不同處理的石英砂對5種植物種子發(fā)芽和根長的影響

鄧桂榮， 何穎妍， 陳燕玲， 曾國驅(qū)

（1.廣東省微生物分析檢測中心，生態(tài)毒理與環(huán)境安全實(shí)驗(yàn)室， 廣州510070；2.廣東省微生物研究所，廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州510070；3.省部共建華南應(yīng)用微生物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州510070）

高等植物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。平衡、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)可生產(chǎn)健康、優(yōu)良的高等植物；反之，不穩(wěn)定或受到外來污染的生態(tài)系統(tǒng)，對高等植物生長可產(chǎn)生不利的影響［1］?；诖嗽?，在化學(xué)品大量投入使用之前，可通過特定的技術(shù)手段，考察其排放后可能為生態(tài)系統(tǒng)帶來的安全隱患，以便環(huán)境保護(hù)部門對其進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管理。由于陸生植物種子萌芽和根部伸長是植物生長周期中最為關(guān)鍵的階段，也是對周圍環(huán)境變化最為敏感的時(shí)期［2－3］，因此，在受到化學(xué)品脅迫的條件下，了解植物種子的發(fā)芽以及根部發(fā)育情況，可獲知該化學(xué)品的潛在生態(tài)影響。目前，我國新化學(xué)物質(zhì)陸生植物生態(tài)毒理測試主要采用種子發(fā)芽和根伸長毒性試驗(yàn)對目標(biāo)物進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估［4］，明確規(guī)定當(dāng)申報(bào)三級(jí)或以上時(shí)，應(yīng)提交該測試數(shù)據(jù)，除非目標(biāo)物滿足如土壤吸附率過低等豁免條件［5］。

開展該測試時(shí)，基質(zhì)起到舉足輕重的作用，基質(zhì)的質(zhì)量直接決定試驗(yàn)的成敗?；|(zhì)不僅用于安放種子，同時(shí)還為種子的發(fā)育提供養(yǎng)分［6］。根據(jù)文獻(xiàn)檢索可知，一般性研究可使用濾紙、吸水紙或發(fā)芽紙等基質(zhì)進(jìn)行種子試驗(yàn)，甚至可以使用某種狀況的土壤［7－10］，而本標(biāo)準(zhǔn)化測試基于目的特殊性，要求使用玻璃珠或石英砂等填充性惰性材料?？赡苡捎诓Ａе槌炙圆?，容易導(dǎo)致種子腐爛，使用玻璃珠為基質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)的研究較為少見，通常選用石英砂，但石英砂重量大，酸洗困難，成本高，并且容易對操作人員造成傷害。因此，在確保達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)化測試質(zhì)量控制要求的前提下，探討能否采用更便捷的石英砂處理方法，具有重要的意義。

本研究以標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的石英砂處理方法［4］為評判依據(jù)，在我國化學(xué)品測試方法［11］提供的石英砂處理方法的基礎(chǔ)上，新增2種石英砂處理方法，選用5種植物種子進(jìn)行試驗(yàn)，考察4種處理的石英砂對植物種子發(fā)芽和根部伸長的影響，并采用SPSS軟件比較各方法處理的石英砂之間種子發(fā)芽率和根長的差異情況，對使用非標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的石英砂處理方法（處理A、處理B、處理C）用于標(biāo)準(zhǔn)化測試的可行性進(jìn)行評估，為測試機(jī)構(gòu)在選擇石英砂處理方法時(shí)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 試 劑

硝酸（65.0%～68.0%），碳酸氫鈉（≥99.5%）。以上試劑均為分析純，購自廣州化學(xué)試劑廠。

1.1.2 植物種子

選用的植物種子中，青瓜、玉米由廣東省農(nóng)科院蔬菜研究所提供，綠豆、西瓜和水稻則分別來源于廣州祥勝種子有限公司、廣州大田園種子有限公司和浙江農(nóng)科種業(yè)有限公司。所有植物種子在使用前均用去離子水漂洗和浸泡1h。

