Cd、Pb单一及复合胁迫对白花蛇舌草幼苗生长状况的影响

孙博文，王乾鑫，杨远祥，程 章，杨占彪，朱雪梅

（四川农业大学环境学院，成都 611130）

中药在生活中应用广泛，但中药的重金属超标事件常见报道，严重制约中药的出口[1]。单纯的Cd或Pb 很少出现在自然界中，Cd、Pb 总是伴生于铅铜锌矿与铅锌矿中[2]，Cd、Pb 的单一及复合污染研究有较大理论和实践价值[3]。邹耀华等[4]在2011 年对“浙八味”的研究发现有的中药材中重金属含量甚至超过标准数倍；杨春等[5]评价了黔东南州9 种中药材重金属污染情况，其中7 个品种重金属超标；王牧博等[6]测定了红花、金银花、山楂等10 种中药材，其中9 种中药材超标。赵连华等[7]统计出我国中药材中重金属污染情况中Pb、Cd、Hg、As、Cu 的超标率分别为9.66%、26.35%、13.0%、9.32%、16.09%，Cd 是这5 种重金属中超标最为严重的金属。重金属问题已成为阻碍我国中医药走向世界的主要问题[8]，药材中重金属主要来源于种植环境[9]，因此准确检测和限定重金属的量是保障人民用药安全，促进中药走向国际化的关键[10]。李璇等[11]考察了土壤铜污染对青蒿生长及青蒿素含量的影响；张旭等[12]研究了不同水平镉污染对南板蓝根中主要养分含量的影响影响。

近年来临床应用证明白花蛇舌草具有显著的抗菌、抗病毒、抗癌疗效，具有较高的医疗价值[13]。目前对白花蛇舌草的研究主要集中在生物学特性和栽培技术的研究[14]，以及药理成分和临床应用等方面的研究[15]，而关于白花蛇舌草重金属污染研究较少，张瑜等[16]测定了白花蛇舌草中重金属的含量，但有关Cd、Pb 对白花蛇舌草的影响尤其对其生长状况影响的研究尚未见报道。

鉴此，本研究采用人工控制性水培试验，在保证质量安全的条件下，研究Cd、Pb 单一及复合胁迫对白花蛇舌草株高、主根长、生物量、叶绿素含量等生长状况的影响规律，以期摸清白花蛇舌草在重金属污染条件的生长状况基础数据和质量安全危害底数，从而为白花蛇舌草安全种植提供一定指导。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试植物：白花蛇舌草（Hedyotisdiffusa），种子通过集市采购。

供试烧杯：购买于万科公司，规格是500 mL，48 个。

供试定植板：购买于万科公司，规格是1 cm厚，材质为PU 海绵。

供试营养液：Hoaglands（霍格兰氏）营养液，如表1，pH 值为6.0。

表1 植株培养液的配制表Table 1 Nutritional solution of plant culture in the experiment

1.2 试验设计与处理

1.2.1 植物材料培育

种子处理：挑选0.5 kg 籽粒饱满的白花蛇舌草种子均匀地摊在木板上连晒2～3 d；将晒好后的种子用纱布包好，放在水温30 ℃的纯净水中浸种10 h 左右；再用0.1%～1%浓度的H2O2溶液进行消毒处理，浸泡5 h 左右。

幼苗培育：选择肥沃、排水良好、土层较厚、土质疏松的砂质壤土和附近有水源的地块为育苗地，翻地作畦，畦宽1.3 m，长度约8 m，四周开好排水沟，以利排水。于3 月中旬，按行距10 cm 播种，播前将种子按一定比例与细纱混合均匀，撒入沟内；播后覆盖一薄层过筛细土，用细喷壶浇透，畦面上覆盖遮阳网保温保湿。培育阶段按时浇水，保持畦面湿润，当幼苗高达8～10 cm 时，小苗带土挖取移栽。

营养液培育：将带土的白花蛇舌草幼苗用较缓的水流洗净，移栽至装有适量营养液的烧杯中，用定植板固定，一部分根系插入营养液，一部分根系在营养液面和定植板之间的空隙中气生，每个烧杯移栽幼苗6 株，共48 个烧杯，将各烧杯放在自然条件下，烧杯之间的距离为15 cm，完全随机摆放，在整个生长过程中不定期的交换烧杯位置以减弱边际效应的影响。在培养过程中，注意保持温度湿度，使其最适合植株的生长，每3 天按水培作物对养分的需求追加营养液，注意病虫害及时防治，培养时间为20 d。

1.2.2 重金属处理

本试验在保障农业生产、维护人体健康的前提下，根据中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准的土壤限制值[17]，按预先设置的浓度（表2）将各重金属分别以CdCl2·2.5H2O、Pb（NO）3等金属盐用去离子水完全溶解到特定浓度后污染水培环境，模拟含有不同梯度浓度的重金属环境，共16 个浓度，每种浓度为一组，每组设置3 个重复组，共48 个烧杯。

