（植物营养学专业论文）重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究.pdf

贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 附：学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性：声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律责任由本人承担。 论文储签名彳矽掰日期0 7 年办 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 导师签名：旒破陟丈作者签名殇确掰日期：2 0 0 7 - - 年- 6 f 1 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对扳蓝报主要药效成分的影响及防冶技术研究 i 笱妾 采用盆栽试验研究了在不同水平镉污染的土壤上，对板蓝根的生长、主要营养元 素( n 、p 、k ) 吸收以及对主要药用成分靛玉红的影响。 本试验结果表明，随着在土壤中重金属镉( c d 2 + ) 的施用量的增大，镉( c d 2 + ) 在板蓝根植株体内的含量不断增加。板蓝根从污染土壤中吸收的c d 2 十大部分积累在 根部，向地上部输送很少。由于镉在板蓝根体内的积累，板蓝根的株高、分枝数、叶 片数等生物量指标受到影响，平均干重在不断下降。n 、p 、k 含量减少，主要药用 成分靛玉红含量降低，品质下降。镉含量超过药品卫生标准( 镉o 0 3 r a g ) 。 采用盆栽试验研究了在镉污染的土壤上，几种改良材料对板蓝根的生长、主要营 养元素( n 、p 、k ) 吸收以及对主要药用成分靛玉红的影响。 本试验结果表明，添加适量石灰作抑制削，抑制了作物对土壤中有效镉的吸收， 能使板蓝根的镉含量降低到药品卫生标准；添加钙镁磷肥作抑制剂，抑制了作物对土 壤中有效镉的吸收。低量钙镁磷肥处理比高量钙镁磷肥处理效果要好，在产量和靛玉 红含量对比上，前者比后者分别高4 8 9 6 和8 8 7 3 ，。在镉含量和总灰分含量对比 上，前者比后者分别低3 6 8 4 和1 1 5 2 ，并且前者达到了药用标准；添加有机肥作 抑制剂，有效地抑制了作物对土壤中有效镉的吸收。在产量对比上，有机肥高量比低 量高2 0 ，在质量对比上，靛玉红含量、镉含量和总灰分含量，低量处理比高量处理 高1 2 5 、低3 1 5 2 和低3 ，达药用标准；利用植物生长调节剂加快板蓝根的生长， 缩短其生长期，从而减少了对镉的吸收。在浸根时间的选择上，应选取1 5 小时为宜， 因为浸根1 5 小时处理的产量比浸根3 小时的高9 7 7 1 、靛玉红含量高2 5 5 6 、镉 含量低5 1 、总灰分含量低1 4 7 5 。达到药用标准。 上述结果表明，通过本试验结果，分析研究得出，中药材板蓝根若按照绿色中药 材的标准栽培。在镉污染土壤程度小于2 0 m g k g ，可行的栽培防治措施为：有机一中 性化作用和加速生长，缩短生长期，使对镉抗性弱的板蓝根的镉含量达到药品卫生标 准，即使土壤趋于中性和加速生长以达到生产符合药品卫生标准的中药材板蓝根的目 的。 关键词：镉污染土壤，板蓝根，靛玉红，抑制剂，防治技术 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属铺对板蕊根主要药效成分的影响及防治技术研究 s u m m a r y t h i sa r t i c l es t u d i e so ne f f e c to fc dt ot h eg r o w t ho fb c b ，m a j o rn u t r i e n t s ( n ，p ，酗a n d i n d i r u b i nb yp o te x p e r i m e n t su n d e rt h ed i f f e r e n tl e v e l so f c a d m i a mc o u t a m i n a t e ds o i l t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a ti ti si n c r e a s i n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h es o i lc a d m i a m m o s to fc a d m i u mi nb c bb o d yf r o mp o l l u t e ds o i la c c u m u l a t e di nt h er o o t sa n dl i t t l eo f c a d m i u mi nt h es h o o t b c b sh e i g h t ，n u m b e ro fb r a n c h e s ，n u m b e ro fl e a v e sh a v eb e e n a f f e c t e da n dt h ea v e r a g ed r yw e i g h th a sb e e nd r o p p i n gd u et ot h ea