2-萘酚单一污染对大白菜种子发芽及幼苗生长的影响

马 原， 臧淑艳， 尹利利， 王婷婷

(沈阳化工大学 应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142)

2-萘酚单一污染对大白菜种子发芽及幼苗生长的影响

马 原， 臧淑艳， 尹利利， 王婷婷

(沈阳化工大学 应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142)

酚类化合物作为重要的化工原料,毒性较强且不易被生物降解.因其难以被常规废水处理工程全部去除，所以,成为我国水环境中较常见的污染物.本文以大白菜种子为供试农作物，研究2-萘酚对其发芽率以及幼苗生长的毒害效应.结果表明:2-萘酚单一污染对大白菜种子发芽率、芽长和根伸长的生态毒性敏感程度依次为：根伸长>芽长>发芽率.研究结果为进一步研究有机污染的生态毒性提供基础资料.

2-萘酚； 种子发芽； 根伸长

随着全球化工行业的快速发展，越来越多的酚类化合物被人工合成或提取出来，并且其在各行各业中得到广泛的应用.但在酚类化合物的合成、提取以及使用过程中，会释放部分的酚类化合物到环境中去，从而引起环境的污染.工业含酚废水来源广、数量多、危害大,它的大量排放给环境带来了严重的污染,有害于人类健康及生物的生长繁殖,并且影响经济的可持续发展[1].在我国的环境检测中,酚化物被列为五大毒物之一[2].这些含酚废水若不经过相应的处理直接排放到环境中或者用来灌溉农田，则可对地下水和土壤造成污染.低浓度含酚废水灌溉农田会使一些农作物中含有酚类物质,不能食用；高浓度含酚废水灌溉农田会引起农作物的死亡.此外,含酚废水的任意排放可经水流冲刷及水体渗透进入农田,影响农作物的正常生长[3].目前关于有机物污染对作物生长影响的研究报道较多,王慧等[4]研究了不同浓度的菲污染对多年生黑麦草及白三叶种子的萌发和幼苗生长情况的影响，其结果表明:不同菲浓度对多年生黑麦草和白三叶种子的发芽率和幼苗生长的影响都很大，但二者之间却没有显著差异，这有可能是因为植物种子具有能够有效阻止有毒物质进入的外壳结构，因而在一定范围内土壤的污染对种子发芽的毒害作用表现为部分抑制作用.只有在土壤受到相对严重污染时，才会完全抑制植物种子的发芽过程.

目前，利用高等植物的生长状况来监测水体和土壤污染程度,是从生态学角度来衡量土壤健康状况,评价土壤质量的重要方法之一[5-6]，此方法在近年来得到了更多的关注.一些国际机构组织已先后将此方法作为评价化学品生态风险的一项指标以监测目标化学品的生态毒性,并对非目标污染物的潜在毒性进行评价.目前已建立的高等植物毒理试验方法有3种:根伸长试验、种子发芽试验和早期植物幼苗生长试验[7].本文以大白菜种子为供试农作物，研究2-萘酚单一污染下对其发芽率以及芽长、根伸长和幼苗生长情况的影响，为进一步研究有机污染物的生态毒性提供基础科学依据.

1 材料和方法

1.1 供试材料及仪器

2-萘酚试剂：分析纯，沈阳市新西试剂厂；双氧水：分析纯,沈阳力诚试剂厂.JS061型数显电热恒温培养箱；硬质玻璃培养皿；定性滤纸.大白菜种子,沈阳市宁官种子站.

1.2 实验方法

1.2.1 材料的预处理方法

选择发育良好且成熟饱满的完好种子，在实验前先用体积分数为3 %的双氧水溶液对其进行表面消毒灭菌约30 min,再分别用自来水和蒸馏水冲洗3～4次.将已处理的种子分别放入预先垫有2层定性滤纸的玻璃培养皿中,每个培养皿30粒种子,每个处理组3个平行重复.

1.2.2 幼苗生长相关指标的测定

幼苗生长各项指标的测定参见臧淑艳等[8]的方法，其中

发芽率=(发芽种子数/供试种子数)×100 %；

发芽势=(发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数)×100 %；

(注：每24 h记录1次发芽率，发芽最多的1 d 即为发芽高峰期)

活力指数(VI)=GI·S,

(GI为发芽指数,S为幼苗的生长势)；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt,

(Gt为在t天内的发芽数,Dt为发芽天数)；

根伸长抑制率=[(对照种子平均根长-处理种子平均根长)/对照种子平均根长]×100 %；

根长的测定:胚轴与根之间的过渡点开始到根末端的长度；

芽长的测定:胚轴与芽之间的过渡点开始到芽末端的长度；

株高的测定：植株根茎部到顶部之间的距离(顶部指主茎顶部)；

耐性指数：各处理组根系长度/对照组根系长度.

