4種葫蘆科植物對酞酸酯的脅迫反應與吸收

張 明, 游廣永, 崔 軍, 歐陽琰

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所,江蘇 南京 210042；2.鹽城師范學院江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室，江蘇 鹽城 224002)

4種葫蘆科植物對酞酸酯的脅迫反應與吸收

張 明1, 游廣永1, 崔 軍2, 歐陽琰1

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所,江蘇 南京 210042；2.鹽城師范學院江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室，江蘇 鹽城 224002)

通過水培方法，研究了4種不同葫蘆科植物對酞酸酯的脅迫反應與吸收作用.結果表明，黃瓜、南瓜、絲瓜在一系列PAEs濃度脅迫下其常見生理指標變化差異不大，在低濃度時對某些指標還具有促進作用，在一定范圍內對PAEs具有較好的耐受能力.對DBP的吸收作用，黃瓜和南瓜根部含量遠大于冬瓜和絲瓜(P<0.05)；除冬瓜外，其余三種植物的地上部DBP含量均大于根部的含量(P<0.05).對DEHP的吸收作用，4種植物的根部含量均遠高于各自地上部的；冬瓜和黃瓜根部含量明顯大于南瓜和絲瓜(P<0.05)；南瓜地上部的含量顯著大于其余三種植物地上部的含量(P<0.05).4種葫蘆科植物對DBP和DEHP的吸收能力強于一些常見的葉菜類植物.黃瓜和南瓜比其余兩種葫蘆科植物對DBP和DEHP均有更強的吸收能力，是PAEs修復的潛力植物，較適于在酞酸酯污染土壤中種植.

酞酸酯; 植物修復; 葫蘆科; 脅迫反應

酞酸酯(phthalic acid esters, PAEs)，又稱鄰苯二甲酸酯，是環(huán)境激素類的有機化合物[1]，廣泛用于各類塑料制品、包裝材料、醫(yī)療用品及化妝品等.塑料產品的生產、使用、丟棄和處置過程伴隨著PAEs的大量釋放，從而污染了大氣、水體和土壤環(huán)境[2].在自然條件下，PAEs具有較強的反應活性，容易被降解，水溶性低，脂溶性高[1]，但土壤理化性質的差異導致PAEs在土壤中呈現特殊的環(huán)境行為[2]，以及土壤獨特的結構體系，導致PAEs在其中大量富集，并影響到土壤環(huán)境質量和農產品質量，威脅到環(huán)境安全[3].

我國土壤總體上均已遭受PAEs不同程度的污染，含量一般在g·kg-1至mg·kg-1數量級[4].土壤中的PAEs通過揮發(fā)、淋溶、植物吸收等不同途徑進入大氣、水體、植物等自然介質中[5,6]，對生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能的穩(wěn)定性構成潛在危害，引發(fā)全球性環(huán)境污染和人類健康風險[7].土壤PAEs通過食物鏈延伸或生產生活中的直接接觸進入人體[8]，會干擾人體正常內分泌，擾亂生殖系統(tǒng)和生長發(fā)育功能[9].此外，長時間暴露于某些PAEs化合物將會影響機體免疫功能，產生“致突、致畸和致癌效應”[10].因此，開展區(qū)域土壤PAEs植物修復技術研究，不僅有利于制定PAEs污染土壤的修復治理措施，而且對保障生態(tài)環(huán)境與人類健康具有重要意義.

目前國內外對酞酸酯污染物與植物之間的相互作用研究， 更多地側重于植物吸收修復方面，對酞酸酯污染物如何影響植物生長的報道較少[11]，對葫蘆科植物的脅迫性影響更是鮮有報道.本試驗以4種葫蘆科植物為材料，初步探討了不同葫蘆科植物在對酞酸酯的脅迫反應和吸收作用，旨在為酞酸酯污染土地的農作物栽培和土壤修復提供依據.

1 材料與方法

1.1 植物培養(yǎng)

受試植物為絲瓜(雅綠六號)、南瓜(蜜本三號)、冬瓜(鐵柱168)及黃瓜(抗病二號).在脅迫試驗中，種子發(fā)芽后于1/4 Hoagland水培液中育苗兩周，待長出兩片真葉后，轉移至裝有100 mL的1/4 Hoagland水培液中.分別從500、2 500、5000和10 000 mg·L-1的DBP和DEHP混合甲醇溶液中取0.1 mL加入到100 mL水培液中，配成總PAEs濃度分別為1、5、10和20 mg·L-1的加標水培液.每種植物每個濃度4個重復.空白對照(CK)加入等量的甲醇.每3天更換1次營養(yǎng)液并重新加入相應濃度的PAEs.22天后收獲植物，測定植物相關生理指標.在植物吸收試驗中，DBP和DEHP的處理濃度均為10 mg·L-1，其余與脅迫試驗一致.

