鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸單丁酯對菠菜生長的毒性效應及累積特征數據集

摘要：由于我國農業生產過程中地膜的大量使用，鄰苯二甲酸酯（Phthalate esters， PAEs）已成為土壤中普遍存在的有機污染物之一。鄰苯二甲酸單丁酯（Monobutyl phthalate， MBP）、鄰苯二甲酸單乙基己基酯（Monoethylhexyl phthalate， MEHP）等鄰苯二甲酸單酯（Phthalate monoesters， MPEs）是PAEs代謝過程的重要中間產物，與PAEs長期共存于土壤環境。毒理學研究表明，這些代謝物具有同等甚至更強的內分泌干擾作用。因此，隨著土壤中PAEs持續不斷代謝所造成的MPEs累積會對作物產生潛在的毒性效應，并最終會通過食物鏈增加人類的健康風險。本文數據集選擇菠菜為供試植物，通過設置6種不同濃度鄰苯二甲酸二丁酯（Dibutyl phthalate，DBP）和MBP觀察2周內種子萌發情況和3種不同濃度盆栽實驗重點研究DBP和MBP對菠菜生長、光合指標、品質及其抗氧化系統的影響獲得相關數據集，同時對比分析菠菜對DBP和MBP的吸收和轉運數據集，旨在探明MBP對菠菜生長的毒性效應及累積特征提供相應數據集，從而為全面評估土壤中PAEs及其代謝產物污染的生態風險提供參考依據。

關鍵詞：鄰苯二甲酸二丁酯；鄰苯二甲酸單丁酯；菠菜；種子萌發；生理；光合作用；吸收累積；數據集

數據摘要：

1 "引言

我國設施農業的快速發展導致塑料棚膜和地膜的大量使用，從而使鄰苯二甲酸酯（Phthalate esters， PAEs）成為農田土壤中最常見的有機污染物之一。大量塑料制品在工農業生產和居民日常生活的使用過程中會發生老化并逐漸釋放出PAEs，最終使大氣、土壤、水體等各種環境介質中普遍存在PAEs^[1]。有關PAEs的毒性效應已經在動物實驗中進行了廣泛的研究并得以證實。通過檢測人類體液和組織中PAEs的代謝物含量，人類接觸PAEs的狀況也被確認^[2]。大量研究表明，土壤中的PAEs會通過水解、光解、微生物降解等途徑最終實現完全礦化，其中最常見的代謝路徑為PAEs首先代謝為鄰苯二甲酸單酯和鄰苯二甲酸（Phthalic Acid，PA），然后再進一步礦化CO₂和H₂O^[3]。已有的毒理學研究表明，PAEs代謝產物MPEs仍具有內分泌干擾性，甚至毒性反而比PAEs更強^[4]。蘭州大學李瑾研究發現PAEs與塑料基質間以微弱的范德華力或氫鍵連接，穩定性較差，容易從地膜中遷出，因此能夠直接污染土壤并被土壤有機質吸附而長期累積在土壤中，影響土壤安全性。隨著覆膜種植年限的延長，玉米地土壤PAEs累積增加，其中以鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（diethylhexyl phthalate， DEHP）增加最明顯^[5]。因此，土壤中共存的MPEs最終會通過食物鏈增加人類的健康風險。目前，僅有少量文獻通過水培實驗對植物吸收累積MPEs的特征進行了報道，而對于土壤中MPEs的植物毒性效應研究極為有限。

我國各地區農業土壤中PAEs含量差異較大，在襄陽非電子工業區農田土壤中PAEs化合物含量甚至高達9.11—157.62"mg/kg^[6]，而在我國北部的寧夏回族自治區、銀川市、佳木斯農田土壤中∑6PAEs含量也保持在較高的水平，最高含量達8.231—11.259"mg/kg^[7-9]。從PAEs化合物的單體組成來看，盡管各地的調查結果稍有不同，但大部分地區農田土壤中DEHP和DBP仍是PAEs的主要組分，可能與農膜中2種化合物的含量較高有關。

