石油污染土壤對(duì)植物種子發(fā)芽的影響研究

金 晶，張忠智，李 佳，柏春蔭，張 敏，唐雪冰

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)化學(xué)工程學(xué)院，北京 102249)

在石油開采、貯運(yùn)、煉制加工、使用和運(yùn)輸過(guò)程中，往往伴隨著石油的泄露，造成了嚴(yán)重的石油污染[1，2]。石油中的許多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并[a]芘等都被美國(guó)環(huán)保局(EPA)列為優(yōu)先污染物范圍，這些污染物具有潛在的致突變性和致癌性，可通過(guò)直接或間接方式對(duì)環(huán)境和人體健康帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害[3，4]。傳統(tǒng)上治理石油污染土壤有多種方法，生物修復(fù)技術(shù)是目前使用最廣泛、低成本的石油污染土壤處理技術(shù)。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種新的生物修復(fù)技術(shù)——微生物-植物聯(lián)合修復(fù)，利用微生物、植物的共同作用來(lái)控制、去除環(huán)境污染物或使其無(wú)害化，被認(rèn)為是一種綠色的生物技術(shù)，能加速土壤和沉積物中污染物的去除[5～7]。李方敏等[8]研究石油污染土壤對(duì)狼尾草、玉米、黑麥草等植物發(fā)芽率的影響發(fā)現(xiàn)，隨著污染物濃度升高，發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)；程國(guó)玲等[9]研究了礦物油對(duì)小麥和苜蓿種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明礦物油對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。

作者在此選擇草坪綠化常用植物[三得利(Sanditi)、考拉(Koala)、頂峰Ⅱ(PinnacleⅡ)、百絲(Festucaarundinacea)]，觀察其接種高效石油降解菌Ⅰ在不同石油污染條件下的種子發(fā)芽數(shù)和生長(zhǎng)情況，旨在篩選出具有較好石油耐受性的植物，以期為深入研究植物修復(fù)污染土壤提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 供試土壤與植物、菌株

實(shí)驗(yàn)所用土壤采自中國(guó)石油大學(xué)草坪表層，采集后風(fēng)干、過(guò)篩，備用。

實(shí)驗(yàn)用植物種子(發(fā)芽率>95%)購(gòu)自北京百綠公司。

I菌：屬于芽孢桿菌屬，為自行保藏的具有石油降解能力的菌株，活化培養(yǎng)后，置于4 ℃冰箱備用。

1.2 儀器

MC1系列AC型電子天平，HZQ-C型空氣浴振蕩器，JJT-900型超凈工作臺(tái)，YXQ.SG41.280型滅菌鍋，RQX-300B智能型人工氣候箱。

1.3 方法

1.3.1 水模擬培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

三得利、考拉、頂峰、百絲4種供試植物種子各取30粒，分2組，放入培養(yǎng)皿中，一組只加蒸餾水，另一組先加5 mL I菌液，再加入適量蒸餾水沒過(guò)種子浸泡2 h，分開放入智能人工氣候箱。調(diào)節(jié)人工氣候箱為：白天16 h、溫度28 ℃，夜間8 h、溫度20 ℃，光照66%，濕度60%。每天觀察，保證培養(yǎng)皿中的水量，適時(shí)加入蒸餾水保證種子被水浸泡。記錄種子發(fā)芽情況。

1.3.2 無(wú)石油污染土壤培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

選取上面2組已發(fā)芽的4種植物種子分別在鋪好土的培養(yǎng)皿中種植：第一組用蒸餾水澆灌至土完全濕潤(rùn)；第二組用2% I菌液澆灌至土完全濕潤(rùn)；第三組種植經(jīng)I菌液浸泡發(fā)芽的種子，但是澆灌蒸餾水。每種植物每組3個(gè)平行。調(diào)節(jié)智能人工氣候箱為：白天16 h、溫度30 ℃，夜間8 h、溫度20 ℃，光照66%，濕度60%。每天觀察，保證培養(yǎng)皿中的土壤濕潤(rùn)，記錄種子發(fā)芽數(shù)量和生長(zhǎng)情況。

