鄰苯二甲酸酯對葡萄植株生物量、根系形態及物質構成的影響

李海峰，劉志剛，劉河江，郭紅梅，任紅松

（1.新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番 838000；2.新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，新疆烏魯木齊 830091）

鄰苯二甲酸酯（phthalic acid esters，PAEs）又稱酞酸酯，俗稱塑化劑，是一種人工合成的有機化合物，作為增塑劑的添加量高達20%～60%［1］。PAEs與塑料的結合并不穩定，在生產、使用、廢棄等過程中很容易遷移到外界環境中，造成土壤、水、空氣污染［2，3］。研究表明，PAEs是一種具有毒性的環境激素，具有致突變、致癌和致畸性，難以自然降解，并能長久地滯留于環境中。農作物對PAEs具有吸收累積效應，最終通過食物鏈危及人類健康［4，5］。

隨著現代農業生產中地膜的大量應用，PAEs在土壤中逐年累積，對農作物的生長、產量、產品品質造生諸多不利影響。早在20世紀70年代，我國就有因鄰苯二甲酸酯造成農作物死亡的報道［6］。安瓊等［7］研究發現，10 mg／kg鄰苯二甲酸正二丁酯（DBP）或鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）處理土壤后，對青花菜、花椰菜、辣椒等蔬菜幼苗生長產生嚴重的毒害作用。尹睿等［8］發現DBP或DEHP污染能夠降低番茄和雍菜維生素C含量。

目前，大多數研究關注于蔬菜等一年生農作物，而對葡萄等多年生果樹的研究鮮有報道，且葡萄與蔬菜在形態及生理結構等方面有著顯著區別。為此，本研究采用盆栽試驗方法，測定并分析不同水平鄰苯二甲酸酯污染物處理下葡萄植株生物量、根系形態及物質構成，旨在探討PAEs對葡萄生長的危害性，并為葡萄安全生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗土壤為棕漠土，為當地主要土壤類型。理化性狀為 pH值 7.72，有機質 114.6 g／kg、堿解氮224.5 mg／kg、有效磷 21.2 mg／kg、速效鉀 178.0 mg／kg。

1.2 試驗材料

供試葡萄品種：三年生無核白葡萄，為吐魯番地區主栽品種。

供試鄰苯二甲酸酯污染物：鄰苯二甲酸正二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP）。

1.3 試驗方法

試驗于2019年4—9月在新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所實驗基地進行。試驗采用盆栽方式，花盆材質為陶瓷，直徑40 cm，高32 cm，每盆裝土8 kg。盆栽土壤中鄰苯二甲酸酯污染物水平分別設置為空白（0 mg／kg）、低污染水平（10 mg／kg）、高污染水平（50 mg／kg），記為 CK、T1和T2處理，每處理重復4次。為減少大氣中PAEs污染物對試驗的干擾，每盆均加蓋玻璃罩，玻璃罩兩側設置通風口，以保證葡萄正常生長。

1.4 指標測定

試驗結束時，用清水洗凈根系，吸去多余水分，于根莖處將其分為地上和地下兩部分，測定根長（根基部至根尖最長處）、側根數、根直徑、根體積、地下生物量（根系干重）、地上生物量（地上部干重）。總生物量＝地上生物量＋地下生物量；根冠比＝地下生物量／地上生物量。根系總糖測定采用蒽酮比色法［9］，蛋白質測定采用考馬斯亮藍法［10］。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0軟件對數據進行統計分析，單因素相關顯著性檢驗采用LSD（least significant difference）法，置信水平為95%。

2 結果與分析

2.1 PAEs對葡萄單株生物量及根冠比的影響

由圖1可以看出，與CK相比，T1、T2處理的葡萄植株地下、地上生物量及總生物量均降低，其中T1與CK無顯著差異，T2與CK差異顯著。表明PAEs對葡萄生物量的積累具有抑制作用，濃度越高，抑制作用越明顯。

由圖2可以看出，T2處理的葡萄根冠比最高，且T1、T2處理均高于CK，但各處理間差異不顯著。

圖1 PAEs對葡萄單株生物量的影響

圖2 PAEs對葡萄根冠比的影響

2.2 PAEs對葡萄根系形態的影響

由表1可以看出，與CK相比，T1、T2處理的葡萄根長、根直徑、側根數、根體積均降低，其中T1各根系指標與CK無顯著差異；T2處理除根直徑外，其它指標均與CK差異顯著，根長、根直徑、側根數、根體積較 CK分別減少 26.25%、11.21%、24.49%、17.59%。表明高濃度 PAEs對葡萄根系的生長具有顯著抑制作用。