1.2.3 不同质量浓度2-萘酚对种子发芽及幼苗生长量的影响 以蒸馏水为对照组，配置的2-萘酚溶液质量浓度分别为10 mg/L，20 mg/L，40 mg/L，60 mg/L，80 mg/L，100 mg/L.然后向培养皿中分别加入不同质量浓度的15 mL处理液，于25 ℃条件下培养，每隔24 h更换1次处理液.分别记录各个处理组种子的发芽数、芽长、根长及株高，并对测量数据进行统计处理，计算发芽率、根伸长抑制率、发芽指数等(注：发芽天数为8 d，第3天统计发芽势，第8天统计发芽率并进行根长、芽长及株高的测量).

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度2-萘酚对种子发芽率的影响

为测定2-萘酚溶液质量浓度对种子发芽率的影响，分别以6个不同质量浓度2-萘酚溶液进行实验，并监测计算其对大白菜种子发芽率的影响，实验结果见图1.

图1 不同质量浓度2-萘酚对白菜发芽率的影响

由图1可知：大白菜种子发芽率随着2-萘酚溶液质量浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势.在低质量浓度下，2-萘酚对种子发芽的促进作用表现不明显(高于对照组2.22 %)，而在高质量浓度下其对种子发芽则表现为抑制作用.2-萘酚的质量浓度增加到60 mg/L的时候，其抑制作用相对明显(发芽率要低于对照组23.33 %).因此，可以认为2-萘酚质量浓度对大白菜发芽率存在剂量效应关系.低质量浓度下对种子发芽起促进作用.这是因为在种子发芽过程中，发芽初期的吸胀作用为生长提供了水分，从而达到自身代谢的目的，且此时种子体内所吸收或累计的2-萘酚的含量相对较低，未达到对种子的发芽造成明显影响的质量浓度要求.

2.2 不同质量浓度2-萘酚对根伸长抑制率的影响

根伸长在蔬菜生长过程起到至关重要的作用，为此以6个不同质量浓度2-萘酚溶液进行实验，监测其对大白菜种子根伸长抑制率的影响，实验结果见图2.

图2 不同质量浓度2-萘酚对白菜根伸长抑制率的影响

由图2中可以看出：2-萘酚质量浓度为10 mg/L时，2-萘酚对大白菜种子的根伸长起到了促进作用，其根伸长较对照组增长了14.42 % .这可能是因为低质量浓度下其不足以对种子产生毒害作用，反倒为种子本身代谢提供了一部分所需营养组分，从而达到较低的促进作用. 但在高质量浓度(ρ≥10 mg/L)下，不同质量浓度2-萘酚对根的伸长表现均为明显的抑制作用,并且随着处理液质量浓度的增加，根伸长抑制率呈现出显著增加的趋势.在2-萘酚质量浓度为100 mg/L时，根伸长抑制率达到了93.97 %.这可能是因为质量浓度过高，超过了种子承受能力，而当种子发芽后吸收溶液中的2-萘酚,2-萘酚进入细胞影响并降低了RNA和DNA的活性,抑制其生长分裂过程[8].

2.3 不同质量浓度2-萘酚对株高的影响

株高是蔬菜实际生长中可以最直观观察的指标，因此，用不同质量浓度2-萘酚溶液进行实验，考查其对株高的影响，结果见图3.

由图3可知:株高随2-萘酚质量浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，在低质量浓度时其对株高作用表现为轻度的促进作用(高于对照组0.51 %)，而在高质量浓度下其抑制作用表现则较为明显.2-萘酚质量浓度增加到100 mg/L的时候，其抑制作用最为明显(低于对照组66.72 %).此处也可看出2-萘酚对株高的影响要小于其对根伸长的影响.这是因为种子发芽初期时2-萘酚与根部直接接触，但当植株的芽长出表面后，株高部分脱离与2-萘酚的接触，导致2-萘酚对其影响降低.而种子后期生长多受到根部吸收营养组分的影响，这表明根伸长的生态毒性敏感程度要高于株高的生态毒性敏感程度.

