苯對小麥種子萌發及幼苗生長的毒性作用

胡變芳，楊博雯，郝輝芳，張謹華，馬 燕

（晉中學院生物科學與技術學院，山西 晉中 030600）

苯是基本的石油化石基本原料，也可作為生產殺蟲劑、除臭劑、染料的原料和中間體，廣泛應用于工業、農業和醫療衛生中。近年來，由于工業發展和社會進步，苯被大量應用，如未經適當處理，隨廢水、廢氣、廢渣等多種形式進入環境，會造成不同環境介質的污染。由于苯抗降解能力強，因此，一旦進入土壤很難被排除，而作物可通過根系從土壤中吸收苯，積累的苯再通過作物富集進入食物鏈，最終危害人類健康，且其毒性為其他化合物的20～30倍，長期接觸危害極大。因其強烈的致癌、致畸和致突變作用[1]，已被列入美國國家環保局所確定的優先控制污染物黑名單[2]，通過立法并嚴格規定其接觸限值。因此，國內外對其研究較多，主要集中在其生物學特性、環境行為和動物體內的富集作用及其引起的毒性機制[3]。但苯對于高等植物的生態效應及其毒性毒理機制研究甚少[4]。小麥種子萌發及幼苗期受環境影響較大。

本試驗以小麥種子和幼苗為試驗材料，分析不同質量濃度的苯溶液處理小麥種子后對其種子萌發及幼苗生理生化指標的影響，為農田灌溉水水質檢測提供科學依據，為農產品生產安全提供了一定保障。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥為晉農207號，購自太谷縣種子公司。

1.2 試驗方法

試驗于2013年4月在晉中學院植物學實驗室進行。選取飽滿、健壯的小麥種子，用10%的次氯酸鈉消毒10 min[5]，再用蒸餾水沖洗5次，浸泡2 h后隨機取出種子，按同心圓平鋪方式均勻擺入上層濾紙，下層脫脂棉作支撐物，分別放在盛有質量濃度為 0，25，50，100，150，200 mg/L的苯溶液培養皿中，每皿30粒，以蒸餾水作對照，每個處理設3個重復。于室溫22℃下進行培養。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 小麥種子發芽的測定 在培養后的第2，3，4天，分別統計各處理和對照組種子的發芽數，取3個重復的平均值。對照組種子初生根長達20 mm時，發芽試驗結束，以初生根達5 mm作為發芽標準[5]。記錄發芽種子數，并計算發芽率、發芽勢、發芽指數。發芽率＝發芽種子數/供試種子數×100%；發芽勢＝種子在發芽期2 d內正常發芽種子數/供試種子數×100%[6]；發芽指數=4 d內發芽種子數/4。

1.3.2 小麥種子出苗率的測定 在培養后的第5，6，7天，分別統計小麥種子的出苗數，計算出苗率。出苗率＝出苗數/供試種子數×100%。

1.3.3 小麥幼苗的測定 在培養后的第5，6，7天，分別從各處理中隨機選取30株小麥幼苗，測量其最長根的長度，每個重復隨機選取10株測量。在培養后的第7，8，9天，分別從各處理中隨機選取30株小麥幼苗測量株高，每個重復隨機選取10株。

1.3.4 小麥幼苗根干/鮮質量、苗干/鮮質量的測定 在培養后的第10天，分別從各組中隨機選取10株幼苗進行根干/鮮質量、苗干/鮮質量的測定。測定植株干質量時，105℃烘15 min后80℃烘干至恒質量后稱質量[7]。

1.3.5 小麥葉片葉綠素含量、過氧化物酶活性、丙二醛含量的測定 在培養后的第11天，分別從各組中隨機選取10株小麥幼苗，參照文獻[8]進行葉綠素含量的測定。采用愈創木酚法測定小麥葉片過氧化物酶（POD）活性[9]，硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定丙二醛（MDA）含量[10]。

1.4 數據分析

所有試驗數據均采用Excel 2010處理，DPS 6.50進行顯著性分析。用Tukey檢驗法進行差異分析，P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 苯對小麥種子萌發的影響

2.1.1 苯對小麥種子發芽率、發芽勢、發芽指數的影響 種子的發芽率和發芽勢可以反映種子發芽的能力[11]，發芽指數可以反映苯對種子萌發的脅迫情況[12]，這三者可以衡量種子活力高低。從表1可以看出，經不同質量濃度苯處理的小麥種子發芽率參差不齊，但從總體上看，苯對小麥種子的發芽率、發芽勢和發芽指數無明顯的抑制作用。

表1 苯對小麥發芽率、發芽勢和發芽指數的影響

2.1.2 苯對小麥種子出苗率的影響 由表2可知，苯對小麥種子的出苗率無顯著影響，卻可以延緩其出苗。在培養的第5天，經苯處理小麥的出苗率僅為對照的66.67%～85.2%，但在培養的第6天，處理的出苗率變為對照的74%～106%，說明處理與對照間出苗率差距在減小。

