邻苯二甲酸酯对葡萄植株生长及物质构成的影响

李海峰，刘河疆，任红松，郭红梅，刘志刚*

(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，是一种人工合成的具有环境毒性的有机化合物，被广泛应用于塑料制品中，其添加量可达到塑料的20%～60%[1-2]。邻苯二甲酸酯与塑料只是通过氢键或范德华力相连，彼此保持相互独立的化学性质，因此在生产、使用、废弃等过程中很容易迁移到外界环境中，造成土壤、水、大气的污染[3-4]。研究表明，PAEs能对农作物的生长、产量、产品品质产生诸多不利影响，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[5]。吐鲁番在温室葡萄生产中，地膜和棚膜应用广泛，由于吐鲁番日照长、光照强、棚内温度高、湿度大，棚膜及地膜中的PAEs化合物很可能在大棚土壤和空气内聚集，从而影响葡萄树体的正常生长。因此，研究PAEs对葡萄植株生长的影响，对温室葡萄安全生产具有重要意义。邻苯二甲酸酯类化合物对植物生长有明显的影响。有研究表明，当土壤中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)及邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)含量超过20 mg/kg时，对辣椒的生长产生了显著的抑制作用[6]。徐文君等[7]研究发现，向土壤中人为添加DBP，上海青的根长、生物量因受DBP胁迫而显著减小，其抗氧化系统同样受到影响。也有研究表明，玉米幼苗经DnBP水培处理后，其株高、生物量、根系等指标受到了抑制作用，且DnBP浓度越高，抑制作用越强[8]。多数研究是从土壤污染的角度研究PAEs对植物生长的影响。温室大棚空气中也含有PAEs，以DBP、DEHP为主，其含量与蒙棚的时间、塑料薄膜中含量和组成以及气温有关[9]。关于空气中PAEs对农作物生长影响的研究鲜有报道。本文通过采用盆栽覆盖玻璃罩的方式，研究了空气中邻苯二甲酸酯对葡萄植株生长及物质构成的影响，以期为温室葡萄安全生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试葡萄品种：红巴拉多、无核白鸡心、无核白葡萄，均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)。

1.2 试验方法

试验于2020年4～7月在新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所试验基地进行。试验采用盆栽葡萄覆盖玻璃罩的方式，在玻璃罩内放置盛有DBP、DEHP、DIBP混合物的小培养皿，让PAEs自然挥发后被植株吸收累积。依据邻苯二甲酸酯污染物水平设置3个处理：对照CK(0 mg/mL)、低浓度T1(15 mg/mL)、T2高浓度(50 mg/mL)，每处理重复3次。玻璃罩长、宽、高分别为60、60、120 cm，两对立面分别设有3个直径为3 cm的通风口。种植葡萄的花盆材质为陶瓷，直径30 cm，高28 cm。盆栽所用的土壤为地表下l m、经测定无PAEs污染的土壤。PAEs污染源是用甲醇配制的浓度为15、50 mg/mL的DBP、DEHP、DIBP混合污染物，每个培养皿用移液管移3 mL，置于玻璃罩内，让污染物自然挥发，培养皿7 d换1次。各处理盆栽葡萄的水、肥管理均一致。

1.3 指标测定与方法

在试验过程中，每7天对各处理葡萄植株的枝条长度、粗度、叶长、叶宽进行测定，并计算各指标的生长量，生长量=收获时测定值-处理前测定值。试验结束后对葡萄地上部分生物量，以及叶片总糖、蛋白质及叶绿素含量进行测定。总糖含量测定采用蒽酮比色法[10]，蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法[11]，叶绿素含量使用叶绿素仪器进行测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0软件对试验数据进行统计分析，单因素相关显著性检验采用LSD(least significant difference)法。

2 结果与分析

2.1 PAEs对葡萄植株生长指标的影响

由表1可知，随着PAEs浓度的增加，3个品种葡萄的叶长、叶宽、枝条长度、粗度的生长量及地上生物量整体呈现下降的趋势。当PAEs浓度为15 mg/mL时，3个品种葡萄的叶片长、叶宽生长量较对照减少幅度较小，无显著差异；当PAEs浓度为50 mg/mL时，红巴拉多和无核白鸡心葡萄的叶长、叶宽生长量与对照差异不显著，而无核白葡萄叶长、叶宽生长量较对照减少幅度较大，分别减少了46.0%、68.2%，与对照差异显著。在PAEs低浓度和高浓度处理下，3种葡萄的枝条长度、粗度的生长量及地上生物量均小于对照，且与对照差异显著。试验表明，PAEs对葡萄植株的生长具有抑制作用，浓度越高，抑制作用越强。

2.2 PAEs对葡萄叶片叶绿素含量的影响

如图1所示，不同浓度PAEs处理后，3个品种葡萄叶片的叶绿素含量均低于对照，且浓度越高，叶绿素含量越低。其中红巴拉多葡萄各处理叶绿素含量无显著差异，无核白鸡心和无核白葡萄在高浓度处理(T2)的叶绿素含量与对照差异显著，表明PAEs影响了葡萄叶片叶绿素的合成，其浓度越高，影响越显著。