1.3.3 石油污染土壤培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

采用稱重稀釋法[10]配制含油量為500 mg·kg-1、1000 mg·kg-1、1500 mg·kg-1、2000 mg·kg-14個(gè)濃度梯度的石油污染土壤，以不加油土壤作為對(duì)照組。選取發(fā)芽率較高的已發(fā)芽植物種子在石油污染土壤中種植：第一組澆灌蒸餾水；第二組澆灌2% I菌液，每組3個(gè)平行。每天觀察，保證培養(yǎng)皿中的土壤濕潤(rùn)，記錄種子發(fā)芽數(shù)量和生長(zhǎng)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 水模擬培養(yǎng)發(fā)芽

4種植物水模擬培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

a.不加菌 b.I菌液預(yù)浸泡

由圖1可以看出，三得利和考拉的發(fā)芽數(shù)均在實(shí)驗(yàn)前期一周內(nèi)達(dá)到最大值。經(jīng)I菌預(yù)浸泡處理的種子發(fā)芽數(shù)均稍多于未加菌組，說(shuō)明加菌可以促進(jìn)植物種子發(fā)芽。

2.2 無(wú)石油污染土壤培養(yǎng)發(fā)芽

4種植物無(wú)石油污染土壤培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

a.不加菌，只澆水 b.澆灌2% I菌液 c.I菌液預(yù)浸泡，澆灌水

由圖2可知，根據(jù)澆灌方式的不同，種子的發(fā)芽數(shù)多少順序?yàn)椋旱谌M(I菌液預(yù)浸泡，澆灌水)>第一組(不加菌，只澆水)>第二組(澆灌2% I菌液)。用I菌液預(yù)浸泡種子有利于種子發(fā)芽，但是無(wú)污染土壤條件下一直澆灌I菌液對(duì)植物種子發(fā)芽有抑制作用，使種子發(fā)芽數(shù)下降。

2.3 石油污染土壤培養(yǎng)發(fā)芽

選取發(fā)芽率較高的百絲、三得利種子進(jìn)行不同濃度梯度石油污染土壤中培養(yǎng)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，隨著土壤污染濃度的增大， 植物種子的發(fā)芽數(shù)均呈減少趨勢(shì)。在相同濃度梯度下，澆灌I菌液的種子發(fā)芽數(shù)均多于蒸餾水澆灌的植物，尤其當(dāng)濃度為2000 mg·kg-1時(shí)，加菌組發(fā)芽數(shù)比不加菌組高70%～75%。由此可見，在石油污染的土壤中I菌可以提高植物的抵抗力，增強(qiáng)其對(duì)石油污染物的脅迫作用，從而有利于植物的發(fā)芽。

a.不加菌 b.澆灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

a.不加菌 b.澆灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

2.4 植物根部的生長(zhǎng)

植物通過(guò)其根部的須根吸收水分和無(wú)機(jī)鹽，供植物生長(zhǎng)，而根表面面積越大越有利于植物吸收土壤中的水分和無(wú)機(jī)鹽，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[11]。在顯微鏡下觀察4種植物的根須，結(jié)果如圖5所示。

a.三得利 b.考拉 c.頂峰 d.百絲

由圖5可知，三得利和考拉植物根部須根很少，而頂峰和百絲植物根部須根非常豐富。且三得利、考拉屬豆科植物，百絲和頂峰屬禾本科植物。禾本科植物較豆科植物根系更加發(fā)達(dá)，作為禾本科具有代表性意義的百絲更適合作為石油污染土壤修復(fù)的植物。

3 結(jié)論

采用三得利、考拉、百絲和頂峰為實(shí)驗(yàn)植物進(jìn)行不同條件下的發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：

(1)先用I菌液浸泡植物種子2 h對(duì)植物種子發(fā)芽有促進(jìn)作用，無(wú)污染條件下每天接種I菌液對(duì)植物種子發(fā)芽有一定抑制作用。

(2)隨著土壤石油污染濃度的增大，植物的發(fā)芽數(shù)呈減少趨勢(shì)，且接種I菌液的發(fā)芽數(shù)多于未接種的發(fā)芽數(shù)。說(shuō)明接種I菌可以增強(qiáng)植物的抵抗力，提高其對(duì)石油污染物的脅迫作用，促進(jìn)植物種子發(fā)芽，利于植物的生長(zhǎng)。

(3)百絲不僅發(fā)芽率較高，且作為禾本科植物與豆科植物三得利相比有較豐富的須根系，應(yīng)用廣泛，適合作為石油污染土壤修復(fù)的植物，為進(jìn)一步研究污染土壤植物修復(fù)提供參考。

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