孫博文，王乾鑫，楊遠祥，程 章，楊占彪，朱雪梅

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，成都 611130）

中藥在生活中應(yīng)用廣泛，但中藥的重金屬超標(biāo)事件常見報道，嚴(yán)重制約中藥的出口[1]。單純的Cd或Pb 很少出現(xiàn)在自然界中，Cd、Pb 總是伴生于鉛銅鋅礦與鉛鋅礦中[2]，Cd、Pb 的單一及復(fù)合污染研究有較大理論和實踐價值[3]。鄒耀華等[4]在2011 年對“浙八味”的研究發(fā)現(xiàn)有的中藥材中重金屬含量甚至超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍；楊春等[5]評價了黔東南州9 種中藥材重金屬污染情況，其中7 個品種重金屬超標(biāo)；王牧博等[6]測定了紅花、金銀花、山楂等10 種中藥材，其中9 種中藥材超標(biāo)。趙連華等[7]統(tǒng)計出我國中藥材中重金屬污染情況中Pb、Cd、Hg、As、Cu 的超標(biāo)率分別為9.66%、26.35%、13.0%、9.32%、16.09%，Cd 是這5 種重金屬中超標(biāo)最為嚴(yán)重的金屬。重金屬問題已成為阻礙我國中醫(yī)藥走向世界的主要問題[8]，藥材中重金屬主要來源于種植環(huán)境[9]，因此準(zhǔn)確檢測和限定重金屬的量是保障人民用藥安全，促進中藥走向國際化的關(guān)鍵[10]。李璇等[11]考察了土壤銅污染對青蒿生長及青蒿素含量的影響；張旭等[12]研究了不同水平鎘污染對南板藍根中主要養(yǎng)分含量的影響影響。

近年來臨床應(yīng)用證明白花蛇舌草具有顯著的抗菌、抗病毒、抗癌療效，具有較高的醫(yī)療價值[13]。目前對白花蛇舌草的研究主要集中在生物學(xué)特性和栽培技術(shù)的研究[14]，以及藥理成分和臨床應(yīng)用等方面的研究[15]，而關(guān)于白花蛇舌草重金屬污染研究較少，張瑜等[16]測定了白花蛇舌草中重金屬的含量，但有關(guān)Cd、Pb 對白花蛇舌草的影響尤其對其生長狀況影響的研究尚未見報道。

鑒此，本研究采用人工控制性水培試驗，在保證質(zhì)量安全的條件下，研究Cd、Pb 單一及復(fù)合脅迫對白花蛇舌草株高、主根長、生物量、葉綠素含量等生長狀況的影響規(guī)律，以期摸清白花蛇舌草在重金屬污染條件的生長狀況基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和質(zhì)量安全危害底數(shù)，從而為白花蛇舌草安全種植提供一定指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試植物：白花蛇舌草（Hedyotisdiffusa），種子通過集市采購。

供試燒杯：購買于萬科公司，規(guī)格是500 mL，48 個。

供試定植板：購買于萬科公司，規(guī)格是1 cm厚，材質(zhì)為PU 海綿。

供試營養(yǎng)液：Hoaglands（霍格蘭氏）營養(yǎng)液，如表1，pH 值為6.0。

表1 植株培養(yǎng)液的配制表Table 1 Nutritional solution of plant culture in the experiment

1.2 試驗設(shè)計與處理

1.2.1 植物材料培育

種子處理：挑選0.5 kg 籽粒飽滿的白花蛇舌草種子均勻地攤在木板上連曬2～3 d；將曬好后的種子用紗布包好，放在水溫30 ℃的純凈水中浸種10 h 左右；再用0.1%～1%濃度的H2O2溶液進行消毒處理，浸泡5 h 左右。

幼苗培育：選擇肥沃、排水良好、土層較厚、土質(zhì)疏松的砂質(zhì)壤土和附近有水源的地塊為育苗地，翻地作畦，畦寬1.3 m，長度約8 m，四周開好排水溝，以利排水。于3 月中旬，按行距10 cm 播種，播前將種子按一定比例與細紗混合均勻，撒入溝內(nèi)；播后覆蓋一薄層過篩細土，用細噴壺澆透，畦面上覆蓋遮陽網(wǎng)保溫保濕。培育階段按時澆水，保持畦面濕潤，當(dāng)幼苗高達8～10 cm 時，小苗帶土挖取移栽。

