四環(huán)素脅迫下小白菜生長對(duì)生物炭源溶解性有機(jī)物的響應(yīng)

摘 要：為了研究內(nèi)源生物炭溶解性有機(jī)物（BDOM）對(duì)四環(huán)素類抗生素污染生物效應(yīng)的影響，分別在水溶液和土壤介質(zhì)中研究鹽酸四環(huán)素（TC）對(duì)小白菜種子的萌發(fā)效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上探討B(tài)DOM輸入后TC對(duì)小白菜種子發(fā)芽率和根伸長、芽伸長的影響.結(jié)果表明：同一污染水平下，小白菜的根伸長抑制率和芽伸長抑制率與TC質(zhì)量濃度存在劑量-效應(yīng)關(guān)系，TC在水溶液中對(duì)小白菜根伸長和芽伸長抑制效應(yīng)高于土壤中，根伸長抑制率是評(píng)價(jià)TC生態(tài)毒性最佳指標(biāo)；無論在水溶液還是土壤介質(zhì)中，BDOM協(xié)同TC均對(duì)小白菜種子萌發(fā)起到一定程度的促進(jìn)作用；在水溶液中，BDOM能夠有效緩解TC的脅迫，促進(jìn)芽的伸長，而對(duì)根伸長則起抑制效應(yīng).在土壤介質(zhì)中，TC脅迫下BDOM對(duì)小白菜根伸長產(chǎn)生低濃度促進(jìn)高濃度抑制的效應(yīng)，對(duì)芽伸長作用表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng).

關(guān)鍵詞：生物炭；可溶性有機(jī)物；鹽酸四環(huán)素；抑制效應(yīng)

中圖分類號(hào)：X7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Response of Chinese cabbage growth to biochar dissolved organic matter under tetracycline stress

XIE Lin-hua*， WANG Shu-xin， CAO Ruo-bin， LI Jia，WU Yu-jie， ZHAO Chuan-chuan， WANG Yu-qin

（School of Environmental Science and Engineering， Shaanxi University of Science amp; Technology， Xi′an 710021， China）

Abstract：In order to study the influence of endogenous biochar dissolved organic matter （BDOM） on the biological effects of tetracycline antibiotic contamination，this paper investigated the germination effect of tetracycline hydrochloride （TC） on Chinese cabbage seeds in aqueous solution and soil medium，respectively，on the basis of which we explored the effects of TC on the germination rate and root elongation and shoot elongation of Chinese cabbage seeds after BDOM input.The results showed that there was a dose-effect relationship between root elongation inhibition and shoot elongation inhibition and the mass concentration of TC under the same pollution level，and that the inhibitory effect of TC on root elongation and shoot elongation was higher in aqueous solution than in soil，and that the inhibitory rate of root elongation was the best indicator to evaluate the ecotoxicity of TC; in both aqueous solution and soil medium，BDOM synergized with TC to promote the germination effect of Brassica napus seeds to a certain extent; in aqueous solution and soil medium，BDOM synergized with TC to promote the germination effect of BDOM.In both aqueous solution and soil medium，BDOM synergized with TC to promote seed germination of Chinese cabbage to a certain extent; in aqueous solution，BDOM could effectively alleviate the stress of TC and promote the elongation of shoots，while inhibiting the root elongation.In the soil medium，under TC stress，BDOM on cabbage root elongation low concentration to promote the effect of high concentration inhibition，the effect on the shoot elongation of the effect of promotion.

Key words：biochar； dissolved organic matter； tetracycline hydrochloride； inhibition effect

0 引言

溶解性有機(jī)物（dissolved organic matter，DOM）泛指能夠溶解于水、酸或堿溶液中的有機(jī)物，在水陸生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用.BDOM通常被定義為由生物炭釋放的并能夠通過0.45 μm濾膜的溶解性有機(jī)物或溶解性黑碳［1］.BDOM 組分復(fù)雜，主要由脂肪族和芳香族C-O取代的芳香族化合物以及羧基、酯和酚類結(jié)構(gòu)組成［2］.在土壤中添加生物炭后，BDOM通過淋溶作用從土壤轉(zhuǎn)移到地表水或地下水中，此外還可與環(huán)境中的污染物形成復(fù)合物，并作為電子供體或受體參與氧化還原反應(yīng)，從而在土壤和地下水中重金屬和有機(jī)污染物的吸附和遷移中發(fā)揮重要作用［3］.

