苯对小麦种子萌发及幼苗生长的毒性作用

胡变芳，杨博雯，郝辉芳，张谨华，马 燕

（晋中学院生物科学与技术学院，山西 晋中 030600）

苯是基本的石油化石基本原料，也可作为生产杀虫剂、除臭剂、染料的原料和中间体，广泛应用于工业、农业和医疗卫生中。近年来，由于工业发展和社会进步，苯被大量应用，如未经适当处理，随废水、废气、废渣等多种形式进入环境，会造成不同环境介质的污染。由于苯抗降解能力强，因此，一旦进入土壤很难被排除，而作物可通过根系从土壤中吸收苯，积累的苯再通过作物富集进入食物链，最终危害人类健康，且其毒性为其他化合物的20～30倍，长期接触危害极大。因其强烈的致癌、致畸和致突变作用[1]，已被列入美国国家环保局所确定的优先控制污染物黑名单[2]，通过立法并严格规定其接触限值。因此，国内外对其研究较多，主要集中在其生物学特性、环境行为和动物体内的富集作用及其引起的毒性机制[3]。但苯对于高等植物的生态效应及其毒性毒理机制研究甚少[4]。小麦种子萌发及幼苗期受环境影响较大。

本试验以小麦种子和幼苗为试验材料，分析不同质量浓度的苯溶液处理小麦种子后对其种子萌发及幼苗生理生化指标的影响，为农田灌溉水水质检测提供科学依据，为农产品生产安全提供了一定保障。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试小麦为晋农207号，购自太谷县种子公司。

1.2 试验方法

试验于2013年4月在晋中学院植物学实验室进行。选取饱满、健壮的小麦种子，用10%的次氯酸钠消毒10 min[5]，再用蒸馏水冲洗5次，浸泡2 h后随机取出种子，按同心圆平铺方式均匀摆入上层滤纸，下层脱脂棉作支撑物，分别放在盛有质量浓度为 0，25，50，100，150，200 mg/L的苯溶液培养皿中，每皿30粒，以蒸馏水作对照，每个处理设3个重复。于室温22℃下进行培养。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 小麦种子发芽的测定 在培养后的第2，3，4天，分别统计各处理和对照组种子的发芽数，取3个重复的平均值。对照组种子初生根长达20 mm时，发芽试验结束，以初生根达5 mm作为发芽标准[5]。记录发芽种子数，并计算发芽率、发芽势、发芽指数。发芽率＝发芽种子数/供试种子数×100%；发芽势＝种子在发芽期2 d内正常发芽种子数/供试种子数×100%[6]；发芽指数=4 d内发芽种子数/4。

1.3.2 小麦种子出苗率的测定 在培养后的第5，6，7天，分别统计小麦种子的出苗数，计算出苗率。出苗率＝出苗数/供试种子数×100%。

1.3.3 小麦幼苗的测定 在培养后的第5，6，7天，分别从各处理中随机选取30株小麦幼苗，测量其最长根的长度，每个重复随机选取10株测量。在培养后的第7，8，9天，分别从各处理中随机选取30株小麦幼苗测量株高，每个重复随机选取10株。

1.3.4 小麦幼苗根干/鲜质量、苗干/鲜质量的测定 在培养后的第10天，分别从各组中随机选取10株幼苗进行根干/鲜质量、苗干/鲜质量的测定。测定植株干质量时，105℃烘15 min后80℃烘干至恒质量后称质量[7]。

1.3.5 小麦叶片叶绿素含量、过氧化物酶活性、丙二醛含量的测定 在培养后的第11天，分别从各组中随机选取10株小麦幼苗，参照文献[8]进行叶绿素含量的测定。采用愈创木酚法测定小麦叶片过氧化物酶（POD）活性[9]，硫代巴比妥酸（TBA）显色法测定丙二醛（MDA）含量[10]。

1.4 数据分析

所有试验数据均采用Excel 2010处理，DPS 6.50进行显著性分析。用Tukey检验法进行差异分析，P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 苯对小麦种子萌发的影响

2.1.1 苯对小麦种子发芽率、发芽势、发芽指数的影响 种子的发芽率和发芽势可以反映种子发芽的能力[11]，发芽指数可以反映苯对种子萌发的胁迫情况[12]，这三者可以衡量种子活力高低。从表1可以看出，经不同质量浓度苯处理的小麦种子发芽率参差不齐，但从总体上看，苯对小麦种子的发芽率、发芽势和发芽指数无明显的抑制作用。

表1 苯对小麦发芽率、发芽势和发芽指数的影响

2.1.2 苯对小麦种子出苗率的影响 由表2可知，苯对小麦种子的出苗率无显著影响，却可以延缓其出苗。在培养的第5天，经苯处理小麦的出苗率仅为对照的66.67%～85.2%，但在培养的第6天，处理的出苗率变为对照的74%～106%，说明处理与对照间出苗率差距在减小。

