全 文 ：收稿日期:2012-12-21 接受日期:2013-06-26
基金项目:河南省科技厅重点攻关项目(102102310019;122102310170);
河南省科技厅基础前沿计划(112300410075;132300410255);
河南省青年骨干教师计划(2012-704号)
* 通讯作者 Tel:86-378-3880680;E-mail:kangweny@ hotmail． com
天然产物研究与开发 Nat Prod Ｒes Dev 2013，25:1376-1380，1386
文章编号:1001-6880(2013)10-1376-06
重金属胁迫下芫荽生理及挥发性成分变化分析
魏金凤1，2，李光勇3，王俊霞1，康文艺1*
1河南大学中药研究所;2 河南大学民生学院，开封 475004;3 河南医药技师学院，开封 475008
摘 要:采用不同稀释倍数的废旧电池浸出液胁迫芫荽幼苗，测定叶片生理指标的变化，并用顶空固相微萃取
与气质联用技术对芫荽叶中挥发性成分进行分析，研究废旧电池浸出液中重金属对芫荽幼苗生长及挥发性成
分的影响。芫荽幼苗对废电池浸出液具有一定的抗性，高质量分数废电池浸出液对芫荽的生长有一定的抑制
作用;不同稀释倍数的废电池浸出液对芫荽主要挥发性成分影响较大。结果显示废旧电池在水中渗出的化学
物质对芫荽产生较大影响，降低芫荽的食用和药用价值。
关键词:芫荽;重金属胁迫;生理指标;挥发性成分
中图分类号:Ｒ915 文献标识码:A
Analysis of Changes of Physiological Indices and Volatile Constituents
of Coriandrum sativum under Heavy Metal Conditions
WEI Jin-feng1，2，LI Guang-yong3，WANG Jun-xia1，KANG Wen-yi1*
1 Institute of Chinese Materia Medica，Henan University;2Minsheng College，Henan
University，Kaifeng 475004，China;3Henan Pharmaceutical Technician College，Kaifeng 475008，China
Abstract:In this study，the influence of waste batteries lixivium on the seedling growth and volatile constituents of Cori-
andrum sativum was assayed． Different concentrations of waste batteries leaching on the seedling growth were discussed．
Volatile constituents of C． sativum were analyzed by head space solid-phase microextration (HS-SPME)coupled with gas
chromatography-mass spectrometry (GC /MS)． The results indicated that C． sativum showed resistance to heavy metal
pollution，but the high concentration of waste battery lixivium had the inhibitory effect on seedlings growth． The major
volatile constituents of C． sativum changed greatly under heavy metal solution stress． Heavy metal leached by waste bat-
teries had great effect on growth of C． sativum，reducing its value for food and medical purposes．
