盐渍化条件下土壤石油污染对翅碱蓬生长的影响

赵大传，刘逸梦

摘要：通过盆栽试验，测定了翅碱蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）在盐渍化条件下受石油污染时的生长生理指标，研究盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬株高、生物量等生长指标以及叶绿素含量、过氧化氢酶、可溶性蛋白质、游离脯氨酸含量的影响。结果表明，翅碱蓬对石油的耐受阈值为5.0 g/kg，超过此阈值抑制作用明显增加。翅碱蓬的株高及生长量随石油浓度增加而下降；叶绿素含量随石油浓度升高而降低；过氧化氢酶在留苗后开始培养的20 d内随石油浓度增加而增加，在40和60 d时低石油浓度下保持平稳，高石油浓度下下降；可溶性蛋白质含量在低石油浓度污染下40 d内基本保持平稳，高石油浓度下下降，60 d时所有石油浓度处理均下降；游离脯氨酸含量40 d内随石油浓度增加而上升，在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著低于对照。

关键词：石油污染；翅碱蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）；生长指标；生理指标

中图分类号：X53；X173 文献标识码：A 文章编号：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

随着社会经济的发展，石油的生产和消耗量不断增加，在石油开采、运输、贮藏、加工等过程中，由于操作不当或事故泄漏等原因造成的石油污染问题相当突出，全世界每年约有8×106 t石油进入环境。中国作为世界上最大的石油生产和消费国，由于过去采油工艺相对落后，加上相应的环境保护措施相对落后、污染控制和修复技术缺乏等，使得我国土壤石油污染程度远高于发达国家，且呈逐年加重趋势[1]。我国石油企业每年生产的落地原油有一定数量进入土壤环境[2]。黄河三角洲地区拥有丰富的油气资源，是我国第二大石油基地，石油污染问题尤为突出。石油进入土壤后会破坏土壤结构，石油中的重金属也会被土壤吸附。石油中多环芳烃都能通过食物链在动植物体内富集，进而对河口环境中的生物和人类健康造成严重威胁。翅碱蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）是一种在黄河三角洲地区常见的土著植物，具有较强的耐盐性、容易繁殖、种植寿命长等特点[3，4]，已引起许多研究者的关注[5-7]。本研究通过盆栽试验，研究在盐渍化条件下不同石油浓度对翅碱蓬生长指标如株高和生物量，生理指标如叶绿素、可溶性蛋白质、过氧化氢酶和游离脯氨酸的影响，探讨在石油污染的胁迫下翅碱蓬的适应机制，为解决黄河三角洲地区盐碱和石油污染问题，利用翅碱蓬进行生态恢复的应用技术研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

土壤取自黄河三角洲孤岛油区，洗去盐分，并将洗出的盐分蒸干备用。石油采自胜利油田炼油厂。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 依照对孤岛镇土壤中污染物的分析和预试验，在土壤中加入0 g/kg（对照）、1.0 g/kg（石油浓度1）、2.5 g/kg（石油浓度2）、5.0 g/kg（石油浓度3）、10.0 g/kg（石油浓度4）、25.0g/kg（石油浓度5）的石油。每盆花盆（直径10cm）中装入0.5 kg处理后土壤，播种翅碱蓬种子，待长出第三片叶子时，每盆留苗5株，每个处理设3次重复。将植株放于室外培养，隔天浇水，雨天遮蔽，防止雨水影响。在其留苗后开始培养的第20、40、60天分别测定植物的叶绿素含量、过氧化氢酶（CAT）活性、可溶性蛋白质含量和游离脯氨酸含量，第60天测定植株的干重和株高，并进行差异显著性分析。

1.2.2 测定方法 用刻度尺测量植株的高度。收割植株后置于105 ℃杀青10 min， 80 ℃烘至恒重。叶绿素含量测定采用分光光度法[8]，游离脯氨酸含量测定采用茚三酮比色法[8]，可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G250染色法[8]，CAT活性测定采用紫外分光光度法[9]。

2 结果与分析

2.1 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬株高及生物量的影响

从图1、图2可以看出，随着石油浓度的增加，对翅碱蓬植株的抑制作用明显增加，当浓度为10.0 g/kg时，翅碱蓬株高和单株干重分别为对照组的68.0%和50.5%，在25.0 g/kg浓度下分别为对照组的47.1%和31.9%。

植株的株高和生物量是植物生长情况最直接的表现。本试验发现，翅碱蓬的株高和单株干重随着土壤中石油浓度的升高而逐渐降低，说明翅碱蓬的生长受到了石油烃的抑制。许端平等[10]在研究石油烃类污染物对高粱、玉米生长的影响时发现土壤中石油烃类污染物对高粱的生长有明显的抑制作用。

