2-萘酚單一污染對(duì)大白菜種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

馬 原， 臧淑艷， 尹利利， 王婷婷

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

2-萘酚單一污染對(duì)大白菜種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

馬 原， 臧淑艷， 尹利利， 王婷婷

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

酚類化合物作為重要的化工原料,毒性較強(qiáng)且不易被生物降解.因其難以被常規(guī)廢水處理工程全部去除，所以,成為我國(guó)水環(huán)境中較常見(jiàn)的污染物.本文以大白菜種子為供試農(nóng)作物，研究2-萘酚對(duì)其發(fā)芽率以及幼苗生長(zhǎng)的毒害效應(yīng).結(jié)果表明:2-萘酚單一污染對(duì)大白菜種子發(fā)芽率、芽長(zhǎng)和根伸長(zhǎng)的生態(tài)毒性敏感程度依次為：根伸長(zhǎng)>芽長(zhǎng)>發(fā)芽率.研究結(jié)果為進(jìn)一步研究有機(jī)污染的生態(tài)毒性提供基礎(chǔ)資料.

2-萘酚； 種子發(fā)芽； 根伸長(zhǎng)

隨著全球化工行業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的酚類化合物被人工合成或提取出來(lái)，并且其在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用.但在酚類化合物的合成、提取以及使用過(guò)程中，會(huì)釋放部分的酚類化合物到環(huán)境中去，從而引起環(huán)境的污染.工業(yè)含酚廢水來(lái)源廣、數(shù)量多、危害大,它的大量排放給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染,有害于人類健康及生物的生長(zhǎng)繁殖,并且影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1].在我國(guó)的環(huán)境檢測(cè)中,酚化物被列為五大毒物之一[2].這些含酚廢水若不經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理直接排放到環(huán)境中或者用來(lái)灌溉農(nóng)田，則可對(duì)地下水和土壤造成污染.低濃度含酚廢水灌溉農(nóng)田會(huì)使一些農(nóng)作物中含有酚類物質(zhì),不能食用；高濃度含酚廢水灌溉農(nóng)田會(huì)引起農(nóng)作物的死亡.此外,含酚廢水的任意排放可經(jīng)水流沖刷及水體滲透進(jìn)入農(nóng)田,影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)[3].目前關(guān)于有機(jī)物污染對(duì)作物生長(zhǎng)影響的研究報(bào)道較多,王慧等[4]研究了不同濃度的菲污染對(duì)多年生黑麥草及白三葉種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)情況的影響，其結(jié)果表明:不同菲濃度對(duì)多年生黑麥草和白三葉種子的發(fā)芽率和幼苗生長(zhǎng)的影響都很大，但二者之間卻沒(méi)有顯著差異，這有可能是因?yàn)橹参锓N子具有能夠有效阻止有毒物質(zhì)進(jìn)入的外殼結(jié)構(gòu)，因而在一定范圍內(nèi)土壤的污染對(duì)種子發(fā)芽的毒害作用表現(xiàn)為部分抑制作用.只有在土壤受到相對(duì)嚴(yán)重污染時(shí)，才會(huì)完全抑制植物種子的發(fā)芽過(guò)程.

目前，利用高等植物的生長(zhǎng)狀況來(lái)監(jiān)測(cè)水體和土壤污染程度,是從生態(tài)學(xué)角度來(lái)衡量土壤健康狀況,評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要方法之一[5-6]，此方法在近年來(lái)得到了更多的關(guān)注.一些國(guó)際機(jī)構(gòu)組織已先后將此方法作為評(píng)價(jià)化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)指標(biāo)以監(jiān)測(cè)目標(biāo)化學(xué)品的生態(tài)毒性,并對(duì)非目標(biāo)污染物的潛在毒性進(jìn)行評(píng)價(jià).目前已建立的高等植物毒理試驗(yàn)方法有3種:根伸長(zhǎng)試驗(yàn)、種子發(fā)芽試驗(yàn)和早期植物幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)[7].本文以大白菜種子為供試農(nóng)作物，研究2-萘酚單一污染下對(duì)其發(fā)芽率以及芽長(zhǎng)、根伸長(zhǎng)和幼苗生長(zhǎng)情況的影響，為進(jìn)一步研究有機(jī)污染物的生態(tài)毒性提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù).

