3种抗生素胁迫对黄瓜、西葫芦和冬瓜种子萌发的影响

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(江苏师范大学生命科学学院，　江苏 徐州 221116)

抗生素具有抵抗微生物活性的性质，常用于治疗人畜疾病以及作为动物饲料的添加剂[1-2]。四环素类抗生素价格低廉、抗菌广泛，在畜牧业中应用广泛[3]，但由于长期的不合理使用导致其出现残留问题[4]。氯霉素主要用于畜禽疾病，但若在食用动物体内残留会有较强的副作用[5]。红霉素是一类广谱的抗生素，在临床上大量使用，造成了病原菌耐药性等一系列问题[6]。

研究发现，抗生素已成为环境中一种新型的污染物[7]，其残留对植物生长具有显著的毒性效应[8]。有研究者利用种子发芽实验和早期幼苗生长发育实验来研究抗生素污染胁迫下植物种子发芽、生长等指标以综合评价该污染物的毒性[9-10]，其中根系是较为敏感的生态毒性指标[11]。

已有研究表明，经抗生素处理后白菜种子发芽势和壮苗率都有提高，而油菜种子反而表现出一定程度的下降[10,12]。可见，抗生素因种子基因型的不同而表现出不同的影响。

本研究以葫芦科的黄瓜、西葫芦、冬瓜种子为试验对象，研究不同浓度抗生素对其萌发及根伸长的影响，探究其变化规律，为今后相关的农业生产提供理论依据和应用基础。

1　材料与方法

1.1　实验材料

盐酸金霉素(纯度>95%，Cas：64-72-2)，氯霉素(纯度>99%，Cas：56-75-7)。红霉素(纯度>98%，Cas：114-07-8)。

1.2　实验方法

本实验采用保湿培养法。

确定种子发芽的标准是胚根从种孔中突破种皮，向下生长形成主根。

首先进行预实验缩小抗生素浓度梯度，测得的发芽率以达10%～60%为宜。

1.3　材料处理

1) 取培养皿，向每个平板中各加入2张滤纸平铺，包装完毕后在高压蒸汽灭菌锅中灭菌(121 ℃、15 min)。

2) 配置溶液浓度梯度：取抗生素粉末将其配置成浓度分别为0，100，200，300，500 mg/L(预实验浓度)；10，30，50，70，100 mg/L(正式实验浓度)的抗生素浓度梯度溶液。

3) 种子处理：选择颗粒饱满、大小相同的黄瓜、西葫芦、冬瓜种子，用5%的双氧水对种子进行消毒(取30%的双氧水配置)，以5%的双氧水浸没种子30 min，然后用无菌水冲洗3遍。

4) 放置种子：各取3 mL的抗生素梯度浓度溶液润湿滤纸，在每个培养皿中分别放置10颗西葫芦、冬瓜种子或者15颗黄瓜种子，等距放置，放置时于无菌工作台操作，在(25 ℃)恒温培养箱中培养，每天观察记录并保持滤纸的湿润。

同样，用相应浓度梯度的抗生素溶液润湿无菌种子袋，每隔1个凹槽放置1颗种子，于25 ℃恒温箱中直立培养。每天定时观察记录并保持种子袋的湿润。

5) 设置对照：分别用蒸馏水润湿滤纸和种子袋作为对照组。

1.4　正式实验

以蒸馏水为对照，将金霉素、氯霉素、红霉素浓度分别设置为10，30，50，70，100 mg/L。在恒温箱中25 ℃遮光培养，每天观察记录并保持滤纸湿润。培养7 d后，记录种子发芽率。每组实验重复3次。

种子袋的相关处理同上，以蒸馏水作为对照，用等量的抗生素梯度浓度溶液润湿无菌种子袋，在种子袋的凹槽中间隔加入消毒过的种子，在恒温箱中25 ℃直立遮光培养。每天观察记录并保持种子袋湿润，培养7 d后记录每种浓度梯度的根长。每组实验重复3次。

1.5　数据处理

将每次测得的数据记录在表格中，求其发芽率、根长等多次测得的数据的平均值、绘制图表。

1.6　分析方法

发芽率(%)=发芽种子数/供试种子总数×100%；

抑制率(%)=(相应浓度下根长-对照组根长)/对照组根长×100%。

2　结果与分析

2.1　抗生素对3种种子发芽率和发芽势的影响

由图1所示，金霉素在浓度为30 mg/L时对黄瓜种子的发芽有一定的促进作用，在50 mg/L以上时表现为抑制作用，但效果不甚显著；氯霉素在30 mg/L时对黄瓜种子表现为抑制，在50，70 mg/L时表现为促进，故其不同浓度对黄瓜发芽无一定规律性；红霉素在10 mg/L较低浓度时可促进黄瓜发芽，浓度升高时其影响作用不显著，表现为既不促进也不抑制。