c c u m u l a t i o no f c a d m i u mi nt h eb c b b o d y t h el e v e lo f n ，p ，k ，i n d i r u b i na n dq u a l i t yd e l i n ec a d m i u m l e v e l e x c e d sh e a l t hs t a n d a r d sd r u g s ( c d o 0 3 r a g ) t e s t ss t u d ye f f e c t so fc do nt h eg r o w t ho fb c bm a j o rn u t r i e n t s ( n ，p ，k ) a n di n d i r ub y p o te x p e r i m e n t su n d e rc a d m i u mc o n t a m i n a t e ds o i l t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a ta d d i n gt h ea p p r o p r i a t ea n o i n to ft i m ef o ri n h i b i t o r sc a n c o n t r o lc r a p su p t a k eo nt h es o i lo f f e d i v ec a d m i u m a n dt h el e v e lo f c a d m i u md e l i n et ot h e s t a n d a r d so ft h ed r u g sh e a l t h a d d i n gf c m pf o ri n h i b i t o r sc a l lc e n t r a lc r o p su p t a k eo nt h e s o i le f f e c t i v ec a d m i u m t h e e f f e c to fl o wf c m pv o l u m ep r o c e s s i n gi sb e f f e rt h a nh i g h f c m pv o l u m ep r o c e v i n g t h ey i e l da n di n d i r u b i ni nc o n t r a s t ，t h ef o r m e rt h a nt h el a t t e r ， r e s p e c t i v e l y 4 8 9 6 a n d8 8 7 3 t h ec a d i u mc o n t e n ta n dt h et o t a la s hc o n t e n tc o m p a r e d t o t h ep r e v i o u s ，t h ef o r m e rt h a nt h el a t t e r ，l o w3 6 8 4 a n d1 1 5 2 a n dt h ef o r m e rm e e t s t a n d a r do fm e d i c i n a l a d d i n go r g a n i cf e r t i l i z e rf o ri n h i b i t o r se f f e c t i v e l yc o n t r o lc r o p s u p t a k eo nt h es o i le f f e c t i v ec a d i u m i nc o n t r a s to fy i e l d ，h i 曲v o l u m eo r g a n i cf e r t i l i z e r h i g h e rt h a nl o w - l e v e l ；i nc o n t r a s to fq u a l i t y ，i n d i r u b i nc o n t e n tm c a d i u mc o n t e n ta n dt h e t o t a la s hc o n t e n to fl o w - l e v e l h i g h e r1 2 5 1 0 w e r31 5 2 a n dl o w e r3 t h a n h i g h - l e v e l l o w l e v e lm e e t ss t a n d a r do fm e d i c i n a l p l a n t sg r o w t hr e g u l a t o rc a nf a s tt h e g r o w t hp e r i o d ，t h e r e b yr e d u c i n gt h ea b s o r p t i o no fe a d i m i u m ，o nb a p t i s t t i m ec h o i c e ，w e s h o u l dc h o o s et h ea p p r o p r i a t e1 5h o u r s y i e l do fb a p t i s tr o o t sa s1 5h o u r st h a n3 - h o u