2-萘酚單一污染對大白菜種子發芽及幼苗生長的影響

馬 原， 臧淑艷， 尹利利， 王婷婷

(沈陽化工大學 應用化學學院， 遼寧 沈陽 110142)

2-萘酚單一污染對大白菜種子發芽及幼苗生長的影響

馬 原， 臧淑艷， 尹利利， 王婷婷

(沈陽化工大學 應用化學學院， 遼寧 沈陽 110142)

酚類化合物作為重要的化工原料,毒性較強且不易被生物降解.因其難以被常規廢水處理工程全部去除，所以,成為我國水環境中較常見的污染物.本文以大白菜種子為供試農作物，研究2-萘酚對其發芽率以及幼苗生長的毒害效應.結果表明:2-萘酚單一污染對大白菜種子發芽率、芽長和根伸長的生態毒性敏感程度依次為：根伸長>芽長>發芽率.研究結果為進一步研究有機污染的生態毒性提供基礎資料.

2-萘酚； 種子發芽； 根伸長

隨著全球化工行業的快速發展，越來越多的酚類化合物被人工合成或提取出來，并且其在各行各業中得到廣泛的應用.但在酚類化合物的合成、提取以及使用過程中，會釋放部分的酚類化合物到環境中去，從而引起環境的污染.工業含酚廢水來源廣、數量多、危害大,它的大量排放給環境帶來了嚴重的污染,有害于人類健康及生物的生長繁殖,并且影響經濟的可持續發展[1].在我國的環境檢測中,酚化物被列為五大毒物之一[2].這些含酚廢水若不經過相應的處理直接排放到環境中或者用來灌溉農田，則可對地下水和土壤造成污染.低濃度含酚廢水灌溉農田會使一些農作物中含有酚類物質,不能食用；高濃度含酚廢水灌溉農田會引起農作物的死亡.此外,含酚廢水的任意排放可經水流沖刷及水體滲透進入農田,影響農作物的正常生長[3].目前關于有機物污染對作物生長影響的研究報道較多,王慧等[4]研究了不同濃度的菲污染對多年生黑麥草及白三葉種子的萌發和幼苗生長情況的影響，其結果表明:不同菲濃度對多年生黑麥草和白三葉種子的發芽率和幼苗生長的影響都很大，但二者之間卻沒有顯著差異，這有可能是因為植物種子具有能夠有效阻止有毒物質進入的外殼結構，因而在一定范圍內土壤的污染對種子發芽的毒害作用表現為部分抑制作用.只有在土壤受到相對嚴重污染時，才會完全抑制植物種子的發芽過程.

目前，利用高等植物的生長狀況來監測水體和土壤污染程度,是從生態學角度來衡量土壤健康狀況,評價土壤質量的重要方法之一[5-6]，此方法在近年來得到了更多的關注.一些國際機構組織已先后將此方法作為評價化學品生態風險的一項指標以監測目標化學品的生態毒性,并對非目標污染物的潛在毒性進行評價.目前已建立的高等植物毒理試驗方法有3種:根伸長試驗、種子發芽試驗和早期植物幼苗生長試驗[7].本文以大白菜種子為供試農作物，研究2-萘酚單一污染下對其發芽率以及芽長、根伸長和幼苗生長情況的影響，為進一步研究有機污染物的生態毒性提供基礎科學依據.

1 材料和方法

1.1 供試材料及儀器

2-萘酚試劑：分析純，沈陽市新西試劑廠；雙氧水：分析純,沈陽力誠試劑廠.JS061型數顯電熱恒溫培養箱；硬質玻璃培養皿；定性濾紙.大白菜種子,沈陽市寧官種子站.

1.2 實驗方法

1.2.1 材料的預處理方法

選擇發育良好且成熟飽滿的完好種子，在實驗前先用體積分數為3 %的雙氧水溶液對其進行表面消毒滅菌約30 min,再分別用自來水和蒸餾水沖洗3～4次.將已處理的種子分別放入預先墊有2層定性濾紙的玻璃培養皿中,每個培養皿30粒種子,每個處理組3個平行重復.