Key words:Coriandrum sativum;waste battery leaching solution;physiological indices;volatile constituents
芫荽为伞形科植物芫荽(Coriandrum sativum
L．)的带根全草［1］。又名香菜，香荽和胡荽等，一年
生或两年生草本，因其有浓郁香气而得名。我国各
地均有栽培，对磷肥的反应最为敏感，磷肥可提高种
子精油的含量。芫荽味辛，性温。归肺、脾、肝经。
主治风寒感冒，麻疹，痘疹透发不畅，食积气滞，脘腹
胀痛或呕恶，此外，芫荽有升散止痛之功，又有解毒
行散之能。芫荽全草及果实均可入药，茎叶作蔬菜
和调香料，有健胃消食作用;果入药，有驱风、透疹、
健胃、祛痰之效［2］。
国内外对使用不同提取方法所得挥发油的报道
颇多，但还未见用固相微萃取技术提取芫荽挥发性
成分的报道。前人的研究集中在芫荽挥发油体外抗
菌和抗氧化活性方面。周凌霄等［3］对芫荽精油的
研究表明，对大肠杆菌和白葡萄球菌的抑制作用。
J． C． Matasyoh［4］等报道水蒸气蒸馏法所得芫荽挥发
油对 G +金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌以及 G-埃希氏
菌属、沙门氏菌等显示有显著抑菌活性。另有研究
发现，芫荽水提物可减轻抗原虫药物甲硝唑引起的
基因毒害效应［5］。陆占国等［6］报道超声波法和水
蒸气蒸馏法得到的芫荽茎叶精油具有明显地清除亚
硝酸盐作用，水蒸气蒸馏法［7］得到的精油亦具有很
强的清除 DPPH自由基能力，具有很好的抗氧化活
性。
土壤系统中的重金属污染与治理一直是国际上
的难点与热点研究课题［8］。受重金属离子胁迫的
植物可启动多种机制提高对重金属的抗性。从而降
DOI:10.16333/j.1001-6880.2013.10.024
低重金属离子对组织细胞的毒害。植物体内的潜在
机制主要是通过避免重金属离子在细胞内敏感位点
大量积聚，并产生避免重金属离子伤害作用的可溶
性蛋白质，使植物增强伤害躲避能力和自我平衡能
力。过去的研究大多只注重于单个污染物在土壤中
的迁移及对植物生长的影响，随着人们对环境问题
的认识不断深入，研究的重点也转向多种污染物复
合污染的研究。本实验选择的实验材料芫荽不仅有
食用价值，而且有药用价值，因此研究重金属污染对
它的影响是十分有意义的，关系到食品安全及用药
安全。
1 材料与仪器
1． 1 材料
芫荽种子(2011 年 4 月，购于河南省开封市金
明区市场)。
1． 2 仪器
紫外分光光度计、离心机、水浴锅、磁力搅拌器、
酸式滴定管、电感耦合等离子体发射光谱仪(美国
Perkin Elmer公司，Optima 2100 DV) ;6890 N型气相
色谱-5975 型质谱联用仪(美国安捷伦公司) ;手动
固相微萃取进样器和 65 μm 聚二甲基硅氧烷
(PDMS-DVB)萃取头(美国 Supelco 公司) ;C6-C26正
构烷烃标准品(美国 Alfa Aesar公司)。
2 实验方法
2． 1 废电池浸出液的制备
取华太 5 号锌锰干电池若干节，破坏后按 1∶ 20
的固液比加入 Hoagland营养液［9］，溶液用磁力搅拌
器搅拌 48 h，静置 1 d，再搅拌 48 h后，静置 1 d用吸
管取无色透明上清液待实验使用，所得为浸出原液
(以下称原液)。以原液为基础稀释 100、50、10 倍
后得到 3 个梯度质量分数的废旧电池胁迫液。使用
电感耦合等离子体发射光谱仪测得原液中 Cr、Cd、
Co、Ni、Zn、Mn 的含量依次为 8． 8、7． 4、13． 6、7． 8、
478. 4、144． 2 mg /L。
2． 2 幼苗的培养及胁迫
实验于 2011 年 4 月开始进行，将芫荽种子均匀
撒于装土带孔的托盘中，每天光照 12 h，傍晚浇水 1
次，待种子发芽后将植株从盘中脱出，洗净根系，移
至装有蛭石的小盆中，置于托盘中。植株在蛭石中
适应至长势稳定后，改用经 Hoagland营养液稀释不
同倍数的废旧电池胁迫液隔天进行胁迫处理。于每
天上午 9 点浇灌胁迫液，隔天胁迫，共处理 7 次。胁
