苯酚對紅蓼種子萌發的影響

姚艷蓉，呂俊平，劉 琪，南芳茹，謝樹蓮，馮 佳

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

苯酚（俗稱石碳酸，C6H5OH）作為一種重要的有機合成原料，廣泛應用于工業企業的化工產品生產中，同時也引發了嚴重的環境污染問題[1]。苯酚是一種具有毒性且易揮發的化學藥品，它可以通過多種途徑被人體吸收，并增加人體畸變、癌變和死亡的概率，現已被多國列為重點污染物[2]。相關研究表明，苯酚輕度污染的水體，會使魚肉變味；苯酚中度污染的水體會導致淡水生物出現毒性；而當水體含酚量較高時則會引發大面積魚類死亡[3]。

現階段所使用的降低水體中苯酚質量濃度的方法有3類。第1類是通過物理法處理含酚廢水，主要有吸附法、曝氣法、液膜法、溶液萃取法等；第2類是應用化學方法，包括氧化法、光催化法、沉淀法等處理含酚廢水；第3類是生物降解法處理含酚廢水，其中，活性泥法和生物膜法應用范圍較廣[4-5]。通常，物理法中膜分離操作較復雜且花費高；化學法往往效果不甚理想，如萃取法易造成二次污染[4]；相比較而言，生物法去除苯酚具有多種優勢，簡單美觀，經濟實用，不會造成水體的二次污染等[5-6]。

植物修復技術是一項多學科交叉且對環境無害的新興綠色生物技術，目前已成為世界各國的熱門研究項目。植物不僅可以耐受并吸收、揮發、降解、根濾、吸附和穩定環境中的無機或有機污染物質[7-9]，而且還兼具景觀優化效果、簡單便捷、經濟實惠、無二次污染、風險可控、食物鏈參與較少等優點[10]。植物修復技術雖然在有機物導致的污染處理方面已嶄露頭角，但若要成為真正成熟的污染處理方法并應用于市場化推廣，仍需進行更深入的研究[11]。

紅蓼（Polygonum orientale Linn.）屬于蓼科蓼屬1年生草本植物。其花淡紅色至淡粉色，種子為黑色具蠟質角質層且由堅硬的種皮包被；多生于路旁和水邊濕地，分布于我國各地，以中部和北部較多。關于紅蓼的研究多集中在其藥用價值、農用殺蟲，及其在水體凈化中的應用效果等方面[12-16]。楊立紅[17]研究表明，紅蓼對磷富營養化水體中總磷去除效果非常明顯（去除率93.83%～99.19%）。王凱等[18]研究發現，紅蓼可以應用于焦化廢水的水體凈化，紅蓼對苯酚的耐受范圍≤80 mg/L，在其耐受范圍內紅蓼對苯酚有較強的去除能力，可以將80 mg/L的苯酚在12 d內幾乎完全去除，并可在苯酚的脅迫下保持正常的形態特征和良好的生長狀態[19]。

種子萌發是植物生命周期的重要階段。在極端環境下，種子的耐受力極強。本研究探討苯酚脅迫下紅蓼種子的萌發情況，旨在更好地為紅蓼植物修復技術應用提供理論基礎及數據支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

紅蓼種子于2016年10月底采收于山西省太原市汾河河畔。待種子晾干后去掉表面花瓣，選取黑褐色、有光澤、顆粒飽滿的種子于室溫儲存。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預處理 取紅蓼種子適量，用蒸餾水反復洗滌3次后浸泡3 d，再包入蒸餾水浸潤的紗布中，放入自封袋內置于4℃冰箱內低溫層積，冷處理10 d以打破紅蓼種子的生理休眠。取98%濃硫酸適量倒入晾干的種子中，不斷攪拌5 min后立即用大量蒸餾水將種子洗凈，以破除紅蓼種皮障礙。將紅蓼種子在超凈工作臺內用75%乙醇消毒處理30 s，再用1 g/L的氯化汞消毒處理4 min，用無菌水沖洗3次，晾干。

