柴油脅迫下黑麥草的生理響應(yīng)

摘 要：近年來，石油泄漏事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境安全，因此選用合適的植物進(jìn)行此類污染土壤修復(fù)迫在眉睫。柴油是由石油烴和芳烴組成的混合物，是石油的重要組分，具有較強(qiáng)的黏著力和較低的乳化力。以黑麥草為模型植物，探討土壤柴油污染條件下黑麥草的生理響應(yīng)，為選擇適宜的植物修復(fù)柴油污染土壤提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的柴油污染顯著促進(jìn)黑麥草生長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.0%的柴油污染顯著抑制黑麥草生長；黑麥草丙二醛濃度隨柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高不斷下降，可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為波動(dòng)變化，脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增加后降低；柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.0%時(shí)，黑麥草生理代謝發(fā)生紊亂，不能正常進(jìn)行代謝活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：柴油脅迫；植物修復(fù)；黑麥草；丙二醛；可溶性蛋白；脯氨酸

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-7909（2023）10-148-3

0 引言

有資料表明，我國每年有近60萬t石油污染物進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，其中約7萬t落地原油直接污染土壤［1］。目前，國內(nèi)外土壤石油污染的威脅不容小覷，加強(qiáng)土壤石油污染防治迫在眉睫。

黑麥草根系發(fā)達(dá)、分蘗多，耐寒、耐濕、耐鹽堿，生命力旺盛［2］。受到不良環(huán)境脅迫后，黑麥草會(huì)啟動(dòng)自身的抗氧化系統(tǒng)，調(diào)節(jié)滲透壓，具有較強(qiáng)的抗逆性［3-5］。目前已有學(xué)者研究證實(shí)，黑麥草對(duì)多環(huán)芳烴具有降解作用，是修復(fù)土壤石油污染的優(yōu)勢植物之一［6-7］。柴油是由石油烴和芳烴組成的混合物，是石油的重要組分，具有較強(qiáng)的黏著力和較低的乳化力?；诖?，筆者以黑麥草為模型植物，探討土壤柴油污染條件下黑麥草的生理響應(yīng)，為選擇適宜的植物修復(fù)石油污染土壤提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黑麥草種子購自江蘇正大草業(yè)，供試土壤為取自內(nèi)蒙古自治區(qū)新巴爾虎右旗的原狀土壤，柴油購自大連灣某加油站。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤配制。首先，取80%原狀土，添加10%草炭和10%沙子，混合均勻。其次，用石油醚在30～60 ℃條件下溶解柴油，之后將其與土壤充分混合，將土壤中柴油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別控制在0%、0.5%、1.0%、2.0%。最后，晾干土壤，分裝于相同規(guī)格的塑料花盆中。每盆裝1.5 kg土壤，設(shè)置5個(gè)重復(fù)。

1.2.2 育苗方法。將黑麥草種子浸泡在0.5%次氯酸鈉溶液中30 min，之后用蒸餾水漂洗3次。在溫室條件下，在清潔土壤中培養(yǎng)幼苗，培育期間定期澆水，保持土壤含水量為田間最大持水量的60%。

1.2.3 移栽定植。出苗2周后，選擇長勢基本一致、健康的幼苗，移栽入模擬柴油污染的花盆中，每盆栽8株。緩苗3周后，每盆定苗5株，在溫室條件下培育90 d。

1.3 指標(biāo)測定

在培育過程中，每隔7 d測量黑麥草的株高，并記錄葉片數(shù)。培育90 d后，將收獲的黑麥草于烘箱中80 ℃殺青15 min，于60 ℃烘干至質(zhì)量恒定，粉碎成末后裝入自封袋保存、標(biāo)記，測定黑麥草各項(xiàng)生理指標(biāo)。其中，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定參考《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法 蛋白質(zhì)含量測定》（GB/T 35809—2018），丙二醛濃度測定參考《飼料中丙二醛的測定高效液相色譜法》（GB/T 28717—2012），脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定參考《蜂蜜中脯氨酸的測定高效液相色譜法》（GB/T 32946—2016）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用最小顯著差數(shù)法（Least Significant Difference，LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，采用鄧肯氏（Duncan's）新復(fù)極差測驗(yàn)法進(jìn)行多重比較，使用Origin軟件繪圖。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 柴油脅迫對(duì)黑麥草株高和葉片數(shù)的影響

株高和葉片數(shù)是直觀反映植物長勢的指標(biāo)。如圖1所示，90 d的柴油脅迫對(duì)黑麥草株高的影響總體表現(xiàn)為高濃度抑制生長、低濃度促進(jìn)生長；0.5%柴油脅迫下黑麥草的株高高于0%柴油脅迫下黑麥草的株高；0%、0.5%、1.0%柴油脅迫下黑麥草株高先上升后下降，但2.0%柴油脅迫下黑麥草株高持續(xù)增長，90 d時(shí)達(dá)到最大值，與28 d的測量結(jié)果相比差異顯著（P[lt;]0.05）。

