苯酚对红蓼种子萌发的影响

2018-03-03姚艳蓉吕俊平南芳茹谢树莲

山西农业科学 2018年2期

姚艳蓉，吕俊平，刘琪，南芳茹，谢树莲，冯佳

（山西大学生命科学学院，山西太原 030006）

苯酚（俗称石碳酸，C6H5OH）作为一种重要的有机合成原料，广泛应用于工业企业的化工产品生产中，同时也引发了严重的环境污染问题[1]。苯酚是一种具有毒性且易挥发的化学药品，它可以通过多种途径被人体吸收，并增加人体畸变、癌变和死亡的概率，现已被多国列为重点污染物[2]。相关研究表明，苯酚轻度污染的水体，会使鱼肉变味；苯酚中度污染的水体会导致淡水生物出现毒性；而当水体含酚量较高时则会引发大面积鱼类死亡[3]。

现阶段所使用的降低水体中苯酚质量浓度的方法有3类。第1类是通过物理法处理含酚废水，主要有吸附法、曝气法、液膜法、溶液萃取法等；第2类是应用化学方法，包括氧化法、光催化法、沉淀法等处理含酚废水；第3类是生物降解法处理含酚废水，其中，活性泥法和生物膜法应用范围较广[4-5]。通常，物理法中膜分离操作较复杂且花费高；化学法往往效果不甚理想，如萃取法易造成二次污染[4]；相比较而言，生物法去除苯酚具有多种优势，简单美观，经济实用，不会造成水体的二次污染等[5-6]。

植物修复技术是一项多学科交叉且对环境无害的新兴绿色生物技术，目前已成为世界各国的热门研究项目。植物不仅可以耐受并吸收、挥发、降解、根滤、吸附和稳定环境中的无机或有机污染物质[7-9]，而且还兼具景观优化效果、简单便捷、经济实惠、无二次污染、风险可控、食物链参与较少等优点[10]。植物修复技术虽然在有机物导致的污染处理方面已崭露头角，但若要成为真正成熟的污染处理方法并应用于市场化推广，仍需进行更深入的研究[11]。

红蓼（Polygonum orientale Linn.）属于蓼科蓼属1年生草本植物。其花淡红色至淡粉色，种子为黑色具蜡质角质层且由坚硬的种皮包被；多生于路旁和水边湿地，分布于我国各地，以中部和北部较多。关于红蓼的研究多集中在其药用价值、农用杀虫，及其在水体净化中的应用效果等方面[12-16]。杨立红[17]研究表明，红蓼对磷富营养化水体中总磷去除效果非常明显（去除率93.83%～99.19%）。王凯等[18]研究发现，红蓼可以应用于焦化废水的水体净化，红蓼对苯酚的耐受范围≤80 mg/L，在其耐受范围内红蓼对苯酚有较强的去除能力，可以将80 mg/L的苯酚在12 d内几乎完全去除，并可在苯酚的胁迫下保持正常的形态特征和良好的生长状态[19]。

种子萌发是植物生命周期的重要阶段。在极端环境下，种子的耐受力极强。本研究探讨苯酚胁迫下红蓼种子的萌发情况，旨在更好地为红蓼植物修复技术应用提供理论基础及数据支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

红蓼种子于2016年10月底采收于山西省太原市汾河河畔。待种子晾干后去掉表面花瓣，选取黑褐色、有光泽、颗粒饱满的种子于室温储存。

1.2 试验方法

1.2.1 种子预处理取红蓼种子适量，用蒸馏水反复洗涤3次后浸泡3 d，再包入蒸馏水浸润的纱布中，放入自封袋内置于4℃冰箱内低温层积，冷处理10 d以打破红蓼种子的生理休眠。取98%浓硫酸适量倒入晾干的种子中，不断搅拌5 min后立即用大量蒸馏水将种子洗净，以破除红蓼种皮障碍。将红蓼种子在超净工作台内用75%乙醇消毒处理30 s，再用1 g/L的氯化汞消毒处理4 min，用无菌水冲洗3次，晾干。