營養(yǎng)液培育：將帶土的白花蛇舌草幼苗用較緩的水流洗凈，移栽至裝有適量營養(yǎng)液的燒杯中，用定植板固定，一部分根系插入營養(yǎng)液，一部分根系在營養(yǎng)液面和定植板之間的空隙中氣生，每個燒杯移栽幼苗6 株，共48 個燒杯，將各燒杯放在自然條件下，燒杯之間的距離為15 cm，完全隨機擺放，在整個生長過程中不定期的交換燒杯位置以減弱邊際效應(yīng)的影響。在培養(yǎng)過程中，注意保持溫度濕度，使其最適合植株的生長，每3 天按水培作物對養(yǎng)分的需求追加營養(yǎng)液，注意病蟲害及時防治，培養(yǎng)時間為20 d。

1.2.2 重金屬處理

本試驗在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護人體健康的前提下，根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的土壤限制值[17]，按預(yù)先設(shè)置的濃度（表2）將各重金屬分別以CdCl2·2.5H2O、Pb（NO）3等金屬鹽用去離子水完全溶解到特定濃度后污染水培環(huán)境，模擬含有不同梯度濃度的重金屬環(huán)境，共16 個濃度，每種濃度為一組，每組設(shè)置3 個重復(fù)組，共48 個燒杯。

表2 水培試驗處理設(shè)計表Table 2 Hydroponic test treatment design mg·L-1

1.3 樣品處理及測定

在重金屬污染條件下生長20 d 后取植株相同部位莖葉，用蒸餾水洗凈、揩干，用于測定葉綠素含量。同時洗出根系，測定主根長、地上部和地下部干重。株高及主根長采用量測法[18]測定；生物量采取烘干-稱重法[19]測定；葉綠素含量采用分光光度法[20]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

Microsoft Excel 軟件繪制表格，用SPSS20.0 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析并用Origin 制作變化趨勢圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、Pb 單一及復(fù)合脅迫對白花蛇舌草主根長的影響

單一Cd 處理對白花蛇舌草主根長的影響如圖1 所示。隨著Cd 處理濃度的升高，白花蛇舌草主根長表現(xiàn)出先增大再減小的趨勢。當(dāng)處理水平為C2時，白花蛇舌草主根長顯著高于對照11.2%。當(dāng)處理水平為C3 時，白花蛇舌草主根長顯著低于對照21.5%。植物的根是最先接觸重金屬的部位，本研究表明Cd 對白花蛇舌草主根生長影響規(guī)律：低濃度促進，高濃度抑制。

圖1 Cd、Pb 單一及其復(fù)合污染對白花蛇舌草主根長的影響Figure 1 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the root length of Herba Hedyotis

單一Pb 處理對白花蛇舌草主根長的影響如圖1 所示。隨著Pb 處理濃度的升高，白花蛇舌草主根長表現(xiàn)出先增大再減小的趨勢。當(dāng)處理水平為P2時，白花蛇舌草主根長顯著高于對照13.2%。當(dāng)處理水平為P3 時，主根長顯著低于對照11.3%。當(dāng)處理水平為P2 時，主根長達到最大值5.64 cm。本研究表明Pb 對白花蛇舌草主根生長影響規(guī)律：低濃度促進，高濃度抑制。

Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Pb 處理中加入Cd對白花蛇舌草主根長影響，如圖1 所示。處理濃度為P1 時添加Cd 處理，隨著Cd 濃度的升高，白花蛇舌草主根長不斷減??；處理濃度為P2 時添加Cd 處理，隨著Cd 濃度的升高，主根長分別降至對照的87.1%和78.4%；處理濃度為P3 時添加Cd 處理，隨著Cd 濃度的升高，白花蛇舌草主根長先增大后減小，主根長最低值降至對照68.3%?？梢钥闯鯟d-Pb復(fù)合處理對主根生長的脅迫作用大于單一處理。Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Cd 處理中添加入Pb 對白花蛇舌草主根長的影響如圖1 所示。當(dāng)處理水平為C2P1、C2P2、C3P3，主根長均顯著小于同一單一水平，主根長最低值降至對照68.3%。