迫开始后的第 15 d，从植株上剪取中部茎段的叶片
进行各项生理指标的测定。
2． 3 测定方法
参照文献［10］方法，考马斯亮蓝 G-250 法测定可
溶性蛋白含量;硫代巴比妥酸(TBA)法测定过氧化
物脂质 MDA含量;愈创木酚法测定 POD活性;氮蓝
四唑(NBT)还原法测定 SOD活力;磺基水杨酸法测
定游离脯氨酸含量;苯酚法测定可溶性糖含量。参
照文献［11］，高锰酸钾滴定法测定 CAT活力，丙酮-无
水乙醇等体积混合法测定叶绿素含量。
2． 4 实验方案
芫荽幼苗在蛭石中长势稳定之后开始处理，以
Hoagland营养液为对照，废旧电池原液用 Hoagland
营养液分别稀释 100 倍、50 倍和 10 倍 3 个梯度浇
灌，每个处理重复 3 次。
2． 5 挥发性成分的测定
2． 5． 1 挥发性成分的提取
将各试验组芫荽在胁迫开始的第 15 d 拔出，洗
净根系，阴干。使用前先将 SPME 的萃取纤维头在
气相色谱的进样口老化 10 min，老化温度为 250 ℃，
载气体积流量为 1． 0 mL /min。取各组阴干芫荽叶
各 0． 7 g，置于 5 mL的样品瓶中，盖上盖子，插入 65
μm PDMS萃取纤维头，于 80 ℃下顶空取样 30 min
后，立即取出，在气相色谱仪进样口(250 ℃) ，脱附
1 min。
2． 5． 2 GC /MS分析条件
HP-5 MS 石英弹性毛细管柱(30． 0 m × 250
μm，0． 25 μm) ;载气为高纯氦气(99． 999%) ，流速
为 1． 0 mL /min;进样口温度为 250 ℃;色谱柱初始
温度 50 ℃(保持 1． 0 min) ，以 3 ℃ /min 升温至 120
℃(保持 2 min) ，最后以 4 ℃ /min升温至 210 ℃(保
持 10 min)。不分流进样。
质谱条件:电离方式:EI源，电离能量 70 eV;离
子源温度为 250 ℃;四极杆温度 150 ℃;传输线温度
为 280 ℃;四级杆温度为 150 ℃;电子倍增器电压
1765 V。质量扫描范围为 30 ～ 440 amu，谱图检索:
采用 ＲTLPEST3． L 和 NIST05． L进行检索。
2． 5． 3 保留指数测定
按照文献［12］，测定各组分的保留时间，计算出
各组分的 Kovats保留指数。
7731Vol. 25 魏金凤等:重金属胁迫下芫荽生理及挥发性成分变化分析
3 结果与分析
3． 1 生理指标的变化
废电池浸出液胁迫对芫荽幼苗渗透调节物质、
活性氧系统、膜脂过氧化水平等的影响如图 1 ～ 3。
图 1 废电池浸出液胁迫对芫荽幼苗叶片渗透调节物质
含量的影响
Fig. 1 Effect of waste battery lixivium stress on contents of
osmotic adjustment components of seedling leaves of
C． sativum
由图 1 可以看出，随着废电池浸出液稀释倍数
的减小，渗透调节物质可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋
白含量均呈先升后降的趋势，可溶性糖和游离脯氨
酸均在稀释 100 倍组含量达到最大值，分别为对照
组的 1． 24 倍、4． 30 倍，之后迅速下降。可溶性蛋白
含量在稀释 50 倍组含量达到最大值，为对照组的
1． 25 倍，稀释 10 倍组稍有下降。一般认为，重金属
胁迫下植物体内碳水化合物代谢紊乱，蛋白质的代
谢变化也将在一定程度上直接反映植物对重金属胁
迫的抗性适应能力大小，细胞内可溶性胁迫蛋白含
量增加可以使植物组织细胞减轻伤害，也可参与渗
透调节。总观上图，不同浓度废电池浸出液处理组
的渗透调节物质中，可溶性糖和脯氨酸含量变化较
为明显，说明芫荽幼苗中可溶性糖和脯氨酸对重金
属胁迫响应灵敏，芫荽通过积累这些小分子有机化
合物，降低植物体内渗透势，增强植物组织和体细胞
的渗透调节能力，以利于逆境胁迫下维持植物体正
常生长所需水分，稳定生物大分子结构，抵抗重金属
胁迫，在一定程度上减弱重金属对植物体的毒害效