四環(huán)素類藥物（tetracycline antibiotics，TCs） 是一類具有共同多環(huán)并四苯羧基酰胺母核的衍生物，具有廣譜抗菌作用，作用機(jī)制是其與受體的核蛋白體的30 S亞單位結(jié)合，阻止氨?；鵷RNA同核蛋白體結(jié)合，進(jìn)而起到抑制受體生長.因其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉在畜牧業(yè)中被廣泛應(yīng)用.但其在生物體內(nèi)代謝率極低，目前已在世界多個(gè)國家和地區(qū)的土壤中被檢測出，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成潛在風(fēng)險(xiǎn)［4］.

近年來，有關(guān) DOM 對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化的研究已成為環(huán)境、生態(tài)、土壤等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［5，6］.其研究主要針對(duì)土壤、水體中的天然DOM的對(duì)抗生素的光解作用［7］或是對(duì)BDOM的特征分析［8，9］，而對(duì)于生物炭內(nèi)源衍生的BDOM 進(jìn)入環(huán)境后對(duì)TCs污染物環(huán)境行為的影響還鮮有報(bào)道.本研究目的是揭示生物炭源溶解性有機(jī)物對(duì)TCs類抗生素植物毒性的影響.為此，通過水培和土培試驗(yàn)探究BDOM和TC輸入后對(duì)小白菜種子發(fā)芽率的影響，并對(duì)比在TC脅迫下輸入不同濃度的BDOM對(duì)小白菜的根伸長和芽伸長的影響效應(yīng)，考察TC對(duì)小白菜的植物毒性.該研究有助于為生物炭清潔和循環(huán)生產(chǎn)提供一種環(huán)境友好型應(yīng)用方法，并推動(dòng)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域的安全利用，進(jìn)而為研究BDOM在防治TC污染的環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控方面提供參考依據(jù).

1 試驗(yàn)部分

1.1 供試材料及儀器

選用核桃殼作為制備生物炭的前驅(qū)材料，購自正潔環(huán)保材料有限公司；供試抗生素選用鹽酸四環(huán)素（C22H24N2O8HCl），購自上海麥克林生化科技有限公司，分析純；供試作物小白菜種子源自中蔬種業(yè)科技（北京）有限公司，采購后經(jīng)5%的過氧化氫溶液消毒30 min，用去離子水洗凈后使用；采自陜西科技大學(xué)灌木叢中0～20 cm的表層褐土經(jīng)過研磨過20 目篩后，與購買的營養(yǎng)土以1∶4的比例混合均勻作為供試土壤，其基本理化性質(zhì)如表1所示.

儀器：紫外光度計(jì)（UV-1600，上海美譜達(dá)）；氣浴恒溫振蕩器（THZ-92C，上海博訊）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（101-3AB，天津泰斯特）；真空干燥箱（DZF-6096，上海一恒）；環(huán)境掃描電鏡amp;能譜分析儀（FEI Q45，美國FEI公司）；傅里葉紅外光譜儀（FT-IR）（VERTEX 70V，德國Bruker公司）；管式爐（OTF-1200X，合肥科晶）.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生物炭的制備方法

將核桃殼粉末在105 ℃下烘干恒重，在真空高溫管式爐中熱解.設(shè)定三個(gè)溫度分別為300 ℃、500 ℃和700 ℃，爐膛以10 ℃/min的速率升溫至預(yù)設(shè)溫度后停留2 h，冷卻至室溫后將制備的生物炭取出，研磨過100目篩，干燥密封保存?zhèn)溆?按照熱解溫度將其分別標(biāo)記為WBC300、WBC500和WBC700.