1 材料和方法

1.1 供試材料及儀器

2-萘酚試劑：分析純，沈陽(yáng)市新西試劑廠；雙氧水：分析純,沈陽(yáng)力誠(chéng)試劑廠.JS061型數(shù)顯電熱恒溫培養(yǎng)箱；硬質(zhì)玻璃培養(yǎng)皿；定性濾紙.大白菜種子,沈陽(yáng)市寧官種子站.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 材料的預(yù)處理方法

選擇發(fā)育良好且成熟飽滿的完好種子，在實(shí)驗(yàn)前先用體積分?jǐn)?shù)為3 %的雙氧水溶液對(duì)其進(jìn)行表面消毒滅菌約30 min,再分別用自來(lái)水和蒸餾水沖洗3～4次.將已處理的種子分別放入預(yù)先墊有2層定性濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中,每個(gè)培養(yǎng)皿30粒種子,每個(gè)處理組3個(gè)平行重復(fù).

1.2.2 幼苗生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

幼苗生長(zhǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定參見(jiàn)臧淑艷等[8]的方法，其中

發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100 %；

發(fā)芽勢(shì)=(發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100 %；

(注：每24 h記錄1次發(fā)芽率，發(fā)芽最多的1 d 即為發(fā)芽高峰期)

活力指數(shù)(VI)=GI·S,

(GI為發(fā)芽指數(shù),S為幼苗的生長(zhǎng)勢(shì))；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt,

(Gt為在t天內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù))；

根伸長(zhǎng)抑制率=[(對(duì)照種子平均根長(zhǎng)-處理種子平均根長(zhǎng))/對(duì)照種子平均根長(zhǎng)]×100 %；

根長(zhǎng)的測(cè)定:胚軸與根之間的過(guò)渡點(diǎn)開(kāi)始到根末端的長(zhǎng)度；

芽長(zhǎng)的測(cè)定:胚軸與芽之間的過(guò)渡點(diǎn)開(kāi)始到芽末端的長(zhǎng)度；

株高的測(cè)定：植株根莖部到頂部之間的距離(頂部指主莖頂部)；

耐性指數(shù)：各處理組根系長(zhǎng)度/對(duì)照組根系長(zhǎng)度.

1.2.3 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)量的影響 以蒸餾水為對(duì)照組，配置的2-萘酚溶液質(zhì)量濃度分別為10 mg/L，20 mg/L，40 mg/L，60 mg/L，80 mg/L，100 mg/L.然后向培養(yǎng)皿中分別加入不同質(zhì)量濃度的15 mL處理液，于25 ℃條件下培養(yǎng)，每隔24 h更換1次處理液.分別記錄各個(gè)處理組種子的發(fā)芽數(shù)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)及株高，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，計(jì)算發(fā)芽率、根伸長(zhǎng)抑制率、發(fā)芽指數(shù)等(注：發(fā)芽天數(shù)為8 d，第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第8天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并進(jìn)行根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)及株高的測(cè)量).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)種子發(fā)芽率的影響

為測(cè)定2-萘酚溶液質(zhì)量濃度對(duì)種子發(fā)芽率的影響，分別以6個(gè)不同質(zhì)量濃度2-萘酚溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)計(jì)算其對(duì)大白菜種子發(fā)芽率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.

圖1 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)白菜發(fā)芽率的影響

由圖1可知：大白菜種子發(fā)芽率隨著2-萘酚溶液質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì).在低質(zhì)量濃度下，2-萘酚對(duì)種子發(fā)芽的促進(jìn)作用表現(xiàn)不明顯(高于對(duì)照組2.22 %)，而在高質(zhì)量濃度下其對(duì)種子發(fā)芽則表現(xiàn)為抑制作用.2-萘酚的質(zhì)量濃度增加到60 mg/L的時(shí)候，其抑制作用相對(duì)明顯(發(fā)芽率要低于對(duì)照組23.33 %).因此，可以認(rèn)為2-萘酚質(zhì)量濃度對(duì)大白菜發(fā)芽率存在劑量效應(yīng)關(guān)系.低質(zhì)量濃度下對(duì)種子發(fā)芽起促進(jìn)作用.這是因?yàn)樵诜N子發(fā)芽過(guò)程中，發(fā)芽初期的吸脹作用為生長(zhǎng)提供了水分，從而達(dá)到自身代謝的目的，且此時(shí)種子體內(nèi)所吸收或累計(jì)的2-萘酚的含量相對(duì)較低，未達(dá)到對(duì)種子的發(fā)芽造成明顯影響的質(zhì)量濃度要求.

