鹽漬化條件下土壤石油污染對翅堿蓬生長的影響

趙大傳，劉逸夢

摘要：通過盆栽試驗(yàn)，測定了翅堿蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）在鹽漬化條件下受石油污染時(shí)的生長生理指標(biāo)，研究鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬株高、生物量等生長指標(biāo)以及葉綠素含量、過氧化氫酶、可溶性蛋白質(zhì)、游離脯氨酸含量的影響。結(jié)果表明，翅堿蓬對石油的耐受閾值為5.0 g/kg，超過此閾值抑制作用明顯增加。翅堿蓬的株高及生長量隨石油濃度增加而下降；葉綠素含量隨石油濃度升高而降低；過氧化氫酶在留苗后開始培養(yǎng)的20 d內(nèi)隨石油濃度增加而增加，在40和60 d時(shí)低石油濃度下保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降；可溶性蛋白質(zhì)含量在低石油濃度污染下40 d內(nèi)基本保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降，60 d時(shí)所有石油濃度處理均下降；游離脯氨酸含量40 d內(nèi)隨石油濃度增加而上升，在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著低于對照。

關(guān)鍵詞：石油污染；翅堿蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）；生長指標(biāo)；生理指標(biāo)

中圖分類號：X53；X173 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）07-1535-04

Effects of Petroleum Pollution on the Growth of Suaeda heteroptera Kitagawa

under Saline Condition

ZHAO Da-chuan，LIU Yi-meng

（School of Environmental Science and Engineering， Shandong University， Jinan 250100， China）

Abstract： The effects of petroleum pollution on plant height， dry weight， content of chlorophyll， catalase（CAT） activity， soluble protein， and free proline in Suaeda heteroptera Kitagawa were studied by pot experiments. The results showed that the plants had tolerance threshold of 5.0 g/kg for petroleum， beyond which the plant showed high inhibitory effects compared with control group. With the increase of petroleum concentrations in soils， the growth characteristics declined. The chlorophyll contents in the plant declined obviously. CAT activities increased before 20 days and kept stable before 40 and 60 days，then decreased with a high concentration of petroleum. The contents of soluble protein remained stable before 40 days with a low concentration of petroleum while decreased with a high concentration of petroleum. All treatment of petroleum concentrations declined at 60 days. The free proline content increased with the increas of petroleum concentrations before 40 days.The proline content was obviously higher than that of CK at 60 days. When the petroleum concentrations were 10.0 and 25.0 g/kg， the proline content was obviously lower than that of CK.

Key words： petroleum pollution； Suaeda heteroptera Kitagawa； growth； physiological indexes

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油的生產(chǎn)和消耗量不斷增加，在石油開采、運(yùn)輸、貯藏、加工等過程中，由于操作不當(dāng)或事故泄漏等原因造成的石油污染問題相當(dāng)突出，全世界每年約有8×106 t石油進(jìn)入環(huán)境。中國作為世界上最大的石油生產(chǎn)和消費(fèi)國，由于過去采油工藝相對落后，加上相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施相對落后、污染控制和修復(fù)技術(shù)缺乏等，使得我國土壤石油污染程度遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家，且呈逐年加重趨勢[1]。我國石油企業(yè)每年生產(chǎn)的落地原油有一定數(shù)量進(jìn)入土壤環(huán)境[2]。黃河三角洲地區(qū)擁有豐富的油氣資源，是我國第二大石油基地，石油污染問題尤為突出。石油進(jìn)入土壤后會破壞土壤結(jié)構(gòu)，石油中的重金屬也會被土壤吸附。石油中多環(huán)芳烴都能通過食物鏈在動植物體內(nèi)富集，進(jìn)而對河口環(huán)境中的生物和人類健康造成嚴(yán)重威脅。翅堿蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）是一種在黃河三角洲地區(qū)常見的土著植物，具有較強(qiáng)的耐鹽性、容易繁殖、種植壽命長等特點(diǎn)[3，4]，已引起許多研究者的關(guān)注[5-7]。本研究通過盆栽試驗(yàn)，研究在鹽漬化條件下不同石油濃度對翅堿蓬生長指標(biāo)如株高和生物量，生理指標(biāo)如葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、過氧化氫酶和游離脯氨酸的影響，探討在石油污染的脅迫下翅堿蓬的適應(yīng)機(jī)制，為解決黃河三角洲地區(qū)鹽堿和石油污染問題，利用翅堿蓬進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的應(yīng)用技術(shù)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土壤取自黃河三角洲孤島油區(qū)，洗去鹽分，并將洗出的鹽分蒸干備用。石油采自勝利油田煉油廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 依照對孤島鎮(zhèn)土壤中污染物的分析和預(yù)試驗(yàn)，在土壤中加入0 g/kg（對照）、1.0 g/kg（石油濃度1）、2.5 g/kg（石油濃度2）、5.0 g/kg（石油濃度3）、10.0 g/kg（石油濃度4）、25.0g/kg（石油濃度5）的石油。每盆花盆（直徑10cm）中裝入0.5 kg處理后土壤，播種翅堿蓬種子，待長出第三片葉子時(shí)，每盆留苗5株，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。將植株放于室外培養(yǎng)，隔天澆水，雨天遮蔽，防止雨水影響。在其留苗后開始培養(yǎng)的第20、40、60天分別測定植物的葉綠素含量、過氧化氫酶（CAT）活性、可溶性蛋白質(zhì)含量和游離脯氨酸含量，第60天測定植株的干重和株高，并進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.2 測定方法 用刻度尺測量植株的高度。收割植株后置于105 ℃殺青10 min， 80 ℃烘至恒重。葉綠素含量測定采用分光光度法[8]，游離脯氨酸含量測定采用茚三酮比色法[8]，可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G250染色法[8]，CAT活性測定采用紫外分光光度法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬株高及生物量的影響

