朱四喜等

摘要：在小型模擬人工濕地系統(tǒng)中，以中藥廢水脅迫處理再力花（Thalia dealbata），研究其對(duì)再力花生理生化特性的影響。結(jié)果表明，中藥廢水脅迫下再力花葉片葉綠素a、葉綠素b含量及總量均顯著降低。隨廢水濃度的增加，葉片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性均先增后降，而維生素C、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量均顯著降低，谷胱甘肽（GSH）含量明顯增加。另外，在中藥廢水脅迫下再力花葉片根系活力（TTC）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性均顯著降低，而超氧化物歧化酶（SOD）活性顯著升高。表明再力花對(duì)中藥廢水具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和耐污能力，可以作為人工濕地處理中藥廢水的主要植物之一。

關(guān)鍵詞：再力花（Thalia dealbata）；中藥廢水；環(huán)境脅迫；生理生化指標(biāo)；人工濕地

中圖分類號(hào)：Q945.78；S682.1+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）13-3070-04

Effects of Wastewater of Traditional Chinese Medicine on Physiological and Biochemical Characters of Thalia Dealbata

ZHU Si-xi1，WANG Feng-you1，YANG Xiu-qing1，ZHANG Jian-min2，SU Chun-hua1，WU Yun-jie1

（1. College of Chemistry and Environmental Science， Guizhou Minzu University， Guiyang 550025， China；

2. Guiyang Engineering Corporation Limited， Guiyang 550081， China）

Abstract： Effects of wastewater of traditional Chinese medicine on physiological and biochemical characters of Thalia dealbata were investigated in simulated constructed wetlands. Results showed that under the stress of wastewater of traditional Chinese medicine， Chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll contents decreased significantly in the leaves of T. dealbata. With the increasing concentration of medicine wastewater， PAL firstly increased and then decreased. The contents of VC， MDA and Pro decreased and GSH increased significantly. The activities of TTC， POD and CAT reduced significantly under the stress of wastewater of traditional Chinese medicine， but the activity of SOD increased significantly. It is indicated that T. dealbata had good adaptability and pollution resistance ability to medicine wastewater. It was an excellent constructed wetland plant in treating wastewater of traditional Chinese medicine.

Key words： Thalia dealbata； traditional Chinese medicine wastewater； environmental stress； physiological and biochemical index； constructed wetlands

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中藥、中成藥制藥企業(yè)得到大力發(fā)展，與此同時(shí)該類企業(yè)排放的廢水已成為嚴(yán)重污染源之一[1]，如何處理難降解中藥廢水是廢水治理中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。同時(shí)，人工濕地污水處理系統(tǒng)具有資金投入低、操作簡(jiǎn)單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，近30年來(lái)在國(guó)內(nèi)外被廣泛運(yùn)用于處理生活污水、暴雨徑流污水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水、酸性礦山廢水以及垃圾滲濾液等[2-4]。因而，有必要研究應(yīng)用人工濕地系統(tǒng)處理中藥廢水的相關(guān)機(jī)制，而適應(yīng)生長(zhǎng)在中藥廢水中濕地植物的選擇與培養(yǎng)是首要解決的難題之一。

再力花（Thalia dealbata）別名水竹芋，是竹芋科再力花屬多年生宿根挺水植物。再力花不僅具備較高的觀賞價(jià)值，而且能夠耐受富營(yíng)養(yǎng)水質(zhì)，吸附重金屬，具有極強(qiáng)的去污能力，常用于人工濕地處理污水[5-7]。為此，在小型模擬人工濕地試驗(yàn)系統(tǒng)中，以中藥廢水進(jìn)行污染脅迫，旨在了解濕地植物再力花的適應(yīng)能力，并研究其生理生化指標(biāo)對(duì)中藥廢水的響應(yīng)機(jī)制，為其在人工濕地植被中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與植物培養(yǎng)

2013年4月初用15個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為70、33、28 cm（內(nèi)徑）的塑料水槽在貴州民族大學(xué)苗圃塑料大棚內(nèi)構(gòu)建了小型模擬人工濕地系統(tǒng)，以細(xì)沙作為栽培基質(zhì)（基質(zhì)高度為20 cm），系統(tǒng)容水量約為17 L。

4月中旬選取活力和大小一致的再力花小植株（從貴陽(yáng)某園林公司購(gòu)買，株高為30～40 cm），置于水槽中培養(yǎng)15 d，以改進(jìn)后的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液[8，9]澆灌，期間發(fā)現(xiàn)死亡的個(gè)體隨時(shí)替換，確保每個(gè)水槽中存活的再力花植株為7～8株。待植物地上部分均重新生長(zhǎng)后，于5月初每個(gè)水槽均加入反應(yīng)罐清洗廢水（取自貴陽(yáng)金關(guān)工業(yè)園區(qū)某中藥制藥廠）。

