石油污染胁迫对苜蓿种子萌发的影响

赵丽君+张凤杰+曲艳平+刘璐+李帅国+顾瑞婷+钱芮

摘 要：采用室内培养方法，研究石油污染胁迫对苜蓿种子萌发的影响。结果表明，石油胁迫延长了种子的发芽期，但对发芽率和发芽势影响并不显著，根长和芽长受石油污染抑制作用明显，尤其是根长，在25 mg·L-1低浓度处理中表现出显著的受害症状（P<0.01）；石油浓度为250 mg·L-1时，根长及芽长抑制作用明显下降，并且对叶绿素含量无明显影响。苜蓿的根和幼苗的过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量随石油浓度的增加呈现相应响应，总体来看，根和幼苗中的POD，CAT活性及MDA含量呈现先升高后降低的变化趋势。

关键词：石油污染；苜蓿；种子萌发；生理指标

中图分类号：S541+.9 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.09.020

Abstract： The effects of oil pollution stress on germination of alfalfa seeds were studied by indoor culture method. The results showed that the germination period of alfalfa oil stress prolonged， but there were no significant influence on germination rate and germination potential of alfalfa seed. The root length and bud length were significantly inhibited by oil pollution， especially the root length， which showed significant symptoms of 25 mg·L-1 in low concentration （P<0.01）. When the oil concentration was 250 mg·L-1， the inhibition of root length and shoot length was significantly decreased， and there was no significant effect on chlorophyll content. Peroxidase of alfalfa root and bud （POD）， catalase （CAT） activity and malondialdehyde （MDA） content decreased with the increase of the oil concentration of the corresponding response. Overall， the POD， CAT activity and MDA content in roots and shoots showed the trend of the first high and the lower.

Key words： oil pollution； Medicago sativa； seed germination； physiological index

石油开采、存放和运输过程中因泄漏和废弃物不合理排放造成的土壤石油污染已经成为重要的环境问题之一。石油属于混合物，主要包括烷烃、芳香烃，以及难降解的沥青质[1]，对许多植物组织器官有生物学毒性，特别是其中的一些芳香烃组分，不仅具有强烈的致癌、致畸和致突变毒性，还能通过食物链在动植物体内生物富集和放大，对人体健康造成严重的威胁[2-4]。有研究表明，土壤中的石油烃的检出深度主要在0～30 cm的土壤表层，引起土壤碳源大量增加，直接导致土壤中C与N比例失调以及酸碱度的变化，破坏了土壤结构，影响土壤的疏松程度和通气状况[5-9]。土壤是植物生长的主要基质环境，土壤石油污染对植物造成直接的威胁和伤害。研究发现，轻度石油污染会引起某些植物种子萌发率下降、生长发育迟缓、生物量下降，重度污染则会导致植物死亡，从而引起生态系统严重退化[10-12] 。

目前，世界石油年产总量已达2.2×1012 kg，每年约有8×109 kg石油污染物进入环境，在我国每年的新增污染土壤也有近1.0×108 kg [13]。在天然草原和农田區域因石油开采造成的土壤石油污染也十分严重。能够耐受石油污染的草本植物将是土壤植物修复技术的首选，尤其能改良土壤的豆科植物对石油污染耐受性问题备受关注。

本研究采用模拟石油污染胁迫的室内培养试验，系统分析豆科植物苜蓿种子萌发对石油污染胁迫的响应，初步探索紫花苜蓿对石油污染的耐受性，旨在为石油污染土壤的生物修复机制提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试苜蓿为紫花苜蓿（Medicago sativa L.），为豆科多年生草本植物，是世界各国广泛栽培的绿肥，购自大连某草业公司；供试模拟石油污染物为柴油，购自大连开发区某加油站；试验所需试剂均为分析纯，为天津科密欧试剂公司提供。

1.2 试验设计

石油浓度分别为0，25，50，100，250，500 mg·L-1，每处理6个重复。参照OECD方法[11]进行种子发芽及根伸长试验，将苜蓿种子用2% H2O2浸泡15 min后，用蒸馏水反复冲洗，在培养皿内用蒸馏水浸泡0.5 h，用镊子将浸泡好的种子腹沟朝下，均匀摆在发芽床上，每皿40粒，将培养皿随机均匀放在光照培养箱内，（25±1） ℃，光照强度为400 μmol·（m-2·s-1），光照周期12 h/12 h（光/暗），相对湿度75%左右。

