苯酚對紅蓼種子萌發(fā)的影響

姚艷蓉，呂俊平，劉 琪，南芳茹，謝樹蓮，馮 佳

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

苯酚（俗稱石碳酸，C6H5OH）作為一種重要的有機(jī)合成原料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，同時也引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[1]。苯酚是一種具有毒性且易揮發(fā)的化學(xué)藥品，它可以通過多種途徑被人體吸收，并增加人體畸變、癌變和死亡的概率，現(xiàn)已被多國列為重點(diǎn)污染物[2]。相關(guān)研究表明，苯酚輕度污染的水體，會使魚肉變味；苯酚中度污染的水體會導(dǎo)致淡水生物出現(xiàn)毒性；而當(dāng)水體含酚量較高時則會引發(fā)大面積魚類死亡[3]。

現(xiàn)階段所使用的降低水體中苯酚質(zhì)量濃度的方法有3類。第1類是通過物理法處理含酚廢水，主要有吸附法、曝氣法、液膜法、溶液萃取法等；第2類是應(yīng)用化學(xué)方法，包括氧化法、光催化法、沉淀法等處理含酚廢水；第3類是生物降解法處理含酚廢水，其中，活性泥法和生物膜法應(yīng)用范圍較廣[4-5]。通常，物理法中膜分離操作較復(fù)雜且花費(fèi)高；化學(xué)法往往效果不甚理想，如萃取法易造成二次污染[4]；相比較而言，生物法去除苯酚具有多種優(yōu)勢，簡單美觀，經(jīng)濟(jì)實用，不會造成水體的二次污染等[5-6]。

植物修復(fù)技術(shù)是一項多學(xué)科交叉且對環(huán)境無害的新興綠色生物技術(shù)，目前已成為世界各國的熱門研究項目。植物不僅可以耐受并吸收、揮發(fā)、降解、根濾、吸附和穩(wěn)定環(huán)境中的無機(jī)或有機(jī)污染物質(zhì)[7-9]，而且還兼具景觀優(yōu)化效果、簡單便捷、經(jīng)濟(jì)實惠、無二次污染、風(fēng)險可控、食物鏈參與較少等優(yōu)點(diǎn)[10]。植物修復(fù)技術(shù)雖然在有機(jī)物導(dǎo)致的污染處理方面已嶄露頭角，但若要成為真正成熟的污染處理方法并應(yīng)用于市場化推廣，仍需進(jìn)行更深入的研究[11]。

紅蓼（Polygonum orientale Linn.）屬于蓼科蓼屬1年生草本植物。其花淡紅色至淡粉色，種子為黑色具蠟質(zhì)角質(zhì)層且由堅硬的種皮包被；多生于路旁和水邊濕地，分布于我國各地，以中部和北部較多。關(guān)于紅蓼的研究多集中在其藥用價值、農(nóng)用殺蟲，及其在水體凈化中的應(yīng)用效果等方面[12-16]。楊立紅[17]研究表明，紅蓼對磷富營養(yǎng)化水體中總磷去除效果非常明顯（去除率93.83%～99.19%）。王凱等[18]研究發(fā)現(xiàn)，紅蓼可以應(yīng)用于焦化廢水的水體凈化，紅蓼對苯酚的耐受范圍≤80 mg/L，在其耐受范圍內(nèi)紅蓼對苯酚有較強(qiáng)的去除能力，可以將80 mg/L的苯酚在12 d內(nèi)幾乎完全去除，并可在苯酚的脅迫下保持正常的形態(tài)特征和良好的生長狀態(tài)[19]。

種子萌發(fā)是植物生命周期的重要階段。在極端環(huán)境下，種子的耐受力極強(qiáng)。本研究探討苯酚脅迫下紅蓼種子的萌發(fā)情況，旨在更好地為紅蓼植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

紅蓼種子于2016年10月底采收于山西省太原市汾河河畔。待種子晾干后去掉表面花瓣，選取黑褐色、有光澤、顆粒飽滿的種子于室溫儲存。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預(yù)處理 取紅蓼種子適量，用蒸餾水反復(fù)洗滌3次后浸泡3 d，再包入蒸餾水浸潤的紗布中，放入自封袋內(nèi)置于4℃冰箱內(nèi)低溫層積，冷處理10 d以打破紅蓼種子的生理休眠。取98%濃硫酸適量倒入晾干的種子中，不斷攪拌5 min后立即用大量蒸餾水將種子洗凈，以破除紅蓼種皮障礙。將紅蓼種子在超凈工作臺內(nèi)用75%乙醇消毒處理30 s，再用1 g/L的氯化汞消毒處理4 min，用無菌水沖洗3次，晾干。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗 配制質(zhì)量濃度為160，80，40，20，10，5，0 mg/L 的苯酚溶液，其中，不含苯酚組為對照組，另6組為試驗組，每組重復(fù)3次。在試驗所用培養(yǎng)皿中加入一定量脫脂棉用于蓄水，并在脫脂棉上鋪一張濾紙，經(jīng)121℃高壓蒸汽滅菌20 min后烘干備用。取一定量上述不同濃度的苯酚溶液分別加入培養(yǎng)皿，在每個培養(yǎng)皿中均勻放入經(jīng)1.2.1預(yù)處理的紅蓼種子50粒，置于25℃半光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每組定期加適量的各濃度苯酚溶液，以保持濕潤。用TTC法檢測未萌發(fā)的種子是否具有生活力。記錄開始發(fā)芽的天數(shù)，每天記錄發(fā)芽種子數(shù)，霉?fàn)€種子數(shù)，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算以下5項指標(biāo)。

