全 文 :!资源与鉴定!
重金属对膜荚黄芪种子生长及抗氧化系统的影响
杨光! 钱丹! 郭兰萍!! 陈敏! 黄璐琦! 韩晓丽! 周洁
中国中医科学院 中药研究所! 北京 #
摘要发芽势发芽指数幼苗的根长苗鲜重可溶性蛋白抗氧化酶系统电导率等指标进行了测定和分析( 结
果&不同种类及浓度的重金属溶液对黄芪种子的发芽率有抑制作用部分浓度与对照出现显著差异)对黄芪种子的发芽势抑制作用不明显除G]
外$其余均未与数均与金属浓度相关$高浓度重金属与中低浓度及溶性蛋白浓度均有所增加)重金属处理下植物电导率均增加高浓度处理与低浓度及对照间呈显著差异( 结论&重金属对黄 芪种子生长及抗氧化系统存在显著影响(关键词%!重金属)中药)黄芪)种子萌发)抗氧化系统
稿件编号∗(基金项目%!国家自然科学基金项目!)#%+##)国家重点基础研 究发展计划!*%)项目!+$#
的各要素有着广泛的影响( 铜!
金属(
中
随着化肥及农药的使用增加中药种植过程的环境污染风险也不断增加∗+(重金属对植物的影响是广泛的在种子时期重金属可以影响植物种子的萌发及生理代谢相关研
究多集中于小麦%水稻及蔬菜等农作物和经济作物而对药用植物的研究报道较为少见(有关重金属对植物种子萌发及生理指标的影响报道并不一致有
报道认为重金属对种子发芽率没有影响对幼苗的根尖伸长有影响也有报道认为重金属对种子的发 芽率存在影响( 过氧化物酶 GOI!AQC/7RUBSQ和过 氧化氢酶<4N!.B@BVBSQ为植物抗氧化系统的重要 酶但在重金属对植物抗氧系统的作用和敏感性还
存在争议*+5*+ ( 因此研究重金属对中药种子萌发和
生理指标的影响十分必要(
膜荚黄芪 #%&&()*+*,%&-&.+)!ERS?fMDQ 为中药黄芪来源之一( 为我国常用名贵中药材具
有补气固表%利尿之功效( 在作为常用中药的同时 黄芪还作为保健食品广泛应用民间有冬令取黄芪
配成滋补强身之食品的习惯因此黄芪年消耗量十 分庞大( 有报道称黄芪药材存在一定的重金属超标 现象+$$ 年版&中国药典首次对 # 种中药材单品
种进行重金属含量限定$其中就包括黄芪**5$+ ( 因
此$本实验选取黄芪作为研究对象$就有害元素对黄
芪种子及幼苗的生理影响进行研究( 对
指数幼苗根长幼苗重抗氧化系统电导率等进行
了测定( 为重金属对中药材种子萌发期毒性提供了
评价依据对减少中药种植过程中重金属类农药的 使用提供了理论依据( !材料 ]!种子来源!黄芪种子来源为膜荚黄芪#/*+*0 ,%&-&.+)由本课题组成员采于山东种子活力良
好预实验测定种子发芽率约为 (g(
]!培养条件!培养容器为 * 00玻璃培养皿
-*- 第 ) 卷第 * 期 + 年 月 !!!!!! ! ! ! ! !!!!!! ! ! ! ! \/Vf) :SSWQ!*
9B6 + 培养皿洗净后放入 张滤纸后共同放入高压灭菌
锅中+ h灭菌 + 0R2后取出$备用(
铜!
+
-)J
+
O相对分子质量 为 +&f#)铅 G] 采用 G]!;O ) + 相对分子质量为
))f+))镉!)