1.2.2 可溶性有機(jī)組分的提取

將核桃殼生物炭和超純水按照1∶50（g/mL）的固液比混合置于錐形瓶內(nèi)，密封.在25 ℃，200 r/min條件下恒溫振蕩24 h；在4 ℃，9 000 r/min條件下高速低溫離心10 min，吸取上清液過0.45 μm水系濾膜，所得透明澄清液體即為BDOM，并置于4 ℃冰箱中保存.

1.2.3 預(yù)備試驗(yàn)

（1）水培試驗(yàn)：取3 mL蒸餾水至鋪有兩層濾紙的9 cm玻璃培養(yǎng)皿中使其濕潤，在每個(gè)培養(yǎng)皿中等距均勻放置12 顆大小相等且顆粒飽滿的小白菜種子，并注意保證種子胚根末端與生長方向呈直線.置于電熱恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃暗處培養(yǎng)7 d，及時(shí)補(bǔ)充水分并保持TC質(zhì)量濃度恒定.處理分別為：對(duì)照（CK），添加不同濃度梯度的BDOM，添加不同濃度梯度的TC，添加30 mg/L TC+不同濃度的 BDOM.

（2）土培試驗(yàn)：稱取 50 g 的風(fēng)干土樣于直徑10 cm，高9 cm的花盆中，將幾何級(jí)數(shù)配制的TC溶液均勻加入花盆中，并調(diào)節(jié)的土壤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使其約為最大持水量的60% 左右.為保證染毒均勻，少量多次進(jìn)行染毒加土.土壤染毒后，置于電熱恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃平衡2 d，用鑷子等距均勻播種于土壤中，蓋好遮光布置于恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃恒溫培養(yǎng)14 d.處理分別為：對(duì)照（CK），添加不同濃度梯度的BDOM，添加不同濃度梯度的TC，添加50 mg/kg TC+不同濃度的 BDOM.

當(dāng)對(duì)照種子發(fā)芽率大于80%、胚根長度20 mm左右時(shí)，預(yù)備試驗(yàn)結(jié)束.保證根伸長和芽伸長抑制率（IC）達(dá)到10%～60%范圍，即可開始正式試驗(yàn).

1.2.4 正式試驗(yàn)

以預(yù)備試驗(yàn)作為確定TC質(zhì)量濃度梯度的依據(jù)，設(shè)置6種不同處理濃度，每組處理為12粒種子，均設(shè)三組平行并設(shè)置空白組進(jìn)行對(duì)照，具體方法同1.2.3節(jié).期間定期觀察種子發(fā)芽數(shù)、根長和芽長等生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)，并對(duì)質(zhì)量濃度-抑制率關(guān)系進(jìn)行回歸分析.

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生物炭理化特性及BDOM的紅外光譜分析

依據(jù)《木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)方法》（GB/T 12496.7-1999）測定生物炭的產(chǎn)率、pH、水分和灰分以及亞甲基藍(lán)吸附值；依據(jù)《木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)方法-鈣鎂含量的測定》（GB/T 12496.21-1999），鹽酸溶煮，絡(luò)合滴定法測定鈣鎂含量.將冷凍干燥后的BDOM700與無水KBr以 1∶100 的質(zhì)量比混合研磨均勻，壓片，紅外光譜檢測.

1.3.2 小白菜測定項(xiàng)目

本研究選取發(fā)芽率、根伸長和芽伸長及其抑制率作為測定指標(biāo)，計(jì)算方法參考文獻(xiàn)［10］；依據(jù)《葉綠素的測定-分光光度法》（SL 88-1994）測定葉片葉綠素含量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2020軟件對(duì)數(shù)據(jù)整理匯總，采用Origin軟件進(jìn)行圖表繪制，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行回歸分析.采用最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（Plt;0.05），并計(jì)算IC10和IC50.