r s h i g h e r9 7 7 1 ，i n d i r u b i nh i g h e r2 5 5 6 ，t h ec a d m i u mc o n t e n tl o w e r5 1 ，t h et o t a la s h c o n t e n tl o w e r1 4 7 5 , m e e t st h es t a n d a r do f m e d i c i n a l t h e s er e s u l t ss h o wt h a tu n d e rp o l l u t e ds o i lt h a tc a d m i u ml e v e ll o wt h a n2 0 m g k g ， i fa c c o r d i n gt ot h es t a n d a r dg r e e nm e d i c i n e sc u l t i v a t i o nb c bi so r g a n i c - n e u t r a la n dt o a c c e l e r a t eg r o w t h , r e d u c et h eg r o w t hp e r i o da n dt od e l i n et h ec dl e v e li nb c bb o d y 2 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文 重金属锅对扳蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 m e e t i n gs t a n d a r do f m e d i c i n a l k e yw o r d s ：c a d m i u mp o l l u t e ds o i l ，b a p h i c a n t h u s c u s i ab r e m e k ( b c b ) ，i n d i m b m ， a p p r o p r i a t ea r l o r n t ，c o n t r a lt e c h n o l o g y 3 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对扳蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 1 日u 舌 中国传统医药体系在世界四大传统医药体系中，经受了时问的考验，以其简、便、 廉、验之特点为中华民族和其他民族做出了巨大的贡献。但是重金属含量超标是影响 中药进入国际市场的重要因素之一。使得中药材不能更好的为人类健康服务。 目前，我国中药年出口额约占国际市场的3 ，这与我国中医药大国的地位极不 相称。究其原因，主要是我国中药材生产长期存在着许多问题，其中，重金属含量超 标是影响中药出口、中药进入国际市场的主要制约因素之一( 4 , - t 福友等，2 0 0 2 ) 。面 对国际天然药物市场激烈的竞争，必须加快中药现代化进程。研究植物吸收重金属的 机理及其影响因子，可以控制重金属进入食物链，使其更好的为人类健康服务。解决 重金属污染是目前国内外研究的难题，现在都只停留在试验阶段，真正可以用于实际 生产中的方法还未见报道( 付福友等，2 0 0 2 ) 。 随着全球“绿色植物药热”的兴起和我国成功加入w t o ，这给古老的中药参与 国际竞争带来了大好机遇。不少国内医药企业试图打入国际医药主流市场，一些外国 制药企业也要求供应标准化的中药原料，这些都要求中药生产必须规范化。为此我国 于2 0 0 2 年4 月1 7 日由国家药品监督管理局发布了中药材生产质量管理规范g a p ( g o o d a g r i c u l t u r ep r a c t i c e s ) ，它是中药材生产和质量管理的基本准则。通过实施 g a p ，就可以彻底解决中药材基地建设中存在的分散无序和标准不高的问题。鉴于当 前中药南板蓝根还没有因土壤受重金属( 如镉) 污染的防治对策，其市场质量参差不 齐，而市场对其的需求量又很大，因此有必要对南板蓝进行相关研究，使之更好地为 人类服务。 1 1 中药现代化 1 1 1 中药现代化的内涵 中药现代化是一个复杂而又艰巨的系统工程，从广义上来讲包括中药农业现代 化、中药工业现代化和中药商业现代化，一般意义上讲则是指中药农业现代化和中药 工业现代化。中药现代化是将传统中医药优势、特色与现代科学技术相结合，以适用 当代社会发展需求的过程。其核心问题就是要适用当代社会人民用药需要与面向市场 需要，切实改造中药农业，大力加强中药科研，切实推进中药现代化建设。 1 1 2 中药现代化发展的战略目标 坚持“继承创新、跨越发展”的方针，依靠科技进步和技术创新，构筑国家现代 4 贵州大学2 0 0 7 届硕上学位论文 重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 中药创新体系。制定和完善现代中药标准和规范，开发一批疗效确切的中药创新产品， 突破一批中药研究开发和产业关键技术。形成具有市场竞争优势的现代中药产业，保 持我国中医药科技的优势地位，实现传统中药产业向现代中药产业的跨越，为国民经 济和社会发展及人类健康做出贡献；第一，构筑国家现代中药创新体系，在政府的宏 观指导下，集成高等院校，科研机构、制药企业等多方面力量。