鄰苯二甲酸酯對(duì)葡萄植株生長(zhǎng)及物質(zhì)構(gòu)成的影響

李海峰，劉河疆，任紅松，郭紅梅，劉志剛*

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 吐魯番 838000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

鄰苯二甲酸酯(Phthalic Acid Esters，PAEs)又稱酞酸酯，俗稱塑化劑，是一種人工合成的具有環(huán)境毒性的有機(jī)化合物，被廣泛應(yīng)用于塑料制品中，其添加量可達(dá)到塑料的20%～60%[1-2]。鄰苯二甲酸酯與塑料只是通過氫鍵或范德華力相連，彼此保持相互獨(dú)立的化學(xué)性質(zhì)，因此在生產(chǎn)、使用、廢棄等過程中很容易遷移到外界環(huán)境中，造成土壤、水、大氣的污染[3-4]。研究表明，PAEs能對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生諸多不利影響，早在20世紀(jì)70年代，我國(guó)就有因鄰苯二甲酸酯造成農(nóng)作物死亡的報(bào)道[5]。吐魯番在溫室葡萄生產(chǎn)中，地膜和棚膜應(yīng)用廣泛，由于吐魯番日照長(zhǎng)、光照強(qiáng)、棚內(nèi)溫度高、濕度大，棚膜及地膜中的PAEs化合物很可能在大棚土壤和空氣內(nèi)聚集，從而影響葡萄樹體的正常生長(zhǎng)。因此，研究PAEs對(duì)葡萄植株生長(zhǎng)的影響，對(duì)溫室葡萄安全生產(chǎn)具有重要意義。鄰苯二甲酸酯類化合物對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯的影響。有研究表明，當(dāng)土壤中的鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)及鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)含量超過20 mg/kg時(shí)，對(duì)辣椒的生長(zhǎng)產(chǎn)生了顯著的抑制作用[6]。徐文君等[7]研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中人為添加DBP，上海青的根長(zhǎng)、生物量因受DBP脅迫而顯著減小，其抗氧化系統(tǒng)同樣受到影響。也有研究表明，玉米幼苗經(jīng)DnBP水培處理后，其株高、生物量、根系等指標(biāo)受到了抑制作用，且DnBP濃度越高，抑制作用越強(qiáng)[8]。多數(shù)研究是從土壤污染的角度研究PAEs對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。溫室大棚空氣中也含有PAEs，以DBP、DEHP為主，其含量與蒙棚的時(shí)間、塑料薄膜中含量和組成以及氣溫有關(guān)[9]。關(guān)于空氣中PAEs對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響的研究鮮有報(bào)道。本文通過采用盆栽覆蓋玻璃罩的方式，研究了空氣中鄰苯二甲酸酯對(duì)葡萄植株生長(zhǎng)及物質(zhì)構(gòu)成的影響，以期為溫室葡萄安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試葡萄品種：紅巴拉多、無核白雞心、無核白葡萄，均為吐魯番地區(qū)主栽品種。

供試鄰苯二甲酸酯污染物：鄰苯二甲酸正二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020年4～7月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)采用盆栽葡萄覆蓋玻璃罩的方式，在玻璃罩內(nèi)放置盛有DBP、DEHP、DIBP混合物的小培養(yǎng)皿，讓PAEs自然揮發(fā)后被植株吸收累積。依據(jù)鄰苯二甲酸酯污染物水平設(shè)置3個(gè)處理：對(duì)照CK(0 mg/mL)、低濃度T1(15 mg/mL)、T2高濃度(50 mg/mL)，每處理重復(fù)3次。玻璃罩長(zhǎng)、寬、高分別為60、60、120 cm，兩對(duì)立面分別設(shè)有3個(gè)直徑為3 cm的通風(fēng)口。種植葡萄的花盆材質(zhì)為陶瓷，直徑30 cm，高28 cm。盆栽所用的土壤為地表下l m、經(jīng)測(cè)定無PAEs污染的土壤。PAEs污染源是用甲醇配制的濃度為15、50 mg/mL的DBP、DEHP、DIBP混合污染物，每個(gè)培養(yǎng)皿用移液管移3 mL，置于玻璃罩內(nèi)，讓污染物自然揮發(fā)，培養(yǎng)皿7 d換1次。各處理盆栽葡萄的水、肥管理均一致。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與方法