2 結(jié)果與討論

2.1 生物炭理化特征以及BDOM的表征

2.1.1 生物炭理化特征

由表2可知，由于揮發(fā)性物質(zhì)和不凝性氣體的損失，產(chǎn)率隨著熱解溫度的升高而降低；三種生物炭的pH均呈堿性，且pH隨熱解溫度的升高而升高，主要是由于生物炭含有大量灰分，其中所含的Ca2+、Mg2+等溶于水后呈堿性；水分含量隨制備溫度的升高而降低，主要是因?yàn)楦邷貙?dǎo)致水分蒸發(fā)；但灰分的含量隨制備溫度的升高而增加.生物炭的鈣鎂含量隨制備溫度的升高而增加；亞甲基藍(lán)吸附值表示活性炭孔隙的發(fā)達(dá)程度，主要表示中孔數(shù)量.WBC700的亞甲基藍(lán)吸附值最高，可達(dá)47.5 mg/g，表明此溫度下制備的生物炭吸附性能較好.

此外，BDOM由親水組分和疏水組分組成，疏水組分越多，對(duì)TC親和力越大，對(duì)土壤吸附污染物的抑制作用就越強(qiáng)［11］.隨著制備溫度升高，BDOM中油脂類、碳水化合物類、木質(zhì)素類和不飽和烴類化合物的含量有所降低，但增加了極性官能團(tuán)和縮合芳烴類物質(zhì)的含量［12］.因此，以生物炭為前驅(qū)物提取BDOM時(shí)，炭化溫度越高，其提取的BDOM疏水性越大，對(duì)TC在水溶液和土壤介質(zhì)中吸附的抑制效果越強(qiáng).綜合以上結(jié)果，選擇WBC700進(jìn)行后續(xù)研究.

2.1.2 BDOM的表征

WBC700衍生的BDOM紅外光譜表征如圖1所示.

由圖1 可知，BDOM官能團(tuán)主要表現(xiàn)為3 471 cm-1處存在的-OH伸展峰、2 760 cm-1處醛結(jié)構(gòu)上的-CH伸展峰、1 662 cm-1芳香結(jié)構(gòu)上的C=O伸展峰、1 419 cm-1附近酚結(jié)構(gòu)上的羥基變形振動(dòng)峰和1 315 cm-1附近的C-O伸展峰.BDOM有典型-OH伸縮振動(dòng)峰，可能存在苯甲?；蛘咂渌愋虲=O等含氧官能團(tuán)，證明BDOM對(duì)TC具有較強(qiáng)的吸附能力；在1 662 cm-1附近有尖銳的C=O伸縮振動(dòng)峰，此處主要為含有C=O鍵的酮類、醛類及羧酸類物質(zhì)，可以與TC分子中的氨基發(fā)生反應(yīng)形成離子鍵，增強(qiáng)其吸附能力［13］.由于C=O可被分配于苯環(huán)上做平面環(huán)運(yùn)動(dòng)，所以也能反映其含有高度芳香化結(jié)構(gòu)的腐殖質(zhì)類物質(zhì)［14］.BDOM在885～482 cm-1之間為氮苯的特征峰，在862 cm-1處為一級(jí)胺基團(tuán)（NH2），在709 cm-1處為二級(jí)胺基團(tuán)（N-H）.BDOM中含有有機(jī)胺類物質(zhì)可能是由于生物炭表面的羧基與胺基反應(yīng)生成含有O=C（NR2）2結(jié)構(gòu)物質(zhì).在990 cm-1和930 cm-1（Si-O鍵或P-OH伸縮峰），796 cm-1處（P-O-P伸縮峰）代表酸類物質(zhì)的吸收峰，表明BDOM中含有腐殖酸類物質(zhì)［14］，可以促進(jìn)Zn、Mg、Fe等微量金屬元素在植物中的含量，增加養(yǎng)分吸收，刺激小白菜根系發(fā)展，進(jìn)而提高產(chǎn)量［15］.