2.2 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬叶绿素含量的影响

从图3可以看出，在20 d时随着石油浓度的增加翅碱蓬的叶绿素含量下降，说明石油对翅碱蓬的生长有抑制作用。但是在40 d时，石油浓度在10.0 g/kg以下时，随石油浓度上升翅碱蓬叶绿素与对照组相差不大，说明随着翅碱蓬的生长，能够抵御一定浓度的石油污染。在60 d时，石油浓度为1.0、2.5、5.0 g/kg时叶绿素浓度分别为对照组的80.5%、74.1%和36.7%，说明在长期影响下即使较低的石油浓度也会对翅碱蓬产生危害。在石油浓度为10.0、25.0 g/kg时，在3个时间叶绿素浓度均显著低于对照组，说明高浓度的石油严重抑制了翅碱蓬的正常生长。

植物在石油污染情况下，可通过增加叶绿素含量提高光合能力来适应或补偿逆境造成的损失，这也是植物对逆境的一种适应性反应[11]。叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，其含量的变化与植物的光合作用效率有直接的关系，是衡量植物叶片生长状况的重要指标[12]，可用于指示植物逆境条件下的受胁迫程度。当植物处于逆境时，可通过地上部分的代谢来适应或补偿土壤逆境带来的生长损失。

2.3 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬过氧化氢酶活性的影响

从图4可以看出，在第20天时，对照组的翅碱蓬过氧化氢酶活性低于石油胁迫的试验组，但是第40天时石油浓度3的处理略高于对照，其余石油浓度处理低于对照，第60天时试验组过氧化氢酶活性下降，石油浓度为10.0、25.0 g/kg的试验组在第60天时过氧化氢酶活性分别为对照组的52.8%和48.6%。说明翅碱蓬受到石油胁迫时，其过氧化氢酶活性会在短时间内升高，但是保持时间并不长，随着时间延长其活性会下降。过氧化氢酶是一类广泛存在于动、植物和微生物体内的酶，其能够保护膜结构的完整性，减小活性氧的毒害作用，是生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一。在植物正常生长时，植物体内的自由基生成和消除处在一个平衡状态中，当植物受到逆境伤害，这种平衡就会被打破。本试验中，石油污染的翅碱蓬过氧化氢酶活性在试验前期均大幅上升，大于对照组，但是在中后期活性下降，并且有随着石油污染浓度越大活性越低的趋势。Cobbett[13]研究指出，在试验前期植物中的过氧化氢酶对一定浓度的重金属污染有解毒效应，随着重金属在植株细胞内的积累，过氧化氢酶的活性被严重抑制，降低了其对植物细胞的保护能力，破坏了细胞结构和生理功能，将加速植物的衰老和死亡。何洁等[7]研究Zn和Cd对翅碱蓬抗氧化酶系统的影响中也发现了类似的规律。

2.4 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬可溶性蛋白质含量的影响

图5显示试验组的可溶性蛋白质含量在20 d石油浓度为25.0 g/kg时，40 d石油浓度为5.0、10.0、25.0 g/kg时比对照显著降低，其中40 d石油浓度为25.0 g/kg时可溶性蛋白质含量为对照组的41.1%，其余石油浓度处理在20 d和40 d时保持平稳。60 d各石油浓度处理可溶性蛋白质含量显著下降，其中石油浓度为10.0、25.0 g/kg时，可溶性蛋白质含量分别为对照组的27.6%和13.2%，接近失活，说明此时翅碱蓬受到严重伤害，光合作用等出现问题。

蛋白质是生命的物质基础和最重要的功能大分子。可溶性蛋白质作为重要的一类蛋白质， 亲水性很强， 它具有明显增强细胞的持水力、增加束缚水含量和原生质弹性等功能[14]。可溶性蛋白质含量是植物体代谢过程中蛋白质变化的重要指标， 其变化可以反映细胞内蛋白质合成、变性及降解等多方面的信息[15]。

可溶性蛋白质含量的降低使细胞代谢速度降低，从而使愈伤组织对盐胁迫的适应能力增强[16]。由于在一定石油浓度胁迫下，植物体为适应石油胁迫而进行的蛋白质合成反应优于分解反应，因此表现出可溶性蛋白质含量升高的现象，其后随着时间的延长合成反应受到不同程度的抑制，逐渐表现出蛋白质分解增强而合成降低的现象。

