摘要
探究不同土壤浓度铅（Pb）胁迫下北苍术幼苗生长、生理和 Pb 含量的响应特征，以期为北苍术安全生产提供理论参考。试验在不同时间（0、5、10、15、25 d）挖取施入不同土壤浓度 Pb（0、66.67、133.33、200.00 和 266.67 mg·kg-1）处理的北苍术幼苗，分析北苍术幼苗在生长、生理和 Pb 含量等方面的响应特征。结果表明：不同浓度 Pb 处理条件下，北苍术幼苗生长相关指标（叶片数、叶长、叶宽、须根长、须根直径、须根数、地上和地下部分干重）、耐性系数和生理相关指标（可溶性糖含量、总蛋白含量、叶绿素含量、根系活力、过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性）随 Pb 浓度增大均呈先升高后下降的趋势。脯氨酸含量、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性随 Pb 浓度增大呈逐渐升高的趋势。在 Pb 浓度 66.67 mg·kg-1 处理 5 ～ 10 d、133.33 mg·kg-1 处理 5 d 时，北苍术幼苗地下部分 Pb 含量 <5 mg·kg-1，符合《中华人民共和国药典》质量安全标准；地下部分富集系数范围为 0.04 ～ 0.66；转运系数范围为 1.49 ～ 8.53；相关性分析表明，生长指标与部分生理指标间呈显著或极显著正相关，与部分生理指标和 Pb 含量之间呈显著或极显著负相关。主成分分析表明过氧化物酶活性、根系活力、须根长、叶绿素含量、丙二醛含量、地上和地下部分 Pb 含量可以作为北苍术幼苗响应 Pb 胁迫的关键指标。
Abstract
This study aimed to investigate the response characteristics of growth，physiology and lead（Pb）content in the seedlings of Atractylodes chinensis under different soil Pb concentrations，providing a theoretical reference for the safe production of Atractylodes chinensis. Seedlings of Atractylodes chinensis were treated with various soil Pb concentrations （0，66.67，133.33，200.00 and 266.67 mg·kg-1 ）at different time points（0，5，10，15，25 days）were excavated， and their growth，physiological responses and Pb content were analyzed. The results indicated that under different Pb concentrations，the growth-related indices（leaf number，leaf length，leaf width，fibrous root length，fibrous root diameter，fibrous root number，dry weight of above- and below-ground parts），tolerance coefficients and physiological indices（soluble sugar content，total protein content，chlorophyll content，root activity，peroxidase activity and catalase activity）of Atractylodes chinensis seedlings initially increased and then decreased with the increase in Pb concentration. Meanwhile，proline content，malondialdehyde content and superoxide dismutase activity were gradually increased with the increase in Pb concentration. When treated with 66.67 mg·kg-1 Pb for 5-10 days or 133.33 mg·kg-1 Pb for 5 days，the Pb content in the below-ground parts of Atractylodes chinensis seedlings was less than 5 mg·kg-1 ，meeting the quality and safety standards of Pharmacopoeia of the People’s Republic of China. The bioconcentration factor ranged from 0.04 to 0.66，and the translocation factor ranged from 1.49 to 8.53 in the below-ground parts. Correlation analysis revealed significant or extremely significant positive correlations between growth indices and some physiological indices，while significant or extremely significant negative correlations were observed between growth indices and other physiological indices as well as Pb content. Principal component analysis indicated that peroxidase activity，root activity，fibrous root length，chlorophyll content， malondialdehyde content and Pb content in both above- and below-ground parts could serve as key indicators for the response of Atractylodes chinensis seedlings to Pb stress.