1.3 测定指标及方法endprint

每天观察并记录发芽情况，试验进行第3天计算发芽势，第5天发芽结束计算发芽率，随机取出20棵幼芽，测量根和芽长度及其鲜质量；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用紫外分光光度法测定过氧化氢酶（CAT）活性；采用2-硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量。

1.4 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据处理，以平均值±标准差表示各指标大小；采用LSD法及SPSS检验差异显著性和相关分析。

2 结果与分析

2.1 石油污染对苜蓿种子发芽生长及其相对生长量的影响

石油胁迫对苜蓿发芽率及发芽势、根长和芽长的影响结果如表1所示。由表1可知，石油污染浓度对发芽率和发芽势影响不显著，但苜蓿种子延迟1 d发芽；石油污染浓度对苜蓿根长及芽长的影响差异显著（P<0.01），在50～500 mg·L-1范围内，根长和芽长呈现波动性抑制趋势，100 mg·L-1时对根长和芽长的影响最大，抑制率分别为45.7%和59.5%，说明石油浓度在100 mg·L-1时对苜蓿的根长和芽长生长具有更明显的抑制作用。

由图1可知，石油质量浓度在25 mg·L-1时，对苜蓿的根和幼苗单株生物量具有抑制作用，其他浓度影响并不大，说明紫花苜蓿对于石油污染胁迫具有良好的抗逆性[14]。

2.2 苜蓿幼苗和根中MDA含量变化及对污染胁迫的敏感性

MDA是膜脂过氧化产物之一，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱。从图2可以看出，0～ 25 mg·L-1范围内，苜蓿根中MDA含量急剧增加，根和幼苗明显出现黄化现象；随着石油污染浓度的增大，根中丙二醛含量增加缓慢，呈现上升趋势；25 mg·L-1的低浓度时，根和幼苗中丙二醛含量最高，且对根的影响极其显著。从表3可以看出，根对石油污染反应更加敏感，且与根和幼苗鲜质量及根芽长度呈负相关，根中MDA含量与其根鲜质量呈显著负相关，幼苗中MDA含量与其生长指标相关性较差。可见，苜蓿根的生长指标受到石油污染胁迫的影响大于苜蓿的幼苗。

2.3 石油污染胁迫下苜蓿根和幼苗中酶活性与生物量的关系

过氧化物酶、过氧化氢酶是植物体内重要的催化酶。从表2可以看出，石油污染对苜蓿幼苗中的POD，CAT活性具有一定的刺激作用，在低浓度25 mg·L-1和高浓度500 mg·L-1极显著，浓度为100～250 mg·L-1时与较低或较高浓度相比对酶活性影响较小（图3）。同时从表3还可以看出，根中POD，CAT活性与其鲜质量具有明显负相关性，根中POD活性及幼苗中CAT活性与其鲜质量具有极其显著的相关性（P<0.01），幼苗中CAT活性与根鲜质量、幼苗中POD活性与幼苗鲜质量以及CAT活性与呈显著负相关（P<0.05）。

3 结论与讨论

本研究结果表明，石油污染延迟了苜蓿种子的萌发时间，对根和幼苗的长度影响较大（P<0.01）；但对发芽势、发芽率、根芽鲜质量的影响不明显。在石油质量浓度为25 mg·L-1时幼苗受影响效果显著（P<0.05），MDA含量是對照组3.1倍，根比幼苗对石油污染胁迫响应更为敏感。在石油质量浓度50～500 mg·L-1时，随着脂膜过氧化程度增加，在MDA含量增加的同时POD及CAT活性明显增加，消除了对脂膜的毒害作用，且MDA含量及POD，CAT活性与根苗鲜质量呈显著负相关。在石油污染胁迫的条件下，植株生物量的大小反映其抗逆性的强弱，相对生物量越大抗逆境能力愈强[14-15]。苜蓿的单株生物量在一定污染浓度范围内并未受到抑制。因此，紫花苜蓿在25～500 mg·L-1污染浓度范围内对石油污染土壤具有一定的耐受能力，具有修复石油污染土壤的潜力。

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