1.2.2 種子發芽試驗 配制質量濃度為160，80，40，20，10，5，0 mg/L 的苯酚溶液，其中，不含苯酚組為對照組，另6組為試驗組，每組重復3次。在試驗所用培養皿中加入一定量脫脂棉用于蓄水，并在脫脂棉上鋪一張濾紙，經121℃高壓蒸汽滅菌20 min后烘干備用。取一定量上述不同濃度的苯酚溶液分別加入培養皿，在每個培養皿中均勻放入經1.2.1預處理的紅蓼種子50粒，置于25℃半光照培養箱中培養。每組定期加適量的各濃度苯酚溶液，以保持濕潤。用TTC法檢測未萌發的種子是否具有生活力。記錄開始發芽的天數，每天記錄發芽種子數，霉爛種子數，根據記錄數據計算以下5項指標。

其中，Gn為逐日發芽數，Tn為相對應的天數。

1.2.3 種子萌發時浸出液的電導率測試 用分析天平稱取4組0.5 g經1.2.1預處理的紅蓼種子，分別裝入容量為100 mL的無菌燒杯中。分別在燒杯中加入0，10，40，160 mg/L的去離子水配制的苯酚溶液30 mL，用電導率測試儀每隔2 h測一次上述溶液的電導率（測量時注意避免探頭接觸到種子），記錄測得的數值。

1.3 數據統計分析

使用SPSS 17.0軟件對數據進行分析，使用Excel 2007進行繪圖、制表。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度苯酚對紅蓼種子發芽率的影響

供試7 d內，各處理組及對照組中均有種子萌發，紅蓼種子的發芽率如圖1所示。未發芽的種子經TTC法測定均具備生活力。紅蓼種子在不同質量濃度苯酚溶液水培條件下的發芽情況由高到低依次為5mg/L＞10mg/L＝20mg/L＞0mg/L＞40mg/L＞80 mg/L＞160 mg/L。苯酚質量濃度為5 mg/L處理組的發芽率達到44%，明顯高于對照組（P＜0.05）。其他處理組與對照組相比沒有顯著性差異。

2.2 不同質量濃度苯酚對紅蓼種子發芽勢的影響

在種子發芽試驗過程中，發芽高峰日的種子數與有生活力的種子數的比例即為種子發芽勢。該項指標值越高，則表示種子的生活力越強。計算所有紅蓼種子的平均發芽率日增長量，即第2，3，4，5，6，7 天的平均發芽率日增長量分別為3.33%，3.33%，1.90%，3.81%，4.86%，4.29%，故確定第6天為發芽勢之日。如圖2所示，當苯酚質量濃度為5 mg/L時，紅蓼種子發芽勢達到37.33%，略高于其他試驗組及對照組，但差異不顯著。其他處理組與對照組相比均沒有顯著差異。

2.3 不同質量濃度苯酚對紅蓼種子其他形態指標的影響

發芽指數是衡量種子生活力好壞的一項指標，指種子失去發芽力之前已經發生劣變的量。從表1可以看出，在含有不同質量濃度苯酚溶液中生長的紅蓼種子發芽指數由小到大的處理質量濃度依次為 5，0，10，20，40，80，160 mg/L。

表1 苯酚對紅蓼種子種子霉爛率、發芽指數和平均發芽天數的影響

平均發芽天數可以用來判斷種子發芽的快慢，其數值越小，代表種子發芽速度越快。從表1可以看出，5 mg/L苯酚處理組的紅蓼種子的平均發芽天數較其他試驗組及對照組略長，但差異不明顯。紅蓼種子霉爛率各組間差別較大，沒有明顯規律。

2.4 不同質量濃度苯酚對紅蓼種子浸出液電導率的影響

從圖3可以看出，在紅蓼種子浸種最初的10 h內，隨著時間的增長，各處理組浸出液的電導率均呈增長的趨勢。從第2小時起，對照組電導率的增長幅度開始低于試驗組，在試驗測試的第10小時時，對照組的電導率為151.19 μS/（cm·g），而苯酚溶液質量濃度分別為10，40，160 mg/L的試驗組電導率依次為：164.32，169.85，170.58 μS/（cm·g），對照組電導率的增長量明顯低于試驗組（P＜0.05）。