应，提高抗逆性，是芫荽适应重金属胁迫的重要机制
之一。由图 1 看出，各浓度电池浸出液胁迫后，脯氨
酸含量均高于对照组，但污染浓度较高时，脯氨酸及
可溶性糖积累量却与受胁迫浓度呈负相关。说明胁
迫液浓度增加至一定程度时，幼苗抗重金属污染能
力将有所减弱。
图 2 废电池浸出液胁迫对芫荽幼苗叶片活性氧系统
CAT、SOD活力的影响
Fig. 2 Effect of waste battery lixivium stress on CAT and
SOD activities of seedling leaves of C． sativum
图 3 废电池浸出液胁迫对芫荽幼苗叶片 POD 活力及
MDA含量的影响
Fig. 3 Effect of waste battery lixivium stress on MDA content
and POD activity of leaves of C． sativum
活性氧系统及膜脂过氧化水平是植物抗逆性的
重要指标。植物膜保护的三大酶系—SOD、POD 和
CAT是细胞中防止 ＲOS 过量产生的重要抗氧化酶
系统［13］。由图 2、3 可以看出，在废电池浸出液胁迫
诱导下，芫荽幼苗叶片中 SOD、POD 活性变化趋势
一致，随着电池浸出液稀释倍数的减小，即重金属污
染程度的上升，二者活性比对照组明显增加，在稀释
50 倍组，活性达到最大值，分别为对照组的 3． 15
倍、6． 04 倍，再减小稀释倍数至 10 倍，SOD、POD 活
力分别下降至对照组的 2． 47 倍、3． 94 倍，仍显著高
于对照组。CAT活力在稀释 100 倍组最大，为对照
组的 1． 32 倍，随着稀释倍数的减小，CAT 活力依次
为对照组的 107%、96． 41%。抗氧化酶系统中，SOD
是防御活性氧的关键酶，能够歧化超氧阴离子自由
基为 O2 和 H2O2，而 POD和 CAT 则催化 H2O2 形成
H2O和 O2，只有 SOD、POD、CAT 三者协调一致，才
能使植物体内活性氧自由基维持在较低的水平，使
植物进行正常的生长和代谢。在废电池浸出液复合
重金属污染条件下，芫荽叶片中的 SOD、POD 活性
随着稀释倍数的减小，污染程度的加深，活性明显增
8731 天然产物研究与开发 Vol. 25
加，说明这两种酶在芫荽幼苗对复合重金属的抗性
中起到主要作用。MDA含量受 SOD和 POD协同控
制，是反映膜脂过氧化水平的重要指标之一，能与细
胞内各种成分发生反应，引起酶与质膜损伤，MDA
含量变化与膜透性变化呈正相关，反映植物受逆境
伤害的程度［14］，电池浸出液稀释 100 倍、50 倍、10
倍组的 MDA 含量分别是对照组的 165． 82%、
112. 03%、105． 91%。MDA 含量总体呈增加趋势，
说明在复合重金属胁迫下抗氧化酶活性有所增加，
但芫荽幼苗的质膜在一定程度上受损。
3． 2 芫荽叶片中挥发性成分的测定
按 2． 5 所述实验方法和条件，对固相微萃取法
提取的芫荽叶挥发性成分进行 GC /MS分析，计算机
质谱数据系统检索(ＲTLPEST3． L 和 NIST05． L) ，面
积归一化法确定各成分的百分含量，各组分按照从
气相色谱 HP-5MS柱中流出的顺序，结果见表 1。
表 1 不同胁迫处理对芫荽叶中挥发性成分及含量的影响
Table 1 Effect of waste battery lixivium stress on the volatile components of C． sativum leaves
序号
No．
保留指数
KI
化合物
Compound
相对质量分数 Percentage (%)
CK 100 × 50 × 10 ×
1 526． 3938 二甲基硫醚 Dimethyl sulfide 2． 5648 1． 0558 2． 9683 3． 6320
2 653． 1904 异戊醛 Butanal，3-methyl- － 0． 8578 1． 1711 1． 3883
3 663． 8208 α-甲基丁醛 Butanal，2-methyl- 2． 2090 1． 6765 3． 6782 1． 6756