試驗(yàn)期間（5月初至7月中旬，大棚內(nèi)溫度在18～40 ℃，營(yíng)養(yǎng)液的加入頻次為15 d一次，中藥廢水為20 d一次，每個(gè)水槽的加入量均為4 L/次，同時(shí)，每天不間斷供應(yīng)自來(lái)水，以補(bǔ)充系統(tǒng)內(nèi)的植物蒸發(fā)和蒸騰損失。其中，15個(gè)水槽中的植物分別加入同一制劑批次的第一、第二、第三、第四次洗罐廢水（中藥廢水濃度從高到低，其水質(zhì)指標(biāo)如表1）進(jìn)行污染脅迫培養(yǎng)，每個(gè)濃度3次重復(fù)，以不加中藥廢水的作對(duì)照。

1.2 樣品采集與測(cè)定

于7月中旬，取相同部位、長(zhǎng)勢(shì)和大小一致的再力花葉片和根部，用于測(cè)定再力花的生理生化指標(biāo)。再力花葉片的葉綠素、維生素C、脯氨酸（Pro）、超氧陰離子自由基、谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性，以及根系活力的測(cè)定均參考《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[10]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中，差異顯著性用Tukey檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)顯著性水平α=0.05，且所有數(shù)據(jù)以（均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 中藥廢水脅迫對(duì)再力花葉片葉綠素含量的影響

再力花葉片葉綠素a、葉綠素b含量（含量均以鮮重計(jì)，下同）與總量均隨中藥廢水脅迫濃度的增加而總體呈下降趨勢(shì)（表2）。其中，葉綠素含量與中藥廢水濃度之間呈負(fù)相關(guān)，葉綠素a、b、總量相關(guān)系數(shù)分別為-0.961 5、-0.922 5、-0.936 8，均達(dá)顯著水平。在中藥廢水最高脅迫濃度時(shí)，再力花葉片葉綠素a、b、總量分別只有對(duì)照的37.13%、20.55%和28.42%，此時(shí)外部形態(tài)也發(fā)生了明顯變化，表現(xiàn)為植株變矮，葉片黃化等現(xiàn)象。

在光合作用過(guò)程中，葉綠素b主要進(jìn)行光能的收集，而葉綠素a主要負(fù)責(zé)光能轉(zhuǎn)化，因此，中藥廢水脅迫可能會(huì)影響再力花光能的轉(zhuǎn)化過(guò)程[11]。

2.2 中藥廢水脅迫對(duì)超氧自由基含量、SOD、POD、PAL和CAT活性的影響

與對(duì)照相比，再力花葉片中超氧自由基含量隨廢水濃度的增加先降后增（表3），前2個(gè)處理（第三、四次洗罐水，中藥廢水濃度較低，下同）超氧自由基含量略有降低，而后2個(gè)處理（第一、二洗罐水，中藥廢水濃度較高，下同）含量顯著增加。在中藥廢水脅迫濃度增加的情況下，再力花過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性均顯著降低，而超氧化物歧化酶（SOD）活性顯著增加；再力花葉片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性隨廢水濃度的增加先增后降。

超氧化物歧化酶（SOD）是植物體內(nèi)清除和減少破壞性氧自由基的保護(hù)酶，其活性大小常被用作植株抗氧化能力強(qiáng)弱的指標(biāo)[12]。研究表明，再力花葉片中超氧自由基含量在前2個(gè)處理中相對(duì)于對(duì)照有所降低，可能是由于SOD活性顯著增加抑制了超氧自由基的活性，能及時(shí)清除超氧自由基；隨著中藥廢水脅迫濃度的增加，盡管SOD活性有所增加能清除部分超氧自由基，但是此濃度下的廢水脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的毒害作用使超氧自由基快速增加，最后導(dǎo)致超氧自由基含量顯著升高。同時(shí)，中藥廢水脅迫下再力花過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性均顯著降低，說(shuō)明再力花體內(nèi)多種功能膜及酶活性已受到不同程度的破壞，未能有效解除細(xì)胞內(nèi)有害的自由基以保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而使再力花不能及時(shí)清除體內(nèi)多余的活性氧。

