垃圾滲濾液暴露對(duì)擬南芥的毒效應(yīng)研究

李廣科，陳俊艷，付小娟（山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006）

垃圾滲濾液暴露對(duì)擬南芥的毒效應(yīng)研究

李廣科，陳俊艷，付小娟
（山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006）

為研究垃圾滲濾液的綜合毒性，通過盆栽實(shí)驗(yàn)探討了滲濾液對(duì)擬南芥早期、成熟期和后期生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果表明：垃圾滲濾液會(huì)影響擬南芥整個(gè)生命期的生長(zhǎng)情況，低濃度（0.1%）、短時(shí)間（24 h）的滲濾液暴露會(huì)促進(jìn)擬南芥早期的萌發(fā)及根系生長(zhǎng)，分別為對(duì)照的256%和324%，而高濃度（10%）、長(zhǎng)時(shí)間（≥48 h）暴露則產(chǎn)生抑制作用，48 h的抑制效應(yīng)分別為對(duì)照的67%和36%；在相同暴露時(shí)間下，芽長(zhǎng)隨暴露濃度變化不明顯，僅在48 h呈現(xiàn)出差異，說明擬南芥幼苗的根系比芽更為敏感。不同濃度的滲濾液還會(huì)影響成熟期擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育，誘導(dǎo)葉片氧化損傷并呈現(xiàn)濃度和時(shí)間雙重依賴性，進(jìn)而損傷其抗氧化防御系統(tǒng)。此外，高濃度（20%）滲濾液對(duì)晚期階段擬南芥抽薹率和角果數(shù)的抑制效應(yīng)較為明顯（P＜0.01），在暴露15 d后分別為對(duì)照的45%和43%。研究結(jié)果說明擬南芥可有效、簡(jiǎn)單、重復(fù)性地監(jiān)測(cè)滲濾液的毒性，為滲濾液的植物監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

垃圾滲濾液；擬南芥；綜合毒性；氧化損傷

李廣科，陳俊艷，付小娟.垃圾滲濾液暴露對(duì)擬南芥的毒效應(yīng)研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（8）：1458-1464.

LI Guang-ke，CHEN Jun-yan，F(xiàn)U Xiao-juan.Phytotoxicity of landfill leachate to Arabidopsis thaliana［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1458-1464.

垃圾滲濾液是生活垃圾在填埋后經(jīng)過堆積、壓實(shí)及降解等一系列物理化學(xué)和生物反應(yīng)過程產(chǎn)生的一種高濃度有機(jī)廢水，其組成復(fù)雜，水質(zhì)水量變化大，含有多種有機(jī)污染物、重金屬等物質(zhì)。垃圾滲濾液很容易滲入土壤甚至地下水中，造成土壤及水體污染，并通過食物鏈富集在人體中，給人體健康帶來巨大危害。近年來，研究者關(guān)注于滲濾液對(duì)生物脅迫的影響研究，多利用高等植物生長(zhǎng)發(fā)育、抗氧化酶系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)等指標(biāo)反映滲濾液的毒性效應(yīng)。Klauck R C等發(fā)現(xiàn)［1］，不同濃度垃圾滲濾液會(huì)對(duì)洋蔥根系生長(zhǎng)、根尖有絲分裂指數(shù)及染色體畸變率產(chǎn)生影響，他們還發(fā)現(xiàn)［2］油麥菜和蕓芥的生長(zhǎng)指標(biāo)（萌發(fā)率和根長(zhǎng)）與垃圾滲濾液的來源有關(guān)，相比于生物處理后的垃圾滲濾液，生物處理前的滲濾液更易抑制其生長(zhǎng)。Guerrero-Rodríguez D等［3］采用溫室試驗(yàn)測(cè)定了豆科植物對(duì)兩種不同垃圾滲濾液的毒性響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同來源、不同濃度的滲濾液會(huì)對(duì)菜豆的產(chǎn)量造成不同程度的抑制效應(yīng)。桑楠等［4］的研究表明，不同濃度的滲濾液會(huì)影響玉米幼苗的生理生化及氧化損傷，從而造成玉米抗氧化酶系統(tǒng)的變化。這些研究大多集中于一些禾草類材料［5］及農(nóng)田作物［6-8］等的早期毒性研究，而關(guān)于植物整個(gè)生命期對(duì)滲濾液復(fù)合污染物綜合毒性的應(yīng)答機(jī)制研究還不多見。