通过整体布局、资源 重组，机制创新，构筑研究开发体系完整，技术装备先进、人才结构合理，创新能力 较强，管理科学规范的现代中药创新体系。到2 0 1 0 年，形成中药现代化基础研究， 应用开发及支撑条件平台，重点支持2 3 家重点实验室、1 0 个中药研究开发中心， 2 0 个中药国家工程和技术研究中心及1 0 个中药产业基地的建设。第二，制定和完善 现代中药标准和规范。运用先进的科学技术手段，加强中药质量控制技术的研究，建 立和完善现代中药种植( 养殖) 、研究开发、生产、销售的标准和规范，保证中药产 品安全有效、质量可控。到2 0 1 0 年，建立和完善5 0 0 种常用中药饮片( 包括相应配 方颗粒) 的现代质量标准；完成国家基本用药目录传统中成药的工艺条件优选评价和 质量控制手段的提高工作；完成2 0 0 种中药化学对照品研究；第三，开发出一批疗效 确切的中药新产品。在保证中药疗效的前提下，改进中药传统剂型，提高质量控制水 平，加快疗效，确切使用安全、质量可控的中药新产品的开发。到2 0 1 0 年，开发出 1 0 0 个中药新产品，完成1 0 0 个传统中成药的二次开发：完成现有国家中成药标准品 种整理、提高工作效率。扩大高附加值、高科技含量中药产品的出口份额，争取2 3 个中药品种进入国际医药主流市场；第四，形成具有市场竞争力的大型企业或跨国 集团。形成有利于整体经济增长、区域经济发展和具有市场竞争优势的现代中药产业。 到2 0 1 0 年，推动形成约5 个年销售额5 0 亿元以上、l o 个年销售额3 0 亿元以上的大 型企业集团；大幅度提高中药产品的国际市场份额。 1 2 板蓝根( 南板蓝) 南板蓝别名板蓝、板蓝根。大叶东蓝来源于爵床科植物马蓝，为常用中药。商品 为爵床科植物马蓝的干燥根茎和根，叶可以做染料。根和叶均味苦，性寒，有清热，解 毒，凉血功能，是公认的有较好抗病毒效果的少数中药材之一( 4 , - t 福友等，2 0 0 2 ) 。 1 2 1 化学成分 本研究所选用的中药材为南板蓝，别名板蓝根，即为爵床科植物马蓝 ( b a p h i c a e a n t h u se u s i a ( n e e s ) b r e m e k ) ( 中华人们共和国药典2 0 0 0 版一都) 。早 5 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属铺对扳蓝般主要药效成分的影响及防治技术研究 在唐代即有应用记载。在贵州也有着悠久的栽培和应用历史板蓝根含靛：k t 工( i n d i r u b i n ) 黑芥子甙( s i n a l b i n ) ，吲哚甙( i n d o x y l - - 1 3 - - g l u c o s i d e ) 。靛红( i s a t i n ) ，b 一谷甾醇 ( 1 3 - - s i t o s t e r 0 1 ) ，靛蓝( i n d i g o t i n ) ，板蓝根乙素，丙素，丁素，以及多种氨基酸，含有 l 一硫氰酸2 羟基一3 一丁烯( t t h i o c y a n o - - 2 - h y d r o x y 一3 七u t a n e ) ，告依春( g o i t r i n ) ， 榈酸( p a l m i t i ca c i d ) ，甙( e d e n o s i n e ) 。1 3 一谷甾醇、蒽醌类( a n t h r a q u i n o n e s ) 。其主要药用 成分为靛红( i s a t i n ) ，1 3 一谷甾醇( 6 - - s i t o s t e r 0 1 ) ，靛蓝( i n d i g o t i n ) ，靛玉红( i n d i n l b i n ) 【7 1 。 1 2 2 药用价值 板蓝根在我国传统医学史上应用历史悠久，神农本草经上品栏中有“蓝实” 记载。当今，板蓝根制剂用量之大，堪称中成药之最( 刘云海等，2 0 0 3 ) 。板蓝根性 寒味苦，有清热解毒、凉血消肿之功效，临床广泛用于抑菌、抗病毒，抗血小板聚集、 增强机体免疫功能等方面，近年又发现有抗内毒素作用( 刘云海，1 9 9 3 ) 。板蓝根中 靛玉红( 英文名：i n d i r u b i n ，分子式：c 1 6 h 1 0 n 2 位，熔点( ) ：3 4 8 3 5 0 ) 抗癌活性早有 报道( 曾庆田，1 9 8 2 ) 。临床上已用于慢性粒细胞自血病的治疗，亦用于异常骨髓增 生症及嗜酸性粒细胞增多症的治疗( 游松，1 9 8 8 ) 。 1 22 1 抗内毒素作用 板蓝根抗内毒素作用早在1 9 8 2 年就有文献报道。近期刘文海等又提取分离并筛 选出f 0 2 2 部位为抗内毒素活性部位，初步确认f 0 2 2 成分为活性指标成分( l i uyh ，d i n g sp , l i nah ，2 0 0 1 ) ，并且证实f 0 2 2 部位对于内毒素诱生炎性介质( t n f a , i l 6 ) 有抑 制作用( l i uyh ，2 0 0 1 ) 。吴晓云等从板蓝根中分离出3 1 种化合物，其中3 一( 2 羟基苯基) 4 ( 3 h ) 喹唑酮、4 ( 3 h ) 一喹唑酮、丁香酸、邻氨基苯甲酸、水 杨酸、苯甲酸具有体外抗内毒素活性，丁香酸有半体内抗内毒素作用。