從圖1、圖2可以看出，隨著石油濃度的增加，對翅堿蓬植株的抑制作用明顯增加，當(dāng)濃度為10.0 g/kg時(shí)，翅堿蓬株高和單株干重分別為對照組的68.0%和50.5%，在25.0 g/kg濃度下分別為對照組的47.1%和31.9%。

植株的株高和生物量是植物生長情況最直接的表現(xiàn)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，翅堿蓬的株高和單株干重隨著土壤中石油濃度的升高而逐漸降低，說明翅堿蓬的生長受到了石油烴的抑制。許端平等[10]在研究石油烴類污染物對高粱、玉米生長的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤中石油烴類污染物對高粱的生長有明顯的抑制作用。

2.2 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬葉綠素含量的影響

從圖3可以看出，在20 d時(shí)隨著石油濃度的增加翅堿蓬的葉綠素含量下降，說明石油對翅堿蓬的生長有抑制作用。但是在40 d時(shí)，石油濃度在10.0 g/kg以下時(shí)，隨石油濃度上升翅堿蓬葉綠素與對照組相差不大，說明隨著翅堿蓬的生長，能夠抵御一定濃度的石油污染。在60 d時(shí)，石油濃度為1.0、2.5、5.0 g/kg時(shí)葉綠素濃度分別為對照組的80.5%、74.1%和36.7%，說明在長期影響下即使較低的石油濃度也會對翅堿蓬產(chǎn)生危害。在石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)，在3個(gè)時(shí)間葉綠素濃度均顯著低于對照組，說明高濃度的石油嚴(yán)重抑制了翅堿蓬的正常生長。

植物在石油污染情況下，可通過增加葉綠素含量提高光合能力來適應(yīng)或補(bǔ)償逆境造成的損失，這也是植物對逆境的一種適應(yīng)性反應(yīng)[11]。葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量的變化與植物的光合作用效率有直接的關(guān)系，是衡量植物葉片生長狀況的重要指標(biāo)[12]，可用于指示植物逆境條件下的受脅迫程度。當(dāng)植物處于逆境時(shí)，可通過地上部分的代謝來適應(yīng)或補(bǔ)償土壤逆境帶來的生長損失。

