多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化

多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化 多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分 泌物的变化 第46卷第1期中山大学(自然科学版) 2007年1月ACTASCIENTIARUMNATURALIUMUNIVERSITATISSUNYATSENI Vo1.46No.1 Jan.2007 多氯代有机污染物胁迫下植物 某些根系分泌物的变化 万大娟'.,贾晓珊,陈娴 (1.中山大学环境科学与工程学院,广东广州510275; 2.湖南师范大学资源环境科学学院,湖南长沙410081) 摘要:采用水培植物的方法,对以1,2,4-TCB和pp'-DDT为代的PCOPs胁迫下黑麦草和大蒜的某些根系分 泌物含量变化进行了研究.结果表明:受不同类型和浓度PCOPs胁迫下的植物某些根系分泌物产生了相应变化. pH值呈现先降低后升高的趋势;较低浓度PCOPs胁迫能促进植物对可溶性总糖,有机酸和氨基酸的分泌,而在 较高浓度PCOPs胁迫下对植物根系分泌可溶性总糖,有机酸和氨基酸产生了抑制作用;根系分泌物的变化情况 随PCOPs的类型和浓度不同而异. 关键词:PCOPs;胁迫;根系分泌物;黑麦草;大蒜. 中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:0529-6579(2007)01-0110-05 多氯代有机化合物性质稳定,难以被化学水解 和生物降解,属于持久性环境污染物….几乎所 有的多氯代有机污染物(PCOPs)都具有"致癌, 致畸,致突变"效应,在自然环境中长期残留和 经生物链富集会严重影响人类和环境生态系统健 康,因此被众多环保机构列入优先控制污染物黑 (灰)名单J.已有的研究结果表明_3J,人类生 态环境受到了PCOPs的持续污染,这为其污染控 制及修复机理的研究带来了沉重压力. 对PCOPs污染环境的修复研究目前主要集中 于采用物理,化学和生物的修复方法.植物修 复作为一种重要的修复方法,因直接利用绿色植物 系统,通过转移,降解或保持的方式修复污染环 境,与其它方法相比具有独特的优点.本课题 组的前期研究结果也表明_】,种植植物能修复受 PCOPs污染的土壤,有良好的修复效果,其修复机 理可能与种植植物后根际环境的变化有关.但对于 PCOPs胁迫下植物根系分泌物的变化研究,尚未见 报导.本文采用研究和应用相对较多,对受有机化 合物污染环境有一定修复能力的黑麦草"和高 等作物大豆为供试植物,以1,2,4一三氯苯(TCB) 和pp'-滴滴涕(DDT)为PCOPs的典型代表,通过 水培试验初步研究了受不同浓度PCOPs胁迫下植 物某些根系分泌物的变化情况,从而为进一步深入 探讨持久性有机化合物污染环境的植物修复机理提 供依据. 1与方法 1.1供试材料 供试植物:黑麦草(Loliumm~tiflorumLam.) 和大豆(GlycinemaxMerr.)种子购于湖南省安乡 种子公司. 试剂:1,2,4-TCB和pp'-DDT(德国Dr.Ehren— storfer,Augsburg公司). 1.2研究方法 试验为期12d的水培试验,将苗龄为10 d的黑麦草和大豆移入不同浓度PCOPs处理的水培 溶液中,分别为24彬盆(黑麦草)和4盆 (大豆),同时设置对照处理(不种植物).于培养 后0,2,4,8,12d测定培养液pH值,培养12d 后将植物取出,除去胚乳,用无菌去离子水清洗根 部后放入25mL刻度试管.加无菌去离子水浸没根 部,分别为6彬20mL(黑麦草)和1株/20mL (大豆),置于20~C恒温培养箱中培养24h后取出 植物,将收集的根系分泌物溶液定容到20mL,密 封冷冻保存待测. 试验设10种不同污染程度的处理:CK(不添 力?1,2,4-TCB和PP一DDT),To.25(添力?1,2,4-TCB 含量为0.25mg?L),T25(添加1,2,4-TCB含 量为2.50mg?L),T25(添加1,2,4-TCB含量为 $收稿日期:2006—04—19 基金项目:国家"985"工程二期项目(32000-3253282);中山大学重点资助项目 作者简介:万大娟(1976年生),女,讲师;通讯联系人:贾晓珊;E— mail:eesjxs@mail.sysu.edu.cn 第1期万大娟等:多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化11l 25.00mg?L),D0.25(添加PP"-DDT含量为 0.25mg?L),D2.5(添加pp"-DDT含量为2.50 mg?L),T25(添加pp=DDT含量为25.00mg? L),TDo25(添加】,2,4-TCB和pp=DDT含量均 为0.25mg?L),TD25(添~JIll,2,4-TCB和pp'- DDT含量均为2.50mg?L),TD25(添Mill,2,4一 TCB和pp'-DDT含量均为25.o0mg?L).