1.2.2 种子发芽试验配制质量浓度为160，80，40，20，10，5，0 mg/L 的苯酚溶液，其中，不含苯酚组为对照组，另6组为试验组，每组重复3次。在试验所用培养皿中加入一定量脱脂棉用于蓄水，并在脱脂棉上铺一张滤纸，经121℃高压蒸汽灭菌20 min后烘干备用。取一定量上述不同浓度的苯酚溶液分别加入培养皿，在每个培养皿中均匀放入经1.2.1预处理的红蓼种子50粒，置于25℃半光照培养箱中培养。每组定期加适量的各浓度苯酚溶液，以保持湿润。用TTC法检测未萌发的种子是否具有生活力。记录开始发芽的天数，每天记录发芽种子数，霉烂种子数，根据记录数据计算以下5项指标。

其中，Gn为逐日发芽数，Tn为相对应的天数。

1.2.3 种子萌发时浸出液的电导率测试用分析天平称取4组0.5 g经1.2.1预处理的红蓼种子，分别装入容量为100 mL的无菌烧杯中。分别在烧杯中加入0，10，40，160 mg/L的去离子水配制的苯酚溶液30 mL，用电导率测试仪每隔2 h测一次上述溶液的电导率（测量时注意避免探头接触到种子），记录测得的数值。

1.3 数据统计分析

使用SPSS 17.0软件对数据进行分析，使用Excel 2007进行绘图、制表。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度苯酚对红蓼种子发芽率的影响

供试7 d内，各处理组及对照组中均有种子萌发，红蓼种子的发芽率如图1所示。未发芽的种子经TTC法测定均具备生活力。红蓼种子在不同质量浓度苯酚溶液水培条件下的发芽情况由高到低依次为5mg/L＞10mg/L＝20mg/L＞0mg/L＞40mg/L＞80 mg/L＞160 mg/L。苯酚质量浓度为5 mg/L处理组的发芽率达到44%，明显高于对照组（P＜0.05）。其他处理组与对照组相比没有显著性差异。

2.2 不同质量浓度苯酚对红蓼种子发芽势的影响

在种子发芽试验过程中，发芽高峰日的种子数与有生活力的种子数的比例即为种子发芽势。该项指标值越高，则表示种子的生活力越强。计算所有红蓼种子的平均发芽率日增长量，即第2，3，4，5，6，7 天的平均发芽率日增长量分别为3.33%，3.33%，1.90%，3.81%，4.86%，4.29%，故确定第6天为发芽势之日。如图2所示，当苯酚质量浓度为5 mg/L时，红蓼种子发芽势达到37.33%，略高于其他试验组及对照组，但差异不显著。其他处理组与对照组相比均没有显著差异。

2.3 不同质量浓度苯酚对红蓼种子其他形态指标的影响

发芽指数是衡量种子生活力好坏的一项指标，指种子失去发芽力之前已经发生劣变的量。从表1可以看出，在含有不同质量浓度苯酚溶液中生长的红蓼种子发芽指数由小到大的处理质量浓度依次为 5，0，10，20，40，80，160 mg/L。

表1 苯酚对红蓼种子种子霉烂率、发芽指数和平均发芽天数的影响

平均发芽天数可以用来判断种子发芽的快慢，其数值越小，代表种子发芽速度越快。从表1可以看出，5 mg/L苯酚处理组的红蓼种子的平均发芽天数较其他试验组及对照组略长，但差异不明显。红蓼种子霉烂率各组间差别较大，没有明显规律。

2.4 不同质量浓度苯酚对红蓼种子浸出液电导率的影响

从图3可以看出，在红蓼种子浸种最初的10 h内，随着时间的增长，各处理组浸出液的电导率均呈增长的趋势。从第2小时起，对照组电导率的增长幅度开始低于试验组，在试验测试的第10小时时，对照组的电导率为151.19 μS/（cm·g），而苯酚溶液质量浓度分别为10，40，160 mg/L的试验组电导率依次为：164.32，169.85，170.58 μS/（cm·g），对照组电导率的增长量明显低于试验组（P＜0.05）。