2.2 Cd、Pb 單一及復(fù)合脅迫對白花蛇舌草株高的影響

單一Cd、Pb 處理對白花蛇舌草株高的影響如圖2 所示。隨著Cd 處理濃度的升高，白花蛇舌草株高不斷減小。當(dāng)處理水平為C2 和P2 時，白花蛇舌草株高顯著低于對照15.8%和13.8%。當(dāng)處理水平為C3 和P3 時，白花蛇舌草株高顯著低于對照34.5%和24.8%。本研究表明單一Cd、Pb 對白花蛇舌草株高生長影響規(guī)律：抑制作用隨濃度的增大而增強。

Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Pb 處理中加入Cd對白花蛇舌草株高影響，如圖2 所示。處理濃度為P1、P2、P3 時添加Cd 處理，隨著Cd 濃度的升高，白花蛇舌草株高不斷減小。Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Cd 處理中添加入Pb 對白花蛇舌草株高影響，如圖2 所示。處理濃度為C1 時添加Pb 處理，隨著Pb 濃度的升高，白花蛇舌草株高不斷減?。惶幚頋舛葹镃2、C3 時添加P2 處理，白花蛇舌草株高變化不顯著，添加P3 處理時，株高顯著低于對照37.2%和29.8%。研究表明Cd-Pb 復(fù)合處理對株高生長的脅迫作用大于同一水平的單一處理。

圖2 Cd，Pb 單一及其復(fù)合污染對白花蛇舌草株高的影響Figure 2 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the height of Herba Hedyotis

2.3 Cd、Pb 單一及復(fù)合脅迫對白花蛇舌草生物量的影響

單一Cd、Pb 處理對白花蛇舌草生物量的影響如圖3 所示。隨著Cd 處理濃度的升高，白花蛇舌草生物量呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)處理水平為C1、P1 時，白花蛇舌草生物量與對照差異不顯著，當(dāng)處理水平為C2、P2 時，白花蛇舌草主根長顯著高于對照15.07%和17.78%。當(dāng)處理水平為C3、P3 時，單一處理的生物量顯著低于對照，僅為對照的81.27%和83.23%。本研究表明單一Cd、Pb 對白花蛇舌草生物量生長影響規(guī)律：低濃度促進，高濃度抑制。

Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Pb 處理中添加入Cd 對白花蛇舌草生物量的影響如圖3 所示。處理濃度為P1、P2 時添加C1 處理，生物量變化不顯著；處理濃度為P1、P2 時添加Cd2 處理，生物量顯著低于對照；處理濃度為P1、P2 時添加C3 處理，生物量變化不顯著；處理濃度為P3 時添加Cd，生物量隨濃度的增大先增大后減小。Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Cd 處理中添加入Pb 對白花蛇舌草生物量的影響如圖2 所示。處理濃度為C2 時添加P2 處理，生物量顯著小于對照，降至對照的70.34%；處理濃度為C1、C3 時添加Pb 處理，隨著Pb 濃度的升高，生物量先增大后減小，最低降至對照的45.13%?？梢钥闯鯟d-Pb 復(fù)合處理對生物量的脅迫作用大于同一水平的單一處理。

2.4 Cd、Pb 單一及復(fù)合脅迫對白花蛇舌草葉綠素含量的影響

從圖4 可以看出，單一Pb 處理時，C2、C3 處理分別顯著降至對照的84.14%和73.18%，表現(xiàn)出葉綠素含量在單一Cd 處理下隨Cd 濃度的增大而降低。單一Pb 處理時，P2 處理葉綠素含量比對照高出18.14%；P3 處理時，葉綠素含量顯著低于對照，僅為對照的75.77%。本研究表明Pb 對白花蛇舌草葉綠素含量生長影響規(guī)律：低濃度促進，高濃度抑制。

Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Pb 處理中添加入Cd 對白花蛇舌草葉綠素含量的影響如圖4 所示。處理濃度為P1、P2 時添加Cd1、C2 處理，葉綠素含量變化不顯著，添加C3 處理時葉綠素含量變化顯著低于對照；處理濃度為P3 時添加Cd 處理，葉綠素含量隨濃度的增大呈先增大后減小的趨勢，葉綠素含量最大值比對照高出14.74%。Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一Cd 處理中添加入Pb 對白花蛇舌草葉綠素含量的影響如圖4 所示。處理濃度為C1、C2、C3時添加Pb 處理，隨著Pb 濃度的升高，葉綠素含量先增大后減小，最低降至對照的45.13%。

圖3 Cd，Pb 單一及其復(fù)合污染對白花蛇舌草生物量的影響Figure 3 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the biomass of Herba Hedyotis

圖4 Cd，Pb 單一及復(fù)合脅迫白花蛇舌草葉綠素含量的影響Figure 4 Effect of single Cd，Pb and Cd-Pb combined pollution on the phlorophyll of Herba Hedyotis

2.5 相關(guān)分析

Cd，Pb 脅迫對白花蛇舌草生長狀況影響的相關(guān)系數(shù)如表3 所示。從表3 可以看出，Cd 與Pb 脅迫對白花蛇舌草株高呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），Cd 脅迫對白花蛇舌草葉綠素含量呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）。

表3 Cd，Pb 脅迫對白花蛇舌草生長狀況影響的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients of Cd，Pb stress on the growth of Hedyotis diffusa Willd

3 討論

趙楊迪等[21]發(fā)現(xiàn)在Cd-Pb 復(fù)合處理各濃度下花葉冷水花的生長受到的抑制作用隨濃度的增高而增大，Cd-Pb 復(fù)合處理對植物生長的影響表現(xiàn)為協(xié)同作用；WANG H.[22]研究發(fā)現(xiàn)Cd、Pb 和Pu 復(fù)合污染對水稻生長發(fā)育的影響大于單一污染?？梢娭亟饘僭趶?fù)合脅迫情況下對植物的生長狀態(tài)負面影響較大，且大于單一污染的情況。而在本試驗中，當(dāng)Cd-Pb 復(fù)合處理時，白花蛇舌草的主根長、株高、生物量顯著低于對照，且處理濃度越大，下降越明顯，說明Cd-Pb 復(fù)合處理對白花蛇舌草主根長、株高和生物量的抑制作用隨濃度的增高而增強；Cd-Pb 復(fù)合處理下各項指標(biāo)顯著低于同水平單一處理，說明Cd-Pb 復(fù)合處理對主根長、株高和生物量的脅迫作用比同水平單一處理更強，這符合前人的研究，因此我們在種植、培育白花蛇舌草時應(yīng)盡量避免多種重金屬的污染，保持單一重金屬脅迫時更易處理且脅迫作用較低。

季麗英等[23]發(fā)現(xiàn)低濃度的Cd 或Pb 對油菜促進根系生長的作用，高濃度的Cd 或Pb 有抑制根系生長的作用。而在本試驗中，當(dāng)處理水平為C2 和P2時，主根長度顯著大于對照；當(dāng)處理水平為C3 和P3 時，主根長度顯著小于對照；白花蛇舌草的主根長度隨著Cd、Pb 單一處理濃度的升高，呈先增大后減小的趨勢，說明低濃度的Cd 或Pb 有促進根系生長的作用，高濃度的Cd 或Pb 有抑制根系生長的作用。楊家玲等[24]發(fā)現(xiàn)Cd 或Pb 單一及復(fù)合對廣西莪術(shù)生物量的抑制作用隨處理濃度的增加而增強。而在本試驗中，當(dāng)處理水平為C2、P2、C3 和P3 時，生物量顯著低于對照，且濃度越大，生物量越小，說明單一Cd 或Pb 對生物量有抑制作用，且這種抑制作用隨著處理濃度的增加而增大。何舞等[25]發(fā)現(xiàn)Cd、Pb、Hg 污染對蕹菜生物量的生成具有“低抑高促”現(xiàn)象。而在本試驗中，當(dāng)處理水平為C2 和P2 時，生物量顯著高于對照；當(dāng)處理水平為C3 和P3 時，單一處理的生物量顯著低于對照。Cd、Pb 單一處理對白花蛇舌草的生物量影響隨著處理濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，說明低濃度的Cd 或Pb 有促進作用，高濃度的Cd 或Pb 有抑制作用。這與朱娜、李富榮等[26]關(guān)于鉛鎘復(fù)合污染對不同品種蕹菜生長和重金屬累積特性的影響研究結(jié)果一致。因此我們發(fā)現(xiàn)，在追求植物主根長及生物量的情況下，在保證中草藥質(zhì)量安全的濃度范圍內(nèi)，一定濃度的Cd、Pb 能夠促進白花蛇舌草根系的生長以及生物量的增加。