植物的早期階段暴露于污染物會對種子萌發和幼苗生長造成有害影響^[10]。因此，PAEs對種子萌發的不利影響也導致植物幼苗和植株的生長發育受到影響。已有研究發現PAEs脅迫導致ROS水平提高^[11]。為了應對ROS水平增強，植物依靠內源性酶和非酶抗氧化劑形成防御體系^[12]。

目前，對于植物吸收累積PAEs代謝的研究相對較少，菠菜是我國常見的藜科蔬菜之一，以葉片作為主要的食用部位，是我國栽培最為廣泛的綠葉蔬菜，也是我國主要出口蔬菜之一。隨著塑料大棚等農業技術的發展，菠菜的種植面積和種植周期增幅很大。本數據集選擇菠菜作為供試作物進行研究分析，選擇土壤中最常見的PAEs化合物DBP及其代謝物MBP作為目標污染物，通過種子萌發實驗和盆栽實驗對比研究DBP和MBP對菠菜種子萌發以及菠菜生長品質、光合作用、抗氧化酶活性的影響，同時分析菠菜對DBP和MBP的吸收累積特征得到多個數據集，旨在為全面評估土壤中PAEs的植物毒理效應提供參考依據，對保障農產品安全、減輕PAEs帶來的人體健康風險具有重要的現實意義。

通過對萌發實驗與盆栽實驗數據集進行分析發現DBP和MBP均顯著抑制菠菜種子萌發，在高污染濃度水平下，DBP處理組發芽率數據集顯著低于MBP處理組。種子萌發實驗充分表明MBP脅迫對植物種子萌發也具有較強的抑制作用，土壤中PAEs代謝并不意味著其毒性效果的減弱，中間代謝產物同樣會抑制作物種子萌發。土壤DBP和MBP污染使菠菜株高、根長和生物量、光合速率、蒸騰速率和氣孔導度數據集顯著下降，DBP的抑制作用均顯著高于MBP。盡管已有的研究發現不同PAEs單體對不同作物品質的影響存在一定差異，但由于DBP及其代謝物MBP的化學結構相似，因此，在本數據集2種污染物對菠菜品質的影響規律總體一致。在同一污染水平下，菠菜的生理指標數據集DBP處理組顯著高于MBP處理組。表明MBP對菠菜生理的不利影響與DBP相比較弱，也可能與其在土壤中的實際殘留量相比DBP更低有關。在相同的污染水平下，DBP和MBP對土壤酶活性數據集的抑制作用無顯著差異。MBP比DBP在土壤中的衰減速度相對較快。因此，MBP殘留量的減少會使其對土壤微生物活性的抑制作用減弱。

2 "數據采集與處理方法

試驗所用的菠菜品種為翠綠4號，購自青島推動力種業有限公司；供試土樣取自青島市即墨區玉米種植區0－20"cm表層土壤。

種子萌發實驗設置5、10、20、50、80、100"mg/L 6個濃度梯度水平，將DBP、MBP儲備液用蒸餾水分別稀釋成上述梯度溶液于棕色容量瓶中冷藏備用。選取顆粒飽滿、大小均勻的菠菜種子，分別加入5 mL不同濃度梯度的DBP和MBP處理液，于生化培養箱25 ℃暗處培養，每個處理放置30粒菠菜種子，設置3個重復，每天觀察種子的發芽情況并記錄發芽率，測量種子萌發的芽長和根長。時間為2周，實驗結束后計算種子的發芽率、芽長抑制率和根長抑制率。

盆栽實驗設計方案，污染土壤設置高（100 mg/kg）、中（20"mg/kg）、低（5 mg/kg）3個不同污染水平。每個陶瓷花盆裝污染土10"kg，播種15粒菠菜種子，將花盆放置于溫室中，發芽后每盆保留4株旺盛植株，剔去其余植株，種植50"d后進行采樣。收獲后的樣品分成地上部和地下部，分別測定生物量、株高和根長，地上部測定生理和品質指標，DBP和MBP含量則對地上部和地下部分別進行檢測。數據測定使用的主要儀器見表1，主要生理指標測定方法見表2，土壤酶活性指標測定方法見表3。