其中，水杨酸 ( 1 0 u m o l l ) 可显著抑制l p s 诱导h l 6 0 细胞释放i l - 一8 ，抑制率达8 2 6 7 ( h o u q ，e t n l ，2 0 0 0 ) 。另据报道，分别采用l p s 预刺激、l p s 后刺激、l p s 与板蓝根多糖同 时刺激h 7 4 4 a 1 小鼠巨噬细胞株，分离核蛋白，定量分析n f - k b 与d n a 结合活性， 发现板蓝根多糖在上述3 种情况均可抑制l p s 刺激引起的n f k b 与d n a 结合活性 的升高( w u hp e t a l ，2 0 0 1 ) 。 1 22 2 抗病毒作用 板蓝根对柯萨奇b 3 病毒、肾综合症出血热病毒、乙型脑炎病毒、腮腺炎病毒、 单纯疱疹病毒以及乙型肝炎病毒均有抑制作用。孙广莲等以m t t 法检测5 0 中药板 蓝根煎剂对人巨细胞病毒( h c m v ) 的抗毒效用，发现板蓝根煎剂在1 ：2 0 0 稀释度 6 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 时即有显著的抗病毒效用，是一种较为理想的抗h c m v 中药( s u n g l 。e t a l ，2 0 0 1 ) 。 此外，采用血凝滴法证明板蓝根对流感病毒在直接作用、治疗作用及预防作用上的有 效率分别为1 0 0 ，6 0 ，7 0 。 抗肿瘤作用梁永红等( h o uhx ，e ca l ，2 0 0 2 ) 采用m t t 法测定板蓝根二酮b 对 人肝癌b e l _ - 7 4 0 2 细胞、卵巢癌a 2 7 8 0 细胞的抑制作用，集落形成实验观察药物的诱 导分化作用，p c r e l i s a 试剂盒测定细胞的端粒酶活性，结果显示：板蓝根二酮b 可抑制肝癌b e l 7 4 0 2 细胞及卵巢癌a 2 7 8 0 细胞的增殖，并具有诱导分化、降解低端 粒酶活性的表达和逆转肿瘤细胞向正常细胞转化的能力。侯华新等( h o uhx ，l id r ，q i nq ，e ta l ，2 0 0 0 ) 采用m t t 法亦证实板蓝根高级不饱和脂肪组酸有体外抗人肝癌 b e l - - 7 4 0 2 细胞活性，并且还发现该酸可以致s 1 肉瘤的生长，延长h 2 2 腹水型肝癌 小鼠的生命。 1 2 2 3 免疫调节作用 许益明等5 卅己证实板蓝根多糖可显著促进小鼠免疫功能。进一步研究表明板蓝根 凝集索( 属板蓝根多糖) 可与细胞表面糖蛋白结合，促进小鼠胸腺的发育和胸腺细 胞的增殖，间接地维持胸腺微环境，促进t 淋巴细胞、胸腺上皮细胞分泌胸腺素和细 胞因子，提高机体的免疫力。秦箐等还发现从板蓝根二氯甲烷一甲醇( 1 ：1 ) 提取物 中分离出的a 、b 、c 、d 、e 5 个流分及其相应的亚流分对人多核细胞化学发光的影 响既有增强作用，又有抑制作用，提示有可能从板蓝根中获得免调节类药物( q i nq m h eh r c h e nm ，e ta l ，2 0 0 0 ) 。 1 2 2 4 抗炎作用 板蓝根7 0 乙醇提取液经实验证实有抗炎作用，表现在对二甲苯致小鼠耳肿胀、 角叉菜胶致大鼠足跖肿、大鼠棉球肉芽组织增生及醋酸致小鼠毛细血管通透性增加的 抑制作用( w e ixl ，2 0 0 0 ) 。新近从板蓝根中分离出的依靛蓝酸酮经实验证明有清除 次黄嘌呤与黄嘌呤氧化酶系统产生的过氧化物、刺激嗜中性粒细胞、抑制5 一脂氧化 酶的活性和降低细胞分泌白三烯b ( 4 ) 水平的作用( m o l i n ar 2 0 0 1 ) 。秦箐( 2 0 0 0 ) 在 对板蓝根的抗氧自由基的活性进行研究时还发现极性较大的d 流分较粗提取物对氧 自由基的清除率更高；从流分d 中分离得到的流分d l 、d 2 在各浓度时对氧自由基的 清除率都比流分d 低，而极性较大d 3 ，d 4 ，d 5 对氧自由基的清除率与流分d 相当， 说明板蓝根高极性流分及其流分含有抗氧自由基的活性物质。 7 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 1 3 镉 镉( c d ) 是对人类和动植物具有毒害作用的重金属。近年来，由于工业“三废”、 农药化肥用量、固体废弃物( 尤其是城市垃圾) 不断增加，导致土壤中重金属c d 含量 急剧增加，严重地影响着农业生产的可持续发展和人类的生存环境质量。另一方而， 由于c d 不能被土壤微生物降解，半衰期超过2 0 年，其污染为不可逆的累积过程； c d 又是生物迁移性很强的重金属，极易被植物吸收并累积，超过一定限度不仅严重 影响作物的产量和品质，而且通过食物链富集危害人体健康。从发现食用含c d 大米 引起“肾痛病”以来，世界各国对c d 污染的研究和治理也日益增多( 刘莉，2 0 0 5 ) 。 金属镉毒性很低，但其化合物( 如氯化镉) 毒性很大。人体的镉中毒主要是通过 消化道与呼吸道摄取被镉污染的水、食物、空气而引起的。镉在人体积蓄作用，潜伏 朗可长达1 0 3 0 年。据报道，当水中镉超过o 2 m g ，l 时居民长期饮水和从食物中摄 取含镉物质，可引起“骨痛病”。