擬南芥是國(guó)際上第一種完成全基因測(cè)序的高等模式植物［9］，生命周期很短，培養(yǎng)方法成熟，是明確高等植物整個(gè)生命階段對(duì)垃圾滲濾液復(fù)合污染應(yīng)答反應(yīng)機(jī)理的理想材料。本研究通過分析北方冬季某一垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾滲濾液對(duì)擬南芥的影響，分別討論了擬南芥不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)垃圾滲濾液脅迫的應(yīng)答機(jī)制，為擬南芥有效、敏感地監(jiān)測(cè)滲濾液的毒性提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試滲濾液及供試作物

供試滲濾液采自山西省太原市侯村垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)。該垃圾填埋場(chǎng)屬于北方高原山谷型垃圾填埋場(chǎng)，2007年投入使用，占地面積約59 hm2，填埋區(qū)容積約為1200萬m3，廢物主要來源于城市生活垃圾。滲濾液樣品采集于2014年11月，具有北方冬季城市生活垃圾的代表性，其基本理化性質(zhì)如下：pH 7.96，電導(dǎo)率157 mS·cm-1，色度256倍，CODCr2340 mg·L-1，氨氮958 mg·L-1，Ni 0.071 6 mg·L-1，Zn 0.020 3 mg·L-1，Cu 0.005 7 mg·L-1，F(xiàn)e 0.533 3 mg·L-1，Mn 0.005 9 mg· L-1，Pb 0.027 5 mg·L-1。供試作物為Colunbia生態(tài)型（Col-0）擬南芥（購(gòu)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)，所有種子均需要預(yù)處理。選取均勻飽滿的擬南芥種子，用1%次氯酸鈉（NaClO V/ V，內(nèi)含0.01%Triton-100）將其消毒并用蒸餾水洗三次后浸泡，于4℃下春化2～3 d后進(jìn)行各階段的滲濾液暴露實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)條件均為：白天22±1℃，晚上18±1℃，光照/黑暗時(shí)間為14 h/10 h，光照強(qiáng)度大于3000 lx，相對(duì)濕度在70%左右。

為研究擬南芥對(duì)滲濾液污染的耐受性及生理響應(yīng)機(jī)制，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)擬南芥不同生長(zhǎng)階段設(shè)置不同體積濃度的滲濾液水平。每個(gè)處理至少3個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)期間，對(duì)所有供試植株進(jìn)行統(tǒng)一灌溉，并進(jìn)行除草、防蟲和防病管理。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1早期相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

于2015年4月中旬取消毒后的擬南芥種子于鋪有濾紙的直徑為120 mm的培養(yǎng)皿內(nèi)，用不同體積濃度（0%、0.1%、1%、10%）的垃圾滲濾液進(jìn)行染毒，暴露期間注意更換培養(yǎng)液，每次3～5 mL。以種子破白后根長(zhǎng)約0.03 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，每隔24 h記錄一次種子萌發(fā)數(shù)，并用光學(xué)顯微鏡在15×40倍鏡下測(cè)量幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)平行，每組30粒種子。

1.3.2成熟期相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

于2015年5月中旬取4周齡的擬南芥植株，播種于每小格（上口長(zhǎng)、寬均為4.5 cm，下口長(zhǎng)、寬均為3 cm，高為4 cm的育苗盤，底部開有直徑為1 cm的出水孔），每小格種5株擬南芥。用德國(guó)進(jìn)口播種育苗泥炭土進(jìn)行培養(yǎng)，連續(xù)灌溉不同體積濃度（1%、5%、10%、20%、40%、80%）的垃圾滲濾液，分別在第7 d和14 d取樣測(cè)定株高、單株葉片數(shù)、葉片鮮重，并采集擬南芥的新鮮葉片以測(cè)定其生理生化指標(biāo)。葉綠素測(cè)定采用丙酮-乙醇混合提取，分光光度法［10］；丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸（TBA）加熱比色法［11］；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用硝基四氮唑藍(lán)（NBT）還原法［12］；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法［13］；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法［11，14］。