3 "數據內容

本數據包含25個圖表和6個文本表格記錄了DBP和MBP對菠菜種子萌發的影響數據集；盆栽實驗數據記錄了DBP和MBP對菠菜生長和品質的影響數據集、DBP和MBP對菠菜光合指標的影響數據集、DBP和MBP對菠菜生理指標的影響數據集、菠菜對土壤中DBP和MBP的吸收累積特征數據集、土壤中DBP和MBP殘留量及對土壤酶活性的影響數據集。

3.1 "DBP和MBP對菠菜種子萌發的影響數據集

圖1是種子萌發實驗的部分數據集分析圖，通過種子萌發實驗數據集分析發現隨著DBP和MBP污染濃度的升高，菠菜種子的發芽率數據集顯著降低。表4是"DBP和MBP暴露與種子芽長和根長抑制率的相關性數據集，發現根長和芽長數據集的抑制作用顯著增強，在高污染濃度水平下，DBP處理組發芽率數據集顯著低于MBP處理組。

3.2 "DBP和MBP對菠菜生長和品質的影響數據集

圖2是菠菜生物量部分數據集分析圖，通過三個不同污染水平盆栽實驗數據集分析土壤DBP和MBP污染使菠菜株高、根長和生物量數據集顯著變化。菠菜中維生素C和可溶性糖含量數據集隨著DBP和MBP濃度升高顯著降低，而可溶性蛋白含量數據集僅在100"mg/kg污染水平下出現顯著下降。

3.3 "DBP和MBP對菠菜光合指標的影響數據集

表5和表6分別是菠菜光合指標、葉綠素和類胡蘿卜素含量受影響相關數據集，通過菠菜光合指標數據集發現DBP和MBP均會使菠菜的光合速率、蒸騰速率和氣孔導度數據降低，細胞間CO₂濃度上升，葉綠素、葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素數據均有顯著下降。

3.4 "DBP和MBP對菠菜生理指標的影響數據集

通過菠菜生理指標數據集發現隨著污染水平的升高，DBP處理組菠菜超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性數據集表現為先上升后下降，而MBP處理組SOD、POD、CAT活性數據集呈現緩慢上升趨勢；處理組菠菜中丙二醛（MDA）含量數據集隨著DBP和MBP濃度的升高而增高加劇膜的損傷直接加速作物的老化，在同一污染水平下，DBP處理組MDA含量數據集顯著高于MBP處理組數據集。

3.5 "菠菜對土壤中DBP和MBP的吸收累積特征數據集

圖3和圖4分別為菠菜地上部DBP累積的通徑分析圖數據集和菠菜地上部MBP累積的通徑分析圖數據集，分析菠菜地上部和地下部DBP和MBP含量數據集發現隨著土壤中DBP和MBP污染水平的升高而增高，而且DBP處理組數據集在菠菜地上部和地下部均檢測到MBP。地上部對DBP和MBP的生物富集系數數據分別為0.18—0.43和0.44—0.88，對MBP的生物富集系數數據集顯著高于DBP，地下部對DBP和MBP的生物富集系數數據集數據為0.32—0.71和0.19—0.42，對DBP生物富集系數數據集顯著高于MBP。

3.6 "土壤中DBP和MBP殘留量及對土壤酶活性的影響數據集

圖5為DBP和MBP對土壤脲酶活性的影響數據集，通過對土壤中DBP和MBP殘留量及對土壤酶活性的影響數據集分析發現DBP和MBP會顯著抑制土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，土壤中DBP和MBP殘留量與脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性呈極顯著負相關關系；在相同的污染水平下，DBP和MBP對脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性的抑制作用無顯著差異。

表7是土壤DBP和MBP殘留量與酶活性相關性

分析數據集，利用SPSS21.0對土壤中DBP和MBP殘留量與4種酶活性進行相關性分析數據集。由表7可知，土壤中DBP和MBP殘留量與脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著負相關關系，且DBP與3種土壤酶活性的相關系數均高于MBP。