+
-&J
+
O相对分子 质量为 )(f&%)试剂均为分析纯溶液由蒸馏水配 制空白对照!<[为蒸馏水代替重金属溶液其余 操作相同( 参考相关研究文献每种重金属设置
个浓度按纯重金属浓度计算*%$++ (
$
$
$
$
分别为 ff+#$ 0D- F d )G]组G] $G] + $G] ) $G] & $G] 分别为 + &( 0D-F
d
)
$+
$)
$&
$
分别
为 $+) 0D-Fd( 培养条件为光照恒温 培养箱培养$光照时数 + ? =+& ?$温度恒温 + h$ 培养箱湿度 )$g( !方法 ]!种子萌发指标的测定!以黄芪种芽伸长超过 种子的一半!约 +f 00作为发芽的评价标准$处 理后的第 天开始计数$由预实验可知膜荚黄芪发 芽较快$ 周内基本全部萌发$因此选择测定 % U 发 芽率$选择 ) U测定发芽势( 发芽率 e% U 内正常发芽的种子数=供试种子数 i g)
发芽势 e) U 内正常发芽的种子数=供试种子数 i
g) 发芽指数e 123$其中1为时间内的发芽数$3为 相应的发芽天数!e$+,,%( 种子发芽后测定根尖长度$用电子游标卡尺进 行测量$以幼苗绿色与白色的分界线为根的开始点 进行测定$记录结果( 测定根长后的幼苗放在滤纸 上$用吸水纸轻轻擦去表面水分$分析天平测定幼苗 质量$记录实验数据( ]!幼苗!% U生理指标的测定!GOI的提取和 测定# D叶片加入 $ 00/V-Fd磷酸缓冲液!AJ %f($含 +g的聚乙烯吡咯烷酮$研磨$& h ( C -0R2 d离心 + 0R2上清液定容至 0F( GOI活 性测定按bCBWS和EVQ@.?QC方法进行 ) 0F反应混合 液中含 f+g愈创木酚 f* 0F 00/V-Fd GM8 !AJ%f 0F酶液 f 0Ff)g过氧化氢 0F( 记录 0R2 内 &% 20下的光吸收值变化(
GOI活性!_-Dd-0R2d e
#
#
&% i4 5 26i4 7 i f i *+ ( <4N的提取和测定#取新鲜植物材料+f D加
入 AJ%f( 的磷酸缓冲液少量研磨成匀浆转移至
+ 0F量瓶中用该缓冲液定容& $ C-0R2d离 心 0R2$即得酶提取液( 将提取酶液 + h下预热 后$测定对 J + O + 的催化效率$对照为沸煮酶液( <4N活性!_-Dd-0R2d e # # +&$ i4 5 2$f i 4$ii6 *+ ( 蛋白浓度的测定#按上述酶液提取方法$AJ%f( 磷酸缓冲液提取酶$取适量样品液$根据蛋白质浓 度$磷酸缓冲液适当稀释后$用紫外分光光度法测定 +(+# 20波长下读取吸光度值( 蛋白质含量 e !f&# +(
df%&# +#
i-=样品重i$$g*+ (
电导率的测定#采用电导率测定仪进行测定$取
黄芪幼苗 + j) 个$高纯水冲洗数次后置于 0F离
心管中$加入灭菌高纯水 $ 0F后读取读数 &
$+
h室温静止 )$ 0R2读取读数 &
+
$将离心管置于沸水
浴煮沸 )$ 0R2 后读取 &
)
$按公式计算电导率 e
!&
+
d&
=!&
)
d&
*+
(
]&!数据统计和 8G88 分析!用 8G88 软件进行数
据分析$对不同的处理进行方差齐性检验$并且对指
标进行F8I分析(
&!结果
&]!种子萌发指标的测定结果!
