多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化_cropped

多氯代有机污染物胁迫下植物某些根系分泌物的变化_cropped ()Vo l146 No11 第 46卷 第 1 期 中山大学学报 自然科学版 J an1 2007 2007年 1月ACTA SC IEN T IARUM NA TURAL IUM UN IV ER S ITA T IS SUN YA TSEN I 多氯代有机污染物胁迫下植物 3 某些根系分泌物的变化 11 , 2 1 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 2TCB 和 pp’2DD T为代表的 PCO P s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 PCO P s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 PCO P s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 PCO P s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 PCO P s的类型和浓度不同而异 。 关键词 : PCO P s; 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 : 052926579 2007 0120110 205 多氯代有机化合物性质稳定 、难以被化学水解 [ 1 ] 和生物降解 , 属 于 持 久 性 环 境 污 染 物 。几 乎 所 1 材料与方法 ( ) 有的多氯代有机污染物 PCO P s都具有 “致癌 、 111 供试材料 致畸 、致突变 ”效应 , 在自然 环境 中长 期 残留 和 () 供试植物 : 黑麦草 L olium m u ltif lo rum L am. 经生物链富集会严重影响人类 和环 境生 态 系统 健 ( ) 和大豆 G lycine m ax M e rr. 种子购于湖南省安乡 康 , 因此被众多环 保机 构列 入 优先 控制 污 染物 黑 种子公司 。 [ 2 ] [ 3 - 5 ] () 灰 名单 。已有的研究结果表明 , 人类生 ( 试剂 : 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp’2DD T 德国 D r. Eh ren2态环境受到了 PCO P s的持续污染 , 这为其污染控 ) sto rfe r, A ugsbu rg公司 。 制及修复机理的研究带来了沉重压力 。 112 研究方法对 PCO P s污染环境的修复研究目前 主 要集 中 [ 6 - 8 ] 试验设计为期 12 d 的水培试验 , 将苗龄为 10于采用物理 、化学和生物的修复方法 。植物修 d的黑麦草和大豆移入不同浓度 PCO P s处理的水培 复作为一种重要的修复方法 , 因直接利用绿色植物 () 溶液中 , 分 别 为 24 株 /盆 黑 麦 草 和 4 株 /盆 系统 , 通过 转移 、降解 或保 持 的方 式修 复 污染 环 () () 大豆 , 同时设置对照处理 不种植物 。于培养 [ 9 ] 境 , 与其它方 法 相 比 具 有 独 特 的 优 点 。本 课 题 后 0、 2、 4、 8、 12 d测定培养液 pH 值 , 培养 12 d [ 10 ] 组的前期研究结果也表明 , 种植植物能修复受 后将植物取出 , 除去胚乳 , 用无菌去离子水清洗根 部后放入 25 mL 刻度试管 。加无菌去离子水浸没根 PCO P s污染的土壤 , 有良好的修复效果 , 其修复机 ) (部 , 分别为 6 株 /20 mL 黑麦草 和 1 株 /20 mL 理可能与种植植物后根际环境的变化有关 。但对于 () 大豆 , 置于 20 ?恒温培养箱中培养 24 h后取出 PCO P s胁迫下植物根系分泌物的变化研究 , 尚未见 植物 , 将收集的根系分泌物溶液定容到 20 mL , 密 报导 。本文采用研究和应用相对较多 、对受有机化 封冷冻保存待测 。 [ 10 - 11 ] 合物污染环境有一定修复能力的黑麦草 和高 (试验设 10种不同污染程度的处理 : CK 不添 ( ) 等作物大豆为供试植物 , 以 1 , 2 , 4 2三氯苯 TCB ) (加 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp’- DD T、 T添加 1 , 2 , 4 2TCB 0125 () 和 pp’2滴滴涕 DD T为 PCO P s的典型代表 , 通过 水培试验初步研究了受不同浓度 PCO P s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 - 1 )(含量为 0125 m g?L 添 加 1 , 2 , 4 2TCB 含 、 T 215探讨持久性有机化合物污染环境的植物修复机理提 - 1 ) ( 量为 2150 m g?L 、 T 添加 1 , 2 , 4 2TCB 含量为供依据 。 25 3 收稿日期 : 2006 - 04 - 19 ( ) 基金项目 : 国家 “985 ”工程二期项目 32000 23253282; 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 ; E2m a il: ee sjxs@m a il1 sysu1edu1cn - 1 [ 15 ] ) ( 25100 m g ?L 、 D 添 加 pp ’2DD T 含 量 为生态系统的改变相关 。