2.2 BDOM對(duì)TC脅迫下小白菜種子發(fā)芽率的影響

2.2.1 不同濃度TC處理下小白菜的發(fā)芽率

本研究選擇水培和土培兩種方法比較TC污染對(duì)小白菜發(fā)芽率的影響，不同濃度TC下的小白菜發(fā)芽率如圖2所示.由圖2（a）可知，在水溶液介質(zhì)中，當(dāng)添加的TC質(zhì)量濃度在25～50 mg·L-1 之間時(shí)，對(duì)小白菜種子發(fā)芽率有促進(jìn)作用，特別是當(dāng)TC濃度為50 mg·L-1時(shí)，小白菜種子發(fā)芽率明顯高于空白對(duì)照組.但當(dāng)TC濃度超過 50 mg·L-1時(shí)，會(huì)對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生一定程度的抑制效應(yīng)，由此可見，高濃度的TC會(huì)對(duì)種子的萌發(fā)產(chǎn)生毒害作用.原因可能是在培養(yǎng)初期，小白菜種子的種皮作為胚芽的屏障［16］，阻礙了TC對(duì)種子內(nèi)部的毒害作用，因此在萌芽階段，種子可以依靠胚乳中的營養(yǎng)物質(zhì)正常生長.

由圖2（b）可知，雖然土壤介質(zhì)對(duì)TC具有重要的緩沖作用，但TC在土壤中對(duì)小白菜發(fā)芽率影響較弱，與水溶液介質(zhì)中的結(jié)果相似，當(dāng)TC濃度為500 mg/kg時(shí)，發(fā)芽率最高.在土培條件下TC對(duì)小白菜發(fā)芽率明顯低于水培條件下，而在土壤介質(zhì)中，當(dāng)TC質(zhì)量濃度大于 500 mg/kg 時(shí)，小白菜種子發(fā)芽率才受到抑制，表明種子發(fā)芽率不適合作為TC類抗生素污染的生態(tài)學(xué)敏感性指標(biāo)，水體中TC類抗生素污染對(duì)作物生長影響的風(fēng)險(xiǎn)比土壤污染更為明顯.

2.2.2 BDOM對(duì)TC脅迫下的小白菜發(fā)芽率的影響

在水溶液和土壤中分別添加30 mg/L和50 mg/kg TC溶液，同時(shí)施入不同濃度的BDOM，通過水培和土培實(shí)驗(yàn)，對(duì)小白菜發(fā)芽率影響如圖3所示.由圖3（a）可知，在水培試驗(yàn)中，隨著BDOM濃度增加，當(dāng)BDOM濃度為25 mg/L時(shí)，純BDOM處理的發(fā)芽率最高為88.4%，當(dāng)BDOM濃度超過25 mg/L時(shí)，其促進(jìn)效果明顯削弱.而在添加TC后，BDOM對(duì)小白菜發(fā)芽率的促進(jìn)效應(yīng)顯著增強(qiáng)，在BDOM濃度為50 mg/L時(shí)，小白菜發(fā)芽率高達(dá)90.2%.由圖3（b）可知，在土培試驗(yàn)中，BDOM+TC處理與純BDOM處理對(duì)小白菜的發(fā)芽率則呈現(xiàn)出相反趨勢.隨著BDOM質(zhì)量濃度的增加，TC脅迫下的BDOM處理的發(fā)芽率抑制效果減弱.而純BDOM處理抑制萌發(fā)，在添加TC后緩解了抑制效應(yīng).

通過 BDOM+TC 處理與純BDOM 處理的結(jié)果可知，無論在水溶液還是土壤中，與空白對(duì)照組相比，BDOM+TC 處理與純BDOM處理均對(duì)種子的萌發(fā)起到一定程度的促進(jìn)作用，而TC脅迫下對(duì)小白菜發(fā)芽率并未因BDOM濃度的增加而降低，分析原因可能是種子萌發(fā)時(shí)抗逆性的應(yīng)激反應(yīng)，通過提升逆境環(huán)境的適應(yīng)性來緩解TC脅迫的危害，低濃度TC脅迫使得小白菜種子啟動(dòng)酶防御系統(tǒng)同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞代謝和蛋白質(zhì)的合成［17］.

2.3 BDOM對(duì)TC脅迫下小白菜胚根和芽伸長抑制率的影響比較

2.3.1 不同濃度TC對(duì)小白菜胚根和芽伸長的影響

通過水培和土培試驗(yàn)，不同濃度TC處理下小白菜胚根和芽伸長抑制率如圖4所示.