1.3.3晚期生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的測(cè)定

于2015年5月中旬取4周齡的擬南芥植株于上述苗盤中，用不同體積濃度（1%、5%、10%、20%）的垃圾滲濾液連續(xù)灌溉14 d，然后進(jìn)行恢復(fù)培養(yǎng)，直到擬南芥產(chǎn)種，水力負(fù)荷固定為1.5 mm·d-1。從第一株擬南芥抽薹開始，每隔5 d統(tǒng)計(jì)所有植株的抽薹總數(shù)，并從中隨機(jī)挑選30株，統(tǒng)計(jì)擬南芥的角果數(shù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)平行，以平均值為最終值。

1.4數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)三次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Origin 7.0軟件進(jìn)行單因素方差分析及統(tǒng)計(jì)學(xué)多重比較。當(dāng)P＜0.05時(shí)，認(rèn)為差異顯著；當(dāng)P＜0.01時(shí)，認(rèn)為差異極顯著。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1早期生長(zhǎng)發(fā)育的影響

滲濾液早期暴露會(huì)影響擬南芥的萌發(fā)、根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)，并隨處理濃度和暴露時(shí)間而變化。由圖1a可知，0.1%滲濾液暴露24 h擬南芥萌發(fā)率升高，與對(duì)照組相比呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），為對(duì)照組的256%。而10%滲濾液暴露48 h、72 h和168 h則與對(duì)照組相比出現(xiàn)顯著性抑制效應(yīng)（P＜0.05）。

隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，擬南芥根的生長(zhǎng)速度逐漸緩慢，并表現(xiàn)出與萌發(fā)率相同的變化趨勢(shì)（圖1b）。0.1%滲濾液暴露24 h根長(zhǎng)與對(duì)照組相比顯著性增加（P＜0.01），為對(duì)照組的324%。隨滲濾液濃度的增加，根系生長(zhǎng)開始受到抑制，在48 h 10%滲濾液暴露后呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.01），為對(duì)照組的36%。圖1c所示是滲濾液暴露后擬南芥幼苗芽長(zhǎng)的情況，結(jié)果表明低濃度滲濾液（0.1%、1%）促進(jìn)芽的生長(zhǎng)，而高濃度滲濾液（10%）暴露48 h抑制其生長(zhǎng)，隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，與對(duì)照組相比沒有表現(xiàn)出顯著性差異?？梢钥闯觯谕粷舛葷B濾液水平下，擬南芥幼苗的根系比芽更為敏感。

2.2成熟期的影響

滲濾液暴露會(huì)影響成熟期擬南芥的生長(zhǎng)與發(fā)育（葉片數(shù)、株高、葉片鮮重、葉綠素）。圖2a表明在低濃度（1%、5%）滲濾液水平下，擬南芥的葉片數(shù)基本保持不變，隨著滲濾液濃度的增加，與對(duì)照組相比呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05，P＜0.01）。此外，暴露時(shí)間也會(huì)對(duì)擬南芥葉片數(shù)造成影響，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，抑制效應(yīng)越顯著。圖2b表明，1%和5%滲濾液處理后，擬南芥株高沒有發(fā)生統(tǒng)計(jì)學(xué)變化。10%處理組，暴露7 d株高顯著增加（P＜0.05），至14 d則表現(xiàn)為顯著的抑制效應(yīng)（P＜0.01）。對(duì)于20%和40%處理組，與對(duì)照組相比，暴露7 d無顯著性變化，14 d則出現(xiàn)顯著性抑制效應(yīng)（P＜0.01）。對(duì)于80%處理組，暴露7 d即出現(xiàn)顯著性抑制作用。

圖1　垃圾滲濾液對(duì)擬南芥萌發(fā)率、根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的影響Figure 1 Effects of landfill leachate on germination，root length and shoot growth of Arabidopsis seedlings

圖2c為擬南芥葉片的鮮重變化情況。低濃度（1%、5%）滲濾液并未顯著性影響鮮重，隨著濃度的升高（10%、20%、40%、80%），與對(duì)照組相比表現(xiàn)出顯著的抑制效應(yīng)（P＜0.01）。滲濾液暴露7 d，除80%處理組外，其余處理組均可促進(jìn)葉綠素的合成并表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.01），分別達(dá)到對(duì)照組的115%、136%、151%、125%和123%。暴露14 d，滲濾液處理組的葉綠素含量與對(duì)照組相比表現(xiàn)為抑制效應(yīng)（P＜0.05、P＜0.01；圖2d）。以上結(jié)果均表明，滲濾液暴露濃度和暴露時(shí)間均會(huì)影響成熟期擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖2　垃圾滲濾液暴露7d和14d對(duì)擬南芥葉片數(shù)、株高、葉片鮮重及葉綠素的影響Figure 2 Effects of landfill leachate on leaf number（a），plant height（b），fresh leaf weight（c），chlorophyll content（d）in 7-and 14-day-exposed Arabidopsis