各处理 重复3次. 1.3分析方法 待测液pH值采用电位法,可溶性总糖采用蒽 酮比色法?,有机酸采用气相色谱FID检测 法n,氨基酸采用甲醛滴定法进行测定.分析 结果以植物干质量进行计算和比较. 2结果与讨论 植物根系分泌物是保持根际微生态系统中活力 的关键因素,也是根际微生态系统中物质迁移和调 节的重要组成部分,主要包括无机离子,质子以及 大量的有机物质,如:糖类,氨基酸,有机酸等, 该类物质的分泌能有效改变根际环境状况?. 2.1pH的动态变化 pH值是根际环境变化的重要指标,与根际微 7r j 6} zl ?5 ; 4 7 Z6 ? 5 (a)黑麦草T处理 生态系统的改变相关【】.图1的结果表明,在1, 2,4-TCB胁迫下,黑麦草水培溶液pH在0—8d内 持续下降,8d后回升,但0.25和2.5mg?L 1,2,4-TCB处理仍维持在较低浓度;大豆水培溶液 pH则在0,4d呈下降趋势,之后回升,且变化趋 势较小.这一研究结果表明,较低浓度的】,2,4一 TCB和pp'-DlYr胁迫能促进植物根系对氢离子的分泌. 在添加Pp"-DDT后,黑麦草和大豆水培溶液 pH在0—4d呈下降趋势,之后回升,且黑麦草水 培溶液的变化趋势较大豆明显.4d后,以25mg ? L浓度处理黑麦草和三个浓度处理大豆的水培 溶液pH升高,12d时达到较高水平,因此在该浓 度pp'-DDT胁迫下能抑制根系氢离子的分泌. 1,2,4一TCB和PP"-DDT混合胁迫下,除25mg ? L一污染物处理黑麦草(该处理的植物在培养12 d内已死亡,水培液pH在8d后突然下降),其他 水培溶液pH均在0,4d下降,之后回升.4d后, 除0.25mg?L污染物处理黑麦草的水培溶液pH 能维持在较低水平,其他均上升到较高值,因此一 定浓度1,2,4-TCB和pp'-DDT混合胁迫也能明显抑 制植物根系氢离子的分泌. o248l2 时问/d 图1水培溶液中pH的变化 Fig.1ChangesofpHinwatermedium 2.2总糖的变化 图2反映了PCOPs胁迫下植物根系分泌糖类 的情况,研究表明,在添Mill,2,4-TCB后,黑麦草 根系分泌物中可溶性总糖含量升高,0.25,2.5和 25mg?L三个浓度处理均高于未添加污染物的对 照处理;而大豆根系分泌物中可溶性总糖含量仅在 0.25mg?L,1,2,4-TCB胁迫下升高. 相对于对照处理,在不同浓度PP"-DDT胁迫 下,黑麦草和大豆根系分泌物中的可溶性总糖含量 仅在0.25mg?L浓度pp'-DDT胁迫下升高,其他 均下降. 1,2,4-TCB和PP=DDT混合胁迫下,与对照处 理相比,黑麦草的0.25和2.5mg?L一和大豆 0.25mg?L浓度污染物处理的根系分泌物中可溶 性总糖含量升高,其他均下降. 大豆的25mg?L浓度pp'-DDT处理,黑麦草 的25mg?L浓度混合污染物处理和大豆的2.5 和25mg?L浓度混合污染物处理由于植物死亡 或萎蔫,未检测出可溶性总糖. 本研究结果表明,在不同浓度1,2,4-TCB,较 ll2中山大学(自然科学版)第46卷 低浓度ppCDDT和混合污染物胁迫下能促进植物对 糖类的分泌,而较高浓度PP"-DDT和混合污染物胁 迫则会影响植物根系活性,抑制糖类的分泌. 2.3有机酸的变化 在PCOPs胁迫下,植物根系对有机酸的分泌 情况如图3所示.在添加不同浓度的1,2,4一TCB和 pp'-DDT后,黑麦草根系分泌物中乙酸,丙酸和丁 酸含量在0.25和2.5mg?L浓度1,2,4一TCB或: DDT单独胁迫下高于对照处理,而在25mg?L 浓度1,2,4-TCB或PP:DDT单独胁迫下则低于对照 .D E 把 一 .D E 矗 赶 器 8r l 6 4}J 2『 0L 处理.0.25mg?L浓度混合污染物胁迫下,乙酸 和丁酸含量高于对照处理,其他低于对照处理.这 表明低浓度PCOPs能促进黑麦草根系对有机酸的 分泌,而较高浓度PCOPs则对黑麦草根系分泌有 机酸有抑制作用. 在不同浓度1,2,4一TCB和PP"-DDT胁迫下,大 豆根系分泌物中乙酸,丙酸和丁酸含量均低于未添 加污染物的处理,因此添加不同浓度的PCOPs均 会抑制大豆根系分泌有机酸. JL }_tL一L一一CKD025D25D25CKTD025TD25TD25 处理 图2根系分泌物中糖类含量的变化 Fig.2Contentsofsugarinrootexudates CKDo25D25D25CKTD.25TD25TD25 处 图3根系分泌物中部分有机酸含量的变化 Fig.3Contentsoforganicacidinrootexudates 2.4氨基酸的变化 图4为PCOPs胁迫下植物根系分泌氨基酸的 变化情况,在1,2,4-TEB和pp.:DDT单独胁迫下, 黑麦草根系分泌物中氨基酸含量升高,0.25,2.5 和25mg?L三个浓度处理均高于未添加污染物 的处理;而添加PCOPs处理后的大豆根系分泌物 中氨基酸含量则低于未添加污染物的处理.