邻苯二甲酸酯对葡萄植株生物量、根系形态及物质构成的影响

2020-09-09李海峰刘志刚刘河江郭红梅任红松

山东农业科学 2020年8期

李海峰，刘志刚，刘河江，郭红梅，任红松

（1.新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番 838000；2.新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，新疆乌鲁木齐 830091）

邻苯二甲酸酯（phthalic acid esters，PAEs）又称酞酸酯，俗称塑化剂，是一种人工合成的有机化合物，作为增塑剂的添加量高达20%～60%［1］。PAEs与塑料的结合并不稳定，在生产、使用、废弃等过程中很容易迁移到外界环境中，造成土壤、水、空气污染［2，3］。研究表明，PAEs是一种具有毒性的环境激素，具有致突变、致癌和致畸性，难以自然降解，并能长久地滞留于环境中。农作物对PAEs具有吸收累积效应，最终通过食物链危及人类健康［4，5］。

随着现代农业生产中地膜的大量应用，PAEs在土壤中逐年累积，对农作物的生长、产量、产品品质造生诸多不利影响。早在20世纪70年代，我国就有因邻苯二甲酸酯造成农作物死亡的报道［6］。安琼等［7］研究发现，10 mg／kg邻苯二甲酸正二丁酯（DBP）或邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）处理土壤后，对青花菜、花椰菜、辣椒等蔬菜幼苗生长产生严重的毒害作用。尹睿等［8］发现DBP或DEHP污染能够降低番茄和雍菜维生素C含量。

目前，大多数研究关注于蔬菜等一年生农作物，而对葡萄等多年生果树的研究鲜有报道，且葡萄与蔬菜在形态及生理结构等方面有着显著区别。为此，本研究采用盆栽试验方法，测定并分析不同水平邻苯二甲酸酯污染物处理下葡萄植株生物量、根系形态及物质构成，旨在探讨PAEs对葡萄生长的危害性，并为葡萄安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验土壤为棕漠土，为当地主要土壤类型。理化性状为 pH值 7.72，有机质 114.6 g／kg、碱解氮224.5 mg／kg、有效磷 21.2 mg／kg、速效钾 178.0 mg／kg。

1.2 试验材料

供试葡萄品种：三年生无核白葡萄，为吐鲁番地区主栽品种。

供试邻苯二甲酸酯污染物：邻苯二甲酸正二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）、邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）。

1.3 试验方法

试验于2019年4—9月在新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所实验基地进行。试验采用盆栽方式，花盆材质为陶瓷，直径40 cm，高32 cm，每盆装土8 kg。盆栽土壤中邻苯二甲酸酯污染物水平分别设置为空白（0 mg／kg）、低污染水平（10 mg／kg）、高污染水平（50 mg／kg），记为 CK、T1和T2处理，每处理重复4次。为减少大气中PAEs污染物对试验的干扰，每盆均加盖玻璃罩，玻璃罩两侧设置通风口，以保证葡萄正常生长。

1.4 指标测定

试验结束时，用清水洗净根系，吸去多余水分，于根茎处将其分为地上和地下两部分，测定根长（根基部至根尖最长处）、侧根数、根直径、根体积、地下生物量（根系干重）、地上生物量（地上部干重）。总生物量＝地上生物量＋地下生物量；根冠比＝地下生物量／地上生物量。根系总糖测定采用蒽酮比色法［9］，蛋白质测定采用考马斯亮蓝法［10］。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，单因素相关显著性检验采用LSD（least significant difference）法，置信水平为95%。

2 结果与分析

2.1 PAEs对葡萄单株生物量及根冠比的影响

由图1可以看出，与CK相比，T1、T2处理的葡萄植株地下、地上生物量及总生物量均降低，其中T1与CK无显著差异，T2与CK差异显著。表明PAEs对葡萄生物量的积累具有抑制作用，浓度越高，抑制作用越明显。