此外，滲濾液暴露會(huì)對(duì)成熟期擬南芥造成氧化損傷。從圖3可以看出，滲濾液暴露不同時(shí)間對(duì)擬南芥MDA、SOD、CAT、POD造成不同程度的影響。滲濾液暴露7 d時(shí)，1%、5%、10%處理組MDA含量與對(duì)照組相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但隨濃度的上升（20%、40%），MDA含量顯著增加（P＜0.01）。至14 d，MDA含量并未隨滲濾液濃度上升而發(fā)生統(tǒng)計(jì)學(xué)變化（圖3a）。圖3b表明，處理組SOD活性（除5%處理組）在滲濾液暴露7 d時(shí)均顯著性被抑制（P＜0.01），5%、10%、20%處理組均在14 d觀察到統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.01）。另一方面，滲濾液濃度和暴露時(shí)間對(duì)CAT活性影響不大，所有處理組均未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖3c）。而POD活性隨滲濾液濃度的增加而逐漸升高（除5%處理組外），總體上呈濃度依賴性增加趨勢(shì)（P＜0.01），在40%處理組達(dá)到最高水平，暴露7 d和14 d時(shí)分別為對(duì)照組的311.3%和290.2%。

2.3晚期的影響

滲濾液暴露對(duì)擬南芥晚期的抽薹率（圖4a）和角果數(shù)（圖4b）也會(huì)造成影響。正常情況下，擬南芥在7周左右開始抽薹，其果實(shí)呈豆莢形。本研究中各實(shí)驗(yàn)組基本在7周時(shí)抽薹，由圖4可知，擬南芥的抽薹率和角果數(shù)隨暴露濃度和生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)相同。結(jié)果表明：低濃度滲濾液（1%）暴露會(huì)增加抽薹率和角果數(shù)；而高濃度滲濾液（10%、20%）會(huì)造成植物損傷，降低抽薹率和角果數(shù)。此外，隨著時(shí)間的延續(xù)，1%處理組表現(xiàn)出較高的抽薹率和角果數(shù)，在抽薹5 d時(shí)抽薹率和角果數(shù)均顯著高于對(duì)照組，15 d時(shí)角果數(shù)為對(duì)照組的128%；而20%處理組抽薹率極顯著低于對(duì)照組，開花結(jié)果延遲，角果數(shù)量顯著低于對(duì)照，15 d時(shí)抽薹率和角果數(shù)分別為對(duì)照的45%和43%。

3　討論

垃圾滲濾液含有多種無機(jī)、自然和外源性化合物等，其混合物會(huì)影響植物的生長(zhǎng)［15］。我們的研究結(jié)果表明，滲濾液濃度和暴露時(shí)間會(huì)對(duì)擬南芥不同時(shí)期的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響。另外，低濃度滲濾液可促進(jìn)其生長(zhǎng)，高濃度滲濾液對(duì)其產(chǎn)生抑制效應(yīng)，且暴露濃度越大抑制效應(yīng)越明顯。目前的研究可反映植被系統(tǒng)對(duì)滲濾液的響應(yīng)特征，為滲濾液的植物監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

圖3　垃圾滲濾液暴露7 d和14 d對(duì)擬南芥脂質(zhì)過氧化水平（MDA含量）、蛋白質(zhì)羰基含量（SOD，CAT，POD）的影響Figure 3 Effects of landfill leachate on lipid peroxidation levels（MDA content）and protein carbonyl content（including：SOD，CAT，and POD）in 7-and 14-day-exposed Arabidopsis