其中，Gn為逐日發(fā)芽數(shù)，Tn為相對應(yīng)的天數(shù)。

1.2.3 種子萌發(fā)時浸出液的電導(dǎo)率測試 用分析天平稱取4組0.5 g經(jīng)1.2.1預(yù)處理的紅蓼種子，分別裝入容量為100 mL的無菌燒杯中。分別在燒杯中加入0，10，40，160 mg/L的去離子水配制的苯酚溶液30 mL，用電導(dǎo)率測試儀每隔2 h測一次上述溶液的電導(dǎo)率（測量時注意避免探頭接觸到種子），記錄測得的數(shù)值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用Excel 2007進(jìn)行繪圖、制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度苯酚對紅蓼種子發(fā)芽率的影響

供試7 d內(nèi)，各處理組及對照組中均有種子萌發(fā)，紅蓼種子的發(fā)芽率如圖1所示。未發(fā)芽的種子經(jīng)TTC法測定均具備生活力。紅蓼種子在不同質(zhì)量濃度苯酚溶液水培條件下的發(fā)芽情況由高到低依次為5mg/L＞10mg/L＝20mg/L＞0mg/L＞40mg/L＞80 mg/L＞160 mg/L。苯酚質(zhì)量濃度為5 mg/L處理組的發(fā)芽率達(dá)到44%，明顯高于對照組（P＜0.05）。其他處理組與對照組相比沒有顯著性差異。

2.2 不同質(zhì)量濃度苯酚對紅蓼種子發(fā)芽勢的影響

在種子發(fā)芽試驗過程中，發(fā)芽高峰日的種子數(shù)與有生活力的種子數(shù)的比例即為種子發(fā)芽勢。該項指標(biāo)值越高，則表示種子的生活力越強(qiáng)。計算所有紅蓼種子的平均發(fā)芽率日增長量，即第2，3，4，5，6，7 天的平均發(fā)芽率日增長量分別為3.33%，3.33%，1.90%，3.81%，4.86%，4.29%，故確定第6天為發(fā)芽勢之日。如圖2所示，當(dāng)苯酚質(zhì)量濃度為5 mg/L時，紅蓼種子發(fā)芽勢達(dá)到37.33%，略高于其他試驗組及對照組，但差異不顯著。其他處理組與對照組相比均沒有顯著差異。

2.3 不同質(zhì)量濃度苯酚對紅蓼種子其他形態(tài)指標(biāo)的影響

發(fā)芽指數(shù)是衡量種子生活力好壞的一項指標(biāo)，指種子失去發(fā)芽力之前已經(jīng)發(fā)生劣變的量。從表1可以看出，在含有不同質(zhì)量濃度苯酚溶液中生長的紅蓼種子發(fā)芽指數(shù)由小到大的處理質(zhì)量濃度依次為 5，0，10，20，40，80，160 mg/L。

表1 苯酚對紅蓼種子種子霉?fàn)€率、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽天數(shù)的影響

平均發(fā)芽天數(shù)可以用來判斷種子發(fā)芽的快慢，其數(shù)值越小，代表種子發(fā)芽速度越快。從表1可以看出，5 mg/L苯酚處理組的紅蓼種子的平均發(fā)芽天數(shù)較其他試驗組及對照組略長，但差異不明顯。紅蓼種子霉?fàn)€率各組間差別較大，沒有明顯規(guī)律。

2.4 不同質(zhì)量濃度苯酚對紅蓼種子浸出液電導(dǎo)率的影響

從圖3可以看出，在紅蓼種子浸種最初的10 h內(nèi)，隨著時間的增長，各處理組浸出液的電導(dǎo)率均呈增長的趨勢。從第2小時起，對照組電導(dǎo)率的增長幅度開始低于試驗組，在試驗測試的第10小時時，對照組的電導(dǎo)率為151.19 μS/（cm·g），而苯酚溶液質(zhì)量濃度分別為10，40，160 mg/L的試驗組電導(dǎo)率依次為：164.32，169.85，170.58 μS/（cm·g），對照組電導(dǎo)率的增長量明顯低于試驗組（P＜0.05）。

