重金屬脅迫對(duì)藥用植物生長(zhǎng)的影響研究進(jìn)展

楊丹丹，張紅瑞，李賀敏，黃 勇，周 艷

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

目前，在化學(xué)方面還沒(méi)有對(duì)重金屬進(jìn)行明確的定義，僅以密度對(duì)其進(jìn)行劃分，一般是將密度大于4.5 g/cm3的金屬稱之為重金屬?；?、農(nóng)藥等過(guò)量使用、土壤污染、工業(yè)“三廢”污染和某些藥用植物自身對(duì)重金屬的超強(qiáng)富集吸收能力是目前藥用植物生長(zhǎng)過(guò)程中重金屬污染的主要原因[1]。

重金屬存在很高的植物毒性[2]。如果植物被種植在重金屬含量高的土壤中，隨著植物的生長(zhǎng)，植物通過(guò)土壤系統(tǒng)將重金屬吸收到體內(nèi)，將影響到植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，從而降低其產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。重金屬還會(huì)隨著植物生長(zhǎng)進(jìn)入植物體內(nèi)對(duì)植物的光合作用造成一定的損傷[4]。重金屬脅迫可降低植物種子的發(fā)芽率，從而延緩植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育[5]，可使植株葉綠素含量減少[6]，植物細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化物含量增多[7]。重金屬還可通過(guò)食物鏈的傳遞而影響食用者的身體健康[8]。

中藥材重金屬超標(biāo)成為制約中藥出口的一個(gè)重要因素[9]。國(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)了一系列的政策,規(guī)范農(nóng)藥、化肥、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等的使用，分區(qū)域、分品種完善中藥材農(nóng)藥殘留、重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。本文概述了重金屬對(duì)藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為中藥材的安全生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 重金屬對(duì)藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

1.1 重金屬對(duì)藥用植物種子活性的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅花種子的萌發(fā)率在較低的Cu作用下可得到促進(jìn)，在低濃度的Pb脅迫和兩種重金屬低濃度復(fù)合脅迫下沒(méi)有顯著影響。在高濃度復(fù)合脅迫下，種子的發(fā)芽率受到抑制，且單一脅迫對(duì)紅花發(fā)芽率造成的影響明顯低于復(fù)合脅迫[10]。Pb2+能夠抑制板藍(lán)根幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，Ca2+在適宜濃度時(shí)可以緩解Pb2+對(duì)其幼苗的脅迫作用，有利于板藍(lán)根幼苗的正常生長(zhǎng)[11]。低濃度的La3+能夠提高丹參種子的出苗率和增強(qiáng)其活力指數(shù)，高濃度的La3+則降低了丹參種子的健壯度[12]。

1.2 重金屬對(duì)藥用植物地上、地下生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，Cu脅迫能夠抑制青蒿的正常生長(zhǎng)，具體表現(xiàn)為青蒿生長(zhǎng)變遲緩，物候期時(shí)間延長(zhǎng)，生物量下降，Cd脅迫和Cu脅迫造成的具體表現(xiàn)相同，但其抑制作用更顯著，表現(xiàn)更突出；Pb脅迫可以抑制青蒿的生長(zhǎng)發(fā)育，但其造成的影響較低[13]。紅花幼苗期時(shí)，隨著Cu和Pb濃度的增加，其苗高、根的長(zhǎng)度和側(cè)根數(shù)量都逐漸降低，在分枝期和開花期時(shí)與對(duì)照組相比達(dá)到了顯著狀態(tài)，Cu-Pb復(fù)合脅迫能顯著抑制其正常生長(zhǎng)發(fā)育，Cu-Pb的濃度越大，紅花的苗高、根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)量降低的越顯著[10]。較低濃度的Cr6+可以促進(jìn)懷地黃幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，主要表現(xiàn)為干鮮重、根的長(zhǎng)度和葉片數(shù)量的增加，但隨著濃度的升高對(duì)幼苗的生長(zhǎng)逐漸表現(xiàn)為顯著的抑制作用[14]。

2 重金屬對(duì)藥用植物生理特性的影響

2.1 重金屬對(duì)藥用植物抗氧化酶系統(tǒng)的影響

在一定條件的逆境脅迫下，植物在代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧?；钚匝跏欠駥?duì)植物表現(xiàn)出毒害作用，主要取決于植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除之間是否達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。

鉛污染增加了金銀花葉片內(nèi)抗氧化酶的活性，低濃度下金銀花葉片內(nèi)的超SOD活性酶活性逐步升高，在高濃度脅迫下SOD活性呈下降趨勢(shì)[15]。隨著Cd脅迫的加劇，龍葵葉和根中的一系列抗氧化酶活性逐漸升高，且程度不同[16]。污染初期麥冬由于受到Cd的影響，在自身保護(hù)機(jī)制作用下麥冬的抗氧化酶活性有所增加，但隨著Cd污染程度的加大，抗氧化酶活性得到了抑制[17]。在低濃度Cd脅迫下,與對(duì)照組相比葉片的脂質(zhì)過(guò)氧化程度加深，抗氧化性程度加大，有利于三七的正常生長(zhǎng)，但CAT含量的減少會(huì)使POD含量增加，影響三七的生長(zhǎng)[7]。通過(guò)測(cè)量幾種常見的評(píng)價(jià)抗氧化活性的指標(biāo),發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)La3+處理的丹參的抗氧化活性有所增強(qiáng)[12]。