表2 水培试验处理设计表Table 2 Hydroponic test treatment design mg·L-1

1.3 样品处理及测定

在重金属污染条件下生长20 d 后取植株相同部位茎叶，用蒸馏水洗净、揩干，用于测定叶绿素含量。同时洗出根系，测定主根长、地上部和地下部干重。株高及主根长采用量测法[18]测定；生物量采取烘干-称重法[19]测定；叶绿素含量采用分光光度法[20]测定。

1.4 数据处理方法

Microsoft Excel 软件绘制表格，用SPSS20.0 统计分析软件对数据进行显著性分析并用Origin 制作变化趋势图。

2 结果与分析

2.1 Cd、Pb 单一及复合胁迫对白花蛇舌草主根长的影响

单一Cd 处理对白花蛇舌草主根长的影响如图1 所示。随着Cd 处理浓度的升高，白花蛇舌草主根长表现出先增大再减小的趋势。当处理水平为C2时，白花蛇舌草主根长显著高于对照11.2%。当处理水平为C3 时，白花蛇舌草主根长显著低于对照21.5%。植物的根是最先接触重金属的部位，本研究表明Cd 对白花蛇舌草主根生长影响规律：低浓度促进，高浓度抑制。

图1 Cd、Pb 单一及其复合污染对白花蛇舌草主根长的影响Figure 1 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the root length of Herba Hedyotis

单一Pb 处理对白花蛇舌草主根长的影响如图1 所示。随着Pb 处理浓度的升高，白花蛇舌草主根长表现出先增大再减小的趋势。当处理水平为P2时，白花蛇舌草主根长显著高于对照13.2%。当处理水平为P3 时，主根长显著低于对照11.3%。当处理水平为P2 时，主根长达到最大值5.64 cm。本研究表明Pb 对白花蛇舌草主根生长影响规律：低浓度促进，高浓度抑制。

Cd、Pb 复合污染时，在同一Pb 处理中加入Cd对白花蛇舌草主根长影响，如图1 所示。处理浓度为P1 时添加Cd 处理，随着Cd 浓度的升高，白花蛇舌草主根长不断减小；处理浓度为P2 时添加Cd 处理，随着Cd 浓度的升高，主根长分别降至对照的87.1%和78.4%；处理浓度为P3 时添加Cd 处理，随着Cd 浓度的升高，白花蛇舌草主根长先增大后减小，主根长最低值降至对照68.3%。可以看出Cd-Pb复合处理对主根生长的胁迫作用大于单一处理。Cd、Pb 复合污染时，在同一Cd 处理中添加入Pb 对白花蛇舌草主根长的影响如图1 所示。当处理水平为C2P1、C2P2、C3P3，主根长均显著小于同一单一水平，主根长最低值降至对照68.3%。

2.2 Cd、Pb 单一及复合胁迫对白花蛇舌草株高的影响

单一Cd、Pb 处理对白花蛇舌草株高的影响如图2 所示。随着Cd 处理浓度的升高，白花蛇舌草株高不断减小。当处理水平为C2 和P2 时，白花蛇舌草株高显著低于对照15.8%和13.8%。当处理水平为C3 和P3 时，白花蛇舌草株高显著低于对照34.5%和24.8%。本研究表明单一Cd、Pb 对白花蛇舌草株高生长影响规律：抑制作用随浓度的增大而增强。

Cd、Pb 复合污染时，在同一Pb 处理中加入Cd对白花蛇舌草株高影响，如图2 所示。处理浓度为P1、P2、P3 时添加Cd 处理，随着Cd 浓度的升高，白花蛇舌草株高不断减小。Cd、Pb 复合污染时，在同一Cd 处理中添加入Pb 对白花蛇舌草株高影响，如图2 所示。处理浓度为C1 时添加Pb 处理，随着Pb 浓度的升高，白花蛇舌草株高不断减小；处理浓度为C2、C3 时添加P2 处理，白花蛇舌草株高变化不显著，添加P3 处理时，株高显著低于对照37.2%和29.8%。研究表明Cd-Pb 复合处理对株高生长的胁迫作用大于同一水平的单一处理。

图2 Cd，Pb 单一及其复合污染对白花蛇舌草株高的影响Figure 2 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the height of Herba Hedyotis