2.2 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)根伸長(zhǎng)抑制率的影響

根伸長(zhǎng)在蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程起到至關(guān)重要的作用，為此以6個(gè)不同質(zhì)量濃度2-萘酚溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)其對(duì)大白菜種子根伸長(zhǎng)抑制率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)白菜根伸長(zhǎng)抑制率的影響

由圖2中可以看出：2-萘酚質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)，2-萘酚對(duì)大白菜種子的根伸長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用，其根伸長(zhǎng)較對(duì)照組增長(zhǎng)了14.42 % .這可能是因?yàn)榈唾|(zhì)量濃度下其不足以對(duì)種子產(chǎn)生毒害作用，反倒為種子本身代謝提供了一部分所需營(yíng)養(yǎng)組分，從而達(dá)到較低的促進(jìn)作用. 但在高質(zhì)量濃度(ρ≥10 mg/L)下，不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)根的伸長(zhǎng)表現(xiàn)均為明顯的抑制作用,并且隨著處理液質(zhì)量濃度的增加，根伸長(zhǎng)抑制率呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì).在2-萘酚質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí)，根伸長(zhǎng)抑制率達(dá)到了93.97 %.這可能是因?yàn)橘|(zhì)量濃度過(guò)高，超過(guò)了種子承受能力，而當(dāng)種子發(fā)芽后吸收溶液中的2-萘酚,2-萘酚進(jìn)入細(xì)胞影響并降低了RNA和DNA的活性,抑制其生長(zhǎng)分裂過(guò)程[8].

2.3 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)株高的影響

株高是蔬菜實(shí)際生長(zhǎng)中可以最直觀觀察的指標(biāo)，因此，用不同質(zhì)量濃度2-萘酚溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考查其對(duì)株高的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3.

由圖3可知:株高隨2-萘酚質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在低質(zhì)量濃度時(shí)其對(duì)株高作用表現(xiàn)為輕度的促進(jìn)作用(高于對(duì)照組0.51 %)，而在高質(zhì)量濃度下其抑制作用表現(xiàn)則較為明顯.2-萘酚質(zhì)量濃度增加到100 mg/L的時(shí)候，其抑制作用最為明顯(低于對(duì)照組66.72 %).此處也可看出2-萘酚對(duì)株高的影響要小于其對(duì)根伸長(zhǎng)的影響.這是因?yàn)榉N子發(fā)芽初期時(shí)2-萘酚與根部直接接觸，但當(dāng)植株的芽長(zhǎng)出表面后，株高部分脫離與2-萘酚的接觸，導(dǎo)致2-萘酚對(duì)其影響降低.而種子后期生長(zhǎng)多受到根部吸收營(yíng)養(yǎng)組分的影響，這表明根伸長(zhǎng)的生態(tài)毒性敏感程度要高于株高的生態(tài)毒性敏感程度.