$
G] G]
+
G] +
$)
$
&
$
与<[呈显著差异(
外其余与
<[差异显著( 重金属胁迫下膜荚黄芪种子的前 ) U
发芽势均有降低但降低不显著除 G]
外其余均 与<[未形成显著差异( ) 种重金属的 个浓度均 降低了黄芪种子的发芽指数且均呈显著差异但不 同浓度处理间差异不显著( G] 对种子发芽指数影 响最大与G]其他浓度差异显著( 见表 (
实验过程中发现重金属强烈抑制了黄芪根尖的
生长抑制效果与浓度有关#低浓度重金属抑制作用 不明显根尖有变红的趋势)中浓度的根尖伸长则受
到明显抑制根尖为明显的红色)在高浓度胁迫下
根尖的伸长受到强烈抑制根尖几乎停止生长呈深
棕色见图 ( 通过方差分析可知在
与<[间未形成显著差异$其余均与 <[ 组形成
显著差异(
9B6 + !! 表 !重金属对膜荚黄芪种子萌发指标分析!
8k$$-e&
分组 发芽率 发芽势 发芽指数 根长=.0 苗重=D
B
)&f*% k&f+(
B
%f* k+f)+
B
f& kf$$
B
!
f#+ kf& ] f#) kf*
B
+&f%* k+f+ ] f&( kf#( B f)* kf$$+
B
!
f( kf# ] f% kf
B
+f)) kf(%
]
+f* k+f)# ] f) kf$$
B
!
f#* kf& B f#& kf B +#f)% k&f* ] f( kf&%
]
f)* kf$%
B
!
f#* kf# B f( kf(
B
+)f** k+f**
]
&f& kf*
.
f)* kf$+
B
!
f%) kf# B f#) kf&
B
+%f* k+f& ] +f#( kf)
.
f) kf& ] G] <[ f%) kf)
B
f## kf( B )&f*% k&f+( B %f* k+f)+ B f& kf B !G] f# kf#
]
f#+ kf* B +(f%) k&f%+ ] f* k+f+
]
f)% kf& B !G] + f#+ kf&
].
f#) kf+
B
+(f kf+% ] +f) k+f%( . f)% kf& B !G] ) $f%$ k$f$# B] $f## k$f$ B +(f** k&f+# ] +f*# k+f) ]. $f$)% k$f
B
!G]
&
f#% kf B] f# kf)
B
+#f k&f+*
]
f( kf#* U f) kf) B !G] $f&* k$f$) . $f&$ k$f$ ] (f(& k)f%* . )f+) k$f+( U $f$+% k$f)
]
f%) kf) B f## kf(
B
)&f*% k&f+(
B
%f* k+f)+
B
f& kf$$
B
!
f#( kf# B] f#+ kf%
B
+%f)& k+f)#
]
f+ kf##
]
f)( kf$+
B
!+
f#& kf% ] f# kf&
B
+)f% k+f&
].
*f kf(
]
f)% kf$)
B
!)
f# kf) . f#( kf#
B
++f) kf*
.
#f( kf)(
.
f) kf$+
]
!&
f#& kf+ ] f# kf%
B
+f&& k+f)
].
&f kf( .U f+* kf$$
]
!
f( kf# ]. f* kf
B
+&f* kf#
].
