、10、20、30、40、50 mg·kg-1時(shí)，田七鎘分布表現(xiàn)為剪口>主根>須根>莖>葉片。（3）地下部鎘含量顯著高于地上部鎘含量，隨著鎘濃度的增加，無論地下部生物富集系數(shù)還是地上部生物富集系數(shù)均呈逐漸降低的趨勢(shì)。

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