图3 不同质量浓度2-萘酚对白菜株高的影响

2.4 2-萘酚对种子发芽指标和幼苗生长的影响

为研究2-萘酚质量浓度对种子发芽指标和幼苗生长的影响，在种子培养过程中，定期采集相应数据，研究种子的发芽势(%)、芽长(cm)、发芽指数、活力指数及耐性指数，2-萘酚对大白菜种子萌发和成苗的影响结果见表1.由表1可知:种子的各项指标均随2-萘酚质量浓度的增加先增加后减少.低质量浓度时，处理组与对照组的各项指标相比并无显著性差异，表现为轻度的促进作用.只有质量浓度达到60 mg/L时，处理组与对照组才存在显著的差异.在2-萘酚质量浓度为40 mg/L以上时，种子活力指数的差异达到显著.当2-萘酚质量浓度达到80 mg/L及更高时，种子发芽后幼苗的生长几乎被污染物完全地抑制.目前，经常采用植物的IC50(半抑制率时抑制剂的质量浓度)值来评价污染物的生态毒性强弱[9-10].本研究中，2-萘酚单一污染对种子的IC50值为45.92 mg/L，即当抑制率达到50 %时，抑制剂2-萘酚的质量浓度为45.92 mg/L，由此可见2-萘酚对种子的生态毒性很强.

表1 不同质量浓度2-萘酚对种子发芽指标和幼苗生长的影响

3 结 论

(1)在实验所设置的质量浓度范围内,大白菜种子发芽率、芽长以及根伸长对2-萘酚单一污染的生态毒性敏感度为：根伸长>芽长>发芽率，即2-萘酚污染物对大白菜种子发芽生长过程是先影响其根部伸长，进而影响其地上部分生长.

(2) 2-萘酚单一污染对大白菜种子发芽及幼苗生长的毒害抑制作用均较为明显(除极低质量浓度的轻微促进作用).经2-萘酚溶液处理的大白菜种子在形成幼苗后,除极低质量浓度的促进作用外，后续高质量浓度下植株的生长高度明显降低，植株对2-萘酚的耐性也普遍降低,而随着污染物2-萘酚质量浓度的不断增加,植株高度的降低以及其耐性的减小变得越发明显，最终几乎达到完全抑制.

(3)实验得知:2-萘酚对大白菜种子发芽的允许剂量≤10 mg/L，伤害剂量≥20 mg/L，并且剂量越大伤害越高.

[1] 刘相伟.工业含酚废水处理技术的现状与进展[J].工业水处理,1998,18(2):4-6.

[2] 江月玲.水体酚类化合物污染对水稻幼苗生长的影响[J].植物学通报,1997,14(2):41-44.

[3] 张锦,李圭白,马军.含酚废水的危害及处理方法的应用特点[J].化学工程师,2001,83(2):36-37.

[4] 王慧,徐胜,陈玮,等.土壤菲污染对两种草坪草种子萌发及其幼苗生长的影响[J].生态学杂志,2011,30(8):1627-1631.

[5] 宋玉芳,许华夏,任丽萍,等.土壤重金属污染对蔬菜生长的抑制作用及其生态毒性[J].农业环境科学学报,2003,22(1):13-15.

[6] 宋玉芳,周启星,许华夏,等.重金属对土壤中小麦种子发芽与根伸长抑制的生态毒性[J].应用生态报,2002,13(4):459-462.

[7] 苏爱国,林匡飞,张卫,等.纳米TiO2对油菜种子发芽与幼苗生长的影响[J].农业环境科学学报,2009,28(2):316-320.

[8] 臧淑艳,尹利利,马原,等.乙酰甲胺磷和汞单一及复合污染对黄瓜发芽及幼苗生长的影响[J].地球与环境,2013,41(4):435-440.

[9] 周启星,王美娥.土壤生态毒理学研究进展与展望[J].生态毒理学报,2006,l(1):1-11.

[10]鲍艳宇,周启星,谢秀杰.四环素类抗生素对小麦种子芽与根伸长的影响[J].中国环境科学,2008,28(6):566-570.

Individual Effects of 2-Naphthol on Chinese Cabbage
Seed Germination and Seedling Growth

MA Yuan, ZANG Shu-yan, YIN Li-li, WANG Ting-ting

(Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, China)

Phenolic compounds are toxic and difficult to be biodegraded as important chemical materials.Because they are difficult to be removed completely by the conventional wastewater treatment works,they become a common pollutant in Chinese water environment.This paper investigated the eco-toxicity effects of single pollution of 2-naphthol on seed germination rate and seedling growth of Chinese cabbage.The results indicated that the eco-toxicity sensibility followed the order of root elongation >shoot elongation >germinating rate.The results provide basic information for further study of organic pollution eco-toxicity.

2-naphthol； seed germination； root elongation

2014-01-03

国家自然科学基金项目(40803037)；辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划项目(LJQ2011041)；辽宁省自然科学基金项目(201202176，20092054)；沈阳市科技计划项目(F12-277-1-84)

马原 (1990-)，男，内蒙古赤峰人，硕士研究生在读，主要从事环境地球化学方面的研究．

臧淑艳(1973 -)，女，吉林四平人，副教授，博士，主要从事环境地球化学方面的研究．

2095-2198(2015)04-0293-04

10.3969/j.issn.2095-2198.2015.04.002

X520

A