4 "質量控制與技術驗證

樣本采集與數據制作過程遵循了嚴格的質量控制方案和技術驗證策略以確保數據的準確性和可靠性。實驗數據采用空白對照與多組重復實驗相結合保證實驗數據的可用性和真實性。通過嚴格的數據質量控制和驗證流程，為科研人員提供了可信的數據基礎，為全面評估土壤中PAEs的植物毒理效應提供參考依據。

5 "數據價值與使用建議

本數據集涵蓋了多個角度層次對菠菜的毒性效應的原始數據，并對原始數據采用Excel 2021進行統計處理，利用SPSS21.0進行方差分析（ANOVA），采用LSD法測定不同處理之間的差異顯著性，以P＜0.05作為顯著性差異水平，采用Pearson檢驗分析各指標的相關性，利用SPSS21.0的線性回歸進行通徑分析，利用Origin9.0進行作圖，具有重要的數據價值和廣泛的應用潛力，可為進一步探究土壤中PAEs的植物毒理效應提供基礎數據。

數據可用性

開放訪問，遵從PDDL協議。

https：//cstr.cn/17058.11.sciencedb.agriculture.00106；https：//doi.org/10.57760/sciencedb.agriculture.00106。

數據作者分工職責

戚姝姝，數據處理、質量控制及論文撰寫。

劉曉晨，數據處理與匯總、論文撰寫。

利益沖突聲明

作者聲明，全部作者均無會影響研究公正性的財務利益沖突或個人利益沖突。

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引用格式：戚姝姝，劉曉晨.鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸單丁酯對菠菜生長的毒性效應及累積特征數據集[J].農業大數據學報，2025，7（1）：132-140. DOI： 10.19788/j.issn.2096-6369.100021.

CITATION："QI ShuShu， LIU XiaoChen. Toxic Effects and Cumulative Characteristics of Dibutyl Phthalate and Monobutyl Phthalate on Spinach Datasets. Journal of Agricultural Big Data， 2025，7（1）：132-140. DOI： 10.19788/j.issn.2096-6369.100021.

Toxic Effects and Cumulative Characteristics of Dibutyl Phthalate and Monobutyl Phthalate on Spinach Datasets

QI ShuShu "LIU XiaoChen

Laizhou Agricultural Technology Extension Center， Yantai City， Shandong Province， 261400， China

Abstract： The"phthalate esters （PAEs）"has"been one of the prevalent organic pollutants in agricultural soils due"to"the extensive use of mulch in agricultural production processes in China. Monobutyl phthalate"（MBP）， monoethylhexyl phthalate （MEHP） and other phthalate monoesters （MPEs） are important intermediates in the metabolic process of PAEs and co-exist with PAEs in the soil environment. The toxicological studies have shown that these metabolites have equal or even stronger endocrine disrupting effects. Therefore， the co-occurrence of MPEs in soil could eventually increase the human health risk through the food chain. In addition， the accumulation of MPEs caused by the continuous metabolism of PAEs in soil also has potential toxic effects on crops."In this paper， spinach was selected as the test plant， and the effects of DBP and MBP on the growth， photosynthetic indexes， quality and antioxidant system of spinach were investigated by setting up six different concentrations of dibutyl phthalate （DBP） and MBP to observe seed germination within two weeks and three different concentrations of MBP to focus on the pot planting experiments to obtain the relevant datasets， and at the same time， the absorption and transport datasets of DBP and MBP in spinach were analyzed in a comparative manner. At the same time， the uptake and transport data of DBP and MBP in spinach were analyzed comparatively， aiming to investigate the toxic effects of MBP on the growth of spinach and provide the corresponding data sets for the cumulative characteristics， so as to provide a reference basis for the comprehensive assessment of the ecological risk of PAEs and their metabolite contamination in soil.

Keywords： dibutyl phthalate; monobutyl phthalate; spinach; seed germination; physiology; photosynthesis; uptake"and"accumulation；datasets