石油污染對披堿草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

李帥國　張鳳杰　劉璐　顧瑞婷　郭肖　崔紅艷　秦雷云

摘 要：采用不同石油污染濃度模擬污染脅迫對披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明，石油對披堿草種子的萌發(fā)發(fā)芽率、葉片長度和葉片鮮質(zhì)量無顯著影響，但顯著降低了根長、地下部分鮮質(zhì)量和根冠比；披堿草根系的POD活性較葉片高，而葉片的CAT活性和MDA含量較根系高。綜合而言，披堿草在石油污染環(huán)境中有一定的適應(yīng)能力。

關(guān)鍵詞：石油污染；披堿草；發(fā)芽率；酶活性

中圖分類號：S543 文獻標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.08.020

Abstract：The effects of oil pollution simulation stresses on Elymus dahuricus seeds germination and seedling growth were studied. The results showed that the oil had no obvious effects on the germination rate， leaf length and fresh weight of Elymus dahuricus， but the root length， the root fresh weight and the root-shoot ratio were significantly decreased. The peroxidase enzyme activity （POD） of the roots was higher than the leaves， the catalase activity （CAT） and malondialdehyde （MDA） content of the leaves were higher than roots. The results indicated that Elymus dahuricus could adapt the oil pollution environment within the experiment concentration range.

Key words： oil pollution； Elymus dahuricus； germination rate； enzyme activity

隨著石油加工企業(yè)密布及現(xiàn)代工業(yè)化和城市化進程的加快，石油污染問題日趨嚴重[1]。在石油勘探、開采、運輸、加工以及冶煉過程中出現(xiàn)的含油泥漿、落地原油以及運輸過程的油泄漏等問題，對油田周圍土壤及植物造成了嚴重的污染[2]。披堿草是一種禾本科牧草，主要分布在我國北部地區(qū)，具有耐寒、耐旱、耐鹽堿和生態(tài)適應(yīng)性廣等優(yōu)點，對生態(tài)保護和生態(tài)恢復(fù)有重要意義。近年來，研究關(guān)于溫度、鹽分、干旱和金屬離子等對披堿草種子萌發(fā)影響的文獻報道較多[3-4]，但涉及石油污染脅迫因子對披堿草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響研究尚未見詳細報道。本研究開展了培養(yǎng)皿濾紙發(fā)芽法，探討不同石油濃度下披堿草的根系和葉片酶活性變化，旨在確定石油污染對披堿草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期為東北地區(qū)土壤石油污染的恢復(fù)技術(shù)提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

供試模擬污染物為石油，購自大連開發(fā)區(qū)五彩城加油站；供試植物披堿草（Elymusdahuricus）為禾本科多年生草本植物，購自大連億禾草業(yè)公司。試驗所用試劑均為分析純，由天津科密歐試劑公司提供。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿、大小均勻的披堿草種子于燒杯中，加入2% H2O2 浸種，消毒。取培養(yǎng)皿若干，在培養(yǎng)皿底部放2張等徑濾紙做發(fā)牙床。分別加入0（以蒸餾水為參考，CK），25，50，100，250，500 mg·L-1的石油溶液，每個處理設(shè)置6個重復(fù)。置于25 ℃（白天）/18 ℃（晚上）的人工物候箱內(nèi)培養(yǎng)。

1.3 測定項目及方法

參照OECD方法[5]進行種子發(fā)芽及根伸長試驗。每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，計算發(fā)芽率；根長和葉長用直尺測量；鮮質(zhì)量用稱量法測定；采用愈創(chuàng)木酚比色法[6]測定過氧化物酶活性；采用紫外吸收法[7]測定過氧化氫酶活性（CAT）；采用硫代巴比妥酸法[8]測定丙二醛含量（MAD）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，對各個參數(shù)在不同石油污染脅迫下的差異進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 石油脅迫對披堿草種子萌發(fā)的影響