1.1.3 石英砂

試驗(yàn)用石英砂購自廣東半島石英砂廠，粒徑為40～100μm，處理方法下：

對照組：經(jīng)7.5mol／L硝酸清洗后，使用去離子水漂洗直至pH值接近中性［4］。

處理A：經(jīng)7.5mol／L硝酸清洗后，使用碳酸氫鈉飽和溶液和去離子水漂洗直至pH值接近中性［11］。

處理B：直接取用石英砂在160～170℃條件下干熱滅菌2h。

處理C：購入后直接使用。

1.2 儀 器

三按鍵電子數(shù)顯卡尺（SF 2000，中國，桂林廣陸數(shù)字測控股份有限公司），手提式pH測試儀（pH 3210，德國，WTW），離子色譜儀（ICS－1600型，美國，戴安公司），總有機(jī)碳分析儀（VarioTOC，中國，艾利蒙塔貿(mào)易（上海）有限公司），光照培養(yǎng)箱（PGX，中國，寧波萊?？萍加邢薰荆姼旭詈系入x子體質(zhì)譜儀（Agilent 1260－7700e型，美國，安捷倫科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)條件

將種子放置在培養(yǎng)箱中，試驗(yàn)溫度設(shè)為（25±1）℃，完全黑暗。

1.4 方 法

依照 EPA Ecological Effects Test Guidelines［4］和我國《化學(xué)品測試方法》［11］要求操作，每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行，每個(gè)平行10粒種子。

試驗(yàn)前，測定各處理石英砂的pH 值［12］以 及 飽 和 含 水 量［6］。 另外，將石英砂和去離子水等比例混合，超聲處理后離心、過濾，取濾液測試總有機(jī)碳（Total Organic Carbon，TOC）、硝酸根離子（NO3－）和鈉元素含量。

試驗(yàn)時(shí)，按石英砂飽和含水量的60%～80%添加去離子水，混合均勻后，將石英砂分裝至培養(yǎng)皿中，再將種子置于石英砂表面，輕壓入內(nèi)，覆蓋少量石英砂，蓋好培養(yǎng)皿，并使用保鮮膜將培養(yǎng)皿密封，最后置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。5種植物種子均開展4種處理的石英砂試驗(yàn)。當(dāng)對照組發(fā)芽率達(dá)65%以上且根長至少20mm時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。從位于胚軸和根的轉(zhuǎn)換點(diǎn)到根尖末端測定各組試驗(yàn)種子根長。以種子初生根長度達(dá)5mm作為發(fā)芽的標(biāo)志。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用 Microsoft Office Excel 2007軟件統(tǒng)計(jì)各種子發(fā)芽率、根長，然后應(yīng)用SPSS Statistics 17.0軟件對各種子的發(fā)育情況進(jìn)行方差分析，統(tǒng)計(jì)顯著水平設(shè)為p＝0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的石英砂對種子發(fā)芽率的影響

由表1可以看出，同一種子在不同處理石英砂上的發(fā)芽率差異不大。除西瓜在對照組上發(fā)芽率較低（83.3%）外，其余處理的石英砂上平均發(fā)芽率均至少達(dá)到90.0%，說明所選用種子的發(fā)芽率對不同處理的石英砂的適應(yīng)性基本一致。

2.2 不同處理的石英砂對種子根長的影響

播種基質(zhì)的處理不同，種子的根長也呈現(xiàn)差異。表2數(shù)據(jù)顯示，各種子在4種基質(zhì)中的根長均不一致，但在處理B上發(fā)育情況都較為理想，推測可能是因?yàn)樵撎幚淼氖⑸凹冗_(dá)到了有效抑制霉菌等微生物感染種子的目的，同時(shí)又保留了石英砂使種子根部得以發(fā)育的有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)成分。