Keywords
随着我国城市化和工业化进程的加快，土壤重金属污染问题日趋严重，药用植物重金属污染问题严重危害人体健康[1]。重金属超标问题已成为影响中药材质量的关键因素，铅（Pb）、镉、汞、砷和铜是中药材质量检验的 5 种重金属污染源[2]；对 47 种中药材中重金属含量分析发现，Pb 含量位居第二[3]，土壤 Pb 污染是降低植株生物量、影响药材品质的主要环境因素之一。《中华人民共和国药典》（简称《中国药典》）规定中药材 Pb 含量不得高于 5.0 mg·kg-1[4]。有关药用植物在 Pb 胁迫下生长、生理响应相关研究已受到广泛关注[5]，研究表明，在 Pb 胁迫下，药用植物通过自身生理生化调节机制可以减轻一定的 Pb 毒害[6]，但植株体内过量积累 Pb 会使植株生长和生理代谢产生不可逆的危害，同时影响中药材的质量安全[7]。
北苍术[Atractylodes chinensis（DC.）Koidz.]为菊科苍术属多年生草本植物，具有燥湿健脾、祛风散寒、明目等功效[4]，主要分布于内蒙古、河北、山西、辽宁、吉林等省份，其中河北省是北苍术的主产区，北苍术被列为“十大冀药”之一。目前，有关北苍术的研究主要集中于种质资源的收集与鉴定[8-11]、栽培技术[12-15]等方面，尚未见关于北苍术响应重金属胁迫相关研究。土壤中的重金属 Pb 主要来源于肥料、农药和污染物等，中国农用地土壤环境评价标准体系中规定，在 5.5<pH ≤ 6.5 的土壤情况下，Pb 含量≤ 90 mg·kg-1 时，农用地土壤污染风险较低，一般情况下可以忽略不计[16]，冀东地区农业用地中 Pb 元素基线值高[17]，易在土壤中富集，且难以被生物降解。因此，本试验采用不同浓度 Pb 不同时间处理北苍术幼苗，分析其生长相关指标（叶片数、叶长、叶宽、须根长、须根直径、须根数、地上和地下部分干重）、生理相关指标[可溶性糖含量、脯氨酸含量、总蛋白含量、叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量、根系活力、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD） 活性和过氧化氢酶（CAT）活性）]和 Pb 含量的动态变化，明确北苍术幼苗在 Pb 胁迫下生长、生理和 Pb 积累规律，确定北苍术种植土壤的安全 Pb 施入量及其在植株体内积累的阈值，旨在为北苍术安全生产提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验于 2022 年 1 月 22 日在河北科技师范学院昌黎校区现代化玻璃温室（39°70′57″N， 119°17′06 ″E） 内进行。试验用北苍术种子于 2021 年秋采自河北省秦皇岛市青龙满族自治县龙王庙乡秦皇岛元正农业科技发展有限公司生产田 （40°33′20″N，119°48′96″E），经南京农业大学郭巧生教授鉴定为菊科苍术属植物北苍术种子。供试药剂为 PbCl2 （北京华越洋公司，型号：M109091-500 g） 分析纯。
1.2 试验方法
育苗基质由草炭土∶蛭石∶珍珠岩按照 3∶1∶1 比例配成。试验用土的基本理化性质见表1，Pb 含量为 20.26 mg·kg-1。采用穴盘育苗法，穴盘下放托盘。选取颗粒饱满、无病虫危害和机械损伤的北苍术种子，播于 50 孔穴盘（长 54 cm，宽 28 cm，高 11 cm）中，每孔播两粒种子，播种深度约为 1.5 cm，每穴装入干土的重量约为 30 g，播种后约 20 d 出苗，苗齐后，每穴保留 1 株；约 2 个月后，第 2 片真叶展开，两叶一心期时，开始进行 Pb 胁迫处理。
表1供试土壤基本理化性质