由表1可知，同對照組相比，石油污染對披堿草種子的發(fā)芽率、葉片長度和葉片鮮質(zhì)量均無顯著影響，石油濃度在25～500 mg·L-1范圍內(nèi)，披堿草的發(fā)芽率均在71.89%以上，葉長均大于6.49 cm，葉片鮮質(zhì)量均高于0.09 g；但顯著降低了披堿草種子萌發(fā)期的根長、根鮮質(zhì)量和根冠比（P<0.05）。隨著石油濃度的增加，根長、根鮮質(zhì)量和根冠比呈現(xiàn)顯著下降趨勢，葉長和葉鮮質(zhì)量呈現(xiàn)降低-升高-降低趨勢，但差異未達顯著水平。這可能是由于根系直接與石油溶液接觸，石油的疏水性作用阻礙了根對水分和養(yǎng)分的吸收，影響根系的生理代謝，表現(xiàn)為根的生長受阻，生物量下降，而披堿草的葉片對石油污染的敏感性滯后，依靠地上部分的代謝來補償石油污染脅迫帶來的生長損失[9]。

2.2 石油脅迫對披堿草中POD活性的影響

由圖1可知，與CK相比，隨著石油濃度的升高，根系POD活性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)石油濃度為250 mg·L-1時，POD活性最高，增加了35.6%；但是葉片POD活性呈先下降后上升的趨勢，濃度為500 mg·L-1時，POD含量最高，增加了33.2%。相同條件下，披堿草根系中的POD活性均高于葉片，這可能是由于石油污染引起根系氧化性毒害作用，刺激了根系POD活性增加，規(guī)避石油的氧化性傷害，抵抗石油污染對根系的毒害作用 [10]。

2.3 石油脅迫對披堿草中CAT活性的影響

CAT是用來催化過氧化氫分解成氧氣和水的酶，過氧化氫能對植物機體造成傷害，為了避免傷害，植物自身會產(chǎn)生過氧化氫酶將其轉(zhuǎn)化為其他的無害或者毒性較小的物質(zhì)[11]。由圖2可知，隨著石油濃度的升高，根系CAT活性呈增加—下降—增加的趨勢，當(dāng)石油濃度為50 mg·L-1時，根CAT活性最高；而葉片CAT活性呈增加—下降—增加—下降的趨勢，其中處理組CAT活性均高于CK，當(dāng)石油濃度為250 mg·L-1時，CAT活性最高；披堿草根系中的CAT活性均顯著低于同濃度下葉片中CAT活性（P<0.01），說明根系中過氧化氫含量較低。

2.4 石油脅迫對披堿草中MDA含量的影響

植物受到污染物的脅迫會引起體內(nèi)產(chǎn)生有毒物質(zhì)和活性氧或自由基，導(dǎo)致植物體內(nèi)的氧化壓力增大。MDA是細胞膜脂過氧化作用產(chǎn)物之一，能反映植物體內(nèi)氧化壓力的大小[12]。由表2可知，披堿草根系和葉片中MDA含量均顯著高于CK，且隨著石油濃度的增加，根系MDA含量呈現(xiàn)升高—下降—升高—下降的趨勢，葉片中MDA含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；葉片中的MDA含量均高于同濃度下根系中MDA含量。

3 結(jié) 論

許多植物的種子在萌發(fā)期及幼苗期時對環(huán)境因子的影響較敏感，因此，在石油脅迫下，萌發(fā)期和幼苗期生長的變化常作為評價植物對污染脅迫忍耐度的重要指標(biāo)[13]。種子發(fā)芽率是保證植物繁衍的必要條件，葉長是獲取陽光進行光合作用保障綠色植物正常生長發(fā)育關(guān)鍵所在，生物量是修復(fù)石油污染速度的指示指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，披堿草種子的發(fā)芽率、葉片長度和葉片鮮質(zhì)量在石油污染的脅迫下無顯著影響，根長、地下部分鮮質(zhì)量和根冠比顯著下降，披堿草根系的POD活性較葉片高，但葉片的CAT活性和MDA含量較根系高，綜合表明在石油污染環(huán)境中披堿草有一定的適應(yīng)能力，在合適的污染濃度范圍內(nèi)，披堿草能適應(yīng)石油污染脅迫而萌發(fā)生長。因此，披堿草具有一定修復(fù)石油污染的潛力。

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