4 899． 5686 壬烷 Nonane － 1． 2253 1． 3930 1． 2240
5 1321． 5346 癸酸甲酯 Decanoic acid，methyl ester － 1． 8385 2． 1255 2． 8622
6 1478． 7104 (E)-β-紫罗酮(E)-β-Ionone 2． 5555 2． 4191 4． 1499 3． 1344
7 1529． 7965 二氢猕猴桃内酯 Dihydroactinidiolide 3． 2420 3． 6989 4． 4494 5． 4939
8 1586． 5299 2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯2，2，4-Trimethyl-1，3-pentanediol diisobutyrate 13． 3561 15． 7732 13． 5568 10． 0569
9 1599． 9966 十六烷 hexadecane 4． 0497 4． 0627 5． 4936 5． 3702
10 1644． 34132，6，11-三甲基十二烷 Dodecane，2，6，11-trimethyl- 1． 0030 0． 6692 1． 9087 1． 2203
11 1657． 4366 4-甲基十六烷 Hexadecane，4-methyl- 2． 0849 1． 6693 1． 6792 2． 5442
12 1663． 6880 2-甲基十六烷 Hexadecane，2-methyl- 1． 9116 1． 5774 1． 5245 2． 3165
13 1670． 8283 3-甲基十六烷 Hexadecane，3-methyl- 1． 5779 1． 4140 1． 4562 1． 7807
14 1700． 3082 十七烷 Heptadecane 6． 3960 5． 8178 6． 2420 9． 0870
15 1743． 0312 6-丙基十三烷 Tridecane，6-propyl- 2． 1892 1． 6613 1． 7302 2． 2789
16 1763． 4642 2-甲基十七烷 Heptadecane，2-methyl- 2． 3121 1． 7829 1． 8064 2． 5297
17 1799． 9963 十八烷 Octadecane 5． 4312 5． 0206 3． 6812 6． 1530
18 1835． 7104 蒎烷 Pinane 6． 2602 8． 9431 8． 9481 9． 3338
19 1840． 9059 植酮 6，10，14-trimethyl-2-Pentadecanone 1． 6653 2． 0442 1． 5902 3． 5659
20 1893． 5037 (Z，Z，Z)-9，12，15-十八碳三烯-1-醇9，12，15-Octadecatrien-1-ol，(Z，Z，Z)- 5． 3476 4． 3325 6． 8445 3． 7559
21 1899． 9961 十九烷 Nonadecane 3． 2205 2． 6602 1． 6410 3． 3050
22 1924． 4849 棕榈酸甲酯 Hexadecanoic acid，methyl ester 6． 8828 5． 9772 5． 0600 4． 5215
23 1962． 9197 n-棕榈酸 n-Hexadecanoic acid － 1． 3667 0． 9073 1． 8874
24 1967． 68134，5-二(甲氨基)芴 4，5-Bis(methylamino)-fluorene 2． 5928 2． 5467 － －
25 1999． 9959 二十烷 Eicosane 1． 8551 2． 7451 0． 5111 1． 6697
26 2090． 4203 亚油酸甲酯 9，12-Octadecadienoic acid
(Z，Z)-，methyl ester 3． 0467 3． 0842 3． 4325 1． 9088
27 2095． 7419 亚麻酸甲酯 9，12，15-Octadecatrienoic acid，methyl ester，(Z，Z，Z)- 4． 2469 4． 8884 6． 4002 2． 6088