1.2.2 幼苗生長相關指標的測定

幼苗生長各項指標的測定參見臧淑艷等[8]的方法，其中

發芽率=(發芽種子數/供試種子數)×100 %；

發芽勢=(發芽高峰期發芽的種子數/供試種子數)×100 %；

(注：每24 h記錄1次發芽率，發芽最多的1 d 即為發芽高峰期)

活力指數(VI)=GI·S,

(GI為發芽指數,S為幼苗的生長勢)；

發芽指數(GI)=∑Gt/Dt,

(Gt為在t天內的發芽數,Dt為發芽天數)；

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

根長的測定:胚軸與根之間的過渡點開始到根末端的長度；

芽長的測定:胚軸與芽之間的過渡點開始到芽末端的長度；

株高的測定：植株根莖部到頂部之間的距離(頂部指主莖頂部)；

耐性指數：各處理組根系長度/對照組根系長度.

1.2.3 不同質量濃度2-萘酚對種子發芽及幼苗生長量的影響 以蒸餾水為對照組，配置的2-萘酚溶液質量濃度分別為10 mg/L，20 mg/L，40 mg/L，60 mg/L，80 mg/L，100 mg/L.然后向培養皿中分別加入不同質量濃度的15 mL處理液，于25 ℃條件下培養，每隔24 h更換1次處理液.分別記錄各個處理組種子的發芽數、芽長、根長及株高，并對測量數據進行統計處理，計算發芽率、根伸長抑制率、發芽指數等(注：發芽天數為8 d，第3天統計發芽勢，第8天統計發芽率并進行根長、芽長及株高的測量).

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度2-萘酚對種子發芽率的影響

為測定2-萘酚溶液質量濃度對種子發芽率的影響，分別以6個不同質量濃度2-萘酚溶液進行實驗，并監測計算其對大白菜種子發芽率的影響，實驗結果見圖1.

圖1 不同質量濃度2-萘酚對白菜發芽率的影響

由圖1可知：大白菜種子發芽率隨著2-萘酚溶液質量濃度的增加呈現出先升高后降低的趨勢.在低質量濃度下，2-萘酚對種子發芽的促進作用表現不明顯(高于對照組2.22 %)，而在高質量濃度下其對種子發芽則表現為抑制作用.2-萘酚的質量濃度增加到60 mg/L的時候，其抑制作用相對明顯(發芽率要低于對照組23.33 %).因此，可以認為2-萘酚質量濃度對大白菜發芽率存在劑量效應關系.低質量濃度下對種子發芽起促進作用.這是因為在種子發芽過程中，發芽初期的吸脹作用為生長提供了水分，從而達到自身代謝的目的，且此時種子體內所吸收或累計的2-萘酚的含量相對較低，未達到對種子的發芽造成明顯影響的質量濃度要求.

2.2 不同質量濃度2-萘酚對根伸長抑制率的影響

根伸長在蔬菜生長過程起到至關重要的作用，為此以6個不同質量濃度2-萘酚溶液進行實驗，監測其對大白菜種子根伸長抑制率的影響，實驗結果見圖2.

圖2 不同質量濃度2-萘酚對白菜根伸長抑制率的影響

由圖2中可以看出：2-萘酚質量濃度為10 mg/L時，2-萘酚對大白菜種子的根伸長起到了促進作用，其根伸長較對照組增長了14.42 % .這可能是因為低質量濃度下其不足以對種子產生毒害作用，反倒為種子本身代謝提供了一部分所需營養組分，從而達到較低的促進作用. 但在高質量濃度(ρ≥10 mg/L)下，不同質量濃度2-萘酚對根的伸長表現均為明顯的抑制作用,并且隨著處理液質量濃度的增加，根伸長抑制率呈現出顯著增加的趨勢.在2-萘酚質量濃度為100 mg/L時，根伸長抑制率達到了93.97 %.這可能是因為質量濃度過高，超過了種子承受能力，而當種子發芽后吸收溶液中的2-萘酚,2-萘酚進入細胞影響并降低了RNA和DNA的活性,抑制其生長分裂過程[8].

2.3 不同質量濃度2-萘酚對株高的影響

株高是蔬菜實際生長中可以最直觀觀察的指標，因此，用不同質量濃度2-萘酚溶液進行實驗，考查其對株高的影響，結果見圖3.