动物实验表明，小白鼠最少致死量为5 0 m g k g ，进 入人体和温血动物的镉，主要累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中，使肾脏器官等 发生病变，并影响人的正常活动，造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分 泌失调等病症。镉对鱼类和其他水生物也有强烈的毒性作用。其毒性最大的为可溶性 氯化镉，当质量浓度为0 0 0 1 m g l 时，对鱼类和水生物就能产生致死作用。氯化镉对 农作物生长危害也很大，其临界质量浓度为1 o m g l ，灌溉水中含镉o 0 4 m g l 时可出 现明显污染，水中镉质量浓度为o 1 m g l 时，就可抑制水体自净作用。故对灌溉水质、 渔业水质以及地面水水质标准对镉的浓度都有严格规定( 网络资料，2 0 0 6 ) 。 1 3 1 土壤环境中的镉 由于土壤是一个开放、复杂的非均一体系，影响因素多，重金属在土壤中的化学行为 和生态效应复杂，因此大面积的土壤重金属污染的治理是非常棘手的问题( 陈怀满等， 1 9 9 2 ) 。当前的土壤重金属污染主要集中在镉、汞、铅、铬、砷等生物毒性显著元素 的污染，而在所有的污染土壤的重金属元素中，镉以移动性大、毒性高、污染面积最 大成被称为“五毒之首”而成为最为关注的元素( 陈志良，2 0 0 1 ) 。土壤作为环境的 四大要素之一，是连接自然环境中无机界和有机界、生物界和非生物界的中心环节， 是人类生产生活废物的接纳者和进化者；土壤本身是具有较强的净化能力的，但当土 壤环境中所含污染物的数量超过土壤自净能力或当污染物在土壤环境中的积累量超 过土壤环境基准或土壤环境标准时，由于污染物本身的特征或土壤净化能力的限制在 8 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对扳蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 土壤中蓄积起来，破坏了土壤的理化生物特性，降低了土壤的生产能力，对土壤产生 一定污染( 廖自基，1 9 8 9 ) 。重金属污染以其隐蔽性( 潜伏性) 、长期性和不可逆性造 成严重后果( 陈怀满等1 9 9 6 ) 。目前，重金属污染已成为全球性环境问题，尤其是重 金属对土壤环境的污染，并通过食物链影响人体或动物的健康，对整个陆生生态系统 构成潜在的巨大威胁。土壤重金属污染可定义为由于人类活动将重金属加入到土壤 中，致使土壤中重金属含量明显高于原有的含量、并造成生态环境质量恶化的现象( 陈 怀满等1 9 9 6 ) 。对于土壤重金属污染的研究在理论上涉及地球科学、环境科学和生命 科学等重要领域，在实践上与有关环境标准的制定、食物链污染的控制、土壤一植物 系统净化功能的开发等关系密切，因而长期以来一直是科学家们研究的热点问题之 一 土壤镉污染主要来自采矿、熔炼、镀锌等工业生产和大气中含c d 粉尘的沉降。 未污染上壤中c d 的主要来源是其成土的母质。从世界范围看，一般上壤中c a 的含量 为o 0 1 - 2 0 m g k g 。平均为o 3 5 m g k g ( 许嘉林，杨居荣，1 9 9 5 ) 。我n _ k 壤的背景值平 均只有o 0 9 7 m g k g ，9 5 置信度的含量范围为o 0 1 7 0 3 3 3 m g k g ( 孟凡乔等，2 0 0 0 ) 。 上壤中的c d 形态有离子态、可交换态、吸附态、化学沉淀态和难溶络合态等，它们 随环境条件的变动而互相转化，对植物起危去作用的主要是水溶性和交换态c d 。土 壤是植物体中镉的主要来源，植物含c d 量偏高，就会通过食物链危害动物和人类。 1 3 2 土壤中镉的吸附与解吸 外源镉进入土壤后一部分被土壤吸附，还有少部分残留于土壤溶液中，两者处于 吸持和解吸的动态平衡中，土壤溶液中的镉含量高低直接影响植物的吸收量，以吸附 一解吸平衡为主要机理的界面迁移行为是控制镉在土壤一植物系统中迁移转化的重 要机制。国内外有不少研究者就土壤对镉的吸附一解吸特征及影响因素作了较深入的 研究。 邱少敏等在研究重金属吸附机理时发现，土壤对镉的吸附主要是物理化学吸附， 占吸附量的5 0 以上，其次是化学吸附，约占吸附量的3 0 - 4 0 ( 邱少敏，薛家骥， 1 9 9 0 ) 。 邱少敏、薛家骅在研究土壤中镉的吸附时发现，竞争性z n 2 + 、c a 2 + 、m 9 2 + 离子 与c a 2 + 离子竞争土壤中的有效吸持位并占据部分高能吸持位，从而使土壤中镉的吸 持位减少，结合松驰，特别是电子结构与c d 2 + 离子相似的z n 2 + 的存在，不仅大大降 低了土壤的镉吸持量，而且使土壤对镉的吸持力大大减弱( 解吸量大增加) ( 邱少敏； 9 贵州大学2 0 0 7 届硕上学位论文重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防冶技术研究 薛家骥，1 9 9 0 ) 。邵孝候等采用一次平衡法( 2 5 c 恒温振荡2 小时，用o 0 1 mn a n 0 3 作支持电解质) ( 邵孝候，1 9 9 1 ) ，研究酸性、中性和石灰性三大类型土壤对c d 的吸 附一解吸时发现，c d 进人土壤后，绝大部分( 9 6 4 一9 9 9 ) 可被土壤吸持，但是红 壤较低( 只有5 8 2 6 0 3 ) ；土壤p h 与c d 吸持量呈显著正相关；离子浓度增 大，土壤对c d 的吸持量减少，土壤对s 0 4 2 。