圖3 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)白菜株高的影響

2.4 2-萘酚對(duì)種子發(fā)芽指標(biāo)和幼苗生長(zhǎng)的影響

為研究2-萘酚質(zhì)量濃度對(duì)種子發(fā)芽指標(biāo)和幼苗生長(zhǎng)的影響，在種子培養(yǎng)過(guò)程中，定期采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，研究種子的發(fā)芽勢(shì)(%)、芽長(zhǎng)(cm)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及耐性指數(shù)，2-萘酚對(duì)大白菜種子萌發(fā)和成苗的影響結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可知:種子的各項(xiàng)指標(biāo)均隨2-萘酚質(zhì)量濃度的增加先增加后減少.低質(zhì)量濃度時(shí)，處理組與對(duì)照組的各項(xiàng)指標(biāo)相比并無(wú)顯著性差異，表現(xiàn)為輕度的促進(jìn)作用.只有質(zhì)量濃度達(dá)到60 mg/L時(shí)，處理組與對(duì)照組才存在顯著的差異.在2-萘酚質(zhì)量濃度為40 mg/L以上時(shí)，種子活力指數(shù)的差異達(dá)到顯著.當(dāng)2-萘酚質(zhì)量濃度達(dá)到80 mg/L及更高時(shí)，種子發(fā)芽后幼苗的生長(zhǎng)幾乎被污染物完全地抑制.目前，經(jīng)常采用植物的IC50(半抑制率時(shí)抑制劑的質(zhì)量濃度)值來(lái)評(píng)價(jià)污染物的生態(tài)毒性強(qiáng)弱[9-10].本研究中，2-萘酚單一污染對(duì)種子的IC50值為45.92 mg/L，即當(dāng)抑制率達(dá)到50 %時(shí)，抑制劑2-萘酚的質(zhì)量濃度為45.92 mg/L，由此可見(jiàn)2-萘酚對(duì)種子的生態(tài)毒性很強(qiáng).

表1 不同質(zhì)量濃度2-萘酚對(duì)種子發(fā)芽指標(biāo)和幼苗生長(zhǎng)的影響

3 結(jié) 論

(1)在實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的質(zhì)量濃度范圍內(nèi),大白菜種子發(fā)芽率、芽長(zhǎng)以及根伸長(zhǎng)對(duì)2-萘酚單一污染的生態(tài)毒性敏感度為：根伸長(zhǎng)>芽長(zhǎng)>發(fā)芽率，即2-萘酚污染物對(duì)大白菜種子發(fā)芽生長(zhǎng)過(guò)程是先影響其根部伸長(zhǎng)，進(jìn)而影響其地上部分生長(zhǎng).

(2) 2-萘酚單一污染對(duì)大白菜種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的毒害抑制作用均較為明顯(除極低質(zhì)量濃度的輕微促進(jìn)作用).經(jīng)2-萘酚溶液處理的大白菜種子在形成幼苗后,除極低質(zhì)量濃度的促進(jìn)作用外，后續(xù)高質(zhì)量濃度下植株的生長(zhǎng)高度明顯降低，植株對(duì)2-萘酚的耐性也普遍降低,而隨著污染物2-萘酚質(zhì)量濃度的不斷增加,植株高度的降低以及其耐性的減小變得越發(fā)明顯，最終幾乎達(dá)到完全抑制.

(3)實(shí)驗(yàn)得知:2-萘酚對(duì)大白菜種子發(fā)芽的允許劑量≤10 mg/L，傷害劑量≥20 mg/L，并且劑量越大傷害越高.

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Individual Effects of 2-Naphthol on Chinese Cabbage
Seed Germination and Seedling Growth

MA Yuan, ZANG Shu-yan, YIN Li-li, WANG Ting-ting

(Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, China)

Phenolic compounds are toxic and difficult to be biodegraded as important chemical materials.Because they are difficult to be removed completely by the conventional wastewater treatment works,they become a common pollutant in Chinese water environment.This paper investigated the eco-toxicity effects of single pollution of 2-naphthol on seed germination rate and seedling growth of Chinese cabbage.The results indicated that the eco-toxicity sensibility followed the order of root elongation >shoot elongation >germinating rate.The results provide basic information for further study of organic pollution eco-toxicity.

2-naphthol； seed germination； root elongation

2014-01-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40803037)；遼寧省高等學(xué)校杰出青年學(xué)者成長(zhǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(LJQ2011041)；遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(201202176，20092054)；沈陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(F12-277-1-84)

馬原 (1990-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生在讀，主要從事環(huán)境地球化學(xué)方面的研究．

臧淑艷(1973 -)，女，吉林四平人，副教授，博士，主要從事環(huán)境地球化學(xué)方面的研究．

2095-2198(2015)04-0293-04

10.3969/j.issn.2095-2198.2015.04.002

X520

A