3 讨论

当水体中苯酚质量浓度较低（5 mg/L）时，红蓼种子发芽率较对照组有显著性提高，由此可以得出，当苯酚溶液处于较低浓度时，对红蓼种子的发芽率有促进作用，其原因可能是由于低浓度的苯酚可以刺激种子产生生长激素。李清等[20]研究发现，作为土壤硝基酚类化合物指示植物的上海青，在受到低浓度（6 mg/kg）污染时，其种子的发芽率较对照有所提高，分析其原因可能是由于污染物能引起种皮组分改变，从而促进种子萌发。

ZACKRISSON等[21]研究发现，矮灌木（Empetrum nigrum）在茂盛生长时可以分泌某些酚类物质，抑制其他物种萌发及幼苗生长。而红蓼种子在苯酚质量浓度为10～160 mg/L时，处理组与对照组相比发芽率无明显差异，且在本试验的苯酚质量浓度区间（5～160 mg/L）内，没有发现其对红蓼种子萌发有明显的抑制效果。可以尝试红蓼和矮灌木搭配种植，更好地利用植物修复技术修复生态环境。

当苯酚的质量浓度在5～160 mg/L时，种子的发芽势、发芽指数以及平均发芽天数与对照组相比没有显著性差异，说明在供试的苯酚浓度区间内（5～160 mg/L），苯酚对红蓼种子的发芽势、发芽指数和平均发芽天数均没有发生明显的抑制现象。

电导率是用来表示种子活力的一种基本检测方法之一，简单便捷且科学可靠。活力越高的种子其自身细胞膜对损伤的修复能力越强，浸泡在水中后，渗透到水中的电介质或可溶性物质较少，因此，种子浸泡液电导率较低[22]。本试验结果表明，试验组电导率显著高于对照组，即试验组种子均遭受了不同程度的苯酚毒害损伤。但与发芽率结合分析，这种毒害损伤并未达到抑制红蓼种子萌发的程度。

在王凯[19]的试验中，质量浓度为5 mg/L的苯酚溶液对红蓼植株生长有促进作用，这与本试验使用5 mg/L的苯酚溶液促进红蓼种子萌发的结果基本一致。王凯[19]试验表明，红蓼植株的苯酚耐受程度为80 mg/L，而本试验中160 mg/L的苯酚溶液依然未达到红蓼种子萌发的最大耐受程度。经调查，汾河水体中苯酚质量浓度一般为4.68～82.17 mg/L。因此，本试验结果可以证明红蓼种子在汾河水体中的萌发不会受到苯酚的抑制。

在试验过程中，红蓼种子因其种子自身特性，种皮坚硬不易打破休眠，存在发芽难、出苗整齐度不理想的问题，试验虽然采取了许桂芳等[23]的试验方法，用98%浓硫酸打破种子休眠，但是发芽率仍不甚理想。其次，由于苯酚挥发性强，需要在通风橱内进行试验，致使试验环境未能达到严格无菌条件；红蓼种子由于有种皮保护，与黄瓜[24]等其他种子相比不能完全灭菌。霉菌孢子萌发后快速生长，被感染的种子存在不能及时分离的问题，这对试验结果有一定的影响。后期试验中可以采用向培养皿中添加青霉素、盘尼西林等抑菌剂[12]或用紫外光短时间照射等对试验方法进行改进。

综上所述，红蓼种子虽然在水体苯酚质量浓度为5～160 mg/L的区间内受到了不同程度的损伤，但是它仍然可以正常萌发、生长。同时，经王凯前期研究表明，红蓼对水体中的苯酚有良好的吸附能力，它可以将80 mg/L的苯酚在12 d内几乎完全去除[19]。因此，红蓼可作为一种良好的植物修复材料应用于水体中苯酚的处理。

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