滲濾液暴露濃度和暴露時(shí)間會(huì)影響植被系統(tǒng)的生長(zhǎng)發(fā)育。一方面，滲濾液中含有植物所需要的營(yíng)養(yǎng)元素（氮、磷等），因此低濃度、短時(shí)間的暴露會(huì)促進(jìn)植物早期幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育［6-7，16］，可將其考慮作為一種“液體肥料”應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面；另一方面，滲濾液本身是一種成分復(fù)雜的有機(jī)廢水，隨滲濾液暴露濃度的增加，污染成分超標(biāo)，必然會(huì)對(duì)植被系統(tǒng)造成損傷，抑制其生長(zhǎng)。我們的研究結(jié)果表明，擬南芥可以輕微緩解低濃度滲濾液的壓力，但隨暴露濃度的增加其防御能力就會(huì)降低，從而抑制擬南芥種子萌發(fā)、幼苗根芽的生長(zhǎng)。有研究表明，滲濾液所含微量污染物進(jìn)入植物根尖分生區(qū)干擾了細(xì)胞的正常生理代謝，同時(shí)滲濾液脅迫后細(xì)胞內(nèi)核的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變［17］。擬南芥根尖細(xì)胞中的核在滲濾液脅迫下處于固縮狀態(tài)，影響了細(xì)胞分裂、細(xì)胞周期，還會(huì)影響基因轉(zhuǎn)錄、降低相關(guān)酶的合成或活性，從而造成細(xì)胞代謝紊亂，進(jìn)一步影響種子的萌發(fā)代謝過程及根芽的生長(zhǎng)。此外，由于根部是吸收營(yíng)養(yǎng)元素的主要器官，也是富集污染物的首要部位，對(duì)于外界污染物的壓力，根部比其他部位有更明顯的響應(yīng)。這也進(jìn)一步揭示了滲濾液對(duì)擬南芥根系生長(zhǎng)的抑制作用比芽更敏感。

滲濾液暴露還會(huì)影響成熟期擬南芥相關(guān)生理生化響應(yīng)及氧化損傷效應(yīng)。植物葉片中污染成分的積累依賴于蒸騰作用，高濃度滲濾液暴露抑制新葉的生長(zhǎng)、光合作用、新陳代謝等一系列生理活動(dòng)。隨滲濾液暴露濃度持續(xù)升高，擬南芥葉片數(shù)、株高和葉片鮮重的抑制作用逐漸顯著。另外，葉綠素的合成需要多種物質(zhì)的參與，氮、磷、鉀、錳等營(yíng)養(yǎng)元素起主要作用［18］。有研究報(bào)道，滲濾液鹽度的增加會(huì)破壞植物中的色素，導(dǎo)致葉綠素含量降低［19］。重金屬離子的富集，也會(huì)影響葉綠素合成酶的通路，進(jìn)而改變酶的結(jié)構(gòu)以及酶的活性和合成［20-21］。滲濾液中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀、錳等營(yíng)養(yǎng)元素，在短時(shí)間（7 d）暴露后會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)（14 d），滲濾液中鹽分和多種重金屬離子等會(huì)在植物細(xì)胞中富集，降低多種酶的活性，進(jìn)而抑制葉綠素的合成。

據(jù)報(bào)道，活性氧（ROS）作為一種正常氧代謝的副產(chǎn)物，在調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)和穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。植物在外界壓力的脅迫下，ROS水平將顯著升高［22］，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損害。MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，能直接反映出植物細(xì)胞膜受到損傷的程度。MDA含量越高，植物細(xì)胞膜脂過氧化程度越高，細(xì)胞膜受到的傷害越嚴(yán)重［23］。研究發(fā)現(xiàn)，滲濾液連續(xù)暴露后的成熟期擬南芥葉片中丙二醛含量顯著升高，并且呈現(xiàn)出對(duì)暴露濃度和時(shí)間的雙重依賴效應(yīng)。由于高濃度、長(zhǎng)時(shí)間的暴露，使大量的可溶性鹽富集在植物體內(nèi)，暴露時(shí)間越長(zhǎng)富集的污染物濃度也越高，相應(yīng)的毒害作用也就越加顯著。植物在滲濾液脅迫下，會(huì)發(fā)生膜脂過氧化，為緩解和防御膜脂過氧化，植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)被啟動(dòng)，以清除活性氧，保持體內(nèi)環(huán)境平衡。SOD用于清除生物體內(nèi)O-2·，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生H2O2，而CAT和POD主要酶促H2O2的分解，從而減少有害物質(zhì)對(duì)細(xì)胞的氧化損傷［24］。本研究中，低濃度、短時(shí)間的滲濾液暴露，SOD和CAT的活性沒有顯著性變化，而誘導(dǎo)的POD活性清除過量的ROS，因此沒有觀察到氧化損傷效應(yīng)。對(duì)于高濃度和長(zhǎng)時(shí)間的滲濾液暴露，CAT活性不變，而POD活性升高同時(shí)抑制了SOD活性。滲濾液中含有的多種金屬離子，刺激了植物機(jī)體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)，誘使SOD活性增大，清除多余的氧自由基，但過多的氧自由基又反過來抑制SOD的活性。在SOD清除多余的氧自由基的同時(shí)，也使植物體內(nèi)富集了大量的過氧化氫，誘使CAT活性升高，機(jī)體為了維持自由基產(chǎn)生和清除的平衡，抵制植物機(jī)體的氧化損傷，在復(fù)合污染物的脅迫過程中POD被激活的程度最大，且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。