28 2106． 3805 植醇 Phytol 4． 8591 3． 3685 3． 3314 5． 5739
总计 Total － － 90． 8600 94． 1767 97． 6804 100． 8782
9731Vol. 25 魏金凤等:重金属胁迫下芫荽生理及挥发性成分变化分析
由表 1 可以看出，芫荽叶的挥发性成分主要以
不饱和脂肪酸酯、饱和烷烃、醛、醇为主。与索氏提
取［15］和超声提取［6］所得精油成分有较大差别。其
中异戊醛、壬烷、癸酸甲酯、n-棕榈酸仅在废电池浸
出液胁迫组中检测到，说明芫荽幼苗在电池浸出液
复合污染条件下，通过自身代谢的调节，合成新的挥
发性成分。4，5-二(甲氨基)芴在对照组及稀释 100
倍组检测得到，稀释 50 倍及 10 倍组，检测不到该组
分。2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯含量最高
(对照组为 13． 36%) ，在受到轻微重金属污染下(稀
释 100 倍 组) ，含 量 有 所 升 高，为 对 照 组 的
118. 10%，随着重金属污染程度的加深，含量下降，
稀释 10 倍组，该组分含量为对照组的 75． 30%。亚
油酸甲酯和亚麻酸甲酯含量的变化均在稀释 50 倍
组达到最大值，分别为对照组的 112． 66%、150． 70%。
由此可知，芫荽幼苗在重金属污染调节下，挥发性成
分的种类及含量会发生一定的变化，从而可能影响
芫荽精油的抗菌、抗氧化等生物活性。
4 结语
本文对废电池浸出液胁迫下的芫荽幼苗从生理
及挥发性成分两个方面综合评价复合重金属污染对
芫荽食用和药用价值的影响。试验选择开始胁迫后
第 15 d测定芫荽叶片中生理指标的变化，在于此时
处于幼苗期的芫荽，不同稀释倍数重金属溶液胁迫
组表观差异明显，与对照组相比，随着胁迫程度加
深，芫荽叶片颜色由嫩绿逐渐转为深绿，叶片萎蔫，
叶面积减小，叶片生长受阻。芫荽在受到重金属胁
迫时，通过主动积累各种渗透调节物质来抵抗逆境，
如芫荽叶中可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量在
受到轻度胁迫时含量升高，亦由本课题组对荆芥的
胁迫研究结果中加以证明［16］。细胞内酶系统总的
变化趋势为合成酶类活性下降，而水解酶类及某些
还原酶类活性增高。植物受到轻中度逆境胁迫时，
保护酶体系的主要酶类超氧化物歧化酶(SOD)、过
氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性上升，重
度逆境胁迫时，其活性将有不同程度下降［17］。本研
究发现，在适度的废电池浸出液胁迫条件下(稀释
100 倍) ，芫荽幼苗抗氧化酶活性增高，清除活性氧
的能力增强;随胁迫液浓度上升，抗氧化酶活性有下
降趋势，且呈浓度依赖性，导致幼苗抵御活性氧能力
减弱，表明芫荽幼苗具有一定的抗重金属污染能力。
另外，某些挥发性成分在对照组中检测不到，却在受
重金属胁迫的芫荽幼苗叶片中检测出来。废旧电池
浸出液中含有多种重金属离子，复合作用十分复杂，
可能因植物组织或部位不同，重金属浓度和比例不
同，引起表观生理指标及挥发性成分含量变化。这
些成分含量的变化表明，芫荽生长在受到较低浓度
重金属离子胁迫时，机体内部通过自身代谢的调节
抵御逆境，及某些特定酶的参与，进而引起芫荽挥发
油中具有天然活性的挥发性成分的变化，其药用价
值是否随之受影响及影响的大小，有待进一步深入
的研究。
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β-D-芸香糖苷、水仙苷、异鼠李素-3-O-β-D-葡萄糖苷
和异鼠李素为共有组分，其中水仙苷的含量最为丰
富。实验结果还表明，组培福建金线莲比野生金线
莲含有的黄酮类组分多且含量大，有替代野生金线
莲潜力。本研究所建立的方法简便快捷，选择性好，
可为金线莲组织培养质量控制提供依据。
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