不同处理的石英砂对5种植物种子发芽和根长的影响

邓桂荣， 何颖妍， 陈燕玲， 曾国驱

（1.广东省微生物分析检测中心，生态毒理与环境安全实验室， 广州510070；2.广东省微生物研究所，广东省菌种保藏与应用重点实验室， 广州510070；3.省部共建华南应用微生物国家重点实验室， 广东 广州510070）

高等植物是土壤生态系统的重要组成部分。平衡、稳定的生态系统可生产健康、优良的高等植物；反之，不稳定或受到外来污染的生态系统，对高等植物生长可产生不利的影响［1］。基于此原理，在化学品大量投入使用之前，可通过特定的技术手段，考察其排放后可能为生态系统带来的安全隐患，以便环境保护部门对其进行有效的风险管理。由于陆生植物种子萌芽和根部伸长是植物生长周期中最为关键的阶段，也是对周围环境变化最为敏感的时期［2－3］，因此，在受到化学品胁迫的条件下，了解植物种子的发芽以及根部发育情况，可获知该化学品的潜在生态影响。目前，我国新化学物质陆生植物生态毒理测试主要采用种子发芽和根伸长毒性试验对目标物进行环境风险评估［4］，明确规定当申报三级或以上时，应提交该测试数据，除非目标物满足如土壤吸附率过低等豁免条件［5］。

开展该测试时，基质起到举足轻重的作用，基质的质量直接决定试验的成败。基质不仅用于安放种子，同时还为种子的发育提供养分［6］。根据文献检索可知，一般性研究可使用滤纸、吸水纸或发芽纸等基质进行种子试验，甚至可以使用某种状况的土壤［7－10］，而本标准化测试基于目的特殊性，要求使用玻璃珠或石英砂等填充性惰性材料。可能由于玻璃珠持水性差，容易导致种子腐烂，使用玻璃珠为基质进行试验的研究较为少见，通常选用石英砂，但石英砂重量大，酸洗困难，成本高，并且容易对操作人员造成伤害。因此，在确保达到该标准化测试质量控制要求的前提下，探讨能否采用更便捷的石英砂处理方法，具有重要的意义。

本研究以标准化测试推荐的石英砂处理方法［4］为评判依据，在我国化学品测试方法［11］提供的石英砂处理方法的基础上，新增2种石英砂处理方法，选用5种植物种子进行试验，考察4种处理的石英砂对植物种子发芽和根部伸长的影响，并采用SPSS软件比较各方法处理的石英砂之间种子发芽率和根长的差异情况，对使用非标准化测试推荐的石英砂处理方法（处理A、处理B、处理C）用于标准化测试的可行性进行评估，为测试机构在选择石英砂处理方法时提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 试 剂

硝酸（65.0%～68.0%），碳酸氢钠（≥99.5%）。以上试剂均为分析纯，购自广州化学试剂厂。

1.1.2 植物种子

选用的植物种子中，青瓜、玉米由广东省农科院蔬菜研究所提供，绿豆、西瓜和水稻则分别来源于广州祥胜种子有限公司、广州大田园种子有限公司和浙江农科种业有限公司。所有植物种子在使用前均用去离子水漂洗和浸泡1h。

1.1.3 石英砂

试验用石英砂购自广东半岛石英砂厂，粒径为40～100μm，处理方法下：

对照组：经7.5mol／L硝酸清洗后，使用去离子水漂洗直至pH值接近中性［4］。

处理A：经7.5mol／L硝酸清洗后，使用碳酸氢钠饱和溶液和去离子水漂洗直至pH值接近中性［11］。

处理B：直接取用石英砂在160～170℃条件下干热灭菌2h。

处理C：购入后直接使用。

1.2 仪 器

三按键电子数显卡尺（SF 2000，中国，桂林广陆数字测控股份有限公司），手提式pH测试仪（pH 3210，德国，WTW），离子色谱仪（ICS－1600型，美国，戴安公司），总有机碳分析仪（VarioTOC，中国，艾利蒙塔贸易（上海）有限公司），光照培养箱（PGX，中国，宁波莱福科技有限公司），电感耦合等离子体质谱仪（Agilent 1260－7700e型，美国，安捷伦科技有限公司）。

1.3 试验条件

将种子放置在培养箱中，试验温度设为（25±1）℃，完全黑暗。

1.4 方 法

依照 EPA Ecological Effects Test Guidelines［4］和我国《化学品测试方法》［11］要求操作，每组试验设置3个平行，每个平行10粒种子。

试验前，测定各处理石英砂的pH 值［12］以 及 饱 和 含 水 量［6］。 另外，将石英砂和去离子水等比例混合，超声处理后离心、过滤，取滤液测试总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）、硝酸根离子（NO3－）和钠元素含量。