表1 PAEs對葡萄根系形態的影響

2.3 PAEs對葡萄根系總蛋白、總糖含量的影響

由圖3、圖4可以看出，T1、T2處理的葡萄根系總蛋白、總糖含量均低于CK，其中，T1處理與CK差異不顯著，T2處理顯著低于CK，分別減少15.1%、2.2%。表明高濃度 PAEs處理下，根系總蛋白、總糖量累積受到明顯抑制。

2.4 PAEs與葡萄根系形態特征及物質含量的相關性分析

由表2可以看出，PAEs與根直徑、根體積呈極顯著負相關，相關系數分別為 -0.834、-0.833；PAEs與地下生物量、根長、側根數、總蛋白含量呈顯著負相關，相關系數分別為 -0.734、-0.681、-0.696、-0.732；根冠比和根系總糖含量與PAEs無顯著相關性。表明PAEs對葡萄根系的生長及物質積累具有負面效應。

圖3 PAEs對葡萄根系總蛋白含量的影響

圖4 PAEs對葡萄根系總糖含量的影響

表2 PAEs與葡萄根系形態特征及物質含量的相關系數

3 討論

根系生物量、長度、數量、蛋白質和糖含量等指標能夠反映植物生長狀況。研究表明，PAEs對植物生長具有毒性效應，能夠抑制植物愈傷組織分化，影響細胞分裂，使植物生長緩慢，對農作物產量、品質產生不利影響［11-14］。

根系能將水分和無機鹽輸導到地上部，也可將地上部的光合產物、有機養分和生理活性物質送至根系。植物根系的生長狀況直接影響地上部的生長發育及產量形成。本試驗結果表明，鄰苯二甲酸酯對葡萄根系的正常生長產生了抑制效應，高濃度處理的抑制作用更明顯。戚云［15］研究DBP、DEHP對小麥毒理學效應發現，其均明顯抑制小麥幼苗的總根長、總根表面積、平均根系直徑和根尖數，且濃度越高抑制作用越強。張娜［16］研究表明，須根類植物對鄰苯二甲酸酯類化合物較敏感，DBP、DEP、DOP、DEHP四種鄰苯二甲酸酯類化合物對植物根的伸長均具有抑制作用，其中DBP的抑制作用最大。也有研究表明，低濃度鄰苯二甲酸酯類化合物對秋茄幼根長、株高等形態指標表現為促進作用，且呈現先升高后降低的趨勢［17］。說明鄰苯二甲酸酯對植物的抑制作用與處理濃度相關。

可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，高含量的蛋白質能提高植物細胞的保水能力，維持細胞較低的滲透勢，對細胞膜起到保護作用。有研究表明，在DBP單一作用下，小白菜可溶性蛋白含量隨其作用濃度的升高呈先下降后上升再下降的趨勢，期間各處理可溶性蛋白的含量均低于空白對照，而可溶性蛋白再次下降可能是因為DBP的脅迫作用超過了植物的耐受值［18］。Rezaei等［19］使用DBP處理歐榛，發現其細胞內的蛋白質含量下降，引發了膜脂過氧化。本試驗結果也顯示，PAEs處理下的葡萄根系總蛋白含量均低于對照，且高污染水平下的含量更低，與對照差異顯著。因此，PAEs可限制葡萄根系生長，并抑制根系蛋白的合成。

植物中的糖是光合作用的產物，其含量的變化也能反映植物遭受逆境脅迫的程度。張慧芳［20］研究發現，隨著鄰苯二甲酸酯濃度的增大，小麥葉片可溶性糖含量整體呈上升趨勢，當濃度為384μg／kg時，可溶性糖含量下降，表明該濃度下小麥幼苗已受到嚴重傷害。本試驗中，PAEs處理的葡萄根系含糖量呈下降趨勢，可能是因為處理濃度較大所致，說明PAEs高污染水平對葡萄植株可造成傷害，抑制糖合成。

4 結論

鄰苯二甲酸酯對葡萄的生長及物質積累具有負面影響，主要表現為降低葡萄植株生物量、根長、根直徑、總蛋白和總糖含量等指標值，污染水平越高，抑制作用越明顯。鄰苯二甲酸酯與各指標的相關性分析表明，大部分指標與PAEs污染水平呈顯著負相關關系。