)f)( kf U f+* kf$$)
]
!!注#同一列不同小写字母表示差异显著$9l$f$!表 + 同(
图 !不同处理下的黄芪幼苗形态
显著( G]组各处理均与 <[ 形成显著差异$高浓度
与低浓度差异显著( 浓度组与 <[ 组均形成显著差别且随着浓度的增 高可见重金属对黄芪根尖生长有强烈的抑制作用其
中显著抑制根尖的伸长( 重金属处理均降低了黄芪幼
苗的鲜重并且浓度与苗鲜重呈负相关高浓度显著
降低了黄芪的苗重$其中
G] )
$&
$
均
与<[差异达到显著水平(
&]!生理指标测定结果!) 种重金属 个浓度均
提高了黄芪幼苗的 GOI活性部分与 <[ 达到显著 差异水平( 并且 ) 种重金属处理下随着浓度增加 GOI表现出先增高后降低的趋势见表 +( 此结果
与本课题组在干旱胁迫下苍术幼苗生理变化的趋势
相似*)+ (
) 种重金属对<4N的影响不明显各处理多未 与<[ 达到显著差异水平( <4N的变化不明显可
能与处理时间有关<4N各个处理间未出现变化的 原因可能与胁迫时间有关由于酶的测定样品为处
理 % U后的黄芪幼苗而<4N为一种含铁蛋白酶特
异性催化J
+
O
+
而J + O + 分解较快导致酶活性的下
降( <4N酶活性的无差异可能是由于长时间胁迫
!% U造成的( 重金属胁迫下黄芪幼苗的蛋白浓度
均有增加$并且其增加量与重金属浓度相关( 高浓
度
加电导率成增加趋势其中高浓度与低浓度及 <[
间差异显著( 说明在低浓度重金属胁迫对细胞膜通
透性的损伤不明显但高浓度重金属明显损伤了植 物细胞膜的通透性( Y!讨论 Y]!重金属对黄芪种子萌发指标影响!在 ) 种重 金属 个浓度的影响下对种子萌发指标的影响与
发芽时间相关( 表现为重金属处理下发芽指数均 -%*-
第 ) 卷第 * 期
+ 年 月 !!!!!! ! ! ! ! !!!!!! ! ! ! ! \/Vf)$ :SSWQ!* 9B6$ +
!!
表 +!重金属对膜荚黄芪种子生理指标测定!
8k$-e)
分组
GOI=_-D
d
-0R2
d
<4N=_-D
d
-0R2
d 蛋白浓度=g 电导率=g
<[
k#f*
.
+$$
k+)
B]
%f*
k$f)%
B
$f$#
k$f$
.
#(f
k(f
B
++%
k&)
B
*f+#
kf)+
B]
f kf$+
.
&f) k)f# ] *( k+* B] *f( kf)# B] f% kf$+
.
)*f#
k)f*
]
+ k+# B] (f#( kf+# ] f% kf$)
.
)&f)
k#f#]
.
+) k*( B *f#% kf+
B]
f+* kf$)
]
&)f#
k*f
]
#*
k&
]
f kf%*
B
f#+ kf B <[ G] +f* k#f* ] + k+) B %f* kf)%
U
f#
kf
]
G]
)*f
k#f
]
%&
k&
B
*f k+f#
.U
f) kf+ ] G] + )f* k*f ] ## k)# B *f) kf#%
.U
f+ kf ] G] ) &f k*f# B] * k)% B *f** kf%(
.
f(
kf
]
G]
&
#f+
k+f B *& k%
B
)f
kf+(
]
f)+ kf& B G] f
k&f
B]
%
k+&
B
f
kf#* B f))
kf%
B
<[
+f*
k#f*
]
+$$
k+)
B]
%f*
k$f)%
.
$f$#
k$f$
]
&f%
kf%
B]
++*
k##
B
f+ kf( ]. f%
kf%
B]
+
)#f
kf
B]
#*
k)
]
(f(
kf&* . f( kf$
]
)
f+ k#f
B
+)&
k*
B
f+
kf% ] f( kf$+
]
&
&f&
kf#
B
*#
k)
.