1.2 植物根系形態(tài)測定

根系形態(tài)特征使用加拿大Regent Instruments公司生產的WinRHIZO根系分析系統(tǒng)進行測定.將根系樣品放置在30×40 cm樹脂玻璃槽內，并注水至3～4 mm深，使根系充分散開，雙面光源掃描根系，經專用數字化軟件(WinRHIZO 2008a)分析后獲得根長、根表面積、根體積、平均根直徑等形態(tài)指標.

1.3 植物PAEs測定

準確稱取植物樣品0.5 g(精確至0.000 1 g)于離心管中，加入回收率指示物.加入20 mL提取液(丙酮∶正己烷=1/1，v/v)，振搖數下，超聲提取20 min，13 000 r·min-1離心10 min，合并上清液于雞心瓶中.樣品抽濾后旋蒸至約0.5 mL.濃縮后樣品過層析柱凈化(填料由下至上為12 cm中性硅膠，6 cm中性氧化鋁，1 cm無水硫酸鈉).加入20 mL正己烷淋洗并棄去，加入70 mL二氯甲烷/正己烷(v/v=3/7)淋洗并棄去，加入40 mL洗脫液丙酮/正己烷(v/v=1/4)并收集于雞心瓶中.旋蒸至0.5 mL后將樣品轉移到2 mL進樣瓶中，用適量正己烷潤洗雞心瓶.氮吹至小于1 mL后，加入內標，準確定容至1 mL，用渦旋器攪勻后保存至-20 ℃冰箱中待GC-MS檢測.

2 結果與分析

2.1 PAEs脅迫對葫蘆科植物生長的影響

本研究主要關注不同PAEs污染水平下不同屬葫蘆科植物的生長狀況.不同處理下3種葫蘆科植物的生物量比較見表1.從表1可以看出，黃瓜的根部生物量隨著PAEs處理濃度增大呈現低濃度增大，高濃度減小的趨勢，低濃度和高濃度下生物量有顯著性差異(P<0.05).黃瓜地上部生物量隨處理濃度增大變化不大(除20 mg·L-1處理)，但各處理間沒有顯著性差異.南瓜根部和地上部隨處理濃度增大而減小，但各處理間差異不顯著.添加PAEs處理后，絲瓜的根部和地上部生物量與對照相比均有所增大(除10 mg·L-1處理的根部)，但各處理間也沒有顯著性差異.

3種葫蘆科植物的根系形態(tài)數據見表2～表4.可見，黃瓜、南瓜、絲瓜的總根長、根表面積、根體積都隨著處理濃度增大而減小，部分數據在低濃度處理時比對照略有增大，但由于標準差較大導致不同處理之間沒有顯著性差異.在實驗過程中發(fā)現，幾種植物的根系在PAEs的脅迫下有變粗的現象，這點從根系平均直徑的數據也能看出，PAEs處理的根系平均直徑比對照的有所增加，但各處理間沒有顯著性差異(除20 mg·L-1處理下的絲瓜外).

表1 不同處理下3種葫蘆科植物的生物量1)Table 1 Biomass of 3 Cucurbitaceae plants under different concentrations of PAEs (g·株-1, DW)

1)表中不同字母表示同一指標不同濃度處理間存在顯著差異.

表2 絲瓜根系形態(tài)特征1)Table 2 Root morphology of L.cylindrica

1)表中不同字母表示同一指標不同濃度處理間存在顯著差異；數據均為4個平行試驗.

表3 南瓜根系形態(tài)特征Table 3 Root morphology of C.moschata

1)表中不同字母表示同一指標不同濃度處理間存在顯著差異；數據均為4個平行試驗.

表4 黃瓜根系形態(tài)特征1)Table 4 Root morphology of B.hispida

1)表中不同字母表示同一指標不同濃度處理間存在顯著差異.

2.2 葫蘆科植物對酞酸酯的吸收作用

4種植物對DBP和DEHP的吸收情況分別見圖1和圖2.可以看出，4種葫蘆科植物的根部和地上部都檢測到DBP和DEHP.對DBP而言，黃瓜和南瓜根部含量分別達到99.89和106.27 mg·kg-1，遠大于冬瓜(23.21 mg·kg-1)和絲瓜(2.79 mg·kg-1)(P<0.05).除冬瓜外，其余三種植物的地上部DBP含量均大于根部的(P<0.05)，其中黃瓜為174.05 mg·kg-1，南瓜為126.4 mg·kg-1，絲瓜為69.42 mg·kg-1.對DEHP而言，4種植物的根部含量均遠高于各自地上部的.冬瓜和黃瓜分別為149.67和152.15 mg·kg-1，明顯大于南瓜(89.63 mg·kg-1)和絲瓜(78.05 mg·kg-1)(P<0.05).南瓜地上部的含量為14.27 mg·kg-1，與其余三種植物地上部的含量有顯著性差異(P<0.05).