采用浇灌法进行施 Pb 处理，蒸馏水处理为对照（CK），按照质量分数配制成 0、200、400、600 和 800 mg·L-1 的 PbCl2 溶液； 用移液器缓慢施用 PbCl2 溶液，每穴 10 mL，施入土壤 Pb 的浓度分别为 0、66.67、133.33、200.00 和 266.67 mg·kg-1，加上处理前试验用土的 Pb 含量，最终土壤浓度分别为 20.26、86.93、153.59、220.26、286.93 mg·kg-1，并用 CK、P1、P2、P3 和 P4 表示。1 个穴盘为 1 次生物学重复，每个处理设置 3 次生物学重复。处理后根据育苗基质干湿情况适量补水。分别于 Pb 处理后 5、10、15、20 和 25 d 挖取植株，测定生长和生理相关指标，收集根系周围土壤，同时用取土器将穴内全部土壤取出并混匀，自然风干后备用。
1.3 相关指标测定方法
1.3.1 生长相关指标
从每个穴盘中挖取长势均匀、无病虫害的 5 株北苍术幼苗，迅速用去离子水洗净，滤纸吸干水分。记录叶片数和须根数，用游标卡尺测量须根直径，用钢尺测量叶长、叶宽、叶柄长和根长。用剪刀将北苍术幼苗地上和地下部分分开，放入恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备，型号 GZX-9140-MBE）中，120℃杀青 10 min，60℃ 烘干至恒重，用万分之一天平（奥豪斯仪器有限公司，型号 CP214）称量干重。采用公式（1）计算耐性系数[18]。
(1)
1.3.2 生理相关指标
从每个穴盘中选取长势相近的 5 株北苍术幼苗，使用便携式叶绿素仪（日本柯尼卡美能达公司，型号 SPAD-502 Plus）测定叶绿素含量，夹取每株幼苗最大的成熟叶片中间位置靠近主叶脉区，并以 SPAD 读数。参考赵文君等[19]的方法，采用南京建成生物工程研究所研发的试剂盒测定总蛋白含量、脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性、MDA 含量；用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[20]。采用氯化三苯基四氮唑法测定根系活力[20]。
1.3.3 植物组织和土壤 Pb 含量
1.3.1 中干燥处理后的组织按照《食品安全国家标准食品中多元素的测定》（GB 5009.268— 2016）中的方法消解[21]，参考王北洪等[22]方法采用硝酸-双氧水-氢氟酸多酸消解土壤。消解后均用电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞世尔，型号 RQ）测定 Pb 含量。用公式（2）和（3）计算富集系数（BCF）和转运系数（TF）[18]。
(2)
(3)
1.4 数据处理与评价方法
利用 Excel 2016 进行数据整理与初步分析，通过 Oringin 2022 分析指标间的相关性并生成相关性热图，采用 SPSS 22.0 进行数据方差分析、差异显著性分析、相关性分析和主成分分析。
2 结果与分析
2.1 Pb 胁迫对北苍术幼苗生长相关指标的影响
2.1.1 Pb 胁迫对北苍术幼苗形态的影响
随 Pb 胁迫时间的延长，北苍术叶片、根部受 Pb 毒害症状逐渐明显。叶片逐渐黄化至褐色、最终凋落死亡，须根数减少、须根易断裂（图1）； Pb 处理浓度越大，北苍术叶片、根部毒害现象越严重，叶片黄化时间越短，叶片越小，须根越短。
2.1.2 Pb 胁迫对北苍术幼苗生长指标的影响
Pb 处理浓度、处理时间及二因素互作对北苍术幼苗叶长、叶宽、须根长、须根直径、须根数、地上和地下部分干重及耐性系数均有显著和极显著影响，Pb 处理时间对叶片数无显著影响（表2）。除叶片数外，随着 Pb 处理时间延长，北苍术幼苗生长相关指标和耐性系数基本呈先升高后下降的趋势。在 Pb 胁迫 5～15 d 时，北苍术幼苗生长相关指标和耐性系数随 Pb 浓度的增大呈先升高后下降的趋势。在 Pb 胁迫 20～25 d 时，北苍术幼苗各项生长指标与耐性系数随 Pb 浓度的增大呈逐渐下降的趋势。
2.2 Pb 胁迫对北苍术幼苗生理相关指标的影响
2.2.1 Pb 胁迫对北苍术幼苗可溶性糖含量、脯氨酸含量和总蛋白含量的影响