、o a c 、h 2 p 0 4 的专性吸附，可加强土 壤对c d 的吸持。 土壤类型不同而表现出吸附特征不同归根结底是土壤理化性质的差异，影响镉在 土壤中吸附解吸行为的因素归纳起来有以下几点：离子强度的影响。多数研究表 明，随土壤溶液离子强度的增加，土壤对镉的吸附量减少( 陈怀满等，1 9 8 8 ) 。温 度对镉吸附的影响。随温度升高，吸附量增大，说明吸附反应至少部分为化学吸附( 张 增强等，2 0 0 0 ) 。 p h 的影响，随p t - t 的升高，土壤对镉的吸附增加( 廖敏等，1 9 9 8 ) 。 土壤组分对镉吸附的影响( 陈怀满等，1 9 8 8 ) 研究发现，土壤不同组分对镉的吸附 有很大的影响，活性f e ，a 1 ，m n 含量的增加将显著减少土壤对镉的吸附，而活性硅 能显著地增加土壤对镉的吸附：有机质、游离氧化铁也将增加土壤的吸附量。 在土壤对镉的吸附研究中，可以应用一些模型对实验数据进行拟合，但由于吸附 实验通常采用了在土壤溶液中很难达到的高浓度，因此，实际的吸附机制是否正如吸 附模式的假定是值得考虑的，在一个较宽浓度范围的镉为土壤吸附的情况下，是否符 合这些假定的任何一条是相当可疑的，因此不能期望这些方程中的参数能提供绝对准 确的信息，但作为对镉吸附的定量描述，这些模型的引入仍不失为一个十分有用的方 法，有助于理解镉在土壤中的迁移转化。 1 3 。3 镉对土壤肥力的影响 土壤c d 污染对土壤的影响是多方面的，既可改变土壤的理化性质，又可抑制土 壤微生物的繁殖和酶的活性，降低土壤中生化过程的速度，明显抑制土壤有机c 、n 、 p 的活化和矿化进程，降低土壤肥力，还可影响土壤性能( 夏汉平，1 9 9 7 ；m o r e n oj l e ta 1 ，1 9 9 9 ：z v y a g i n t s e vd ge ta l ，1 9 9 7 ) 。高含量的c d 可降低土壤氨化速率 ( p a n c h o l ys k 雠a 1 ，1 9 7 5 ) 。( k a n d e l e r e ta 1 ，1 9 9 7 ) 研究表明，随c d 污染加重，大 大降低土壤微生物群落功能的多样性，显著降低涉及n 和s 循环的各种酶活性，从 而破坏土壤养分循环。 1 3 4 植物对镉的吸收与积累 c d 是植物非必需元素，但c d 是易积累的重金属离子，植物对c d 可以被动吸收 l o 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对板蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 也有代谢吸收( 王新等，1 9 9 7 ) 。植物吸收富集于土壤中的镉，可使农作物中镉含量 增高。重金属c d 进入植物体后引起活性氧自由基含量上升，短期内可被清除酶歧化消 除，但在长期和高浓度胁迫下，自由基对清除酶产生伤害并导致根系代谢酶受损进入 叶片中的重金属引起的超量活性氧自由基将叶绿素作为靶分子，致使叶绿索结构破 坏、叶片失绿( 王慧忠等，1 9 9 8 ) 。 c d 离子最重要的生物化学性质是它对某些化合物的琉基( _ s h ) 具有强大的亲 合力，c d 离子对蛋白质的其他侧链和磷酸盐功能团也显示出亲合力，这使得c d 易集 中在植物的蛋白质颗粒中( 王慧忠等，1 9 9 8 ) ，即在人和动物的食物中积累，给人人 类造成危害。 1 3 4 1 作物对c d 的吸收 上壤中镉含量是影响作物对镉收的主要因子。绝大多数作物对镉的吸收随上壤中 镉浓度的升高而增加作物体内镉浓度与上壤中总c d 和有效c d 都呈显著正相关 ( b a n d e l e r e e t a l ，1 9 9 4 ) 但作物对c d 的吸收和积累种间和品种问存在着显著差异( z e n g w , h e m m a s ib ，1 9 9 2 ；z h a ng p , f n l c d m im ，2 0 0 0 ) 。同时植物还可从大气中直接吸收 镉。 1 3 4 2 根系对c d 的吸收机制 植物根系对c d 的吸收包括非代谢吸收( 被动吸收) 和代谢吸收( 主动吸收) 两种机 制其中前者又包括扩散过程和阳离子交换两种类型。扩散过程主要负责c d ”的迁移 即c d 2 + 从细胞外穿过细胞壁进入细胞；阳离子交换是一个可逆过程一部分被吸收的 c d 2 + 能被无c d 2 + 溶液从根表皮的细胞壁上解吸卜来另一部分则结合成不可降解的大 分子( k a h l eh ，1 9 9 3 ) 。代谢吸收是依靠能量而进行逆浓度剃度的吸收。通常在低c d 2 + 浓度条件卜植物对c d 2 + 的吸收以代谢吸收，片优势。高c d 2 + 浓度下则以非代谢吸收 为主( c a t a l d od a g a r l a n dt r , w i l d u n gr e ，1 9 8 3 ) 。 1 3 4 3 影响作物对c d 吸收的根际土壤环境因子 作物对c d 的吸收和积累除与环境中c d 的水平有关外还受到根际土壤中c d 的 生物有效性的影响。降低c d 的生物有效性能减少作物对c d 的吸收( 刘莉等，2 0 0 5 ) 。 