2.3 中藥廢水脅迫對(duì)根系活力與葉片維生素C、GSH、MDA、Pro含量的影響

與對(duì)照相比，在中藥廢水濃度脅迫增加的情況下，再力花根系活力以及維生素C、丙二醛、脯氨酸的含量均顯著降低，而谷胱甘肽含量增加（表4）。

在中藥廢水脅迫下再力花根系活力、丙二醛、脯氨酸含量均顯著降低，這可能是由于再力花未能夠啟動(dòng)根系活力與脯氨酸含量累積機(jī)制來(lái)增強(qiáng)對(duì)中藥廢水脅迫的抗逆性；同時(shí)，丙二醛含量下降可能由于再力花在廢水脅迫下細(xì)胞膜系統(tǒng)并未受到較大的破壞，細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用較小。維生素C 對(duì)于植物抗氧化作用、光合保護(hù)以及調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育等都具有非常重要的作用。有研究表明，隨著鹽濃度的增加，鹽芥所含維生素C量相應(yīng)降低[13]。同樣，研究也表明，在中藥廢水脅迫下再力花葉片維生素C含量也顯著下降。另外，研究表明，中藥廢水脅迫使谷胱甘肽含量顯著增加，能有效清除再力花體內(nèi)的自由基從而減輕毒害，導(dǎo)致植物防御能力增強(qiáng)[14]。

3 小結(jié)與討論

植物葉綠素含量變化是葉片生理生化活性變化的重要指標(biāo)之一，與光合作用大小密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，中藥廢水脅迫下再力花葉片葉綠素a、b含量與總量均顯著下降，其原因可能有兩個(gè)方面：一是廢水脅迫使植物葉綠素生物合成減少，降低葉綠素的生成量；二是廢水脅迫下植物體內(nèi)氧自由基含量上升，從而活性氧氧化作用加強(qiáng)，最后破壞葉綠素。

由于超氧陰離子的累積，導(dǎo)致葉綠素和蛋白質(zhì)降解，而在植物體內(nèi)也存在著清除自由基的酶系統(tǒng)（如SOD、CAT、POD等），對(duì)防止葉片衰老和強(qiáng)光等逆境的脅迫起著重要的保護(hù)作用[15]。在中藥廢水脅迫下，再力花葉片葉綠素含量均有不同程度的下降，并且葉綠素含量與脅迫濃度之間呈顯著負(fù)相關(guān)，表明廢水脅迫導(dǎo)致再力花對(duì)光能的利用效率降低。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）是一種誘導(dǎo)酶，許多環(huán)境條件及植物激素對(duì)PAL活性有不同程度的影響。本文試驗(yàn)表明，PAL活性隨中藥廢水脅迫濃度的增加先增后降，其原因可能是再力花在遭受逆境時(shí)，其防御系統(tǒng)特別是苯丙烷類代謝開始被激活，促使PAL 活性上升以產(chǎn)生較多植保素、木質(zhì)素等來(lái)減少植物所受的傷害[16]。當(dāng)合成較多次生物質(zhì)后，它們也會(huì)反饋抑制PAL活性，以免消耗養(yǎng)分，并防止次生物質(zhì)過(guò)度積累產(chǎn)生毒害。

在中藥廢水脅迫下，再力花根系活力、丙二醛、脯氨酸、維生素C含量均顯著降低，這表明廢水脅迫下細(xì)胞膜系統(tǒng)并未受到較大的破壞，而谷胱甘肽含量的顯著增加能有效清除體內(nèi)的自由基從而減輕毒害。因而，本研究表明再力花在中藥廢水脅迫下具有較強(qiáng)的抗逆性與耐受性，完全可應(yīng)用于多個(gè)濃度中藥廢水的生物降解，并可以作為人工濕地處理中藥廢水的主要植物之一。

參考文獻(xiàn)：

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在中藥廢水脅迫下，再力花根系活力、丙二醛、脯氨酸、維生素C含量均顯著降低，這表明廢水脅迫下細(xì)胞膜系統(tǒng)并未受到較大的破壞，而谷胱甘肽含量的顯著增加能有效清除體內(nèi)的自由基從而減輕毒害。因而，本研究表明再力花在中藥廢水脅迫下具有較強(qiáng)的抗逆性與耐受性，完全可應(yīng)用于多個(gè)濃度中藥廢水的生物降解，并可以作為人工濕地處理中藥廢水的主要植物之一。

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在中藥廢水脅迫下，再力花根系活力、丙二醛、脯氨酸、維生素C含量均顯著降低，這表明廢水脅迫下細(xì)胞膜系統(tǒng)并未受到較大的破壞，而谷胱甘肽含量的顯著增加能有效清除體內(nèi)的自由基從而減輕毒害。因而，本研究表明再力花在中藥廢水脅迫下具有較強(qiáng)的抗逆性與耐受性，完全可應(yīng)用于多個(gè)濃度中藥廢水的生物降解，并可以作為人工濕地處理中藥廢水的主要植物之一。

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