由圖3可知:株高隨2-萘酚質量濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢，在低質量濃度時其對株高作用表現為輕度的促進作用(高于對照組0.51 %)，而在高質量濃度下其抑制作用表現則較為明顯.2-萘酚質量濃度增加到100 mg/L的時候，其抑制作用最為明顯(低于對照組66.72 %).此處也可看出2-萘酚對株高的影響要小于其對根伸長的影響.這是因為種子發芽初期時2-萘酚與根部直接接觸，但當植株的芽長出表面后，株高部分脫離與2-萘酚的接觸，導致2-萘酚對其影響降低.而種子后期生長多受到根部吸收營養組分的影響，這表明根伸長的生態毒性敏感程度要高于株高的生態毒性敏感程度.

圖3 不同質量濃度2-萘酚對白菜株高的影響

2.4 2-萘酚對種子發芽指標和幼苗生長的影響

為研究2-萘酚質量濃度對種子發芽指標和幼苗生長的影響，在種子培養過程中，定期采集相應數據，研究種子的發芽勢(%)、芽長(cm)、發芽指數、活力指數及耐性指數，2-萘酚對大白菜種子萌發和成苗的影響結果見表1.由表1可知:種子的各項指標均隨2-萘酚質量濃度的增加先增加后減少.低質量濃度時，處理組與對照組的各項指標相比并無顯著性差異，表現為輕度的促進作用.只有質量濃度達到60 mg/L時，處理組與對照組才存在顯著的差異.在2-萘酚質量濃度為40 mg/L以上時，種子活力指數的差異達到顯著.當2-萘酚質量濃度達到80 mg/L及更高時，種子發芽后幼苗的生長幾乎被污染物完全地抑制.目前，經常采用植物的IC50(半抑制率時抑制劑的質量濃度)值來評價污染物的生態毒性強弱[9-10].本研究中，2-萘酚單一污染對種子的IC50值為45.92 mg/L，即當抑制率達到50 %時，抑制劑2-萘酚的質量濃度為45.92 mg/L，由此可見2-萘酚對種子的生態毒性很強.

表1 不同質量濃度2-萘酚對種子發芽指標和幼苗生長的影響

3 結 論

(1)在實驗所設置的質量濃度范圍內,大白菜種子發芽率、芽長以及根伸長對2-萘酚單一污染的生態毒性敏感度為：根伸長>芽長>發芽率，即2-萘酚污染物對大白菜種子發芽生長過程是先影響其根部伸長，進而影響其地上部分生長.

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

(3)實驗得知:2-萘酚對大白菜種子發芽的允許劑量≤10 mg/L，傷害劑量≥20 mg/L，并且劑量越大傷害越高.

[1] 劉相偉.工業含酚廢水處理技術的現狀與進展[J].工業水處理,1998,18(2):4-6.

[2] 江月玲.水體酚類化合物污染對水稻幼苗生長的影響[J].植物學通報,1997,14(2):41-44.

[3] 張錦,李圭白,馬軍.含酚廢水的危害及處理方法的應用特點[J].化學工程師,2001,83(2):36-37.

[4] 王慧,徐勝,陳瑋,等.土壤菲污染對兩種草坪草種子萌發及其幼苗生長的影響[J].生態學雜志,2011,30(8):1627-1631.

[5] 宋玉芳,許華夏,任麗萍,等.土壤重金屬污染對蔬菜生長的抑制作用及其生態毒性[J].農業環境科學學報,2003,22(1):13-15.

[6] 宋玉芳,周啟星,許華夏,等.重金屬對土壤中小麥種子發芽與根伸長抑制的生態毒性[J].應用生態報,2002,13(4):459-462.

[7] 蘇愛國,林匡飛,張衛,等.納米TiO2對油菜種子發芽與幼苗生長的影響[J].農業環境科學學報,2009,28(2):316-320.

[8] 臧淑艷,尹利利,馬原,等.乙酰甲胺磷和汞單一及復合污染對黃瓜發芽及幼苗生長的影響[J].地球與環境,2013,41(4):435-440.

[9] 周啟星,王美娥.土壤生態毒理學研究進展與展望[J].生態毒理學報,2006,l(1):1-11.

[10]鮑艷宇,周啟星,謝秀杰.四環素類抗生素對小麥種子芽與根伸長的影響[J].中國環境科學,2008,28(6):566-570.

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

國家自然科學基金項目(40803037)；遼寧省高等學校杰出青年學者成長計劃項目(LJQ2011041)；遼寧省自然科學基金項目(201202176，20092054)；沈陽市科技計劃項目(F12-277-1-84)

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

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

2095-2198(2015)04-0293-04

10.3969/j.issn.2095-2198.2015.04.002

X520

A