随着 Pb 处理时间延长和 Pb 浓度增加，北苍术幼苗中可溶性糖和总蛋白含量均呈先升高后下降的趋势（图2A、C），脯氨酸含量基本呈逐渐升高的趋势（图2B），除 P2 处理 25 d 可溶性糖含量外，不同浓度 Pb 处理与 CK 均呈极显著差异，各处理间均存在显著差异。P4 处理 25 d 时可溶性糖含量、总蛋白含量均最低，与 CK 相比分别下降了 31.79%、23.01%。P1 处理 25 d 时可溶性糖含量最高，与 CK 相比升高了 22.89%。P2 处理 10 d 时总蛋白含量最高，与 CK 相比升高了 16.90%。P4 处理 25 d 时脯氨酸含量最高，与 CK 相比升高了 31.79%，P2 处理 5 d 时脯氨酸含量最低，与 CK 相比下降了 1.70%。
图1Pb 胁迫下北苍术幼苗形态的动态变化
2.2.2 Pb 胁迫对北苍术幼苗叶绿素含量的影响
相同 Pb 处理浓度条件下，随着 Pb 处理时间延长，北苍术幼苗中叶绿素含量呈先升高后下降的趋势 （图3）。在 Pb 处理 20 d 起，随 Pb 浓度增大叶绿素含量呈逐渐下降的趋势。不同浓度 Pb 处理与 CK 均呈极显著差异，各处理间均呈显著差异。P4 处理 25 d 时叶绿素含量最低，与 CK 相比下降了 19.14%，P2 处理 15 d 时叶绿素含量最高，与 CK 相比升高了 13.19%。
表2Pb 胁迫下北苍术幼苗生长相关指标的动态变化
注：表中数据为平均值 ± 标准差，对数据进行 LSD 法显著性检验，不同小写字母表示同一处理时间下不同处理浓度间在 P<0.05 水平下差异显著，* 和 ** 分别表示同一时间不同处理浓度与对照间在 P<0.05 和 P<0.01 水平下差异显著和极显著。F 值 *、** 分别表示 0.05、0.01 水平下差异显著、极显著。
图2Pb 胁迫下北苍术幼苗可溶性糖含量、脯氨酸含量、蛋白浓度的动态变化
注：不同小写字母表示同一处理时间下不同浓度间在 P<0.05 水平下差异显著，* 和 ** 分别表示同一时间不同处理浓度与对照间在 P<0.05 和 P<0.01 水平下差异显著和极显著。下同。
图3Pb 胁迫下北苍术幼苗叶绿素含量的动态变化
2.2.3 Pb 胁迫对北苍术幼苗 MDA 含量和根系活力的影响
由图4可知，随着 Pb 浓度增大和 Pb 处理时间延长，北苍术幼苗中 MDA 含量呈逐渐升高的趋势 （图4A），且处理间及其与 CK 间呈显著或极显著差异。其中 P4 处理 25 d 时 MDA 含量最高，与 CK 相比升高了 113.47%。P1 和 P2 处理下，随着处理时间的延长，北苍术幼苗根系活力呈先增加或下降的趋势， P3 和 P4 处理下，随着处理时间的延长，根系活力呈逐渐下降的趋势（图4B）。P2 处理 15 d 时根系活力最高，与 CK 相比升高了 26.63%，P4 处理 25 d 时根系活力最低，与 CK 相比下降了 33.02%。
图4Pb 胁迫下北苍术幼苗丙二醛含量、根系活力的动态变化
2.2.4 Pb 胁迫对北苍术幼苗 SOD 活性、POD 活性和 CAT 活性的影响
北苍术幼苗中SOD活性、POD活性和CAT活性不同Pb处理浓度间及其与CK间均呈显著或极显著性差异。在Pb处理5～15 d时，SOD和CAT活性均随Pb浓度增大呈逐渐升高的趋势，在Pb处理20～25 d时，随 Pb浓度增大呈先升高后下降的趋势（图5A、C）。P3处理25 d时SOD活性最高，与CK相比升高了 24.85%； P4 处理 15 d 时 CAT 活性最高，与 CK 相比升高了 47.38%。Pb 处理 5 d 时，随着 Pb 浓度增加，POD 活性逐渐增加，在 Pb 处理 10～15 d 时，随着 Pb 浓度增加，POD 活性呈先增加后下降的趋势，Pb 处理 20 d 起，随 Pb 浓度增大呈逐渐下降趋势。P4 处理 5 d 时 POD 活性最高，与 CK 相比升高了 13.47%。
图5Pb 胁迫下北苍术幼苗超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性的动态变化
2.3 Pb 胁迫对北苍术幼苗 Pb 积累相关指标的影响