如圖2所示，90 d的柴油脅迫對(duì)黑麥草葉片數(shù)的影響總體表現(xiàn)與株高相同；0.5%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)多于0%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)，但90 d時(shí)0.5%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)少于0%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)；0%、0.5%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)在28 d前逐漸增加，此后逐漸減少，而1.0%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)基本保持緩慢增長態(tài)勢，2.0%柴油脅迫下黑麥草的葉片數(shù)呈波動(dòng)變化，但波動(dòng)范圍較小。

2.2 柴油脅迫對(duì)黑麥草生理指標(biāo)的影響

丙二醛反映植物細(xì)胞膜過氧化程度及植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱。如圖3所示，丙二醛含量隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸降低，并在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理下略有回升。0%柴油脅迫下丙二醛濃度最高（2.331 μmol/L），受到柴油脅迫后丙二醛濃度迅速減少，1.0%柴油脅迫下丙二醛濃度最低（1.748 μmol/L）。

可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用。因此，經(jīng)常將其用作篩選植物抗性的指標(biāo)之一。如圖4所示，可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先小幅度增加后大幅度降低，再大幅度增加，1.0%柴油脅迫下可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（0.99 μg/g），2.0%柴油脅迫下可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（1.78 μg/g）。

脯氨酸是植物體內(nèi)響應(yīng)污染脅迫的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，有助于維持滲透壓平衡和細(xì)胞膜的穩(wěn)定，清除活性氧，提高植物的適應(yīng)能力。如圖5所示，脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增加后降低，0.5%柴油脅迫下脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（0.305 μg/g），2.0%柴油污染下脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（0.188 μg/g）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

試驗(yàn)表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的柴油污染顯著促進(jìn)黑麥草生長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.0%的柴油污染顯著抑制黑麥草生長；黑麥草丙二醛濃度隨柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高不斷下降，可溶性蛋白含量隨柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高表現(xiàn)為波動(dòng)變化，脯氨酸含量隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增加后降低；柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.0%時(shí)，黑麥草生理代謝發(fā)生紊亂，不能進(jìn)行正常的代謝活動(dòng)。

3.2 討論

3.2.1 黑麥草株高、葉片數(shù)對(duì)柴油脅迫的響應(yīng)。該研究發(fā)現(xiàn)，0.5%柴油污染顯著促進(jìn)黑麥草生長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.0%的柴油污染顯著抑制黑麥草生長。土壤柴油污染可能通過兩種途徑抑制植物生長，導(dǎo)致葉片脫落、葉片數(shù)減少：一是柴油中分子量較大的組分會(huì)在土壤顆粒及根系表面形成油膜，降低土壤的透氣性和親水性，導(dǎo)致養(yǎng)分和水分傳輸受阻，根系無法正常運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)，致使植物生長遲緩、株高降低［8］；二是柴油中分子量較小的組分具有高脂溶性，脂溶性物質(zhì)可以穿過植物的細(xì)胞膜，從而抑制植物的呼吸和蒸騰作用。

3.2.2 黑麥草中丙二醛、可溶性蛋白、脯氨酸含量對(duì)柴油脅迫的響應(yīng)。當(dāng)生存環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，植物細(xì)胞可通過累積可溶性蛋白和脯氨酸，啟動(dòng)滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，從而維持正常的生命活動(dòng)。該研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸含量隨著柴油污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增加后降低，0.5%柴油脅迫下脯氨酸的含量最高，2.0%柴油污染下脯氨酸的含量最低。這表明在0.5%柴油脅迫下黑麥草耐受性達(dá)到閾值。可溶性蛋白含量隨脅迫程度的加劇不斷波動(dòng)，可能是在0.5%的柴油脅迫時(shí)黑麥草能促進(jìn)細(xì)胞維持高含量的可溶性蛋白質(zhì)抵御污染脅迫，但柴油質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至1.0%時(shí)會(huì)抑制黑麥草可溶性蛋白質(zhì)的合成并誘導(dǎo)其降解，使植物新陳代謝紊亂，從而導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量降低；在2.0%柴油脅迫下，黑麥草生命支持系統(tǒng)徹底紊亂，可溶性蛋白的分解反應(yīng)受到抑制，表現(xiàn)出可溶性蛋白質(zhì)合成增強(qiáng)而分解降低的現(xiàn)象。丙二醛含量在柴油脅迫下表現(xiàn)為下降趨勢，有助于減輕黑麥草的膜磷脂過氧化作用，從而保護(hù)黑麥草細(xì)胞膜系統(tǒng)，可在一定程度上緩解柴油毒害對(duì)黑麥草的影響。

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