2.3 Cd、Pb 单一及复合胁迫对白花蛇舌草生物量的影响

单一Cd、Pb 处理对白花蛇舌草生物量的影响如图3 所示。随着Cd 处理浓度的升高，白花蛇舌草生物量呈先增大后减小的趋势。当处理水平为C1、P1 时，白花蛇舌草生物量与对照差异不显著，当处理水平为C2、P2 时，白花蛇舌草主根长显著高于对照15.07%和17.78%。当处理水平为C3、P3 时，单一处理的生物量显著低于对照，仅为对照的81.27%和83.23%。本研究表明单一Cd、Pb 对白花蛇舌草生物量生长影响规律：低浓度促进，高浓度抑制。

Cd、Pb 复合污染时，在同一Pb 处理中添加入Cd 对白花蛇舌草生物量的影响如图3 所示。处理浓度为P1、P2 时添加C1 处理，生物量变化不显著；处理浓度为P1、P2 时添加Cd2 处理，生物量显著低于对照；处理浓度为P1、P2 时添加C3 处理，生物量变化不显著；处理浓度为P3 时添加Cd，生物量随浓度的增大先增大后减小。Cd、Pb 复合污染时，在同一Cd 处理中添加入Pb 对白花蛇舌草生物量的影响如图2 所示。处理浓度为C2 时添加P2 处理，生物量显著小于对照，降至对照的70.34%；处理浓度为C1、C3 时添加Pb 处理，随着Pb 浓度的升高，生物量先增大后减小，最低降至对照的45.13%。可以看出Cd-Pb 复合处理对生物量的胁迫作用大于同一水平的单一处理。

2.4 Cd、Pb 单一及复合胁迫对白花蛇舌草叶绿素含量的影响

从图4 可以看出，单一Pb 处理时，C2、C3 处理分别显著降至对照的84.14%和73.18%，表现出叶绿素含量在单一Cd 处理下随Cd 浓度的增大而降低。单一Pb 处理时，P2 处理叶绿素含量比对照高出18.14%；P3 处理时，叶绿素含量显著低于对照，仅为对照的75.77%。本研究表明Pb 对白花蛇舌草叶绿素含量生长影响规律：低浓度促进，高浓度抑制。

Cd、Pb 复合污染时，在同一Pb 处理中添加入Cd 对白花蛇舌草叶绿素含量的影响如图4 所示。处理浓度为P1、P2 时添加Cd1、C2 处理，叶绿素含量变化不显著，添加C3 处理时叶绿素含量变化显著低于对照；处理浓度为P3 时添加Cd 处理，叶绿素含量随浓度的增大呈先增大后减小的趋势，叶绿素含量最大值比对照高出14.74%。Cd、Pb 复合污染时，在同一Cd 处理中添加入Pb 对白花蛇舌草叶绿素含量的影响如图4 所示。处理浓度为C1、C2、C3时添加Pb 处理，随着Pb 浓度的升高，叶绿素含量先增大后减小，最低降至对照的45.13%。

图3 Cd，Pb 单一及其复合污染对白花蛇舌草生物量的影响Figure 3 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the biomass of Herba Hedyotis

图4 Cd，Pb 单一及复合胁迫白花蛇舌草叶绿素含量的影响Figure 4 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the phlorophyll of Herba Hedyotis

2.5 相关分析

Cd，Pb 胁迫对白花蛇舌草生长状况影响的相关系数如表3 所示。从表3 可以看出，Cd 与Pb 胁迫对白花蛇舌草株高呈极显著负相关（P＜0.01），Cd 胁迫对白花蛇舌草叶绿素含量呈极显著负相关（P＜0.01）。

表3 Cd，Pb 胁迫对白花蛇舌草生长状况影响的相关系数Table 3 Correlation coefficients of Cd，Pb stress on the growth of Hedyotis diffusa Willd

3 讨论

赵杨迪等[21]发现在Cd-Pb 复合处理各浓度下花叶冷水花的生长受到的抑制作用随浓度的增高而增大，Cd-Pb 复合处理对植物生长的影响表现为协同作用；WANG H.[22]研究发现Cd、Pb 和Pu 复合污染对水稻生长发育的影响大于单一污染。可见重金属在复合胁迫情况下对植物的生长状态负面影响较大，且大于单一污染的情况。而在本试验中，当Cd-Pb 复合处理时，白花蛇舌草的主根长、株高、生物量显著低于对照，且处理浓度越大，下降越明显，说明Cd-Pb 复合处理对白花蛇舌草主根长、株高和生物量的抑制作用随浓度的增高而增强；Cd-Pb 复合处理下各项指标显著低于同水平单一处理，说明Cd-Pb 复合处理对主根长、株高和生物量的胁迫作用比同水平单一处理更强，这符合前人的研究，因此我们在种植、培育白花蛇舌草时应尽量避免多种重金属的污染，保持单一重金属胁迫时更易处理且胁迫作用较低。