由圖4（a）可知，在水培條件下，根伸長和芽伸長抑制效應(yīng)隨著TC污染程度的增加而增大，TC質(zhì)量濃度與根伸長和芽伸長呈顯著相關(guān)性（plt;0.05）.當(dāng)TC濃度為250 mg/L時(shí)，根伸長和芽伸長抑制率最高，分別為42.6%、21.9%.由圖4（b）可知，在土培條件下，小白菜種子根伸長和芽伸長表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)而高濃度抑制，當(dāng)TC質(zhì)量濃度大于1 000 mg/kg時(shí)，由促進(jìn)轉(zhuǎn)為抑制，抑制率分別為4.3%、5.3%.分析原因是在低濃度TC脅迫下，種子在胚內(nèi)獲取養(yǎng)分滿足自身發(fā)育需求，而僅在TC質(zhì)量濃度較高或土壤環(huán)境條件惡劣時(shí)，種子發(fā)芽過程才完全被抑制.而種子根部直接接觸TC，由于小白菜種子主動(dòng)吸收及其表面吸附作用導(dǎo)致根部伸長區(qū)比芽伸長區(qū)受外界環(huán)境更加敏感，這一結(jié)果與其他抗生素污染研究結(jié)果一致［18-20］.

由圖4可知，在不同介質(zhì)中添加不同濃度的TC后，小白菜的根伸長和芽伸長抑制率均呈明顯的促進(jìn)作用（plt;0.05），且根長抑制率大于芽長抑制率，隨著外源TC質(zhì)量濃度的增加，兩者差異程度愈小.相同污染水平下，TC在水溶液中對(duì)小白菜根伸長和芽伸長抑制效應(yīng)明顯高于其在土壤介質(zhì)中，這種差異與土壤對(duì)抗生素具有較強(qiáng)的緩沖能力和固定作用有關(guān)，TCs上含有的極性或離子型官能團(tuán)易與土壤表面負(fù)電荷進(jìn)行吸附且不易解吸［21］，從而阻礙了TC向土壤水溶液中進(jìn)行釋放，降低其生物可利用性.

2.3.2 BDOM對(duì)TC脅迫下的小白菜胚根和芽伸長的影響

在水溶液和土壤中分別添加30 mg/L和50 mg/kg TC，同時(shí)施入不同濃度的BDOM，通過水培和土培實(shí)驗(yàn)，對(duì)小白菜胚根和芽伸長抑制效應(yīng)如圖5和圖6所示.由圖5可知，在水溶液中，純BDOM 處理的胚根和芽伸長抑制率始終為負(fù)值，且促進(jìn)作用隨BDOM濃度的升高而增強(qiáng).當(dāng)BDOM濃度分別升高至10 mg/L、50 mg/L時(shí)，根伸長和芽伸長促進(jìn)效應(yīng)達(dá)到最大值，分別為40.3%、46.3%，表明BDOM可顯著促進(jìn)小白菜的胚根和芽伸長.在添加TC后，與BDOM共同作用，根伸長抑制率為正值，說明小白菜的根長受到明顯的抑制；而芽伸長在0～10 mg/L時(shí)，有輕微抑制作用，隨著BDOM濃度的增大，從抑制效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)效應(yīng)，在BDOM濃度為50 mg/L時(shí)，達(dá)到最大值為23.4%.

通過 BDOM+TC 處理與純BDOM 處理的結(jié)果可知，在水溶液中，BDOM能夠有效緩解TC的脅迫，促進(jìn)芽的伸長；而根伸長則相反.這是由于高濃度的 BDOM 阻礙了培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，使得小白菜根尖細(xì)胞的分裂速度減慢，小白菜體內(nèi)合成蛋白質(zhì)所需有關(guān)酶被破壞［22］，根部伸長區(qū)TC積累量遠(yuǎn)高于芽部伸長區(qū)，根系活力下降，產(chǎn)生明顯的抑制效應(yīng).結(jié)合2.1.2節(jié)中紅外光譜結(jié)果可知，BDOM中含有P、Si結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)，說明BDOM中所含組分能夠與水溶液中不同價(jià)態(tài)的金屬元素形成穩(wěn)定的金屬-有機(jī)復(fù)合物，從而提高水溶液中某些有益元素含量，這是純BDOM處理能促進(jìn)小白菜的胚根和芽伸長的主要原因.但是BDOM+TC處理使得BDOM對(duì)小白菜根長抑制效應(yīng)增強(qiáng)，分析原因可能是BDOM中的類腐殖酸和可溶性微生物降解產(chǎn)物類組分易與TCs絡(luò)合形成復(fù)合物［23］，提高了TC的遷移性和水溶性，使得TC易被小白菜種子吸收，從而增強(qiáng)了TC對(duì)小白菜的毒性作用.