2.3.1 Pb 胁迫对北苍术幼苗 Pb 含量的影响
北苍术幼苗地上和地下部分 Pb 含量与 Pb 处理时间均呈线性正相关，决定系数范围为 0.7055～0.9993（表3，图6）。地上高于地下部分 Pb 含量；P4 处理 25 d 时，地上和地下部分 Pb 含量均达到最大值，分别为 248.99 和 116.58 mg·kg-1。 P1 处理 5～10 d 和 P2 处理 5 d 时，北苍术幼苗地下部分 Pb 含量小于 5 mg·kg-1。
表3北苍术幼苗 Pb 含量线性回归方程
图6Pb 胁迫下北苍术幼苗 Pb 含量的动态变化
2.3.2 Pb 胁迫对北苍术幼苗 Pb 富集系数的影响
Pb 处理条件下，北苍术幼苗地上部 BCF 范围为 0.07～0.76，地下部分 BCF 范围为 0.04～0.36，地上高于地下部分 BCF（图7）。在 Pb 处理 5～15 d 时，地上和地下部分 BCF 随 Pb 浓度增大均呈先下降后升高的趋势，在 Pb 处理 20～25d 时，均随 Pb 浓度增大呈升高的趋势。各处理均与 CK 呈极显著性差异，各处理之间均呈显著性差异。P4 处理 25 d 时地上和地下部分 BCF 均达到最高，分别比 CK 提高了 832.98% 和 689.61%；P2 处理 5 d 时达到最低，分别比 CK 降低了 18.75% 和 42.44%。
图7Pb 胁迫下北苍术幼苗富集系数的动态变化
2.3.3 Pb 胁迫对北苍术幼苗 Pb 转运系数的影响
在 Pb 处理 5～25 d 时，北苍术幼苗 Pb 的 TF 范围为 1.49～8.53，随 Pb 浓度增大呈先升高后下降的趋势，随着处理时间的延长呈逐渐下降趋势，除 P4 处理 20 d 外，各处理均与 CK 呈显著或极显著性差异，各处理间均呈显著性差异（图8）。P3 处理 5 d 时 TF 最高，与 CK 相比升高了 35.24%，P2 处理 25 d 时 TF 最低，与 CK 相比降低了 20.22%。
2.4 相关性分析
由上述分析可知，北苍术幼苗在 Pb 处理 5～25 d 中，生长、生理和 Pb 含量均有不同程度的变化，其中 15 d 时各指标开始呈现显著性差异，至 25 d 时 Pb 处理下各指标差异性显著。因此选取 20 d，各指标均有一定差异的时间，对生长、生理和 Pb 含量各指标进行相关性分析（图9）。除叶片数外，各生长指标（叶长、叶宽、须根长、须根直径、须根数、地上和地下部分干重）间呈极显著或显著正相关，与总蛋白含量、叶绿素含量、根系活力和 POD 活性指标间呈极显著或显著正相关，与脯氨酸含量、 MDA 含量、SOD 活性、CAT 活性、地上和地下部分 Pb 含量指标间呈极显著或显著负相关。
图8Pb 胁迫下北苍术幼苗转运系数的动态变化
图9铅胁迫下北苍术各项指标相关性分析
注：*、** 分别表示 0.05、0.01 水平相关显著、极显著。
2.5 主成分分析
通过主成分分析法对 Pb 处理 20 d 的北苍术幼苗生长、生理和 Pb 含量等各指标进行综合分析，本研究选择累计方差贡献率在 80% 以上的主成分 （PC）进行分析，得到了 2 个 PC，可说明总数据中绝大部分差异。主成分 1（PC1）方差贡献率为 68.391%，PC2 方差贡献率为 13.505%（表4）。指标的因子得分绝对值越大，与对应的 PC 越有正或负相关性，选取因子得分值高于 0.8 的指标为对应 PC 的代表指标，作为北苍术响应 Pb 胁迫的关键指标。其中，PC1 的正相关代表指标为 POD 活性、根系活力、须根长、叶绿素含量、可溶性糖含量、总蛋白含量和地上部分干重，负相关代表指标为 MDA 含量、脯氨酸含量、SOD 活性、地上和地下部分 Pb 含量。PC2 的正相关代表指标为叶宽，负相关代表指标为叶片数。
表4载荷矩阵及贡献率
3 讨论
3.1 Pb 胁迫对北苍术生长的影响