擬南芥在經(jīng)過特殊處理（如輻射處理、化學(xué)處理和轉(zhuǎn)基因）后，其基因很容易發(fā)生突變［25］。通過誘導(dǎo)突變處理，在一定程度上影響了擬南芥的生長(zhǎng)、開花和果實(shí)的發(fā)育［26-27］。本研究中，抽薹率和角果數(shù)隨暴露濃度的變化情況表明高濃度滲濾液中含有的多種金屬離子和高分子有機(jī)化合物在擬南芥體內(nèi)積累，可能引發(fā)基因突變，導(dǎo)致其不育，一方面抑制了擬南芥的抽薹率，另一方面使抽薹后的擬南芥植株花藥不能開裂，花粉敗育，最終可能導(dǎo)致基因的突變，嚴(yán)重影響擬南芥的繁殖。

4　結(jié)論

目前的研究結(jié)果表明：垃圾滲濾液作為一種復(fù)合污染物，會(huì)影響擬南芥生長(zhǎng)早期、成熟期、晚期各個(gè)階段的生理生化及氧化損傷。滲濾液對(duì)早期階段幼苗的萌發(fā)、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)以及晚期階段的抽薹率和角果數(shù)均表現(xiàn)為：低濃度的滲濾液促進(jìn)其生長(zhǎng)，而高濃度滲濾液產(chǎn)生抑制效應(yīng)。在成熟期，滲濾液影響擬南芥的葉片數(shù)目、株高、葉片鮮重及葉綠素含量；同時(shí)滲濾液以濃度依賴性方式誘導(dǎo)升高了葉片組織中的脂質(zhì)過氧化水平，從而損傷其抗氧化防御系統(tǒng)。綜上所述，垃圾滲濾液的毒性效應(yīng)隨暴露濃度和處理時(shí)間的變化而改變，進(jìn)而影響擬南芥整個(gè)生命期的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)。

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Phytotoxicity of landfill leachate to Arabidopsis thaliana

LI Guang-ke，CHEN Jun-yan，F(xiàn)U Xiao-juan
（College of Environmental Science and Resources，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

Landfill leachate can cause significant threats to the surrounding soil，surface water and groundwater.In the present research，the toxicity of landfill leachate to Arabidopsis thaliana was examined by detecting its growth and development during early，maturity and late stages.Our results showed that landfill leachate influenced the growth of Arabidopsis thaliana during the whole life cycle.Low concentrations of leachate（0.1%）and short time exposure（24 h）promoted the germination rates and root growth，which was 256%and 324%of the control，respectively；while high concentrations（10%）and long time exposure（≥48 h）showed inhibitory effects，with germination rates and root growth being 67%and 36%of control，respectively.However，shoot length showed a significant difference only under 48 h exposure，indicating that root length was more sensitive to leachate than shoot length.The landfill leachate also affected the growth of Arabidopsis thaliana during maturity stage，by inducing oxidative damages in concentration-effect and time-effect manners，and by further damaging the antioxidant defense system.In addition，high concentrations（20%）of leachate significantly inhibited the reproduction of Arabidopsis thaliana during late stage（P＜0.01）.The bolting rate and pod number decreased to 45%and 43%of control after 15-day leachate exposure，respectively.These results suggest that Arabidopsis thaliana is an efficient，simple and reproducible biomarker in monitoring the toxicity of landfill leachate.

landfill leachate；Arabidopsis thaliana；comprehensive toxicity；oxidative damage

X171.5

A

1672-2043（2016）08-1458-07

10.11654/jaes.2016-0119

2016-01-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21477070）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（20121401110003）

李廣科（1971—），男，山西文水人，博士，教授，主要從事固體廢棄物處理、處置及資源化研究。E-mail：liguangke@sxu.edu.cn