2.2 重金屬對(duì)藥用植物光合作用的影響

鉛濃度水平越高，植株的光合有效作用越弱，但在一定濃度范圍內(nèi)的鉛脅迫下,活血丹具有一定的耐受力[18]。Pb脅迫在較高濃度時(shí)雖然可以促進(jìn)根部的次生代謝，但使葉片的光合作用受到了較大程度的抑制[19]。低濃度脅迫時(shí)可以增強(qiáng)菖蒲的光合作用[20]。由于非氣孔限制的原因，Cd脅迫可以顯著的削弱龍葵的光合作用[21]。

2.3 重金屬對(duì)藥用植物其他生理特性的影響

Cd、Pb、Ni、Hg等重金屬元素對(duì)植物造成的影響主要是因?yàn)橹亟饘俑淖兞酥参锏暮怂峤M成，影響了細(xì)胞的正常生長(zhǎng)，從而使細(xì)胞體積減小[22]。不同的Cd含量對(duì)三七滲透性物質(zhì)的影響,隨著Cd含量的升高其主根和葉片中可溶蛋白、游離氨基酸、游離脯氨酸含量整體高于對(duì)照組[7]。夏枯草在較低濃度的重金屬脅迫下受害不明顯，還可以使熊果酸的積累增加，當(dāng)濃度超過(guò)某一值時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生明顯的毒害作用[23]。通過(guò)重金屬脅迫對(duì)藥用植物生理生化響應(yīng)機(jī)制的研究結(jié)果，間接反映出藥用植物受重金屬脅迫的程度，為修復(fù)藥用植物種植區(qū)的土壤重金屬污染提供了一定理論依據(jù)。

3 重金屬對(duì)藥用植物產(chǎn)量和內(nèi)在品質(zhì)的影響

3.1 重金屬對(duì)中藥材產(chǎn)量的影響

Pb處理對(duì)金銀花的千蕾鮮重、千蕾干重和單株產(chǎn)量均呈現(xiàn)明顯減少的趨勢(shì)，濃度越大，造成的毒害效應(yīng)越強(qiáng)[15]。土壤中低量的Pb2+對(duì)懷牛膝的產(chǎn)量不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，高濃度的Pb2+可以降低牛膝的產(chǎn)量[24]。當(dāng)Cr3+和Pb2+質(zhì)量濃度超過(guò)植物的耐受值時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致栽培植物缺苗、苗矮、長(zhǎng)勢(shì)弱而影響作物產(chǎn)量[25]。重金屬La3+脅迫可以促進(jìn)一年生和兩年生丹參產(chǎn)量的增加，且La3+處理一次的效果不如兩次的效果顯著[12]。

3.2 重金屬對(duì)中藥材質(zhì)量的影響

重金屬含量是評(píng)價(jià)藥用植物內(nèi)在品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。

土壤中的高濃度Cu降低了青蒿素的含量，Cd主要表現(xiàn)出在較低濃度時(shí)促進(jìn)，較高濃度時(shí)抑制[13]。土壤中的重金屬和有機(jī)氯農(nóng)藥殘留會(huì)使蒼術(shù)素的合成降低，尤其是Pb、Cd和Hg直接對(duì)蒼術(shù)素的合成起到抑制作用[26]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受種植區(qū)重金屬污染的影響，部分區(qū)域種植三七的藥用價(jià)值和安全品質(zhì)已經(jīng)有了嚴(yán)重下降[27]。

4 小結(jié)

重金屬毒害主要影響藥用植物的發(fā)芽率、生長(zhǎng)速率、生理特性、品質(zhì)和產(chǎn)量等，進(jìn)而影響中藥飲片的質(zhì)量及中藥的臨床用藥安全。在人體內(nèi)有許多重要物質(zhì)如蛋白質(zhì)和核酸等能夠和重金屬發(fā)生一系列反應(yīng)，從而影響人體的健康[28]。為了使中藥用藥安全得到有效的保障，《中華人民共和國(guó)藥典》(2020版一部)對(duì)中藥材飲片所含的重金屬量、有害元素和農(nóng)藥殘留物做出了明確的限制要求。今后，在藥用植物的栽培過(guò)程中應(yīng)盡量使用腐熟農(nóng)家肥或有機(jī)肥，采用綠色技術(shù)防控病蟲害，種植地的選擇應(yīng)遠(yuǎn)離污染源，同時(shí)根據(jù)藥用植物自身的特性，采用適宜的栽培技術(shù)、采收加工和貯藏方法等。