2.3 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬過氧化氫酶活性的影響

從圖4可以看出，在第20天時(shí)，對照組的翅堿蓬過氧化氫酶活性低于石油脅迫的試驗(yàn)組，但是第40天時(shí)石油濃度3的處理略高于對照，其余石油濃度處理低于對照，第60天時(shí)試驗(yàn)組過氧化氫酶活性下降，石油濃度為10.0、25.0 g/kg的試驗(yàn)組在第60天時(shí)過氧化氫酶活性分別為對照組的52.8%和48.6%。說明翅堿蓬受到石油脅迫時(shí)，其過氧化氫酶活性會在短時(shí)間內(nèi)升高，但是保持時(shí)間并不長，隨著時(shí)間延長其活性會下降。過氧化氫酶是一類廣泛存在于動、植物和微生物體內(nèi)的酶，其能夠保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的完整性，減小活性氧的毒害作用，是生物演化過程中建立起來的生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一。在植物正常生長時(shí)，植物體內(nèi)的自由基生成和消除處在一個(gè)平衡狀態(tài)中，當(dāng)植物受到逆境傷害，這種平衡就會被打破。本試驗(yàn)中，石油污染的翅堿蓬過氧化氫酶活性在試驗(yàn)前期均大幅上升，大于對照組，但是在中后期活性下降，并且有隨著石油污染濃度越大活性越低的趨勢。Cobbett[13]研究指出，在試驗(yàn)前期植物中的過氧化氫酶對一定濃度的重金屬污染有解毒效應(yīng)，隨著重金屬在植株細(xì)胞內(nèi)的積累，過氧化氫酶的活性被嚴(yán)重抑制，降低了其對植物細(xì)胞的保護(hù)能力，破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能，將加速植物的衰老和死亡。何潔等[7]研究Zn和Cd對翅堿蓬抗氧化酶系統(tǒng)的影響中也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。

2.4 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

圖5顯示試驗(yàn)組的可溶性蛋白質(zhì)含量在20 d石油濃度為25.0 g/kg時(shí)，40 d石油濃度為5.0、10.0、25.0 g/kg時(shí)比對照顯著降低，其中40 d石油濃度為25.0 g/kg時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量為對照組的41.1%，其余石油濃度處理在20 d和40 d時(shí)保持平穩(wěn)。60 d各石油濃度處理可溶性蛋白質(zhì)含量顯著下降，其中石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)含量分別為對照組的27.6%和13.2%，接近失活，說明此時(shí)翅堿蓬受到嚴(yán)重傷害，光合作用等出現(xiàn)問題。

蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和最重要的功能大分子?？扇苄缘鞍踪|(zhì)作為重要的一類蛋白質(zhì)， 親水性很強(qiáng)， 它具有明顯增強(qiáng)細(xì)胞的持水力、增加束縛水含量和原生質(zhì)彈性等功能[14]?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量是植物體代謝過程中蛋白質(zhì)變化的重要指標(biāo)， 其變化可以反映細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成、變性及降解等多方面的信息[15]。

可溶性蛋白質(zhì)含量的降低使細(xì)胞代謝速度降低，從而使愈傷組織對鹽脅迫的適應(yīng)能力增強(qiáng)[16]。由于在一定石油濃度脅迫下，植物體為適應(yīng)石油脅迫而進(jìn)行的蛋白質(zhì)合成反應(yīng)優(yōu)于分解反應(yīng)，因此表現(xiàn)出可溶性蛋白質(zhì)含量升高的現(xiàn)象，其后隨著時(shí)間的延長合成反應(yīng)受到不同程度的抑制，逐漸表現(xiàn)出蛋白質(zhì)分解增強(qiáng)而合成降低的現(xiàn)象。

2.5 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬游離脯氨酸含量的影響

由圖6可知，在20 d時(shí)，隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量升高；在40 d時(shí)隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量先升后降，但均高于對照；在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg游離脯氨酸含量顯著低于對照。說明在40 d內(nèi)石油脅迫可提高脯氨酸含量，在60 d時(shí)一定濃度下（≤5.0 g/kg）對翅堿蓬游離脯氨酸積累有促進(jìn)作用，但隨著濃度上升，抑制又成為主導(dǎo)作用。

Schat等[17]認(rèn)為重金屬脅迫下，游離脯氨酸的積累取決于重金屬誘導(dǎo)植物體內(nèi)水分缺失的情況。鎘、鋅處理下番茄幼苗體內(nèi)發(fā)生水分脅迫，游離脯氨酸積累意義之一是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)使細(xì)胞和組織持水平衡，穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)，保持膜結(jié)構(gòu)的完整性使細(xì)胞免受傷害。近年來許多研究結(jié)果表明，游離脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 結(jié)論