在試驗(yàn)過程中，每7天對(duì)各處理葡萄植株的枝條長(zhǎng)度、粗度、葉長(zhǎng)、葉寬進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算各指標(biāo)的生長(zhǎng)量，生長(zhǎng)量=收獲時(shí)測(cè)定值-處理前測(cè)定值。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)葡萄地上部分生物量，以及葉片總糖、蛋白質(zhì)及葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定。總糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[10]，蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[11]，葉綠素含量使用葉綠素儀器進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素相關(guān)顯著性檢驗(yàn)采用LSD(least significant difference)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 PAEs對(duì)葡萄植株生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表1可知，隨著PAEs濃度的增加，3個(gè)品種葡萄的葉長(zhǎng)、葉寬、枝條長(zhǎng)度、粗度的生長(zhǎng)量及地上生物量整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)PAEs濃度為15 mg/mL時(shí)，3個(gè)品種葡萄的葉片長(zhǎng)、葉寬生長(zhǎng)量較對(duì)照減少幅度較小，無顯著差異；當(dāng)PAEs濃度為50 mg/mL時(shí)，紅巴拉多和無核白雞心葡萄的葉長(zhǎng)、葉寬生長(zhǎng)量與對(duì)照差異不顯著，而無核白葡萄葉長(zhǎng)、葉寬生長(zhǎng)量較對(duì)照減少幅度較大，分別減少了46.0%、68.2%，與對(duì)照差異顯著。在PAEs低濃度和高濃度處理下，3種葡萄的枝條長(zhǎng)度、粗度的生長(zhǎng)量及地上生物量均小于對(duì)照，且與對(duì)照差異顯著。試驗(yàn)表明，PAEs對(duì)葡萄植株的生長(zhǎng)具有抑制作用，濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。

2.2 PAEs對(duì)葡萄葉片葉綠素含量的影響

如圖1所示，不同濃度PAEs處理后，3個(gè)品種葡萄葉片的葉綠素含量均低于對(duì)照，且濃度越高，葉綠素含量越低。其中紅巴拉多葡萄各處理葉綠素含量無顯著差異，無核白雞心和無核白葡萄在高濃度處理(T2)的葉綠素含量與對(duì)照差異顯著，表明PAEs影響了葡萄葉片葉綠素的合成，其濃度越高，影響越顯著。

圖1 PAEs對(duì)葡萄葉片葉綠素含量的影響

2.3 PAEs對(duì)葡萄葉片總蛋白、總糖含量的影響

由圖2、圖3可知，T1、T2處理的葡萄葉片總蛋白、總糖含量均低于CK，總體隨PAEs濃度升高呈下降趨勢(shì)。3種葡萄葉片的蛋白含量，T1、T2處理相對(duì)CK分別平均減少2.6%、17.8%，經(jīng)單因素方差分析及LSD多重比較，T1與CK無顯著差異，T2與CK、T1與T2差異顯著。3種葡萄葉片的總糖含量，T1、T2處理相對(duì)CK分別平均減少0.5%、0.6%，T1、T2與CK差異顯著，但T1與T2無顯著差異。

圖2 PAEs對(duì)葡萄葉片蛋白含量的影響

圖3 PAEs對(duì)葡萄葉片總糖含量的影響

2.4 PAEs與葡萄地上部生長(zhǎng)指標(biāo)及物質(zhì)含量的相關(guān)性分析

將PAEs濃度與葡萄地上部生長(zhǎng)指標(biāo)和物質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)性分析可知(表2)，PAEs濃度與3種葡萄所有指標(biāo)均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中PAEs與3種葡萄的枝長(zhǎng)、枝條粗度、地上生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與葉長(zhǎng)、葉寬等指標(biāo)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，表明PAEs對(duì)葡萄地上部分的生長(zhǎng)及物質(zhì)積累具明顯的抑制效應(yīng)。

