铅（Pb）是植物生长的非必需元素，当土壤Pb含量超标时，Pb会毒害中药材，降低产量^[1]。常用的大宗药材之一延胡索，别名元胡、玄胡索、玄胡，为罂粟科紫堇属一年生草本植物，广泛栽培在我国安徽、江苏、浙江等地区，其地下块茎入药，有行气、活血、止痛的作用^[2]。延胡索容易受Pb毒害，生长缓慢、植株矮小等是其伤害症状^[3]，影响严重的是产量，人食用含铅多的延胡索块茎后，有食品安全隐患。铅在植物中，尤其是药用植物中的积累情况已经受到人们的关注。植物受到来自土壤中的铅胁迫后，施加外源物质是否可以减轻其对重金属的吸收、积累作用，是目前研究的热点。

研究表明钾（K）是植物生长发育所必需的营养元素，施钾肥可使中药材药用品质和产量提高。目前，较多研究主要集中在土壤中重金属含量对中药材富集重金属的影响^[4-7]，但较少研究增施钾肥对重金属污染土壤中减少中药材重金属含量的影响。

本研究以延胡索为试验对象，研究不同钾铅组合下，钾铅对延胡索生长及不同器官干物质累积特点的影响，为延胡索药用质量安全和规范化种植提供理论依据。

1.   材料与方法

1.1   材料

试验材料：延胡索（Corydalis yanhusuo W. T. Wang）块茎，由2018年8月浙江省东阳市农业局提供，从中选取大小基本一致的块茎备用^[1]。盆栽土壤取当地大田耕层，其养分状况为有机质量：5.6 g kg⁻¹，全氮：2.3 g kg⁻¹，水解氮：12.58 mg kg⁻¹，速效钾：50.34 mg kg⁻¹，速效磷：11.34 mg kg⁻¹，总铅：13.4 mg kg⁻¹；总体上适宜延胡索的生长。

供试药品：K₂SO₄和Pb(NO₃)₂均为分析纯，购于成都化学试剂厂。

1.2   方法

试验设铅、钾用量两个因素；铅用量依据《土壤环境质量标准-GB 15618—1995》中铅的土壤等级划分标准（土壤一、二级标准，pH < 6.5^[8]确定，分别为低铅50 mg kg⁻¹（Pb₁）和高铅200 mg kg⁻¹（Pb₂）2个水平。

钾用量设低钾100 mg kg⁻¹（K₁）、中钾200 mg kg⁻¹（K₂）、高钾400 mg kg⁻¹（K₃）3个水平。以不施钾和铅处理为对照（Pb₀K₀），共9个处理，具体处理见表1；每个处理每次需要3盆（重复3次），且需采样5次，一共135盆。

表  1  试验中钾铅组合处理组

Table  1.  Concentration of potassium-lead coupling treatments

处理 Treatment	铅 (mg kg−1) Lead	钾 (mg kg−1) Potassium
Pb0K0	0	0
Pb1K0	50	0
Pb1K1	50	100
Pb1K2	50	200
Pb1K3	50	400
Pb2K0	200	0
Pb2K1	200	100
Pb2K2	200	200
Pb2K3	200	400

下载: 导出CSV 

| 显示表格

试验在重庆三峡学院百安坝校区的科研基地进行。2018年10月1日播种；延胡索块茎经事先消毒处理，每盆播种5粒。播种之前施基肥，施用量为尿素 N 300 mg kg⁻¹，磷酸钙P₂O₅ 120 mg kg⁻¹。定期检查延胡索生长情况，定期浇灌蒸馏水和进行常规人工管理，避免其它余扰^[1]。

从播种后150 d（2019年3月6日）开始取样，期间每隔15 d取样一次，直到2019年5月5日采收结束，共采样5次；采取的样本为延胡索根基土壤及其延胡索植物体。采取的样本用于测定延胡索植株生物量及其不同器官组织的铅含量。

