荧蒽对大豆种子发芽的影响

李秋爽，史雅娟，王铁宇，倪坤，徐笠，刘世杰，王琳，吕永龙,*

1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085

2.中国科学院大学，北京100039

近年来，随着城市化和工业化进程不断加速，环 境中多换芳烃(PAHs)污染问题日益严重。大量文献数据表明，我国农田土壤中多环芳烃污染普遍存在[1-3]。PAHs可被植物从大气、土壤中吸收并在植物体内迁移、代谢和积累，从而对植物的生长产生影响[4-5]。荧蒽(FLT)，一种四环芳烃，是EPA规定的16种多换芳烃的典型代表，它对植物具有毒性作用[6-8]，然而，目前关于FLT胁迫对种子萌发影响的研究尚不多见。大豆是我国重要的经济作物，种子萌发是植物生长的最初环节，也是最敏感最重要的生理过程之一，萌发受阻将影响其后的整个生长发育过程，导致生物量降低和作物减产。本实验研究了不同浓度的FLT对大豆种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和幼苗长度的影响，以期为探讨FLT对植物种子萌发的作用机制奠定基础，并为农田生态风险评价提供科学的理论依据。

1 材料和方法(Materials and methods)

1.1 实验材料

试剂:荧蒽(FLT，分析纯，TCI，日本);丙酮(优级纯，Fisher，美国)。

实验种子:大豆种子(品种为中黄30)，获取于中国农业科学院作物科学研究所。

1.2 实验方法

使用丙酮作助溶剂(与超纯水的体积比为1:99)，配制FLT溶液。挑选颗粒饱满、大小均匀的大豆种子，于30%的双氧水中消毒浸泡15 min，用超纯水冲洗5次，浸泡于超纯水中活化12 h。将活化好的种子均匀置于直径为10 cm的培养皿中，皿内垫有双层滤纸，每皿种子15粒，加入溶液10 mL，放入培养箱发芽。培养箱温度为25℃，相对空气湿度为80%。实验设置5个水平的 FLT 浓度处理，浓度分别为2、5、15、25、50 mg·L-1，同时设定1个空白对照组和1个加入5 mL丙酮的对照组，每个处理均设5个重复。于4 d、6 d、8 d和10 d记录所有样本的发芽个数(胚根长度大于或等于5 mm，视为正常发芽)，并随机抽取每个处理的3个重复测量幼苗长度，实验周期为10 d。

1.3 指标测定

按国家种子质量检验标准(GB/T 3534.3—1995)，大豆的发芽势于处理后第4天测定，发芽率则于处理后第10天统计。

发芽势=前4 d内正常发芽的种子数/供试种子数×100%

发芽率=前10 d内正常发芽的种子数/供试种子数×100%

发芽指数=ΣGt/Dt

式中:Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽天数

发芽长度=发芽10 d时幼苗总长

活力指数=发芽指数×10 d时幼苗长度

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0统计分析软件，在p=0.05的置信水平进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)和LSD检验，并用Excel软件绘图。文中所有的数据均为所取重复的平均值。

2 结果(Results)

2.1 FLT对大豆种子发芽势和发芽率的影响

大豆种子发芽势(4 d)和发芽率结果如表1所示，当FLT浓度较低时(小于等于15 mg·L-1)，大豆种子发芽率降低程度未达显著(p＞0.05)，而当FLT浓度较高时(大于15 mg·L-1)，发芽率显著降低(p＜0.05)，且随FLT浓度增加，大豆种子发芽率逐渐减小，当浓度为50 mg·L-1时，发芽率相对于空白对照下降了45.33%。发芽势则对FLT胁迫的响应更加敏感，不论低浓度还是高浓度，FLT均显著降低了大豆种子发芽势(4 d)，且发芽势随浓度升高呈现明显的降低趋势(p ＜ 0.05)，在 2、5、15、25 和 50 mg·L-1的FLT胁迫下，分别下降了1.64%、16.39%、21.31%、34.43%和60.66%。

表1 FLT对大豆种子发芽势和发芽率的影响Table 1 Effects of fluoranthene on germination energy and germination rate of soybean