2.5 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬游离脯氨酸含量的影响

由图6可知，在20 d时，随着石油浓度升高游离脯氨酸含量升高；在40 d时随着石油浓度升高游离脯氨酸含量先升后降，但均高于对照；在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg游离脯氨酸含量显著低于对照。说明在40 d内石油胁迫可提高脯氨酸含量，在60 d时一定浓度下（≤5.0 g/kg）对翅碱蓬游离脯氨酸积累有促进作用，但随着浓度上升，抑制又成为主导作用。

Schat等[17]认为重金属胁迫下，游离脯氨酸的积累取决于重金属诱导植物体内水分缺失的情况。镉、锌处理下番茄幼苗体内发生水分胁迫，游离脯氨酸积累意义之一是作为渗透调节物质使细胞和组织持水平衡，稳定生物大分子结构，保持膜结构的完整性使细胞免受伤害。近年来许多研究结果表明，游离脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 结论

翅碱蓬对石油的耐受阈值为5.0 g/kg，超过此阈值抑制作用明显增加。翅碱蓬的株高及生长量随石油浓度增加而下降；叶绿素含量随石油浓度升高而降低；过氧化氢酶在20 d内随石油浓度增加而增加，在40 d和60 d时低石油浓度下保持平稳，高石油浓度下下降；可溶性蛋白质含量在低石油浓度污染下40 d内基本保持平稳，高石油浓度下下降，60 d时所有石油浓度处理均下降；游离脯氨酸含量40 d内随石油浓度增加而上升，在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著低于对照。

参考文献：

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2.5 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬游离脯氨酸含量的影响

由图6可知，在20 d时，随着石油浓度升高游离脯氨酸含量升高；在40 d时随着石油浓度升高游离脯氨酸含量先升后降，但均高于对照；在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg游离脯氨酸含量显著低于对照。说明在40 d内石油胁迫可提高脯氨酸含量，在60 d时一定浓度下（≤5.0 g/kg）对翅碱蓬游离脯氨酸积累有促进作用，但随着浓度上升，抑制又成为主导作用。

Schat等[17]认为重金属胁迫下，游离脯氨酸的积累取决于重金属诱导植物体内水分缺失的情况。镉、锌处理下番茄幼苗体内发生水分胁迫，游离脯氨酸积累意义之一是作为渗透调节物质使细胞和组织持水平衡，稳定生物大分子结构，保持膜结构的完整性使细胞免受伤害。近年来许多研究结果表明，游离脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 结论

翅碱蓬对石油的耐受阈值为5.0 g/kg，超过此阈值抑制作用明显增加。翅碱蓬的株高及生长量随石油浓度增加而下降；叶绿素含量随石油浓度升高而降低；过氧化氢酶在20 d内随石油浓度增加而增加，在40 d和60 d时低石油浓度下保持平稳，高石油浓度下下降；可溶性蛋白质含量在低石油浓度污染下40 d内基本保持平稳，高石油浓度下下降，60 d时所有石油浓度处理均下降；游离脯氨酸含量40 d内随石油浓度增加而上升，在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著低于对照。

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2.5 盐渍化条件下石油污染对翅碱蓬游离脯氨酸含量的影响

由图6可知，在20 d时，随着石油浓度升高游离脯氨酸含量升高；在40 d时随着石油浓度升高游离脯氨酸含量先升后降，但均高于对照；在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg游离脯氨酸含量显著低于对照。说明在40 d内石油胁迫可提高脯氨酸含量，在60 d时一定浓度下（≤5.0 g/kg）对翅碱蓬游离脯氨酸积累有促进作用，但随着浓度上升，抑制又成为主导作用。

Schat等[17]认为重金属胁迫下，游离脯氨酸的积累取决于重金属诱导植物体内水分缺失的情况。镉、锌处理下番茄幼苗体内发生水分胁迫，游离脯氨酸积累意义之一是作为渗透调节物质使细胞和组织持水平衡，稳定生物大分子结构，保持膜结构的完整性使细胞免受伤害。近年来许多研究结果表明，游离脯氨酸具有清除活性氧的功能[18，19]。

3 结论

翅碱蓬对石油的耐受阈值为5.0 g/kg，超过此阈值抑制作用明显增加。翅碱蓬的株高及生长量随石油浓度增加而下降；叶绿素含量随石油浓度升高而降低；过氧化氢酶在20 d内随石油浓度增加而增加，在40 d和60 d时低石油浓度下保持平稳，高石油浓度下下降；可溶性蛋白质含量在低石油浓度污染下40 d内基本保持平稳，高石油浓度下下降，60 d时所有石油浓度处理均下降；游离脯氨酸含量40 d内随石油浓度增加而上升，在60 d时，石油浓度≤5.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著高于对照，石油浓度为10.0、25.0 g/kg时游离脯氨酸含量显著低于对照。

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