翅堿蓬對石油的耐受閾值為5.0 g/kg，超過此閾值抑制作用明顯增加。翅堿蓬的株高及生長量隨石油濃度增加而下降；葉綠素含量隨石油濃度升高而降低；過氧化氫酶在20 d內(nèi)隨石油濃度增加而增加，在40 d和60 d時(shí)低石油濃度下保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降；可溶性蛋白質(zhì)含量在低石油濃度污染下40 d內(nèi)基本保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降，60 d時(shí)所有石油濃度處理均下降；游離脯氨酸含量40 d內(nèi)隨石油濃度增加而上升，在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著低于對照。

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2.5 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬游離脯氨酸含量的影響

由圖6可知，在20 d時(shí)，隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量升高；在40 d時(shí)隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量先升后降，但均高于對照；在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg游離脯氨酸含量顯著低于對照。說明在40 d內(nèi)石油脅迫可提高脯氨酸含量，在60 d時(shí)一定濃度下（≤5.0 g/kg）對翅堿蓬游離脯氨酸積累有促進(jìn)作用，但隨著濃度上升，抑制又成為主導(dǎo)作用。

Schat等[17]認(rèn)為重金屬脅迫下，游離脯氨酸的積累取決于重金屬誘導(dǎo)植物體內(nèi)水分缺失的情況。鎘、鋅處理下番茄幼苗體內(nèi)發(fā)生水分脅迫，游離脯氨酸積累意義之一是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)使細(xì)胞和組織持水平衡，穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)，保持膜結(jié)構(gòu)的完整性使細(xì)胞免受傷害。近年來許多研究結(jié)果表明，游離脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 結(jié)論

翅堿蓬對石油的耐受閾值為5.0 g/kg，超過此閾值抑制作用明顯增加。翅堿蓬的株高及生長量隨石油濃度增加而下降；葉綠素含量隨石油濃度升高而降低；過氧化氫酶在20 d內(nèi)隨石油濃度增加而增加，在40 d和60 d時(shí)低石油濃度下保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降；可溶性蛋白質(zhì)含量在低石油濃度污染下40 d內(nèi)基本保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降，60 d時(shí)所有石油濃度處理均下降；游離脯氨酸含量40 d內(nèi)隨石油濃度增加而上升，在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著低于對照。

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2.5 鹽漬化條件下石油污染對翅堿蓬游離脯氨酸含量的影響

由圖6可知，在20 d時(shí)，隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量升高；在40 d時(shí)隨著石油濃度升高游離脯氨酸含量先升后降，但均高于對照；在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg游離脯氨酸含量顯著低于對照。說明在40 d內(nèi)石油脅迫可提高脯氨酸含量，在60 d時(shí)一定濃度下（≤5.0 g/kg）對翅堿蓬游離脯氨酸積累有促進(jìn)作用，但隨著濃度上升，抑制又成為主導(dǎo)作用。

Schat等[17]認(rèn)為重金屬脅迫下，游離脯氨酸的積累取決于重金屬誘導(dǎo)植物體內(nèi)水分缺失的情況。鎘、鋅處理下番茄幼苗體內(nèi)發(fā)生水分脅迫，游離脯氨酸積累意義之一是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)使細(xì)胞和組織持水平衡，穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)，保持膜結(jié)構(gòu)的完整性使細(xì)胞免受傷害。近年來許多研究結(jié)果表明，游離脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 結(jié)論

翅堿蓬對石油的耐受閾值為5.0 g/kg，超過此閾值抑制作用明顯增加。翅堿蓬的株高及生長量隨石油濃度增加而下降；葉綠素含量隨石油濃度升高而降低；過氧化氫酶在20 d內(nèi)隨石油濃度增加而增加，在40 d和60 d時(shí)低石油濃度下保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降；可溶性蛋白質(zhì)含量在低石油濃度污染下40 d內(nèi)基本保持平穩(wěn)，高石油濃度下下降，60 d時(shí)所有石油濃度處理均下降；游離脯氨酸含量40 d內(nèi)隨石油濃度增加而上升，在60 d時(shí)，石油濃度≤5.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著高于對照，石油濃度為10.0、25.0 g/kg時(shí)游離脯氨酸含量顯著低于對照。

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