王慧忠、張金彪等[27-28]的研究表明，Cd 脅迫會破壞葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)，降低葉綠素含量，阻礙植物正常的生長發(fā)育。而在本試驗中，當(dāng)處理水平為P2時，葉綠素含量顯著高于對照，當(dāng)處理水平為P3時，葉綠素含量顯著低于對照；Cd、Pb 復(fù)合污染時，在同一P2 處理中添加入Cd，白花蛇舌草葉綠素含量的影響顯著高于對照，表現(xiàn)為低濃度有促進作用；在同一P3 處理中添加入Cd，葉綠素含量顯著低于對照，表現(xiàn)為高濃度有抑制作用；Cd、Pb 復(fù)合處理時，白花蛇舌草的葉綠素含量的影響隨著濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。這與夏紅霞、姜志艷、熊勇等[29-31]關(guān)于低Pb 濃度脅迫促進葉綠素含量增加的研究結(jié)果一致。值得一提的是P2C2、P2C3 和P3C1 復(fù)合處理下白花蛇舌草葉綠素含量比Cd 單一處理還高，可能是復(fù)合處理中Pb 的促進作用大于Cd 的抑制作用。因此合理運用最適宜且安全的Pb 濃度范圍，就能促進白花蛇舌草葉綠素含量增加，在一定情況下促進其生長。

Cd-Pb 復(fù)合處理對白花蛇舌草的主根長、株高、生物量等生長狀況的脅迫作用呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；Cd、Pb 單一處理對白花蛇舌草的主根長、生物量等生長狀況作用呈顯著相關(guān)（P＜0.05），且低濃度時呈正相關(guān)，高濃度時呈負相關(guān)；Pb 單一處理對白花蛇舌草的葉綠素含量作用呈顯著相關(guān)（P＜0.05），且低濃度時呈正相關(guān)，高濃度時呈負相關(guān)。

當(dāng)處理水平為C2、P2 時，白花蛇舌草的生長狀況部分相關(guān)指標(biāo)顯著高于對照，當(dāng)處理水平為C3、P3 時，白花蛇舌草的生長狀況相關(guān)指標(biāo)都顯著低于對照；研究表明Pb 單一污染不危害白花蛇舌草生物量、株高、主根長等生長狀況的最大濃度，即質(zhì)量危害底數(shù)分布在100～200 mg/L 范圍內(nèi)，Cd 單一污染對白花蛇舌草質(zhì)量安全危害底數(shù)分布在10～20 mg/L 范圍內(nèi)。欲摸清Cd、Pb 污染對白花蛇舌草質(zhì)量安全危害底數(shù)的精確大小還需設(shè)置更細致的濃度梯度進行下一步試驗。

4 結(jié)論

①Cd-Pb 復(fù)合處理對白花蛇舌草的主根長、株高、生物量等生長狀況的脅迫作用比同水平單一處理更強。

②Cd、Pb 單一處理時，白花蛇舌草的主根長、生物量等生長狀況表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度抑制；Pb 單一處理，白花蛇舌草的葉綠素含量表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度抑制。

③白花蛇舌草所處環(huán)境中Pb 濃度位于100～200 mg/L 范圍內(nèi)，Cd 濃度位于10～20 mg/L 范圍內(nèi)時，能正常生長；高于此濃度將顯著降低植株的生物量、株高、主根長等生長指標(biāo)。