季丽英等[23]发现低浓度的Cd 或Pb 对油菜促进根系生长的作用，高浓度的Cd 或Pb 有抑制根系生长的作用。而在本试验中，当处理水平为C2 和P2时，主根长度显著大于对照；当处理水平为C3 和P3 时，主根长度显著小于对照；白花蛇舌草的主根长度随着Cd、Pb 单一处理浓度的升高，呈先增大后减小的趋势，说明低浓度的Cd 或Pb 有促进根系生长的作用，高浓度的Cd 或Pb 有抑制根系生长的作用。杨家玲等[24]发现Cd 或Pb 单一及复合对广西莪术生物量的抑制作用随处理浓度的增加而增强。而在本试验中，当处理水平为C2、P2、C3 和P3 时，生物量显著低于对照，且浓度越大，生物量越小，说明单一Cd 或Pb 对生物量有抑制作用，且这种抑制作用随着处理浓度的增加而增大。何舞等[25]发现Cd、Pb、Hg 污染对蕹菜生物量的生成具有“低抑高促”现象。而在本试验中，当处理水平为C2 和P2 时，生物量显著高于对照；当处理水平为C3 和P3 时，单一处理的生物量显著低于对照。Cd、Pb 单一处理对白花蛇舌草的生物量影响随着处理浓度的增加呈现先上升后下降的趋势，说明低浓度的Cd 或Pb 有促进作用，高浓度的Cd 或Pb 有抑制作用。这与朱娜、李富荣等[26]关于铅镉复合污染对不同品种蕹菜生长和重金属累积特性的影响研究结果一致。因此我们发现，在追求植物主根长及生物量的情况下，在保证中草药质量安全的浓度范围内，一定浓度的Cd、Pb 能够促进白花蛇舌草根系的生长以及生物量的增加。

王慧忠、张金彪等[27-28]的研究表明，Cd 胁迫会破坏叶片的叶绿素结构，降低叶绿素含量，阻碍植物正常的生长发育。而在本试验中，当处理水平为P2时，叶绿素含量显著高于对照，当处理水平为P3时，叶绿素含量显著低于对照；Cd、Pb 复合污染时，在同一P2 处理中添加入Cd，白花蛇舌草叶绿素含量的影响显著高于对照，表现为低浓度有促进作用；在同一P3 处理中添加入Cd，叶绿素含量显著低于对照，表现为高浓度有抑制作用；Cd、Pb 复合处理时，白花蛇舌草的叶绿素含量的影响随着浓度的增加呈现先上升后下降的趋势。这与夏红霞、姜志艳、熊勇等[29-31]关于低Pb 浓度胁迫促进叶绿素含量增加的研究结果一致。值得一提的是P2C2、P2C3 和P3C1 复合处理下白花蛇舌草叶绿素含量比Cd 单一处理还高，可能是复合处理中Pb 的促进作用大于Cd 的抑制作用。因此合理运用最适宜且安全的Pb 浓度范围，就能促进白花蛇舌草叶绿素含量增加，在一定情况下促进其生长。

Cd-Pb 复合处理对白花蛇舌草的主根长、株高、生物量等生长状况的胁迫作用呈显著负相关（P＜0.05）；Cd、Pb 单一处理对白花蛇舌草的主根长、生物量等生长状况作用呈显著相关（P＜0.05），且低浓度时呈正相关，高浓度时呈负相关；Pb 单一处理对白花蛇舌草的叶绿素含量作用呈显著相关（P＜0.05），且低浓度时呈正相关，高浓度时呈负相关。

当处理水平为C2、P2 时，白花蛇舌草的生长状况部分相关指标显著高于对照，当处理水平为C3、P3 时，白花蛇舌草的生长状况相关指标都显著低于对照；研究表明Pb 单一污染不危害白花蛇舌草生物量、株高、主根长等生长状况的最大浓度，即质量危害底数分布在100～200 mg/L 范围内，Cd 单一污染对白花蛇舌草质量安全危害底数分布在10～20 mg/L 范围内。欲摸清Cd、Pb 污染对白花蛇舌草质量安全危害底数的精确大小还需设置更细致的浓度梯度进行下一步试验。

4 结论

①Cd-Pb 复合处理对白花蛇舌草的主根长、株高、生物量等生长状况的胁迫作用比同水平单一处理更强。

②Cd、Pb 单一处理时，白花蛇舌草的主根长、生物量等生长状况表现为低浓度促进，高浓度抑制；Pb 单一处理，白花蛇舌草的叶绿素含量表现为低浓度促进，高浓度抑制。

③白花蛇舌草所处环境中Pb 浓度位于100～200 mg/L 范围内，Cd 浓度位于10～20 mg/L 范围内时，能正常生长；高于此浓度将显著降低植株的生物量、株高、主根长等生长指标。