判断植株在重金属环境下是否受到影响，最简单直接的方式是观察其生长状态的变化，具体体现在叶片数、叶长、叶宽、须根长、须根直径和须根数等，通常在不同胁迫时间以及不同 Pb 浓度下产生不同影响[5]。孟晓飞等[18]研究表明低浓度 10 mg·kg-1 Pb 胁迫下油菜干重升高，高浓度 20 mg·kg-1 Pb 胁迫下干重下降；Mu 等[23] 研究发现当 Pb 浓度为 1000 mg·kg-1 时促进了水稻生长，当 Pb 浓度为 3000 mg·kg-1 时地上与地下部分干重和鲜重均下降；郭王子杰等[24]研究发现，低浓度 50 mg·kg-1 Pb 处理下，早开堇菜叶面积增大。本试验中，在质量分数为 66.67 mg·kg-1 Pb 处理 5～15 d 时，北苍术幼苗各项生长指标均高于 CK，叶长、叶宽增加，须根变长，干重变大，随 Pb 浓度增加，生长指标呈逐渐下降的趋势，随 Pb 胁迫时间的延长，各 Pb 处理抑制效果加重，表现为植株叶片黄化，出现黑斑，叶片数减少，根部断裂，地上与地下部分干重减少。试验结果与前人研究结果一致，结果表明短时间低浓度 Pb 胁迫对北苍术幼苗生长有一定的促进作用，但促进作用是有限的，而高浓度 Pb 胁迫会对其叶片及根系的生长有害，并会导致各生长指标降低，长期处于 Pb 胁迫下会对植株生长发育产生不可逆的影响。
3.2 Pb 胁迫对北苍术生理相关指标的影响
重金属胁迫会诱导自由基的产生，SOD、CAT、 POD 会清除自由基，但自由基过多时，会影响植物抗氧化系统的平衡[25]。SOD 是植物清除 O2 －的关键酶，POD 是负责清除细胞质中 H2O2 的酶，CAT 是催化 H2O2 分解成氧和水的酶[26-29]。Nandita 等[29] 研究表明，积雪草的 SOD 和 CAT 活性随 Pb 浓度增大而逐渐升高，POD 活性先升高后下降；孟晓飞等[18] 研究发现，油菜 SOD 活性随 Pb 浓度的增大逐渐降低，POD、CAT 活性逐渐升高；代杰等[30]研究发现，随 Pb 浓度的增加，水芹 POD 活性逐渐降低， CAT 活性呈先升高后下降的趋势。本试验中，随 Pb 质量分数的增大，北苍术幼苗 SOD 活性呈逐渐升高的趋势，CAT、POD 活性呈先升高后下降的趋势。结果表明，随 Pb 胁迫时间的延长，北苍术产生的自由基越多，抗氧化酶系统平衡遭到的破坏越大。
脯氨酸能够保护植物细胞膜，使细胞膜上的大分子蛋白结构完整。当植物受到重金属胁迫时，细胞膜结构遭到破坏，游离脯氨酸变多。王马勃等[31]研究发现，茅苍术的脯氨酸含量随 Pb 胁迫时间的延长不断升高。本试验中随着 Pb 浓度的增加、Pb 处理时间的延长，脯氨酸含量呈逐渐增加的趋势，与前人研究结果一致。结果表明，随 Pb 胁迫时间的延长，为保护细胞膜结构，北苍术脯氨酸含量不断提高。在逆境胁迫下总蛋白、可溶性糖作为重要营养物质和渗透调节物质，其积累能减少重金属胁迫对植物的伤害。张娜等[32]研究发现，随 Pb 胁迫时间延长，芦苇总蛋白含量降低；黄筱涵等[33]研究发现厚朴可溶性蛋白含量随 Pb 浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势；姬海月等[34] 研究发现远志可溶性蛋白含量随 Pb 浓度的增加呈先升后降的趋势。本试验中，北苍术幼苗总蛋白含量随 Pb 浓度的增加呈先升高后下降的趋势，其中 66.67～133.33 mg·kg-1 处理总蛋白含量极显著高于 CK。结果表明，短时间 Pb 胁迫下，北苍术会通过积累蛋白和可溶性糖等渗透调节物质来维持生理调节平衡，随 Pb 胁迫时间的延长，北苍术生理代谢系统遭到破坏，总蛋白和可溶性糖含量降低。
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，轻微重金属胁迫下植株会有一定的适应性，叶绿素含量会增加，而重度的 Pb 会破坏植物叶绿体超微结构，进而抑制叶绿素的合成。王马勃等[31]研究表明茅苍术叶绿素随 Pb 胁迫时间的延长叶绿素含量逐渐减少；吕雨泽等[35]研究表明水葱叶绿素含量随 Pb 浓度的增加而降低；罗绪锋等[36]研究发现刺槐叶绿素含量随 Pb 浓度的增加而降低。本试验中，在处理 5～20 d 时，各处理叶绿素浓度高于 CK，其中 133.33～200.00 mg·kg-1 北苍术幼苗叶绿素含量极显著高于 CK，在 25 d 时，各处理叶绿素含量均低于 CK。结果表明短时间低浓度会促进北苍术叶绿素的合成，随 Pb 胁迫时间的延长叶绿素含量逐渐降低。