这表明 单独添加1,2,4-TCB和pp'-DDT对黑麦草根系分泌 氨基酸有一定的促进作用,而对大豆根系分泌氨基 酸有抑制作用. 在1,2,4-TCB和PP"-DDT混合胁迫下,黑麦草 的0.25和2.5mg?L和大豆0.25mg?L浓度 混合污染物处理的根系分泌物中氨基酸含量高于未 添加污染物的处理,其他则低于未添加污染物的处 理.因此低浓度PCOPs混合胁迫下,黑麦草和大 豆根系分泌氨基酸增加,而较高浓度PCOPs混合 胁迫则抑制根系分泌氨基酸,且混合污染物胁迫有 促进大豆根系分泌氨基酸的作用. I 一?? b一 ?I一??? 2963O2963O ?I? ??I?? ?????I ?????? 第1期万大娟等:多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化113 8 6 4 2 . 4 基 2 酶1 0 fa L 儿 『d CKT025T25T25 LLJ一一 一 CKD025D25D25CKTD 025 TD25TD25 处理 图4根系分泌物中氨基酸含量的变化 Fig.4Contentsofaminoacidinrootexudates 25mg?L浓度pp"-DDT处理大豆,25mg? L-I浓度混合污染物处理黑麦草,2.5和25mg? L浓度混合污染物处理大豆,由于植物死亡或萎 蔫,未检测出氨基酸. 3结论 不同类型和浓度PCOPs的胁迫对黑麦草和大 蒜的某些根系分泌物产生了一定的影响,pH值, 可溶性总糖,有机酸和氨基酸含量均有不同程度的 变化,主要表现为:pH值呈现先降低后升高的趋 势;较低浓度PCOPs胁迫能促进植物对可溶性总 糖,有机酸和氨基酸的分泌,在较高浓度PCOPs 胁迫下则相反;根系分泌物的变化情况随PCOPs 的类型和浓度不同而异.因此,较适宜浓度PCOPs 的存在能促进植物根系分泌物的产生,而较高浓度 PCOPs的存在对植物根系分泌物的产生有一定的抑 制作用,甚至影响植物的正常生长. 参考文献: 王连生.有机污染物化学()[M].北京:科学出 版社,1991. 金相灿.有机化合物污染化学[M].北京:清华大学 出版社,1990. 万大娟,贾晓珊.耕作土壤中多氯代有机污染物的含 量与分布特征一以珠江三角洲部分地区为例[J].环 境科学,2005,25(8):1078—1084. PERIRAWE,DOMAGALSKIJL,HOSTETYLERFD, eta1.Occurrenceandaccumulationofpesticidesandor— ganiccontaminantsinriversediment,waterandclamtis— suesfromtheSanJoaquinfiverandtributariesCalifornia [Jj.EnvironmentalToxicologyandChemistry,1996, 15:172—180. CHEVREUILM,CHESTERIKOFFA,LETOLLER.PCB pollutionbehaviorintheRiverSeine[J].WaterRe— search,1987,21(4):427—434. [6]ROYD,KOMMALAPATIRR,MANDAVASS,eta1. Soilwashingpotentialofanaturalsurfactant[J].Envi— ronmentalScienceandTechnology,1997,31(3):670— 675. 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L 1J]J]J]]J ll8中山大学(自然科学版)第46卷 YearlyMeanPanEvaporationInterpolationMethod BasedonBackPropagationNeuralNetworkModel WANGZhao—li,CHEN (CenterforWaterResourcesandEnvironment,Sun Xiao—hong,LIYah Yat—senUniversity,Guangzhou510275,China) Abstract:ThespatialdistributionofyearlymeanpanevaporationandtherelationshipsbetweenitandDEM&oth— er~ctorsextractedfromDEMareanalyzedusingpanevaporationdatasetof117panevaporationstationsinGuang— dongprovince,monthly1980— 