图1 PAEs对葡萄叶片叶绿素含量的影响

2.3 PAEs对葡萄叶片总蛋白、总糖含量的影响

由图2、图3可知，T1、T2处理的葡萄叶片总蛋白、总糖含量均低于CK，总体随PAEs浓度升高呈下降趋势。3种葡萄叶片的蛋白含量，T1、T2处理相对CK分别平均减少2.6%、17.8%，经单因素方差分析及LSD多重比较，T1与CK无显著差异，T2与CK、T1与T2差异显著。3种葡萄叶片的总糖含量，T1、T2处理相对CK分别平均减少0.5%、0.6%，T1、T2与CK差异显著，但T1与T2无显著差异。

图2 PAEs对葡萄叶片蛋白含量的影响

图3 PAEs对葡萄叶片总糖含量的影响

2.4 PAEs与葡萄地上部生长指标及物质含量的相关性分析

将PAEs浓度与葡萄地上部生长指标和物质含量进行相关性分析可知(表2)，PAEs浓度与3种葡萄所有指标均呈现负相关关系。其中PAEs与3种葡萄的枝长、枝条粗度、地上生物量呈极显著负相关，与叶长、叶宽等指标呈显著或极显著负相关，表明PAEs对葡萄地上部分的生长及物质积累具明显的抑制效应。

表2 PAEs与葡萄地上部生长指标及物质含量的相关性分析结果

3 讨论

相对于自然环境，温室塑料大棚内由于温室效应，PAEs的释放比较剧烈，棚膜中PAEs主要以气体形式释放到大棚空气中，且土壤中PAEs也能挥发到空气中。有学者研究发现，设施蔬菜大棚土壤、空气中均能检出PAEs，大棚空气PAEs浓度较外界大气中PAEs浓度高得多[12-13]。大量研究表明，土壤及液态环境中PAEs均能影响植物的正常生长发育。安琼等[14]利用不同浓度DBP或DEHP处理土壤后，发现10 mg/kg DBP或DEHP对花椰菜、辣椒等蔬菜幼苗生长产生了严重的毒害作用。李轶修等[15]采用不同浓度的DBP处理茄子、黄瓜、辣椒3种蔬菜种子，发现DBP浓度为0.05～1.00 mmol/L时，对茄子幼苗生长表现出促进作用，而浓度超过4.00 mmol/L 时，DBP对茄子和黄瓜幼苗生长却显示出抑制作用，且浓度越高抑制越严重。本试验采用瓶熏的方式使PAEs自然挥发，PAEs低浓度(15 mg/mL)和高浓度(50 mg/mL)处理对3种葡萄的枝条长度、粗度的生长量及地上生物量均产生了抑制作用，浓度越高，抑制作用越明显。表明PAEs在空气中达到一定浓度后，同样对植物生长产生抑制作用。

叶绿素含量反映了植株地上部生理代谢活动的强弱，当植物受逆境胁迫时，植物叶片中叶绿素的含量会减少。研究表明，高浓度PAEs能使植物叶片细胞中的叶绿体受到破坏[16]。在本试验中，低浓度和高浓度PAEs处理均使葡萄叶片叶绿素含量降低，且高浓度处理叶绿素含量与对照差异显著。这与周宝利等[17]的研究结果“高浓度邻苯二甲酸二异丁酯使茄子幼苗叶绿素含量降低”相似。

植物体中可溶性蛋白和糖都是植物体内重要的渗透调节物质，高含量的可溶性蛋白质和糖使植物细胞维持较低的渗透压，以此来抵抗环境胁迫。有研究表明，随着DBP浓度的升高，小白菜可溶性蛋白的含量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]。张慧芳等[19]关于邻苯二甲酸酯对小麦幼苗影响的研究发现，小麦叶片可溶性糖含量随着邻苯二甲酸酯浓度的增高，整体呈上升趋势，当浓度为384 μg/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。杨子江等[20]通过室内盆栽模拟试验发现，在成熟期，水稻叶片中可溶性糖含量随PAEs浓度增加而逐渐下降。本试验显示，在不同浓度PAEs处理下，葡萄叶片总蛋白含量和总糖含量均低于对照，且高污染水平下的两者含量最低，与对照差异显著，说明本试验PAEs浓度较大，对葡萄叶片造成了伤害。

4 结论

邻苯二甲酸酯对葡萄地上部分的生长及物质积累具有抑制效应，低浓度和高浓度PAEs对3种葡萄的生长发育及物质积累均有较大的影响，且PAEs浓度越高，葡萄植株生物量，枝条长度、粗度的生长量、叶绿素含量、总蛋白和总糖含量等受抑制作用越明显。邻苯二甲酸酯与各指标的相关性分析表明，PAEs与3种葡萄所有指标均呈现显著或极显著负相关关系。