表2 苯对小麦种子出苗率的影响

2.2 苯对小麦幼苗生长的影响

2.2.1 苯对小麦幼苗根长的影响 由表3可知，苯对小麦幼苗根长有明显的抑制作用，与对照相比，存在极显著差异，且浓度越高，抑制作用越明显。在培养的第5天，经苯处理小麦幼苗的根长为对照的82.65%～92.17%，第6天为78.91%～87.64%，第7天为76.47%～90%，说明随着天数的增加，苯对根长的抑制作用增强，苯对小麦根长的抑制作用有时间累积效应。

表3 苯对小麦幼苗根长的影响

2.2.2 苯对小麦幼苗株高的影响 从表4可以看出，苯对小麦幼苗株高无明显的抑制作用。在培养的第7天，经苯处理的小麦株高为对照的103.32%～110.99%，第8天为100.57%～102.44%，第9天为97.09%～100.27%，说明随着天数的增加，苯对小麦幼苗株高逐渐出现抑制作用，但效果不及对根长抑制作用明显。

表4 苯对小麦幼苗株高的影响

2.2.3 苯对小麦幼苗根干/鲜质量、苗干/鲜质量的影响 由表5可知，不同质量浓度的苯对小麦幼苗的根鲜质量、根干质量、苗鲜质量和苗干质量有明显的抑制作用，且浓度越高，抑制作用越强。根鲜质量、根干质量和苗鲜质量与对照相比，有极显著差异；苗干质量与对照相比，有显著差异，当苯质量浓度高于50 mg/L时，苗干质量与对照间也存在极显著差异。因此，苯对幼根的作用效果大于幼苗。

表5 苯对小麦幼苗根鲜质量、根干质量、苗鲜质量、苗干质量的影响 mg

2.2.4 苯对小麦叶片叶绿素含量的影响 叶绿素是植物叶片进行光合作用的主要色素，其含量高低在一定程度上反映了植物的光合作用水平[13]。从表6可以看出，小麦叶片中的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量均随着苯质量浓度的升高而降低，与对照相比，有极显著差异，且当苯质量浓度为25 mg/L时，叶绿素含量急剧下降，随后叶绿素含量下降幅度减小。

表6 苯对小麦叶片叶绿素含量的影响 mg/g

2.2.5 苯对小麦叶片过氧化物酶活性的影响 过氧化物酶（POD）是植物体内抗氧化系统中的重要保护酶，可以清除植物体内的氧自由基，有利于维持植物体内氧自由基的产生和淬灭的动态平衡，从而抑制膜脂的过氧化进程[14]。从表7可以看出，苯对小麦幼苗叶片中过氧化物酶活性有明显的抑制作用，苯质量浓度越高，抑制作用越强，且与对照相比，存在极显著差异。

表7 苯对小麦叶片POD活性的影响

2.2.6 苯对小麦叶片丙二醛含量的影响 丙二醛（MDA）是植物体内膜脂过氧化物作用的重要产物，具有一定的细胞毒性，是膜系统受害的重要标志之一。在适宜条件下，植物体内丙二醛含量极少，一旦遇到逆境伤害，其含量便会升高[15]。从表8可以看出，随着苯质量浓度的升高，小麦叶片中MDA含量也逐渐升高，且与对照间差异达极显著水平。

表8 苯对小麦叶片MDA含量的影响

3 讨论与结论

本试验结果表明，苯对小麦种子的发芽率和出苗率无明显影响，不宜作为苯毒理学的敏感形态指标。苯对小麦幼苗的根长有明显的抑制作用，可能是由于苯络合了初生根的生长点，干扰有丝分裂过程，从而使细胞分裂受到抑制。苯处理的小麦幼苗的根茎变细。苯对小麦幼苗的苗鲜质量、苗干质量有明显的抑制作用，可能是由于苯对叶绿素含量的抑制作用，从而影响了幼苗的光合作用，进而影响物质的积累。苯对幼苗株高无显著影响，但在试验过程中发现，当苯质量浓度高于100 mg/L时，可诱导小麦幼苗畸形生长，且质量浓度越高，畸形的幼苗越多。苯对幼苗的根鲜质量和根干质量也有明显的抑制作用，与李云玲等[16]、邢维芹等[17]、丁克强等[18]研究结果类似。苯对根的抑制作用高于对幼苗的抑制作用，可能是由于种子萌发后，分化出的根直接浸泡于苯溶液中，在吸收水分的同时，苯也随之被吸收，而苯有较强的疏水性，在小麦体内的移动性较小。苯对小麦叶片中叶绿素含量有明显的抑制作用，与徐应明等[19-20]研究结果类似，这可能是由于苯干扰了幼苗根细胞的分裂与分化，根际变细，影响了根系对水分的吸收能力，从而影响了叶绿素的合成。小麦叶片中MDA含量随苯质量浓度升高而增加，质量浓度越大，对小麦幼苗的胁迫作用越强。苯对小麦幼苗叶片中POD活性也有明显的抑制作用，说明苯胁迫可降低小麦体内抗氧化系统的抗氧化作用，从而导致小麦体内的MDA含量升高。

广泛采用的高等植物毒理试验方法有种子发芽试验和根长抑制试验，对植物在外界污染条件下的发芽出苗情况、根系发育状况、生物量减少程度或植物的防御性等进行诊断，是一种评价生态环境毒性的优选方法，小麦种子由于易培养、种植广，因此是普遍推荐的供试材料之一[21]。