2000.BymeansofDEM&GIStechnology,thispaperprovidesanewmethodbased ontheBackPropagationmodelofNeuralNetworkforspatialinterpolation(BPNNSI)ofyearlymeanpanevapora— tion.Itisassumedthatthespatialdistributionofyearlymeanpanevaporationistheresultoftheinteractionofvari— OUSfactorsandcanbemodeledasacomplexnon— linearfunction.So,throughtheBPNNSImodel,wecanuse thosefactorsasinputparameterstosimulatethespatialdistributionofyearlymeanpanevapor ation,andtheexpect— antoutputwillbethevaluesofyearlymeanpanevaporation.TheresultsofapplicationinGuangdongprovincere— vealthat:?ehighestvalueofrelativedifferenceis一 11.6%,thelowestvalueis0.36%andtheaveragevalue is3.15%;Correlationcoe侬cientbetweentheobselvedvaluesandmodelingvaluesis0.93. ?Comparedwithoth— ermodelsgenerallyused(suchasIDWandKRIGING),theBPNNSImodelshowsthehighestmodelingandpre— dictionprecisionbecauseofitscomplexcapabilitiesofnonlinearmapping.TheBPNNSImethodnotonlycanbe appliedtosurfaceinterpolationofyearlymeanpanevaporation,butalsocanbeusedforgeneratinghighspatialres— olutiondatasets.Ifcanbetterreflectregionalandspatialfeaturesofpanevaporationandexplainthequantitative relationbetweenpanevaporationanditsaffectingfactors. Keywords:panevaporation;backpropagationneuralnetworkmodel;DEM;GIS;BPNNSI;Guangdongprovince e;写石.,石石石;,石_',分#螨写蜗 (上接第113页) EffectsofPCOPsonsomeRootExudatesofPlants WANOaguan.,JIAXiao—shan,ChenXian. (1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SunYat— senUniversity,Guangzhou510275,China; 2.CollegeofResourceandEnvironmentScience,HunanNormalUniversity,Changsha410081,China) Abstract:ChangesofsomerootexudatesofLoliummultiflorumandGlycine,删 withPCOPs(1,2,4-TCBandPP :DDT)stresswerestudiedunderhydroponicconditions.Resultsshowedthatdifferenttypesandconcentrationsof PCOPscouldaffectthecontentsofsugar,organicacid,aminoacidandpHvaluesofsomerootexudates.ThepH valuesofwatermediumdecreasedinearlydays.Contents. ofsugar,organicacidandaminoacidinrootexudates increasedwithPCOPsoflowerconcentrationstressanddecreasedwithPCOPsofhigherconcentrationstress. Keywords:PCOPs;stress;rootexudates;Loliummultiflorum:Glycine,