由圖6可知，在土培條件下，純BDOM 處理的胚根和芽伸長抑制率均為負(fù)值，表明BDOM促進(jìn)植物的生長.在根伸長影響中，當(dāng)BDOM濃度為200 mg/kg時(shí)，促進(jìn)作用達(dá)到最大值為31.4%；當(dāng)BDOM濃度大于200 mg/kg時(shí)，根伸長促進(jìn)效應(yīng)削弱.在芽伸長影響中，隨著BDOM濃度的升高，促進(jìn)作用不斷增強(qiáng).施加TC后，與BDOM共同作用，對(duì)小白菜種子根伸長作用表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)而高濃度抑制，當(dāng)BDOM濃度小于200 mg/kg時(shí)，根伸長抑制率為負(fù)值，當(dāng)BDOM濃度大于200 mg/kg時(shí)，根伸長抑制率由13.7%上升至18.7%；而對(duì)小白菜種子芽伸長而言，隨著 BDOM 濃度的增加，促進(jìn)作用更為顯著.

通過BDOM+TC處理與純 BDOM 處理的結(jié)果可知，在土壤中，TC脅迫下加入不同濃度的BDOM對(duì)根伸長產(chǎn)生低濃度促進(jìn)高濃度抑制的效應(yīng)，原因如下：低濃度的BDOM（lt;200 mg/kg）與TC結(jié)合生成大分子物質(zhì)，植物共質(zhì)體無法正常輸送傳導(dǎo).因此，BDOM 緩解了對(duì)小白菜幼苗在TC脅迫下的危害.高濃度的BDOM（gt;200mg/kg）使得小白菜根組織細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基物質(zhì)增多，細(xì)胞膜的通透性被破壞，大分子物質(zhì)進(jìn)入植物體內(nèi)后，導(dǎo)致小白菜代謝能力紊亂，根系活力下降.因此，施加 BDOM 加重了TC對(duì)小白菜的毒性效應(yīng).TC脅迫下加入不同濃度的BDOM對(duì)小白菜種子芽伸長作用表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)，原因可能是BDOM同時(shí)作用于TC和土壤造成的，BDOM作為一種重要的有機(jī)配體和吸附載體，可以通過陽離子交換、疏水分配、氫鍵結(jié)合等作用影響土壤中TC的環(huán)境行為和生物可利用性.BDOM可產(chǎn)生含氧吸附或絡(luò)合官能團(tuán)為固定根際土壤中的TC創(chuàng)造有利的條件［24］.若考慮到生物炭在土壤中的穩(wěn)定性，這種促進(jìn)效應(yīng)在小白菜生長期之內(nèi)是持續(xù)存在的.因此，BDOM在一定程度上可以促進(jìn)植物生長，適當(dāng)?shù)厥┘覤DOM吸附土壤中TC可以降低其對(duì)小白菜根部的生物毒性，但施用時(shí)要控制用量，不宜施加過多，否則會(huì)起到相反作用.

為減少植物對(duì)TC類抗生素的吸收，特別是在天然有機(jī)質(zhì)貧乏的土壤中，BDOM可作為有機(jī)改良劑用于吸附土壤中的TC類抗生素.BDOM濃度和含量的增加可能會(huì)增加固液分配系數(shù)，降低土壤溶液中生物可利用濃度.此外，還有利于土壤中的微生物活動(dòng)，通過加強(qiáng)生物降解進(jìn)一步減少抗生素類污染物.