植株受到重金属胁迫时，细胞质过氧化进程会生成 MDA，MDA 含量越大，植株叶片受到的损伤程度就越大[30]。根系活力反映了植物根系的生理状态[26]。Carolina 等[37] 研究发现 Pb 胁迫下大豆叶片 MDA 含量随 Pb 浓度的增加而上升；代杰等[30] 研究发现水芹 MDA 含量随 Pb 浓度的增大呈逐渐升高的趋势。Khan 等[38]研究发现低 Pb 胁迫下根系活力会升高，高浓度 Pb 胁迫下根系活力会下降；石力匀等[39]研究发现随 Pb 浓度的增加月季根系活力逐渐降低；寇太记等[40]研究发现随 Pb 浓度的增大小麦根系活力呈先升高后降低的趋势。本试验中，在处理 5～25 d 时，随 Pb 质量浓度的增加，北苍术幼苗 MDA 呈逐渐升高的趋势，根系活力呈先升高后下降的趋势，与前人研究相似。结果表明，在短时间 Pb 胁迫下，北苍术通过提高根系活力来抵抗胁迫，但随 Pb 胁迫时间的延长，高浓度 Pb 胁迫会导致根部细胞死亡、破坏北苍术根部组织，降低根系活力。
3.3 Pb 胁迫下北苍术的积累与耐受性
植物在重金属胁迫下会通过向上富集重金属来保护根系。研究发现，早开堇菜[24]、甘蓝[41]、黄瓜[42]等植株在 Pb 胁迫下，Pb 含量地上 >地下部分。本试验中，北苍术幼苗 Pb 含量地上 >地下部分，不同 Pb 处理下，Pb 含量与 Pb 胁迫时间均呈线性正相关。仅在 Pb 浓度为 66.67 mg·kg-1 处理5～10 d 和 133.33 mg·kg-1 处理 5 d 时，地下部分 Pb 含量 <5 mg·kg-1，符合《中国药典》中药材的 Pb 含量限量标准要求。BCF 表示各部分对重金属的吸收积累能力，TF 表示重金属在植物体内的向上迁移能力。Mu 等[23]研究发现紫花苜蓿随 Pb 浓度的增大 TF 降低，BCF 升高；代杰等[30]研究发现水芹地上 >地下部分 BCF、TF 随 Pb 浓度增加均呈先升高后降低的趋势；郭王子杰等[24]研究发现，随 Pb 浓度的增加，早开堇菜 TF 逐渐降低， BCF 先增加后下降。本试验中，BCF 地上 >地下部分，说明 Pb 是易在北苍术体内富集的重金属，北苍术幼苗 TF 在 1.05～7.77 之间，均 >1，说明北苍术幼苗由根部向上转运 Pb 能力强，从而降低地下部分 Pb 积累，但随着 Pb 胁迫时间的延长，北苍术幼苗地下向地上转运能力逐渐下降，本试验结果与前人研究相似。结果表明，随 Pb 胁迫时间的延长，北苍术地上、地下部分 Pb 含量以及 BCF 均不断升高，植株逐渐出现受毒害症状，并且北苍术各部位器官均受到影响，向上转运 Pb 的能力不断降低。
相关性分析能够有效反映处理各变量之间关联性，通过相关性分析发现，生长指标与部分生理指标（蛋白含量、叶绿素含量、根系活力和 POD 活性指标）间呈显著或极显著正相关，与部分生理指标（脯氨酸含量、MDA 含量、SOD 活性、CAT 活性）和 Pb 含量间呈显著或极显著负相关。主成分分析可以消除原始指标之间的相互影响，通过主成分分析发现，POD 活性、根系活力、须根长、叶绿素含量、MDA 含量、地上和地下部分 Pb 含量等指标可以作为北苍术幼苗响应 Pb 胁迫的关键指标。
4 结论
Pb 浓度和 Pb 处理时间对北苍术幼苗生长和生理相关指标均有显著或极显著影响。Pb 浓度为 66.67 mg·kg-1 处理 5～10 d 和 133.33 mg·kg-1 处理 5 d 内符合北苍术安全生产标准。相关性分析发现，生长指标与部分生理指标间显著或极显著正相关，与部分生理指标和 Pb 含量之间呈显著或极显著负相关。主成分分析表明 POD 活性、根系活力、须根长、叶绿素含量、MDA 含量、地上和地下部分 Pb 含量可以作为北苍术幼苗响应 Pb 胁迫的关键指标。