2.2 FLT对大豆种子发芽指数和活力指数的影响

如图1和图2所示，FLT对大豆种子发芽指数和活力指数随着其浓度增加抑制作用增强。当FLT浓度小于5 mg·L-1时，发芽指数和活力指数未见显著变化(p ＞0.05)，当浓度大于5 mg·L-1时，发芽指数和活力指数显著降低，且随浓度增加逐渐下降，具有明显的剂量—效应关系(p＜0.05)。

2.3 FLT对大豆幼苗长度的影响

图1 荧蒽(FLT)对大豆种子发芽指数的影响注:图中标有不同字母者表示数据组间差异显著(p＜0.05)Fig.1 Effects of fluoranthene on germination index of soybean seedsNote:Data represented as mean±standard error.Values followed by the same letter are not significantly different(LSD,p＜0.05).

图2 荧蒽(FLT)对大豆种子活力指数的影响注:图中标有不同字母者表示数据组间差异显著(p＜0.05)Fig.2 Effects of fluoranthene on germination vitality of soybean seedsNote:Data represented as mean±standard error.Values followed by the same letter are not significantly different(LSD,p＜0.05).

实验测量并记录了4 d、6 d、8 d和10 d的大豆幼苗长度(图3)，结果表明，发芽初期(4 d)，FLT对幼苗长度的抑制作用并不明显，仅在最高浓度(50 mg·L-1)时达显著水平(p＜0.05);发芽中期(6 d)，荧蒽浓度小于15 mg·L-1时，对幼苗长度的抑制作用不显著，浓度大于等于15 mg·L-1时，幼苗长度显著降低(p＜0.05);发芽后期(8 d)和末期(10 d)，荧蒽小于等于5 mg·L-1时，对幼苗长度抑制未达显著，大于等于5 mg·L-1时，抑制作用达到显著水平(p＜0.05)。综上，FLT抑制大豆幼苗长度，浓度越高，抑制作用越强，处理时间越久，抑制作用越明显。

3 讨论(Discussion)

国内外有关FLT对种子萌发影响的研究极少[7]，本文探索性地研究了大豆种子萌发对FLT的响应。结果显示FLT对大豆种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和幼苗长度均有不同程度的抑制作用。在较低浓度(小于15 mg·L-1)的FLT胁迫下，大豆发芽率与对照相比均无显著差异，较高浓度(大于等于15 mg·L-1)的FLT胁迫则显著抑制了发芽率;发芽势则对FLT的胁迫作用更加敏感，当FLT浓度大于等于5 mg·L-1时，体现出显著的抑制作用，表明FLT对大豆种子发芽起到推迟作用，这与Kummerová对FLT影响其他种子发芽的研究结果一致[7]。

多环芳烃具有高度的脂溶性，FLT也不例外，容易与生物膜发生作用，使膜系统结构和功能遭到破坏，从而抑制植物生长和细胞的代谢活性。种子发芽过程中，75%的脂类会被乙醛酸循环转化成糖类，水解和脂肪酸的β-氧化也是脂类代谢的重要过程，FLT或者其光解产物在细胞内促使活性氧物质(ROS)生成，造成脂质过氧化[6-8]，也可能会抑制或破坏脂类代谢中的酶活性。此外，FLT进入细胞内，在微粒体水平发生氧化生物转化，产生的中间产物可能成为氧化磷酸化反应的脱偶联剂，从而阻碍种子细胞的呼吸代谢，减少细胞能量供应。

FLT胁迫时间越久、浓度越高，幼苗长度受到的抑制作用越明显，这可能与FLT的生物转化酶合成有关。外源化合物的生物转化酶往往具有可诱导性，随胁迫时间和胁迫浓度的增加，FLT的生物转化酶合成量变大，FLT的中间产物随之增多，呼吸代谢的阻碍和破坏更加严重，导致细胞能量产生效率不断降低，从而抑制蛋白质的合成代谢途径。FLT与大豆种子萌发代谢过程中酶的相互作用机制比较复杂，有待在细胞和分子水平上做进一步深入研究。

图3 荧蒽(FLT)对大豆幼苗长度的影响注:图中标有不同字母者表示数据组间差异显著(p＜0.05)。Fig.3 Effects of fluoranthene on length of soybean seedlingsNote:Data represented as mean±standard error.Values followed by the same letter are not significantly different(LSD,p＜0.05).

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