由图3所示，金霉素对冬瓜种子发芽的影响表现为抑制，效果较为显著，随着浓度的升高抑制作用加强，当浓度达70 mg/L时，冬瓜种子不发芽；氯霉素在浓度为10 mg/L、30 mg/L时影响效果较小，既不促进也不抑制，当浓度达50 mg/L时，抑制作用显著，100 mg/L时冬瓜种子不再发芽；红霉素在浓度为30 mg/L时，表现出抑制作用，且随浓度升高抑制作用加强，当浓度达70 mg/L时，冬瓜种子不发芽。本试验冬瓜种子的蒸馏水对照组发芽率较低，原因是冬瓜种子种皮较厚且具有休眠性[13-15]，通常用温水浸泡以提高其发芽率，但本试验为了与黄瓜、西葫芦种子进行对照，并未对冬瓜进行预处理。

图1　抗生素对黄瓜种子发芽率的影响

图2　抗生素对西葫芦种子发芽率的影响

图3　抗生素对冬瓜种子发芽率的影响

由图4所示，冬瓜种子发芽率对于金霉素的浓度变化最为敏感，且随浓度升高抑制作用加强，当浓度达70 mg/L时，冬瓜种子不再发芽；金霉素对西葫芦表现为抑制作用，随浓度的升高抑制作用加强；金霉素对黄瓜的影响不甚明显，既不表现为促进也不表现为抑制。

由图5所示，冬瓜种子发芽率对氯霉素的浓度变化较为敏感，随其浓度升高抑制作用加强，当浓度达100 mg/L时，冬瓜种子不发芽；氯霉素对西葫芦的影响整体表现为抑制，但作用不显著；黄瓜对于氯霉素的浓度变化最不敏感，既不表现为促进也不表现为抑制。

图4　3种种子对金霉素浓度变化的敏感程度

图5　3种种子对氯霉素浓度变化的敏感程度

由图6所示，冬瓜种子发芽率对红霉素的浓度变化较为敏感，随其浓度升高抑制作用加强，当浓度达70 mg/L时，冬瓜种子不发芽；红霉素对西葫芦的影响整体表现为抑制，但作用不显著；黄瓜对于红霉素的浓度变化最不敏感，既不表现为促进也不表现为抑制。

2.2　抗生素对3种种子根伸长的影响

由图7所示，氯霉素的浓度变化对黄瓜种子根伸长的抑制作用最明显，较低浓度(10 mg/L)即表现出较强的抑制作用；金霉素的浓度变化对黄瓜种子根伸长的抑制作用其次，且抑制作用随浓度的升高而加强；红霉素对于黄瓜种子根伸长的抑制随浓度的升高而作用加强，在50～100 mg/L浓度时变化幅度较大。

图6　3种种子对红霉素浓度变化的敏感程度

图7　抗生素对黄瓜种子根长的抑制率

图8　抗生素对西葫芦种子根长的抑制率

由图8所示，在10 mg/L浓度时氯霉素和红霉素的抑制效果较金霉素显著，当浓度>10 mg/L时，3种抗生素对西葫芦根伸长的影响效果相同，且随抗生素浓度升高抑制作用加强。

由图9所示，3种抗生素在低浓度(10 mg/L)时可促进冬瓜种子根伸长，当浓度达30 mg/L时，金霉素和红霉素促进冬瓜根伸长；当3种抗生素浓度>50 mg/L时抑制冬瓜根伸长，且随浓度升高抑制作用加强。冬瓜种子在红霉素浓度>50 mg/L时不再发芽，在金霉素和氯霉素浓度>70 mg/L时不再发芽。

图9　抗生素对冬瓜种子根长的抑制率

3　讨　论

魏瑞成等研究了金霉素浓度梯度对油菜的发芽率、发芽势的影响，结果表明两者无显著差异，但株高和根长受到明显抑制，根长较发芽率等其它指标对金霉素生态毒性实验更为敏感[16]。张树清等研究表明随着金霉素浓度的增加，大白菜的主根长、单株鲜重先增加后降低[17]。均与本研究结论一致。本研究结果表明，抗生素的浓度变化对种子萌发的影响不甚显著，其相关性较小，这可能与种皮的保护作用有关，种皮阻碍胚芽与外界环境直接作用，使胚芽不能直接受到污染物的侵害[18]。但不同种子的萌发率对抗生素的浓度变化有不同的表现，低浓度抗生素对冬瓜的萌发具有促进作用、而高浓度时具有抑制作用，西葫芦的萌发受到抗生素的轻微抑制，这与黄瓜萌发不受抗生素浓度的影响有一定的区别，这可能与种子自身的抗性机制有关，导致其对抗生素的代谢和降解能力各不相同[16]，黄瓜对于抗生素浓度变化的耐性较强。种子的根对于抗生素浓度变化较敏感。低浓度的抗生素促进种子根伸长，高浓度抑制伸长，且随其浓度升高抑制作用加强。可见，种子的根伸长较种子发芽对于抗生素浓度变化更为敏感，这可能是根一旦暴露就直接与抗生素接触，故反应敏感。可见，抗生素对种子萌发的拮抗作用与抗生素的种类、浓度以及待试样本的基因型有关[19]。

参考文献：

4.信息化设施建设滞后。信息化软硬件设施是图书管理信息化的基础，也是投入较大的一部分。当前，政府债务较重，机关事业单位财政预算偏紧，一定程度上影响了图书管理信息化设施的建设与完善。有的机关事业单位图书馆（室）完全采用原始的纸质记账方式管理，甚至连一台电脑都没有。

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