表2 PAEs與葡萄地上部生長(zhǎng)指標(biāo)及物質(zhì)含量的相關(guān)性分析結(jié)果

3 討論

相對(duì)于自然環(huán)境，溫室塑料大棚內(nèi)由于溫室效應(yīng)，PAEs的釋放比較劇烈，棚膜中PAEs主要以氣體形式釋放到大棚空氣中，且土壤中PAEs也能揮發(fā)到空氣中。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)施蔬菜大棚土壤、空氣中均能檢出PAEs，大棚空氣PAEs濃度較外界大氣中PAEs濃度高得多[12-13]。大量研究表明，土壤及液態(tài)環(huán)境中PAEs均能影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。安瓊等[14]利用不同濃度DBP或DEHP處理土壤后，發(fā)現(xiàn)10 mg/kg DBP或DEHP對(duì)花椰菜、辣椒等蔬菜幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的毒害作用。李軼修等[15]采用不同濃度的DBP處理茄子、黃瓜、辣椒3種蔬菜種子，發(fā)現(xiàn)DBP濃度為0.05～1.00 mmol/L時(shí)，對(duì)茄子幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，而濃度超過4.00 mmol/L 時(shí)，DBP對(duì)茄子和黃瓜幼苗生長(zhǎng)卻顯示出抑制作用，且濃度越高抑制越嚴(yán)重。本試驗(yàn)采用瓶熏的方式使PAEs自然揮發(fā)，PAEs低濃度(15 mg/mL)和高濃度(50 mg/mL)處理對(duì)3種葡萄的枝條長(zhǎng)度、粗度的生長(zhǎng)量及地上生物量均產(chǎn)生了抑制作用，濃度越高，抑制作用越明顯。表明PAEs在空氣中達(dá)到一定濃度后，同樣對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。

葉綠素含量反映了植株地上部生理代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱，當(dāng)植物受逆境脅迫時(shí)，植物葉片中葉綠素的含量會(huì)減少。研究表明，高濃度PAEs能使植物葉片細(xì)胞中的葉綠體受到破壞[16]。在本試驗(yàn)中，低濃度和高濃度PAEs處理均使葡萄葉片葉綠素含量降低，且高濃度處理葉綠素含量與對(duì)照差異顯著。這與周寶利等[17]的研究結(jié)果“高濃度鄰苯二甲酸二異丁酯使茄子幼苗葉綠素含量降低”相似。

植物體中可溶性蛋白和糖都是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，高含量的可溶性蛋白質(zhì)和糖使植物細(xì)胞維持較低的滲透壓，以此來抵抗環(huán)境脅迫。有研究表明，隨著DBP濃度的升高，小白菜可溶性蛋白的含量呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，期間各處理可溶性蛋白的含量均低于對(duì)照，而可溶性蛋白再次下降可能是因?yàn)镈BP的脅迫作用超過了植物的耐受值[18]。張慧芳等[19]關(guān)于鄰苯二甲酸酯對(duì)小麥幼苗影響的研究發(fā)現(xiàn)，小麥葉片可溶性糖含量隨著鄰苯二甲酸酯濃度的增高，整體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)濃度為384 μg/kg時(shí)，可溶性糖含量下降，表明該濃度下小麥幼苗已受到嚴(yán)重傷害。楊子江等[20]通過室內(nèi)盆栽模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在成熟期，水稻葉片中可溶性糖含量隨PAEs濃度增加而逐漸下降。本試驗(yàn)顯示，在不同濃度PAEs處理下，葡萄葉片總蛋白含量和總糖含量均低于對(duì)照，且高污染水平下的兩者含量最低，與對(duì)照差異顯著，說明本試驗(yàn)PAEs濃度較大，對(duì)葡萄葉片造成了傷害。

4 結(jié)論

鄰苯二甲酸酯對(duì)葡萄地上部分的生長(zhǎng)及物質(zhì)積累具有抑制效應(yīng)，低濃度和高濃度PAEs對(duì)3種葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育及物質(zhì)積累均有較大的影響，且PAEs濃度越高，葡萄植株生物量，枝條長(zhǎng)度、粗度的生長(zhǎng)量、葉綠素含量、總蛋白和總糖含量等受抑制作用越明顯。鄰苯二甲酸酯與各指標(biāo)的相關(guān)性分析表明，PAEs與3種葡萄所有指標(biāo)均呈現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。