3 討論

當(dāng)水體中苯酚質(zhì)量濃度較低（5 mg/L）時，紅蓼種子發(fā)芽率較對照組有顯著性提高，由此可以得出，當(dāng)苯酚溶液處于較低濃度時，對紅蓼種子的發(fā)芽率有促進(jìn)作用，其原因可能是由于低濃度的苯酚可以刺激種子產(chǎn)生生長激素。李清等[20]研究發(fā)現(xiàn)，作為土壤硝基酚類化合物指示植物的上海青，在受到低濃度（6 mg/kg）污染時，其種子的發(fā)芽率較對照有所提高，分析其原因可能是由于污染物能引起種皮組分改變，從而促進(jìn)種子萌發(fā)。

ZACKRISSON等[21]研究發(fā)現(xiàn)，矮灌木（Empetrum nigrum）在茂盛生長時可以分泌某些酚類物質(zhì)，抑制其他物種萌發(fā)及幼苗生長。而紅蓼種子在苯酚質(zhì)量濃度為10～160 mg/L時，處理組與對照組相比發(fā)芽率無明顯差異，且在本試驗的苯酚質(zhì)量濃度區(qū)間（5～160 mg/L）內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)其對紅蓼種子萌發(fā)有明顯的抑制效果。可以嘗試紅蓼和矮灌木搭配種植，更好地利用植物修復(fù)技術(shù)修復(fù)生態(tài)環(huán)境。

當(dāng)苯酚的質(zhì)量濃度在5～160 mg/L時，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及平均發(fā)芽天數(shù)與對照組相比沒有顯著性差異，說明在供試的苯酚濃度區(qū)間內(nèi)（5～160 mg/L），苯酚對紅蓼種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽天數(shù)均沒有發(fā)生明顯的抑制現(xiàn)象。

電導(dǎo)率是用來表示種子活力的一種基本檢測方法之一，簡單便捷且科學(xué)可靠。活力越高的種子其自身細(xì)胞膜對損傷的修復(fù)能力越強(qiáng)，浸泡在水中后，滲透到水中的電介質(zhì)或可溶性物質(zhì)較少，因此，種子浸泡液電導(dǎo)率較低[22]。本試驗結(jié)果表明，試驗組電導(dǎo)率顯著高于對照組，即試驗組種子均遭受了不同程度的苯酚毒害損傷。但與發(fā)芽率結(jié)合分析，這種毒害損傷并未達(dá)到抑制紅蓼種子萌發(fā)的程度。

在王凱[19]的試驗中，質(zhì)量濃度為5 mg/L的苯酚溶液對紅蓼植株生長有促進(jìn)作用，這與本試驗使用5 mg/L的苯酚溶液促進(jìn)紅蓼種子萌發(fā)的結(jié)果基本一致。王凱[19]試驗表明，紅蓼植株的苯酚耐受程度為80 mg/L，而本試驗中160 mg/L的苯酚溶液依然未達(dá)到紅蓼種子萌發(fā)的最大耐受程度。經(jīng)調(diào)查，汾河水體中苯酚質(zhì)量濃度一般為4.68～82.17 mg/L。因此，本試驗結(jié)果可以證明紅蓼種子在汾河水體中的萌發(fā)不會受到苯酚的抑制。

在試驗過程中，紅蓼種子因其種子自身特性，種皮堅硬不易打破休眠，存在發(fā)芽難、出苗整齊度不理想的問題，試驗雖然采取了許桂芳等[23]的試驗方法，用98%濃硫酸打破種子休眠，但是發(fā)芽率仍不甚理想。其次，由于苯酚揮發(fā)性強(qiáng)，需要在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行試驗，致使試驗環(huán)境未能達(dá)到嚴(yán)格無菌條件；紅蓼種子由于有種皮保護(hù)，與黃瓜[24]等其他種子相比不能完全滅菌。霉菌孢子萌發(fā)后快速生長，被感染的種子存在不能及時分離的問題，這對試驗結(jié)果有一定的影響。后期試驗中可以采用向培養(yǎng)皿中添加青霉素、盤尼西林等抑菌劑[12]或用紫外光短時間照射等對試驗方法進(jìn)行改進(jìn)。

綜上所述，紅蓼種子雖然在水體苯酚質(zhì)量濃度為5～160 mg/L的區(qū)間內(nèi)受到了不同程度的損傷，但是它仍然可以正常萌發(fā)、生長。同時，經(jīng)王凱前期研究表明，紅蓼對水體中的苯酚有良好的吸附能力，它可以將80 mg/L的苯酚在12 d內(nèi)幾乎完全去除[19]。因此，紅蓼可作為一種良好的植物修復(fù)材料應(yīng)用于水體中苯酚的處理。

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