1.3   指标测定

1.3.1   生物量的测定

小心取延胡索植株及地下块茎，用自来水清洗干净后，再用去离子水冲洗。将延胡索地上与地下部分区分后，分别用烘干称重法测定生物量^[9]。

1.3.2   延胡索地上与地下部分铅含量的测定

样品经微波消解后测定其重金属铅含量，具体方法如下：先将延胡索地上与地下部分分别烘干称重，碾磨成粉状后精确称取各样品0.2000 g，加入酸液（浓HNO₃∶浓H₂SO₄ = 4∶1），同时做空白组；用MARS240微波消解系统消解以上溶液后，冷却，过滤（滤液在25 ml容量瓶中定容）^[10-11]，保存在塑料瓶中，样品中Pb含量（mg kg^-1干重）用AA-6300原子吸收分光光度计测定^[12]。

1.3.3   数据计算

不同部位对重金属的富集系数（BCF）＝ 不同部位重金属量/土壤中重金属量^[8]；耐性指数（TI）＝ 重金属处理植物的生物量/对照植物的生物量^[8]；延胡索铅累积量 ＝ 不同部位含铅量 × 相应部位干质量^[8]。

1.3.4   数据处理

方差分析（ANOVA）和LSD检验采用SPSS 16.0进行。结果用3次重复的x ± s表示^[8]。

2.   结果与分析

2.1   钾铅组合对延胡索生物量的影响

延胡索不同部位（地上部分、地下部分）干物质积累在不同钾铅组合处理下都随时间而出现明显的动态变化，过程见图1。由图1可知，胡索地上部分、地下部分的干物质积累规律基本一致，均为“S”型。未加钾肥时，2种铅添加土壤的延胡索地上部分和地下部分生物量与对照相比均有提高。其中低铅处理的地上部分增加了16.26%、地下部分增加了13.44%，高铅处理的地上部分增加了10.26%、地下部分增加了7.40%。低铅和高铅处理土壤增施钾肥后延胡索地上部分和地下部分生物量均增加，而且低铅和高铅处理土壤增施钾肥浓度为200 mg kg⁻¹时生物量最大，这与王小晶的研究一致^[13]。低铅处理中延胡索地上和地下部分中钾处理的生物量对比未施加钾肥处理分别增加了18.67%和35.97%，高铅处理中地上和地下部分中钾处理的生物量对比未施加钾肥分别增加了29.24%和46.78%。4月下旬延胡索地上部分开始枯萎，生物量降低。5月初地下部分生物量变化不大。

图  1  K与Pb组合下对延胡索地上部分（A）、地下部分（B）干物质量的影响

Figure  1.  Effect of potassium-lead coupling treatments on dry matter accumulation of aboveground (A) and underground (B) C. yanhusuo

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2   钾铅组合铅在延胡索不同部位的积累情况

延胡索不同部位铅的积累量在不同钾铅组合背景值下的地下部分与地上部分总体差异显著。即地下部分呈现随时间逐渐减小的趋势，而地上部分先升后降，见图2。与对照相比，铅添加土壤延胡索地上部分与地下部分铅含量显著增加；在低铅处理土壤上增施钾肥，延胡索地下部分的铅含量均低于对照。高铅处理土壤钾肥添加量为200 mg kg⁻¹时，延胡索地下部分铅量比不施钾肥处理显著降低。这与王东等^[14]的研究一致。对比未施加钾肥时，低铅处理的地上和地下部分在施加三种水平的钾肥后铅含量均有下降，但是中钾处理的铅含量下降最多，且高铅处理的结果一致；中钾处理的地上和地下部分在低铅中分别比未施加钾肥处理的铅含量降低了44.08%和53.37%，在高铅中则分别降低了28.26%和14.07%，证明中钾的缓解效果最好。从图中可以看出延胡索在不同处理情况下其生长过程中铅的积累量有十分显著的差异。植株地下部分（块茎）铅积累量在高铅下总体大于低铅（相同钾素水平）。铅积累量在中钾小于高低钾水平（相同铅素水平）。相同钾素水平下，植株地上部分铅积累量高铅总体大于低铅。相同铅素水平，高低钾大于中钾水平下的铅积累量。对比高低钾处理，中钾的铅含量最低说明了中钾对铅的解毒作用最大。

图  2  Pb在延胡索地上部分（A）、地下部分（B）中的动态积累情况

Figure  2.  Dynamic accumulation of lead in the aboveground (A) and underground (B) C. yanhusuo