试验时，按石英砂饱和含水量的60%～80%添加去离子水，混合均匀后，将石英砂分装至培养皿中，再将种子置于石英砂表面，轻压入内，覆盖少量石英砂，盖好培养皿，并使用保鲜膜将培养皿密封，最后置于培养箱中培养。5种植物种子均开展4种处理的石英砂试验。当对照组发芽率达65%以上且根长至少20mm时结束试验。从位于胚轴和根的转换点到根尖末端测定各组试验种子根长。以种子初生根长度达5mm作为发芽的标志。

1.5 数据统计

采用 Microsoft Office Excel 2007软件统计各种子发芽率、根长，然后应用SPSS Statistics 17.0软件对各种子的发育情况进行方差分析，统计显著水平设为p＝0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理的石英砂对种子发芽率的影响

由表1可以看出，同一种子在不同处理石英砂上的发芽率差异不大。除西瓜在对照组上发芽率较低（83.3%）外，其余处理的石英砂上平均发芽率均至少达到90.0%，说明所选用种子的发芽率对不同处理的石英砂的适应性基本一致。

2.2 不同处理的石英砂对种子根长的影响

播种基质的处理不同，种子的根长也呈现差异。表2数据显示，各种子在4种基质中的根长均不一致，但在处理B上发育情况都较为理想，推测可能是因为该处理的石英砂既达到了有效抑制霉菌等微生物感染种子的目的，同时又保留了石英砂使种子根部得以发育的有机质等营养成分。

表1 不同处理的石英砂对种子发芽率的影响

表2 不同处理的石英砂对种子根长的影响

就每种种子而言，当以标准化测试推荐的石英砂处理方法（即对照组）为基准时，青瓜和水稻的根长与其它处理均无显著性差异，在显著性水平（p＝0.05）下，绿豆对照组与处理B、西瓜对照组与处理B、处理C、玉米对照组与处理A、处理C存在显著性差异。

上述差异主要是因为石英砂经不同处理后，各指标含量发生变化所致。由表3可知，各石英砂的pH值几乎一致，应该不是制约种子根部生长的主要因素，但经清洗后的石英砂的TOC含量比未清洗的石英砂低一半，即有机质含量明显降低。使用硝酸对石英砂进行清洗，残留的NO3－含量低于背景值，用于处理A中的碳酸氢钠并未随着去离子水的冲洗而消除，当处理A的pH值接近中性时，其中钠离子含量仍高达1 839.47μg／L，远高于其它3种石英砂，根据分析可知，在该钠离子残留浓度下，各种子的根部生长未受到明显胁迫作用。

表3 石英砂指标分析结果

3 讨论和结论

有研究表明，种子发芽率对于环境条件并不敏感，因为种子发芽过程主要受到胚内养分供应［13－16］，只有在外源污染物质量分数较高或环境条件极其恶劣时才对种子萌发严重或完全抑制［17］。显然，本研究仅考察种子在空白基质中的发芽率及根伸长情况，未受到外加污染物胁迫（对照组加入硝酸清洗，处理A使用硝酸清洗后加入饱和碳酸氢钠溶液中和，但已使用去离子水充分冲洗至pH值接近中性，残留量可以忽略（见表3）。所得发芽率数据与前人的研究结果基本一致。而植物种子在发芽过程中首先生长的是胚根，且根系直接与基质接触，其生长过程直接受到基质条件的影响，因此种子的根部发育对基质的响应比发芽率更为敏感［18］。这一结果与前人的研究结果相似。

本研究显示，使用石英砂作为基质开展青瓜、绿豆、西瓜、水稻和玉米的标准化测试种子发芽和根伸长毒性试验时，同一种子在不同处理的石英砂上的发芽率均无明显差异，但石英砂的处理方法对根部生长影响较大。以在标准化测试推荐的方法处理的石英砂上得到的种子发芽率和根长数据为评判依据，可知青瓜和水稻可采用本研究中任意处理方法的石英砂作为基质，而绿豆、西瓜和玉米分别可采用处理A和处理C、处理A、处理B的方法替代标准化测试推荐的酸洗法对石英砂进行处理。

显然，本研究结果不足以指导完成对目标化学品毒性测试的评价。根据标准化测试要求，进行该试验至少应选用10种具有代表性的受试植物种子，而本研究仅选用其中5种，而且颗粒较大。长期实践经验告诉我们，不同粒径的同一种子在不同基质上的发芽率和根长存在一定差别，有些种子甚至具有显著性差异。另外，即使选用标准化测试推荐的受试植物，也并不是所有品种都适用于该测试。因此，有必要进一步研究更多种子在不同处理的石英砂上的生长情况。

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［11］环境保护部化学品登记中心《化学品测试方法》编委会.化学品测试方法生物系统效应卷，299种子发芽和根伸长的毒性试验（第二版）［M］.北京：中国环境出版社，2013：459－463.

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