4种葫芦科植物对酞酸酯的胁迫反应与吸收

张 明, 游广永, 崔 军, 欧阳琰

(1.环境保护部南京环境科学研究所,江苏 南京 210042；2.盐城师范学院江苏省盐土生物资源研究重点实验室，江苏 盐城 224002)

4种葫芦科植物对酞酸酯的胁迫反应与吸收

张 明1, 游广永1, 崔 军2, 欧阳琰1

(1.环境保护部南京环境科学研究所,江苏 南京 210042；2.盐城师范学院江苏省盐土生物资源研究重点实验室，江苏 盐城 224002)

通过水培方法，研究了4种不同葫芦科植物对酞酸酯的胁迫反应与吸收作用.结果表明，黄瓜、南瓜、丝瓜在一系列PAEs浓度胁迫下其常见生理指标变化差异不大，在低浓度时对某些指标还具有促进作用，在一定范围内对PAEs具有较好的耐受能力.对DBP的吸收作用，黄瓜和南瓜根部含量远大于冬瓜和丝瓜(P<0.05)；除冬瓜外，其余三种植物的地上部DBP含量均大于根部的含量(P<0.05).对DEHP的吸收作用，4种植物的根部含量均远高于各自地上部的；冬瓜和黄瓜根部含量明显大于南瓜和丝瓜(P<0.05)；南瓜地上部的含量显著大于其余三种植物地上部的含量(P<0.05).4种葫芦科植物对DBP和DEHP的吸收能力强于一些常见的叶菜类植物.黄瓜和南瓜比其余两种葫芦科植物对DBP和DEHP均有更强的吸收能力，是PAEs修复的潜力植物，较适于在酞酸酯污染土壤中种植.

酞酸酯; 植物修复; 葫芦科; 胁迫反应

酞酸酯(phthalic acid esters, PAEs)，又称邻苯二甲酸酯，是环境激素类的有机化合物[1]，广泛用于各类塑料制品、包装材料、医疗用品及化妆品等.塑料产品的生产、使用、丢弃和处置过程伴随着PAEs的大量释放，从而污染了大气、水体和土壤环境[2].在自然条件下，PAEs具有较强的反应活性，容易被降解，水溶性低，脂溶性高[1]，但土壤理化性质的差异导致PAEs在土壤中呈现特殊的环境行为[2]，以及土壤独特的结构体系，导致PAEs在其中大量富集，并影响到土壤环境质量和农产品质量，威胁到环境安全[3].

我国土壤总体上均已遭受PAEs不同程度的污染，含量一般在g·kg-1至mg·kg-1数量级[4].土壤中的PAEs通过挥发、淋溶、植物吸收等不同途径进入大气、水体、植物等自然介质中[5,6]，对生态系统的结构和功能的稳定性构成潜在危害，引发全球性环境污染和人类健康风险[7].土壤PAEs通过食物链延伸或生产生活中的直接接触进入人体[8]，会干扰人体正常内分泌，扰乱生殖系统和生长发育功能[9].此外，长时间暴露于某些PAEs化合物将会影响机体免疫功能，产生“致突、致畸和致癌效应”[10].因此，开展区域土壤PAEs植物修复技术研究，不仅有利于制定PAEs污染土壤的修复治理措施，而且对保障生态环境与人类健康具有重要意义.

目前国内外对酞酸酯污染物与植物之间的相互作用研究， 更多地侧重于植物吸收修复方面，对酞酸酯污染物如何影响植物生长的报道较少[11]，对葫芦科植物的胁迫性影响更是鲜有报道.本试验以4种葫芦科植物为材料，初步探讨了不同葫芦科植物在对酞酸酯的胁迫反应和吸收作用，旨在为酞酸酯污染土地的农作物栽培和土壤修复提供依据.

1 材料与方法

1.1 植物培养

受试植物为丝瓜(雅绿六号)、南瓜(蜜本三号)、冬瓜(铁柱168)及黄瓜(抗病二号).在胁迫试验中，种子发芽后于1/4 Hoagland水培液中育苗两周，待长出两片真叶后，转移至装有100 mL的1/4 Hoagland水培液中.分别从500、2 500、5000和10 000 mg·L-1的DBP和DEHP混合甲醇溶液中取0.1 mL加入到100 mL水培液中，配成总PAEs浓度分别为1、5、10和20 mg·L-1的加标水培液.每种植物每个浓度4个重复.空白对照(CK)加入等量的甲醇.每3天更换1次营养液并重新加入相应浓度的PAEs.22天后收获植物，测定植物相关生理指标.在植物吸收试验中，DBP和DEHP的处理浓度均为10 mg·L-1，其余与胁迫试验一致.