由图2可以看出，T2处理的葡萄根冠比最高，且T1、T2处理均高于CK，但各处理间差异不显著。

图1 PAEs对葡萄单株生物量的影响

图2 PAEs对葡萄根冠比的影响

2.2 PAEs对葡萄根系形态的影响

由表1可以看出，与CK相比，T1、T2处理的葡萄根长、根直径、侧根数、根体积均降低，其中T1各根系指标与CK无显著差异；T2处理除根直径外，其它指标均与CK差异显著，根长、根直径、侧根数、根体积较 CK分别减少 26.25%、11.21%、24.49%、17.59%。表明高浓度 PAEs对葡萄根系的生长具有显著抑制作用。

表1 PAEs对葡萄根系形态的影响

2.3 PAEs对葡萄根系总蛋白、总糖含量的影响

由图3、图4可以看出，T1、T2处理的葡萄根系总蛋白、总糖含量均低于CK，其中，T1处理与CK差异不显著，T2处理显著低于CK，分别减少15.1%、2.2%。表明高浓度 PAEs处理下，根系总蛋白、总糖量累积受到明显抑制。

2.4 PAEs与葡萄根系形态特征及物质含量的相关性分析

由表2可以看出，PAEs与根直径、根体积呈极显著负相关，相关系数分别为 -0.834、-0.833；PAEs与地下生物量、根长、侧根数、总蛋白含量呈显著负相关，相关系数分别为 -0.734、-0.681、-0.696、-0.732；根冠比和根系总糖含量与PAEs无显著相关性。表明PAEs对葡萄根系的生长及物质积累具有负面效应。

图3 PAEs对葡萄根系总蛋白含量的影响

图4 PAEs对葡萄根系总糖含量的影响

表2 PAEs与葡萄根系形态特征及物质含量的相关系数

3 讨论

根系生物量、长度、数量、蛋白质和糖含量等指标能够反映植物生长状况。研究表明，PAEs对植物生长具有毒性效应，能够抑制植物愈伤组织分化，影响细胞分裂，使植物生长缓慢，对农作物产量、品质产生不利影响［11-14］。

根系能将水分和无机盐输导到地上部，也可将地上部的光合产物、有机养分和生理活性物质送至根系。植物根系的生长状况直接影响地上部的生长发育及产量形成。本试验结果表明，邻苯二甲酸酯对葡萄根系的正常生长产生了抑制效应，高浓度处理的抑制作用更明显。戚云［15］研究DBP、DEHP对小麦毒理学效应发现，其均明显抑制小麦幼苗的总根长、总根表面积、平均根系直径和根尖数，且浓度越高抑制作用越强。张娜［16］研究表明，须根类植物对邻苯二甲酸酯类化合物较敏感，DBP、DEP、DOP、DEHP四种邻苯二甲酸酯类化合物对植物根的伸长均具有抑制作用，其中DBP的抑制作用最大。也有研究表明，低浓度邻苯二甲酸酯类化合物对秋茄幼根长、株高等形态指标表现为促进作用，且呈现先升高后降低的趋势［17］。说明邻苯二甲酸酯对植物的抑制作用与处理浓度相关。

可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，高含量的蛋白质能提高植物细胞的保水能力，维持细胞较低的渗透势，对细胞膜起到保护作用。有研究表明，在DBP单一作用下，小白菜可溶性蛋白含量随其作用浓度的升高呈先下降后上升再下降的趋势，期间各处理可溶性蛋白的含量均低于空白对照，而可溶性蛋白再次下降可能是因为DBP的胁迫作用超过了植物的耐受值［18］。Rezaei等［19］使用DBP处理欧榛，发现其细胞内的蛋白质含量下降，引发了膜脂过氧化。本试验结果也显示，PAEs处理下的葡萄根系总蛋白含量均低于对照，且高污染水平下的含量更低，与对照差异显著。因此，PAEs可限制葡萄根系生长，并抑制根系蛋白的合成。

植物中的糖是光合作用的产物，其含量的变化也能反映植物遭受逆境胁迫的程度。张慧芳［20］研究发现，随着邻苯二甲酸酯浓度的增大，小麦叶片可溶性糖含量整体呈上升趋势，当浓度为384μg／kg时，可溶性糖含量下降，表明该浓度下小麦幼苗已受到严重伤害。本试验中，PAEs处理的葡萄根系含糖量呈下降趋势，可能是因为处理浓度较大所致，说明PAEs高污染水平对葡萄植株可造成伤害，抑制糖合成。