圖1 4種葫蘆科植物根部和地上部DBP含量Fig.1 DBP content in the root and aboveground part of 4 Cucurbitaceae plants

從總體上看，DEHP主要富集在植物的根部，而DBP則在根部和地上部皆有富集.DBP的辛醇—水分配系數(logKOW)為4.45，小于DEHP的7.50.研究表明，疏水性有機污染物(logKOW>3.0)被根表面強烈吸附，不易向上遷移，而親水性有機污染物(logKOW<0.5)不易被根吸收或較難通過植物的細胞膜，而中等親水性有機污染物(logKOW=0.5～3.0)則較易被植物吸收轉運.在本研究中，DBP可以較大量地被轉移至地上部，但DEHP則主要被阻隔在根部而較難往地上部轉運.

表5和表6分別是本研究與其他研究者結果的比較.可以發(fā)現，4種葫蘆科植物對DBP和DEHP的吸收能力強于一些常見的葉菜類植物.綜合來看，4種植物中，黃瓜和南瓜比其余兩種葫蘆科植物對DBP和DEHP均有較強的吸收能力，是PAEs修復的潛力植物.

表5 本研究樣本與其他研究植物對PAEs的吸收能力比較(根部)1)Table 5 Comparisons of root absorbability to PAEs between Cucurbitaceae plants and other vegetables

表6 本研究樣本與其他葉菜類植物對PAEs的吸收能力比較(地上部)Table 6 Comparisons of absorbability of aboveground part to PAEs between Cucurbitaceae plants and other vegetables

3 結論

3種葫蘆科植物黃瓜、南瓜、絲瓜在一系列PAEs濃度脅迫下其常見生理指標(生物量、根系指標等)變化差異不大，在低濃度時對某些指標還具有促進作用，可見幾種葫蘆科植物在一定范圍內對PAEs具有較好的耐受能力.

對DBP的吸收作用，黃瓜和南瓜根部含量遠大于冬瓜和絲瓜；除冬瓜外，其余3種植物的地上部DBP含量均大于根部的含量.對DEHP的吸收作用，4種植物的根部含量均遠高于各自地上部的；冬瓜和黃瓜根部含量明顯大于南瓜和絲瓜；南瓜地上部的含量顯著大于其余3種植物地上部的含量.

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Stressresponseandabsorptionof4CucurbitaceaeplantstoPAEs

ZHANG Ming1, YOU Guangyong1, CUI Jun2, OUYANG Yan1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing, Jiangsu 210042, China; 2.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Bioresources in Coastal Saline Soils, Yancheng Teachers′ University, Yancheng, Jiangsu 224002, China)

Changes in the growth and physiological characteristics of 4 different Cucurbitaceae plants grown in phthalate esters (PAEs) contaminated water was studied under laboratory simulation testing. The results showed that physiological indexes ofCucumissativus,CucurbitamoschataandLuffacylindricalchanged little under PAEs stress, and PAEs even enhanced some physiological indexes at low concentration.C.sativus,C.moschataandL.cylindricalhad good tolerance to PAEs in certain range. DBP contents in roots were higher inC.sativusandC.moschatathanBenincasahispidaandL.cylindrical(P<0.05). Apart fromB.hispida, DBP contents were higher in aboveground parts than root for 3 other kinds of Cucurbitaceae (P<0.05). DEHP contents were higher in aboveground parts than roots for all 4 plants (P<0.05). DEHP contents were higher in the roots ofB.hispidaandC.sativusthanC.moschataandL.cylindrical(P<0.05), while DEHP content was highest in the aboveground parts ofC.moschata(P<0.05). The absorbability of DBP and DEHP for all 4 Cucurbitaceae plants were stronger than common leafy plants. Although, absorbabilities ofC.sativusandC.moschatawere stronger thanL.cylindricalandB.hispida, so they were potential to be applied to remediate PAEs contaminated soil.

phthalate acid ester; plant remediation; Cucurbitaceae; stress response

2017-02-15

2017-03-20

江蘇省自然科學基金項目(BK20130421);國家環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項(201409055).

張明(1982-)，男，助理研究員.研究方向：生態(tài)修復與保護.Email:zhangming@nies.org.通訊作者崔軍(1982-)，男，博士，副教授.研究方向：生態(tài)學、土壤生物地球化學及生物炭研究.Email:jscj2004@hotmail.com.

S154.1

A

1671-5470(2017)06-0618-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.06.004

(責任編輯:吳顯達)