1.2 植物根系形态测定

根系形态特征使用加拿大Regent Instruments公司生产的WinRHIZO根系分析系统进行测定.将根系样品放置在30×40 cm树脂玻璃槽内，并注水至3～4 mm深，使根系充分散开，双面光源扫描根系，经专用数字化软件(WinRHIZO 2008a)分析后获得根长、根表面积、根体积、平均根直径等形态指标.

1.3 植物PAEs测定

准确称取植物样品0.5 g(精确至0.000 1 g)于离心管中，加入回收率指示物.加入20 mL提取液(丙酮∶正己烷=1/1，v/v)，振摇数下，超声提取20 min，13 000 r·min-1离心10 min，合并上清液于鸡心瓶中.样品抽滤后旋蒸至约0.5 mL.浓缩后样品过层析柱净化(填料由下至上为12 cm中性硅胶，6 cm中性氧化铝，1 cm无水硫酸钠).加入20 mL正己烷淋洗并弃去，加入70 mL二氯甲烷/正己烷(v/v=3/7)淋洗并弃去，加入40 mL洗脱液丙酮/正己烷(v/v=1/4)并收集于鸡心瓶中.旋蒸至0.5 mL后将样品转移到2 mL进样瓶中，用适量正己烷润洗鸡心瓶.氮吹至小于1 mL后，加入内标，准确定容至1 mL，用涡旋器搅匀后保存至-20 ℃冰箱中待GC-MS检测.

2 结果与分析

2.1 PAEs胁迫对葫芦科植物生长的影响

本研究主要关注不同PAEs污染水平下不同属葫芦科植物的生长状况.不同处理下3种葫芦科植物的生物量比较见表1.从表1可以看出，黄瓜的根部生物量随着PAEs处理浓度增大呈现低浓度增大，高浓度减小的趋势，低浓度和高浓度下生物量有显著性差异(P<0.05).黄瓜地上部生物量随处理浓度增大变化不大(除20 mg·L-1处理)，但各处理间没有显著性差异.南瓜根部和地上部随处理浓度增大而减小，但各处理间差异不显著.添加PAEs处理后，丝瓜的根部和地上部生物量与对照相比均有所增大(除10 mg·L-1处理的根部)，但各处理间也没有显著性差异.

3种葫芦科植物的根系形态数据见表2～表4.可见，黄瓜、南瓜、丝瓜的总根长、根表面积、根体积都随着处理浓度增大而减小，部分数据在低浓度处理时比对照略有增大，但由于标准差较大导致不同处理之间没有显著性差异.在实验过程中发现，几种植物的根系在PAEs的胁迫下有变粗的现象，这点从根系平均直径的数据也能看出，PAEs处理的根系平均直径比对照的有所增加，但各处理间没有显著性差异(除20 mg·L-1处理下的丝瓜外).

表1 不同处理下3种葫芦科植物的生物量1)Table 1 Biomass of 3 Cucurbitaceae plants under different concentrations of PAEs (g·株-1, DW)

1)表中不同字母表示同一指标不同浓度处理间存在显著差异.

表2 丝瓜根系形态特征1)Table 2 Root morphology of L.cylindrica

1)表中不同字母表示同一指标不同浓度处理间存在显著差异；数据均为4个平行试验.

表3 南瓜根系形态特征Table 3 Root morphology of C.moschata

1)表中不同字母表示同一指标不同浓度处理间存在显著差异；数据均为4个平行试验.

表4 黄瓜根系形态特征1)Table 4 Root morphology of B.hispida

1)表中不同字母表示同一指标不同浓度处理间存在显著差异.

2.2 葫芦科植物对酞酸酯的吸收作用

4种植物对DBP和DEHP的吸收情况分别见图1和图2.可以看出，4种葫芦科植物的根部和地上部都检测到DBP和DEHP.对DBP而言，黄瓜和南瓜根部含量分别达到99.89和106.27 mg·kg-1，远大于冬瓜(23.21 mg·kg-1)和丝瓜(2.79 mg·kg-1)(P<0.05).除冬瓜外，其余三种植物的地上部DBP含量均大于根部的(P<0.05)，其中黄瓜为174.05 mg·kg-1，南瓜为126.4 mg·kg-1，丝瓜为69.42 mg·kg-1.对DEHP而言，4种植物的根部含量均远高于各自地上部的.冬瓜和黄瓜分别为149.67和152.15 mg·kg-1，明显大于南瓜(89.63 mg·kg-1)和丝瓜(78.05 mg·kg-1)(P<0.05).南瓜地上部的含量为14.27 mg·kg-1，与其余三种植物地上部的含量有显著性差异(P<0.05).