表1 不同處理的石英砂對種子發(fā)芽率的影響

表2 不同處理的石英砂對種子根長的影響

就每種種子而言，當(dāng)以標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的石英砂處理方法（即對照組）為基準(zhǔn)時(shí)，青瓜和水稻的根長與其它處理均無顯著性差異，在顯著性水平（p＝0.05）下，綠豆對照組與處理B、西瓜對照組與處理B、處理C、玉米對照組與處理A、處理C存在顯著性差異。

上述差異主要是因?yàn)槭⑸敖?jīng)不同處理后，各指標(biāo)含量發(fā)生變化所致。由表3可知，各石英砂的pH值幾乎一致，應(yīng)該不是制約種子根部生長的主要因素，但經(jīng)清洗后的石英砂的TOC含量比未清洗的石英砂低一半，即有機(jī)質(zhì)含量明顯降低。使用硝酸對石英砂進(jìn)行清洗，殘留的NO3－含量低于背景值，用于處理A中的碳酸氫鈉并未隨著去離子水的沖洗而消除，當(dāng)處理A的pH值接近中性時(shí)，其中鈉離子含量仍高達(dá)1 839.47μg／L，遠(yuǎn)高于其它3種石英砂，根據(jù)分析可知，在該鈉離子殘留濃度下，各種子的根部生長未受到明顯脅迫作用。

表3 石英砂指標(biāo)分析結(jié)果

3 討論和結(jié)論

有研究表明，種子發(fā)芽率對于環(huán)境條件并不敏感，因?yàn)榉N子發(fā)芽過程主要受到胚內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)［13－16］，只有在外源污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高或環(huán)境條件極其惡劣時(shí)才對種子萌發(fā)嚴(yán)重或完全抑制［17］。顯然，本研究僅考察種子在空白基質(zhì)中的發(fā)芽率及根伸長情況，未受到外加污染物脅迫（對照組加入硝酸清洗，處理A使用硝酸清洗后加入飽和碳酸氫鈉溶液中和，但已使用去離子水充分沖洗至pH值接近中性，殘留量可以忽略（見表3）。所得發(fā)芽率數(shù)據(jù)與前人的研究結(jié)果基本一致。而植物種子在發(fā)芽過程中首先生長的是胚根，且根系直接與基質(zhì)接觸，其生長過程直接受到基質(zhì)條件的影響，因此種子的根部發(fā)育對基質(zhì)的響應(yīng)比發(fā)芽率更為敏感［18］。這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果相似。

本研究顯示，使用石英砂作為基質(zhì)開展青瓜、綠豆、西瓜、水稻和玉米的標(biāo)準(zhǔn)化測試種子發(fā)芽和根伸長毒性試驗(yàn)時(shí)，同一種子在不同處理的石英砂上的發(fā)芽率均無明顯差異，但石英砂的處理方法對根部生長影響較大。以在標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的方法處理的石英砂上得到的種子發(fā)芽率和根長數(shù)據(jù)為評判依據(jù)，可知青瓜和水稻可采用本研究中任意處理方法的石英砂作為基質(zhì)，而綠豆、西瓜和玉米分別可采用處理A和處理C、處理A、處理B的方法替代標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的酸洗法對石英砂進(jìn)行處理。

顯然，本研究結(jié)果不足以指導(dǎo)完成對目標(biāo)化學(xué)品毒性測試的評價(jià)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化測試要求，進(jìn)行該試驗(yàn)至少應(yīng)選用10種具有代表性的受試植物種子，而本研究僅選用其中5種，而且顆粒較大。長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，不同粒徑的同一種子在不同基質(zhì)上的發(fā)芽率和根長存在一定差別，有些種子甚至具有顯著性差異。另外，即使選用標(biāo)準(zhǔn)化測試推薦的受試植物，也并不是所有品種都適用于該測試。因此，有必要進(jìn)一步研究更多種子在不同處理的石英砂上的生長情況。

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