下载: 全尺寸图片 幻灯片

就采收时地下部分（块茎）的铅积累量看（表2），高钾高铅、低钾高铅分别比中钾高铅高出8.2%、17.74%，高钾低铅、低钾低铅分别比中钾低铅处理高出26.03%、44.14%。高钾高铅、中钾高铅、低钾高铅分别比高钾低铅、中钾低铅、低钾低铅处理高出42.29%、53.52%、31.55%。这与王小晶等^[13]的研究结果一致。

以上结果说明某种程度上钾与铅之间存在拮抗关系，而且在中钾水平时，钾对铅的拮抗作用最大。总体来看，铅元素在延胡索地下部分的积累量与钾的施加量呈负相关；就采收时地上部分的铅积累量看（表2），相同钾肥水平条件下，高铅下植株地上部分铅积累量总体大于低铅下的积累量。相同铅素水平下，中钾小于高低钾水平下的铅积累量。说明中钾（200 mg kg⁻¹）解毒作用最大。就采收时地上部分的铅积累量看，其大小顺序为无钾高铅 > 高钾高铅 > 低钾高铅 > 中钾高铅 > 无钾低铅 > 高钾低铅 > 低钾低铅 > 中钾低铅 > 对照。耐性指数是指植物在重金属处理的不同部位生物量与对照处理的生物量之比，能反映所选植物对重金属的耐受情况。分析其耐性系数可知，在低铅的情况下，地下部分耐受铅的能力大于地上部分，表明延胡索利用地下部分器官在低铅背景值下对铅进行积累。从富集系数看，延胡索对于铅的积累能力为地下部分 > 地上部分。在采收期，地下部分铅积累未超过5.0 mg kg⁻¹，即Pb < 5.0 mg kg⁻¹，依据:《药用植物制剂进出口绿色行业标准》，2011年，延胡索地下部分铅含量未超标，食用是安全的。

表  2  铅在延胡索地上与地下部位的积累情况（采收期）

Table  2.  Accumulation of lead in the aboveground and underground C. yanhusuo at harvest period

处理 Treatment	耐性指数 Tolerance index			富集系数 Bioconcentration factor			铅积累量（mg） Lead accumulation
	地下部分 Underground	地上部分 Aboveground		地下部分 Underground	地上部分 Aboveground		地下部分 Underground	地上部分 Aboveground
Pb0K0	1.000 ± 0.015 a	1.000 ± 0.004 a		0.008 ± 0.002 a	0.005 ± 0.024 a		0.255 ± 0.040 a	0.213 ± 0.050 a
Pb1K0	1.041 ± 0.031 a	1.010 ± 0.006 b		0.006 ± 0.011 a	0.003 ± 0.027 b		0.767 ± 0.010 b	0.521 ± 0.030 a
Pb1K1	1.209 ± 0.005 c	1.051 ± 0.009 d		0.005 ± 0.024 b	0.003 ± 0.030 a		0.768 ± 0.010 c	0.405 ± 0.010 b
Pb1K2	1.500 ± 0.007 a	1.200 ± 0.014 b		0.002 ± 0.027 c	0.001 ± 0.014 c		0.429 ± 0.050 a	0.401 ± 0.010 a
Pb1K3	1.164 ± 0.006 b	1.051 ± 0.027 a		0.003 ± 0.022 b	0.002 ± 0.013 a		0.580 ± 0.030 b	0.413 ± 0.050 c
Pb2K0	1.041 ± 0.002 a	1.020 ± 0.015 d		0.002 ± 0.021 b	0.001 ± 0.005 b		0.963 ± 0.030 c	0.774 ± 0.080 a
Pb2K1	1.254 ± 0.025 c	1.066 ± 0.007 b		0.001 ± 0.023 d	0.000 ± 0.026 d		1.122 ± 0.020 b	0.703 ± 0.020 a
Pb2K2	1.657 ± 0.011 c	1.144 ± 0.001 b		0.001 ± 0.020 b	0.000 ± 0.021 a		0.923 ± 0.220 c	0.673 ± 0.010 a
Pb2K3	1.175 ± 0.001 b	1.025 ± 0.005 b		0.002 ± 0.022 c	0.000 ± 0.016 d		1.005 ± 0.120 b	0.717 ± 0.020 a
注：a.b.c.d不同字母表示统计学差异（P < 0.05）