)f
kf##
B
f& kf$#
B]
)*f(
k%f B] ( k& B] +f
kf&% B] f+ kf% B 与<[ 存在显著差异发芽指数的计算过程除了考
虑发芽数目外还考虑了发芽时间( 因此推测重金 属影响种子发芽指数与发芽时间有关( 同时实验
结果表明根尖的伸长仍是重金属影响幼苗的敏感 指标( Y]!重金属对黄芪种子萌发指标影响!在重金属 处理下GOI的活性显著增高( GOI的增高可能与
植物受到重金属胁迫引起的氧化损伤有关( 然而高
浓度重金属反而抑制了GOI活性可能与植物生长 状态有关在高浓度重金属胁迫下植物生长受到严
重抑制GOI酶的产生也受到了一定的抑制( 重金 属胁迫显著提高了GOI的活性( 但 GOI的影响因 素较多不同浓度处理间GOI活性可能受到了植物
生长状态%新陈代谢状态的影响但整体上讲重金属 胁迫下GOI活性显著得到提高( 重金属引起的植株生理变化是复杂的可能
涉及到多方面的机制( 在高浓度的重金属处理
下重金属透过细胞膜进入细胞内部在重金属
穿越细胞质膜过程中可能导致细胞损伤进一步 引起脂质过氧化( 从而诱导 <4NGOI等抗氧化
酶系统的启动相应基因表达增加( 同时植物
分泌植物络合素对根外重金属进行络合分泌相 应转运蛋白将重金属存储于植物液泡中( 因此 在随着重金属胁迫浓度的增高植物体内总蛋白
水平成升高趋势(
参考文献% * +!韩小丽张小波郭兰萍等f中药材重金属污染现状的统计
分析*X+f中国中药杂志 +( ))!(# +&f * + +!陶玲任琚祝广华等f重金属对植物种子萌发的影响研究
进展*X+f农业环境科学学报+%+#!增刊# +f
* ) +!宋玉芳周启星许华夏f重金属对土壤中小麦种子发芽与根
伸长抑制的生态毒性*X+f应用生态学报++)!&#&*f
* & +!FQ?2QC4MBRV6<EVQ.?QVMQ@BV-?B2DQSR2 ,?QB@SQQU DQC5<br0R2B@R/2 B]RVR@6S/VW]VQ.BC]/?6UCB@QB2U B2@R/7RUB2@Q2Y60QB.5
@RcR@RQSR2 @?QQ0]C6/UWCR2D@?QUQSR..B@R/2 A?BSQ/T0B@WCB@R/2
*X+-X
* # +!张芬琴$金自学f两种豆科作物的种子萌发对 不同响应*X+f农业环境科学学报+)++!## ##f * % +!刘文莉金则新柯世省f铜对夏蜡梅种子萌发代谢的影响 *X+-云南农业大学学报 +%$ ++!#)+f * ( +!李伟强$毛任钊$刘小京f胁迫时间与非毒性离子对重金属 抑制拟南芥种子发芽及幼苗生长的影响*X+f应用生态学报$ + #!#*&)f
* * +!王允飞李继红f原子吸收分光光度法对东北黄芪中微量元 素的全分析*X+f化学工程师 +$+!# )%f *$+!中国药典f一部*8+f+#)+#%f *+!王学奎f植物生理生化实验原理和技术*9+-+ 版-北京#高 等教育出版社+##f *++!付世景$宗良纲$张丽娜$等-镉%铅对板蓝根种子发芽及抗氧 化系统的影响*X+f种子$ +% +#!)#&f *)+!周洁黄璐琦郭兰萍等-干旱胁迫下苍术幼苗生理特性变
化研究*X+-中国中药杂志+( ))!*# +#)f
-(*- 第 ) 卷第 * 期 + 年 月 !!!!!! ! ! ! ! !!!!!! ! ! ! ! \/Vf) :SSWQ!*
9B6 + )I>QAH?IB>,OC +>A,.?@!#%&%()*)+%,%-*(H>>EHR>D+-@,A-?@ ,@EJBCH-?.?R-Q,.A,DR>A K4;LLWB2D :^4;IB2 L_OFB2AR2 !
*3KHAD,QA+!5KX>QA-O>#N/S@WU6@?QQTQ.@S/T?QBc60Q@BVS/2 DQC0R2B@R/2 B2U B2@R/7RUB2@S6S@Q0S/T@?QSQQUS/T#$%&&()$
*+*,%&-&.+)$-;>AB?E# N?QSQQUS,QCQ@CQB@QU ,R@? @?CQQURTQCQ2@?QBc60Q@BVS!