3 討論

當水體中苯酚質量濃度較低（5 mg/L）時，紅蓼種子發芽率較對照組有顯著性提高，由此可以得出，當苯酚溶液處于較低濃度時，對紅蓼種子的發芽率有促進作用，其原因可能是由于低濃度的苯酚可以刺激種子產生生長激素。李清等[20]研究發現，作為土壤硝基酚類化合物指示植物的上海青，在受到低濃度（6 mg/kg）污染時，其種子的發芽率較對照有所提高，分析其原因可能是由于污染物能引起種皮組分改變，從而促進種子萌發。

ZACKRISSON等[21]研究發現，矮灌木（Empetrum nigrum）在茂盛生長時可以分泌某些酚類物質，抑制其他物種萌發及幼苗生長。而紅蓼種子在苯酚質量濃度為10～160 mg/L時，處理組與對照組相比發芽率無明顯差異，且在本試驗的苯酚質量濃度區間（5～160 mg/L）內，沒有發現其對紅蓼種子萌發有明顯的抑制效果。可以嘗試紅蓼和矮灌木搭配種植，更好地利用植物修復技術修復生態環境。

當苯酚的質量濃度在5～160 mg/L時，種子的發芽勢、發芽指數以及平均發芽天數與對照組相比沒有顯著性差異，說明在供試的苯酚濃度區間內（5～160 mg/L），苯酚對紅蓼種子的發芽勢、發芽指數和平均發芽天數均沒有發生明顯的抑制現象。

電導率是用來表示種子活力的一種基本檢測方法之一，簡單便捷且科學可靠。活力越高的種子其自身細胞膜對損傷的修復能力越強，浸泡在水中后，滲透到水中的電介質或可溶性物質較少，因此，種子浸泡液電導率較低[22]。本試驗結果表明，試驗組電導率顯著高于對照組，即試驗組種子均遭受了不同程度的苯酚毒害損傷。但與發芽率結合分析，這種毒害損傷并未達到抑制紅蓼種子萌發的程度。

在王凱[19]的試驗中，質量濃度為5 mg/L的苯酚溶液對紅蓼植株生長有促進作用，這與本試驗使用5 mg/L的苯酚溶液促進紅蓼種子萌發的結果基本一致。王凱[19]試驗表明，紅蓼植株的苯酚耐受程度為80 mg/L，而本試驗中160 mg/L的苯酚溶液依然未達到紅蓼種子萌發的最大耐受程度。經調查，汾河水體中苯酚質量濃度一般為4.68～82.17 mg/L。因此，本試驗結果可以證明紅蓼種子在汾河水體中的萌發不會受到苯酚的抑制。

在試驗過程中，紅蓼種子因其種子自身特性，種皮堅硬不易打破休眠，存在發芽難、出苗整齊度不理想的問題，試驗雖然采取了許桂芳等[23]的試驗方法，用98%濃硫酸打破種子休眠，但是發芽率仍不甚理想。其次，由于苯酚揮發性強，需要在通風櫥內進行試驗，致使試驗環境未能達到嚴格無菌條件；紅蓼種子由于有種皮保護，與黃瓜[24]等其他種子相比不能完全滅菌。霉菌孢子萌發后快速生長，被感染的種子存在不能及時分離的問題，這對試驗結果有一定的影響。后期試驗中可以采用向培養皿中添加青霉素、盤尼西林等抑菌劑[12]或用紫外光短時間照射等對試驗方法進行改進。

綜上所述，紅蓼種子雖然在水體苯酚質量濃度為5～160 mg/L的區間內受到了不同程度的損傷，但是它仍然可以正常萌發、生長。同時，經王凱前期研究表明，紅蓼對水體中的苯酚有良好的吸附能力，它可以將80 mg/L的苯酚在12 d內幾乎完全去除[19]。因此，紅蓼可作為一種良好的植物修復材料應用于水體中苯酚的處理。

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