表2 苯對小麥種子出苗率的影響

2.2 苯對小麥幼苗生長的影響

2.2.1 苯對小麥幼苗根長的影響 由表3可知，苯對小麥幼苗根長有明顯的抑制作用，與對照相比，存在極顯著差異，且濃度越高，抑制作用越明顯。在培養的第5天，經苯處理小麥幼苗的根長為對照的82.65%～92.17%，第6天為78.91%～87.64%，第7天為76.47%～90%，說明隨著天數的增加，苯對根長的抑制作用增強，苯對小麥根長的抑制作用有時間累積效應。

表3 苯對小麥幼苗根長的影響

2.2.2 苯對小麥幼苗株高的影響 從表4可以看出，苯對小麥幼苗株高無明顯的抑制作用。在培養的第7天，經苯處理的小麥株高為對照的103.32%～110.99%，第8天為100.57%～102.44%，第9天為97.09%～100.27%，說明隨著天數的增加，苯對小麥幼苗株高逐漸出現抑制作用，但效果不及對根長抑制作用明顯。

表4 苯對小麥幼苗株高的影響

2.2.3 苯對小麥幼苗根干/鮮質量、苗干/鮮質量的影響 由表5可知，不同質量濃度的苯對小麥幼苗的根鮮質量、根干質量、苗鮮質量和苗干質量有明顯的抑制作用，且濃度越高，抑制作用越強。根鮮質量、根干質量和苗鮮質量與對照相比，有極顯著差異；苗干質量與對照相比，有顯著差異，當苯質量濃度高于50 mg/L時，苗干質量與對照間也存在極顯著差異。因此，苯對幼根的作用效果大于幼苗。

表5 苯對小麥幼苗根鮮質量、根干質量、苗鮮質量、苗干質量的影響 mg

2.2.4 苯對小麥葉片葉綠素含量的影響 葉綠素是植物葉片進行光合作用的主要色素，其含量高低在一定程度上反映了植物的光合作用水平[13]。從表6可以看出，小麥葉片中的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量均隨著苯質量濃度的升高而降低，與對照相比，有極顯著差異，且當苯質量濃度為25 mg/L時，葉綠素含量急劇下降，隨后葉綠素含量下降幅度減小。

表6 苯對小麥葉片葉綠素含量的影響 mg/g

2.2.5 苯對小麥葉片過氧化物酶活性的影響 過氧化物酶（POD）是植物體內抗氧化系統中的重要保護酶，可以清除植物體內的氧自由基，有利于維持植物體內氧自由基的產生和淬滅的動態平衡，從而抑制膜脂的過氧化進程[14]。從表7可以看出，苯對小麥幼苗葉片中過氧化物酶活性有明顯的抑制作用，苯質量濃度越高，抑制作用越強，且與對照相比，存在極顯著差異。

表7 苯對小麥葉片POD活性的影響

2.2.6 苯對小麥葉片丙二醛含量的影響 丙二醛（MDA）是植物體內膜脂過氧化物作用的重要產物，具有一定的細胞毒性，是膜系統受害的重要標志之一。在適宜條件下，植物體內丙二醛含量極少，一旦遇到逆境傷害，其含量便會升高[15]。從表8可以看出，隨著苯質量濃度的升高，小麥葉片中MDA含量也逐漸升高，且與對照間差異達極顯著水平。

表8 苯對小麥葉片MDA含量的影響

3 討論與結論

本試驗結果表明，苯對小麥種子的發芽率和出苗率無明顯影響，不宜作為苯毒理學的敏感形態指標。苯對小麥幼苗的根長有明顯的抑制作用，可能是由于苯絡合了初生根的生長點，干擾有絲分裂過程，從而使細胞分裂受到抑制。苯處理的小麥幼苗的根莖變細。苯對小麥幼苗的苗鮮質量、苗干質量有明顯的抑制作用，可能是由于苯對葉綠素含量的抑制作用，從而影響了幼苗的光合作用，進而影響物質的積累。苯對幼苗株高無顯著影響，但在試驗過程中發現，當苯質量濃度高于100 mg/L時，可誘導小麥幼苗畸形生長，且質量濃度越高，畸形的幼苗越多。苯對幼苗的根鮮質量和根干質量也有明顯的抑制作用，與李云玲等[16]、邢維芹等[17]、丁克強等[18]研究結果類似。苯對根的抑制作用高于對幼苗的抑制作用，可能是由于種子萌發后，分化出的根直接浸泡于苯溶液中，在吸收水分的同時，苯也隨之被吸收，而苯有較強的疏水性，在小麥體內的移動性較小。苯對小麥葉片中葉綠素含量有明顯的抑制作用，與徐應明等[19-20]研究結果類似，這可能是由于苯干擾了幼苗根細胞的分裂與分化，根際變細，影響了根系對水分的吸收能力，從而影響了葉綠素的合成。小麥葉片中MDA含量隨苯質量濃度升高而增加，質量濃度越大，對小麥幼苗的脅迫作用越強。苯對小麥幼苗葉片中POD活性也有明顯的抑制作用，說明苯脅迫可降低小麥體內抗氧化系統的抗氧化作用，從而導致小麥體內的MDA含量升高。

廣泛采用的高等植物毒理試驗方法有種子發芽試驗和根長抑制試驗，對植物在外界污染條件下的發芽出苗情況、根系發育狀況、生物量減少程度或植物的防御性等進行診斷，是一種評價生態環境毒性的優選方法，小麥種子由于易培養、種植廣，因此是普遍推薦的供試材料之一[21]。