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.3   土壤的铅、钾添加含量与延胡索铅积累量和产量的偏相关分析

对取样前土壤铅、钾添加量与采收时延胡索地上部分、地下部分器官含铅量及其产量进行相关性分析，结果如表3所示。经偏相关分析，土壤铅添加量与延胡索地上和地下部分铅的积累量呈正相关关系，与块茎的生物产量呈负相关关系；其中土壤铅添加量和延胡索地上部分的铅含量呈显著正相关，和延胡索生物产量呈极显著负相关。土壤钾肥添加量与延胡索地上部分铅含量呈显著正相关，与块茎的生物量呈极显著正相关，与地下部分铅含量呈负相关。从地下部分的铅含量与土壤铅添加量和土壤中钾添加量的相关系数中可以得出，地下部分铅的积累量与土壤中铅添加量具有显著的正相关性，在中钾（K₂）背景下会导致地下部分（根）减少对铅的吸收，并且使根中的一部分重金属元素转移至其它部位。从块茎干质量与土壤中铅和钾肥的相关性系数上看，钾肥的施加的确能够使块茎干质量增加，在一定程度上缓解了铅对块茎生长的抑制。

表  3  土壤铅、钾添加量与延胡索积累量和产量的偏相关系数

Table  3.  Partial correlation coefficients between soil lead content, soil potassium content and the accumulation of lead in C. yanhusuo and its yield

	地上部分铅含量 Content of lead in aboveground plant	地下部分铅含量 Content of lead in underground plant	块茎干质量 Dry weight of tuber
土壤铅添加量	0.642*	0.321	−0.824**
土壤钾添加量	0.625*	−0.453	0.825**
注：*表示显著性差异为P < 0.05，**表示显著性差异为P < 0.01

下载: 导出CSV 

| 显示表格

3.   讨论

在相同钾素水平下，植株地上与地下部分干物质积累受高铅抑制。铅对植物生长的毒害作用已有报道，本实验也表明：当铅素为50 mg kg⁻¹，钾素为200 mg kg⁻¹、400 mg kg⁻¹时，地下干物质积累量均显著大于对照。说明低铅条件下，地下部分干物质的积累的增加与钾素水平有关，而缓解铅素对延胡索的抑制作用也与钾素有关。

植株在高铅下促进铅在植株不同部分的积累，植物地下部分在中钾抑制铅的吸收和积累，而在地上部分促进铅的积累。当铅为50 mg kg⁻¹，钾为200 mg kg⁻¹时，地下部分（块茎）中铅的积累量略低于对照。表明铅在地下部分（块茎）的积累在低铅中钾下较少。铅在植物生长前期主要集中在地下部分，铅在后期主要集中在地上部分。可能是植株与土壤接触，后期植株将毒害元素向上转移，不断由地下部分转运到地上部分，以保证自身正常生长或存活。可能后期，植物为了阻止对铅的吸收，降低地下部分铅含量，一方面通过自身生理代谢抑制铅的毒害作用，另一方面是植株适应外界环境胁迫，而添加钾尤其是200 mg kg⁻¹，铅的抑制作用被缓解。

本实验结果表明，浓度相关性是在不同生长期铅对延胡索的影响特征。其生长过程中钾铅组合对其有较大影响的是生长前期，但对生长后期铅的积累量差异变小，与延胡索内稳态的形成有关，钾素的添加对植株有缓解毒性的作用，其中中钾的缓解作用最大。本实验只考虑了钾素的使用量与铅组合的作用，未考虑其他无机元素，例如铁、铜、磷、硫等与植物对重金属的富集能力也有关^[15]。在富含铅的土壤中，如何尽量减少块茎中的铅积累量，又能保证其正常生长还需要结合以上所述无机元素。尽量选择含铅量低的土壤种植延胡索，而在钾素的施用中需要注意其用量。

4.   结论

（1）总体上低铅和高铅添加土壤的延胡索地上与地下部分生物量与空白对照相比均有增加。

（2）钾肥的施加能够缓解铅对延胡索的生物毒性，使延胡索地上与地下部分生物量增加。

（3）延胡索不同部位铅的累积量地下部分与地上部分总体差异显著。即地下部分铅累积量呈现随时间逐渐减小的趋势，而地上部分随时间先增加后减少的趋势。