2.3.3 BDOM對(duì)TC脅迫下小白菜胚根和芽伸長抑制率的影響比較

以小白菜的胚根和芽長抑制率對(duì)TC濃度、BDOM濃度以及TC脅迫下BDOM濃度進(jìn)行回歸分析.由表 3和表4 可知，在水溶液和土壤介質(zhì)中，TC濃度、BDOM 濃度與胚根、芽伸長呈對(duì)數(shù)相關(guān)，且呈現(xiàn)顯著相關(guān)性（plt;0.05）；在TC脅迫下，BDOM濃度與胚根、芽伸長呈線性相關(guān).在 3 種處理?xiàng)l件下，水溶液中胚根伸長抑制率的相關(guān)性均低于在土壤中，這與芽伸長抑制率結(jié)果相反.

在本試驗(yàn)設(shè)置的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，在不同介質(zhì)中，TC對(duì)小白菜種子發(fā)芽率、根伸長和芽伸長的生態(tài)毒性敏感性排序?yàn)椋焊扉Lgt;芽伸長gt;發(fā)芽率，根伸長抑制率是反映TC生態(tài)毒性最佳敏感指標(biāo).目前，常采用植物的IC10和IC50值來反映有機(jī)污染物質(zhì)的生態(tài)毒性強(qiáng)弱和植物受害的生態(tài)毒性閾值［25，26］.在水培中，TC對(duì)根長的 IC10和IC50 分別為 9.8 mg/L、367.9 mg/L，而在土培中，TC對(duì)根長的 IC10和IC50 分別為 4 462.9 mg/L、28 717.9 mg/L.小白菜對(duì)TC的敏感程度在兩種介質(zhì)下相差較大.表明土壤介質(zhì)可降低小白菜對(duì)污染物的敏感性.在同一污染水平下，TC在水溶液中對(duì)小白菜根伸長和芽伸長抑制效應(yīng)高于土壤中，就TC類抗生素污染而言，水環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比土壤環(huán)境更大.

2.3.4 BDOM對(duì)TC脅迫下的小白菜葉片中葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量決定了植物的光合作用水平.通過圖7可知，TC顯著地抑制了小白菜葉片中葉綠素的積累，且隨TC濃度的升高，抑制作用增強(qiáng)，葉綠素含量由3.3 mg/g至1.5 mg/g.

在TC脅迫下，捕光化合物蛋白合成的轉(zhuǎn)錄過程受到抑制，從而影響了葉綠素的積累.由圖8可以看出，隨著BDOM濃度的增加，小白菜葉綠素含量由3.3 mg/g上升至3.6 mg/g，且BDOM不僅可以促進(jìn)葉綠素的積累，還可以緩解TC對(duì)小白菜葉片葉綠素的生物毒性，TC脅迫下施加BDOM，小白菜葉綠素含量由1.3 mg/g增加至3.3 mg/g，使得TC的抑制作用減弱.

3 結(jié)論

（1）BDOM作為一種吸附載體和絡(luò)合劑，其含有大量羧基、氨基、含氧官能團(tuán)和酮類、羧酸類及腐殖酸類物質(zhì)，與TC易形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而促進(jìn)TC在水相中的溶解性和遷移性；另外BDOM可被土壤吸附，與TC競爭土壤表面的吸附位點(diǎn)，從而抑制TC在土壤中的吸附.

（2）在水培和土培試驗(yàn)中，BDOM在一定程度上能夠有效促進(jìn)小白菜種子的發(fā)芽率、胚根伸長和芽伸長.但是在TC脅迫下施加BDOM在水培和土培中發(fā)芽率均起促進(jìn)作用，胚根長和芽長則呈現(xiàn)出完全相反的兩種情況.TC脅迫下加入不同濃度的 BDOM，在水培中，BDOM對(duì)根起抑制作用，芽起促進(jìn)作用；在土壤中，BDOM對(duì)根和芽表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制效應(yīng).

（3）在不同的介質(zhì)中，小白菜的根伸長抑制率、芽伸長抑制率與TC質(zhì)量濃度之間存在劑量-效應(yīng)關(guān)系.TC對(duì)根長的IC10和IC50受環(huán)境介質(zhì)的影響明顯，土培中明顯高于水培.

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