大量研究表明根际上壤中c d 的生物有效性与上壤环境中的p h 值、f l l 值、有机质和 微生物、上壤中存在的其它重金属元素、根分泌物等因素有关。由于不同类型的作物 其根际的p h 值、e h 值和微生物、根系活动情况等性质都不同。 p h 值是影响上壤中重金属元素溶解度及生物有效性的主要因素之一。在环境中 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对扳蓝根主要药效成分的影响及舫治技术研究 常见的p h 范围内，上壤p h 越低，重金属的溶解度越大，活性越高。p h 值下降，氢 离子增多，被胶体和枯上矿物颗粒吸附的c d 2 + 与h + 发生交换，c d 2 + 被解吸下来，从 而使介质溶液中c d ”的浓度增加，提高了c d 的有效性。杨肖娥等报道，土壤p h 与 植物c d 含量呈明显负相关，p h 主要影响土壤对c d 的吸附容量，在p h 4 o 一7 7 之 间每上升一个p h 单位，土壤对c d 吸附容量增加3 倍，大大降低植物对c d 的吸收( 杨 肖娥等，1 9 9 6 ) 。施甩石灰、硅肥、钙镁磷肥等可显著提高上壤p h 值，降低上壤中 有效c d 含量，从而能有效地抑制水稻对c d 的收( 曹仁林等，1 9 9 2 ) 。 研究表明，土壤的e h 值在很大程度上影响着植物对一些微量重金属元素的吸收。 在上壤介质中重金属元素可与硫化物形成沉淀、与有机质络合、被铁锰氧化物吸附 这些行为受上壤氧化还原状况的调节。c d 在氧化条件( e h 值高) 比在还原条件下( e h 值低) 更容易山无效态转化为水溶态和交换态( 刘莉等，2 0 0 5 ) 。 在c d 的各种存在形态中有机态占有一定比例c d 进入上壤后可与其中的一部分 有机质络合以有机络合物的形态存在或被上壤有机质吸附。有人认为这种被束缚的 c d 大部分是不可交换的，山此降低c d 的活性，减少作物吸收，但也有不同观点。土 壤中腐殖质的含量、形态、性质不同，对c d 的形态、含量的影响也不同。有人研究 外源添加有机物对水稻吸收c d 的影响，结果表明，在有机质含量低的土壤中添加有 机物能明显抑制水稻对c d ”的吸收( 熊礼明等，1 9 9 2 ) 。 在土壤一植物这一生态系统中，有许多金属元素与c d 同时存在。这些元素或 与c d 有一定程度的联系，或化学性质相似，当处处于同一条件时，可能会导致它们 与c d 在植物吸收及由根向地上部转移、或在植物组织中积累等方而发生相互作用。 例如在上壤中c d 与k ，c a ，n a 。m g 等元素同时存在这些元素对植物吸收c d 都有一 定的抑制作用。据报道：k ? 、c a 2 + 、n a + 、m 9 2 + 四种盐离子影响c d 2 + 吸收程度的大小 依次为：c a 2 + m 9 2 + k + n a + ，即化合价越高，离半径越大，对c d 2 + 吸收的抑制越强 烈，c a 2 + 的作用最大，原因是它和c d 2 + 有相似的离子半径( c a 9 9 p m ，c d 9 7 p m ) ，易竞争 c d 的吸附位点( h a n d i m a n r t 。j a c o b y b ，1 9 8 4 ；h a g e m e y e r j , w a i s e l y 1 9 8 9 ) 。 根际微生物不能降解c d ，但能影响它们的形态转化及分散和富集过程从而影响 作物对c d 的吸收。微生物通过：( 1 ) 改变上壤溶液的p h ；( 2 ) 产生h 2 s ；( 3 ) 产生各 种有机物质；( 4 ) 微生物本身细胞壁或粘液层等参与重金属在土壤中的各种化学过 程而起作用。因此，微生物对金属离子的影响主要是改变它们在环境中的存在状态。 另外，微生物代谢活动中分泌的各种产物，可能对c d 等金属离子具有沉淀和赘合等 1 2 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文重金属镉对扳蓝根主要药效成分的影响及防治技术研究 作用( 刘莉等，2 0 0 5 ) 。 根分泌物是植物在生长过程中通过根的不同部位向生长基质( 上壤、营养液) 中溢 泌或分泌的一组种类繁多的物质。植物生长过程中大约一半的光合产物被转移到根部 其中有不少通过根系分泌到根际中。分泌物中含有有机配位体( 如碳水化合物、有机 酸、腐殖酸、多肤、蛋白质、氨基酸、核酸等) 和无机配位体( 如c l 。，s 0 4 2 - ，c 0 3 2 - , p 0 4 3 。 等) 这些物质不仅作为微生物的能源而且能与重金属形成配位络和物，从而影响根际 p h 和e h 环境对根际化学特征产生重要影响。根际中分泌物的组成与数量影响重金 属的配合反应特征。例如根分泌的低分子量有机酸在土壤金属离子的可溶性和有效性 方而扮演着重要角色，一方而在有机酸浓度低时，其促进了重金属在上壤中的吸附 从而降低了重金属的生物有效性或毒性：另一方而在有机酸浓度高时，有机酸的存在 也可促进上壤吸附态重金属的解吸，从而提高重金属的毒害性。根际游离的c d 2 + 如 果在根际与分泌的一些整合剂形成稳定的c d 2 + 一鳌合物复合体贝0 其活度将会降低。 同时，根分泌物可以吸附、包埋金属污染物使其在根外沉淀下来，从而影响植物对 c d 的吸收。林琦等对水稻根际c d 形态的研究发现，根际富集的