图1 4种葫芦科植物根部和地上部DBP含量Fig.1 DBP content in the root and aboveground part of 4 Cucurbitaceae plants

从总体上看，DEHP主要富集在植物的根部，而DBP则在根部和地上部皆有富集.DBP的辛醇—水分配系数(logKOW)为4.45，小于DEHP的7.50.研究表明，疏水性有机污染物(logKOW>3.0)被根表面强烈吸附，不易向上迁移，而亲水性有机污染物(logKOW<0.5)不易被根吸收或较难通过植物的细胞膜，而中等亲水性有机污染物(logKOW=0.5～3.0)则较易被植物吸收转运.在本研究中，DBP可以较大量地被转移至地上部，但DEHP则主要被阻隔在根部而较难往地上部转运.

表5和表6分别是本研究与其他研究者结果的比较.可以发现，4种葫芦科植物对DBP和DEHP的吸收能力强于一些常见的叶菜类植物.综合来看，4种植物中，黄瓜和南瓜比其余两种葫芦科植物对DBP和DEHP均有较强的吸收能力，是PAEs修复的潜力植物.

表5 本研究样本与其他研究植物对PAEs的吸收能力比较(根部)1)Table 5 Comparisons of root absorbability to PAEs between Cucurbitaceae plants and other vegetables

表6 本研究样本与其他叶菜类植物对PAEs的吸收能力比较(地上部)Table 6 Comparisons of absorbability of aboveground part to PAEs between Cucurbitaceae plants and other vegetables

3 结论

3种葫芦科植物黄瓜、南瓜、丝瓜在一系列PAEs浓度胁迫下其常见生理指标(生物量、根系指标等)变化差异不大，在低浓度时对某些指标还具有促进作用，可见几种葫芦科植物在一定范围内对PAEs具有较好的耐受能力.

对DBP的吸收作用，黄瓜和南瓜根部含量远大于冬瓜和丝瓜；除冬瓜外，其余3种植物的地上部DBP含量均大于根部的含量.对DEHP的吸收作用，4种植物的根部含量均远高于各自地上部的；冬瓜和黄瓜根部含量明显大于南瓜和丝瓜；南瓜地上部的含量显著大于其余3种植物地上部的含量.

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Stressresponseandabsorptionof4CucurbitaceaeplantstoPAEs

ZHANG Ming1, YOU Guangyong1, CUI Jun2, OUYANG Yan1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing, Jiangsu 210042, China; 2.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Bioresources in Coastal Saline Soils, Yancheng Teachers′ University, Yancheng, Jiangsu 224002, China)

Changes in the growth and physiological characteristics of 4 different Cucurbitaceae plants grown in phthalate esters (PAEs) contaminated water was studied under laboratory simulation testing. The results showed that physiological indexes ofCucumissativus,CucurbitamoschataandLuffacylindricalchanged little under PAEs stress, and PAEs even enhanced some physiological indexes at low concentration.C.sativus,C.moschataandL.cylindricalhad good tolerance to PAEs in certain range. DBP contents in roots were higher inC.sativusandC.moschatathanBenincasahispidaandL.cylindrical(P<0.05). Apart fromB.hispida, DBP contents were higher in aboveground parts than root for 3 other kinds of Cucurbitaceae (P<0.05). DEHP contents were higher in aboveground parts than roots for all 4 plants (P<0.05). DEHP contents were higher in the roots ofB.hispidaandC.sativusthanC.moschataandL.cylindrical(P<0.05), while DEHP content was highest in the aboveground parts ofC.moschata(P<0.05). The absorbability of DBP and DEHP for all 4 Cucurbitaceae plants were stronger than common leafy plants. Although, absorbabilities ofC.sativusandC.moschatawere stronger thanL.cylindricalandB.hispida, so they were potential to be applied to remediate PAEs contaminated soil.

phthalate acid ester; plant remediation; Cucurbitaceae; stress response

2017-02-15

2017-03-20

江苏省自然科学基金项目(BK20130421);国家环境保护公益性行业科研专项(201409055).

张明(1982-)，男，助理研究员.研究方向：生态修复与保护.Email:zhangming@nies.org.通讯作者崔军(1982-)，男，博士，副教授.研究方向：生态学、土壤生物地球化学及生物炭研究.Email:jscj2004@hotmail.com.

S154.1

A

1671-5470(2017)06-0618-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.06.004

(责任编辑:吴显达)