@RcR@6,QCQUQ@Q.@QU B2U B2BV6YQU-7>HF.A# N?QCQSWV@SR2UR.B@QU @?B@BV/T@?Q@?CQQ[R2US/T?QBc60Q@BVS?BU BSRD2RTR.B2@QTQ.@/2
@?QSQQU DQC0R2B@R/2 R2UQ7B@URTQCQ2@VQcQVS/T./2.Q2@CB@R/2SQ7.QA@DQC0R2B@R2DB]RVR@6-IRTQCQ2@[R2US/T?QBc60Q@BVS./WVU BVS/Q25
?B2.Q@?QcR@BVR@6/TGOIB2U <4NR2.CQBSQ@?QQVQ.@CR.BV./2UW.@RcR@6B2U @?Q./2.Q2@CB@R/2 /TS/VW]VQAC/@QR2-/?@Q.FH-?@#:@.B2 ]Q ./2.VWUQU @?B@?QBc60Q@BVS?BcQBSRD2RTR.B2@QTQ.@/2 @?QDC/,@? B2U B2@R/7RUB2@S6S@Q0/T@?QSQQU- * >^C S?DEH+!?QBc60Q@BVS) @CBUR@R/2BV?R2QSQ0QUR.R2Q) #$%&&()$) SQQU DQC0R2B@R/2) B2@R5/7RUB@R/2 S6S@Q0<brE?-# (_Y[\NQXQ++(((#( 责任编辑!吕冬梅%
全国第十次中药鉴定学术会议征文通知第一轮(
中华中医药学会中药鉴定分会定于 + 年 % 月在陕西省咸阳市召开.全国第十次中药鉴定学术研讨会/$会期 ) 天( 会 议将邀请著名专家及相关人士就中药鉴定与品质评价%中药质量标准化%信息化%网络化进展情况)中药资源开发及可持续利 用%中药鉴定学和生药学教学及实验%教材与标本等问题做专题报告( 相关征文事宜通知如下# !征文内容 # 中药鉴定学及生药学的新方法%新技术%新思路%新观点) $ 中药质量标准研究%品质评价相关内容) % 中药品种考证及 相关内容) & 道地药材%中药资源开发与可持续利用研究及中药材规范化种植!L4G%采收期%加工%储藏%保管等相关内容) 中药珍稀%濒危物种的开发及可持续发展战略问题的讨论) ( 民族药的开发%保护与可持续利用) ) 分子生物学技术%信息 技术%生物工程技术在中药现代化研究中的应用) * 中药化学成分及有效成分的提取%分离及鉴定研究%药效学研究以及其它 相关领域的研究论文) + 有关&中药鉴定学和&生药学的教学内容%教学方法%教学手段%教学改革等方面的论文) ,-. 中药标 本的采集%制做%保存新方法%新技术) ,-/ 标本馆现代化管理及网络技术平台的建设( !征文要求 # 征文为未公开发表的论文( 请在论文及信封右上角注明中药鉴定或中药标本研讨会稿件字样( $ 稿件一律用 9R5 .C/S/T@Z/CU文档标准4& 版面$标题 ) 号宋体$作者及单位小 & 号楷体$摘要与关键词小 号宋体$正文 号宋体$页边距#上 ) .0$下%左%右 +- .0( % 请附 & 字以内摘要及关键词(
&
截止日期 + 年 月 日$请自留底稿$概不退稿( 请将论文发 送如下H50BRV地址$注明中药鉴定研讨会稿件字样( 论文一经采用$将收入会议论文集$并通知作者出席会议$会议期间颁 发论文证书$参会代表计国家级 0 类继续教育学分 # 分( &!联系方式 地址#陕西中医学院生药教研室!陕西省咸阳市世纪大道$邮编 8%+$&#( 联系人#刘阿萍# )((*&#$*#$NQV=EB7#!$+* )((%($H50BRV#S?Q2D6B/16S?3#)-./0$沈霞#)**$&#))#$H50BRV#S?Q2D6B/16S?3#)-./0$胡本祥#)(*$(+%$H50BRV# ?W]Q27RB2D3@/0-./0( -**$- 第 ) 卷第 * 期 + 年 月
!!!!!! ! ! ! ! !!!!!! ! ! ! !
\/Vf) :SSWQ!* 9B6 +$$