图 1 的结果表明 , 在 1 ,0125 - 1 ) 2 , 4 2TCB 胁迫下 , 黑麦草水培溶液 pH 在 0 ,8 d内 (0125 m g?L 、D添 加 pp ’2DD T含 量 为 2150 215 - 1 - 1 持续下降 , 8 d 后 回 升 , 但 0125 和 215 m g ?L ) (m g?L 、 T 添加 pp’2DD T含量为 25100 m g? 25 - 1 1 , 2 , 4 2TCB 处理仍维持在较低浓度 ; 大豆水培溶液 ()、 TD 添加 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp ’2DD T含量均 L 0125 - 1 pH 则在 0,4 d呈下降趋势 , 之后回升 , 且变化趋 ) ( 为 0125 m g?L 、 TD 添加 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp’2215 - 1 势较小 。这 一 研 究 结 果 表 明 , 较 低 浓 度 的 1 , 2 , 4 2 ) ( DD T含量均为 2150 m g?L 、 TD 添加 1 , 2 , 4 225 TCB 和 pp’2DDT胁迫能促进植物根系对氢离子的分泌。 - 1 ) TCB 和 pp’2DD T含量均为 25100 m g?L 。各处理在添加 pp ’2DD T 后 , 黑 麦 草 和 大 豆 水 培 溶 液 重复 3次 。 pH 在 0,4 d呈下降趋势 , 之后回升 , 且黑麦草水 113 分析方法 培溶液的变化趋势较大豆明显 。 4 d 后 , 以 25 m g待测液 pH 值采用电位法 、可溶性总糖采用蒽 - 1 ?L 浓度处理黑麦草和三个浓度处理大豆的水培 [ 12 ] 酮比 色 法 、有 机 酸 采 用 气 相 色 谱 F ID 检 测 溶液 pH 升高 , 12 d时达到较高水平 , 因此在该浓 [ 13 ] [ 14 ] 法 、氨基酸采用甲醛滴定法 进行测定 。分析 度 pp’2DD T胁迫下能抑制根系氢离子的分泌 。 结果以植物干质量进行计算和比较 。 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp ’2DD T混合胁迫下 , 除 25 m g - 1(2 结果与讨论 ?L 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 8 d 后突然下降 , 其他 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 水培溶液 pH 均在 0,4 d下降 , 之后回升 。 4 d后 ,- 1 节的重要组成部分 , 主要包括无机离子 、质子以及 除 0125 m g?L 污染物处理黑麦草的水培溶液 pH 大量的有机物质 , 如 : 糖类 、氨基酸 、有机酸等 , 能维持在较低水平 , 其他均上升到较高值 , 因此一 [ 15 ] 该类物质的分泌能有效改变根际环境状况 。 定浓度 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp ’2DD T混合胁迫也能明显抑 制植物根系氢离子的分泌 。211 pH 的动态变化 pH 值是根际环境变化的重要指标 , 与根际微 图 1 水培溶液中 pH 的变化 F ig11 Change s of pH in wa te r m ed ium 212 总糖的变化均下降 。 与对照处 1 , 2 , 4 2TCB 和pp ’2DD T混合胁迫下 , 图 2 反映了 PCO P s胁迫下植物根系分泌糖类- 1 , 研究表明 , 在添加 1 , 2 , 4 2TCB 后 , 黑麦草 理相比 , 黑 麦 草 的 0125 和 215 m g ?L 和 大 豆的情况 - 1 0125 m g?L 浓度污染物处理的根系分泌物中可溶 根系分泌物中可溶性总糖含量升高 , 0125、 215 和 - 125 m g?L 三个浓度处理均高于未添加污染物的对 性总糖含量升高 , 其他均下降 。 - 1 大豆的 25 m g?L 浓度 pp’2DD T处理 、黑麦草照处理 ; 而大豆根系分泌物中可溶性总糖含量仅在 - 1 - 1 的 25 m g?L 浓度混合污染物处理和大豆 的 215 0125 m g?L 1 , 2 , 4 2TCB 胁迫下升高 。 相对于 对 照 - 1 和 25 m g?L 浓度混合污染物处理由于植物死亡 或处 理 , 在 不 同 浓 度 pp ’2DD T 胁 迫 萎蔫 , 未检测出可溶性总糖 。 下 , 黑麦草和大豆根系分泌物中的可溶性总糖含量- 1 本研究结果表明 , 在不同浓度 1 , 2 , 4 2TCB、较仅在 0125 m g?L 浓度 pp’2DD T胁迫下升高 , 其他 112 ()中山大学学报 自然科学版 第 46卷 - 1 pp’2DD T和混合污染物胁迫下能促进植物对 低浓度 处理 。 0125 m g?L 浓度混合污染物胁迫下 , 乙酸糖类的分泌 , 而较高浓度 pp’2DD T和混合污染物胁 和丁酸含量高于对照处理 , 其他低于对照处理 。这 迫则会影响植物根系活性 , 抑制糖类的分泌 。 表明低浓度 PCO P s能促进黑麦草根系对有机酸的 分泌 , 而较高浓度 PCO P s则对黑麦草根系分泌有 213 有机酸的变化 在 PCO P s胁迫下 , 植物 根 系对 有机 酸 的分 泌 机酸有抑制作用 。 在不同浓度 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp ’2DD T胁迫下 , 大 情况如图 3所示 。在添加不同浓度的 1 , 2 , 4 2TCB 和 豆根系分泌物中乙酸 、丙酸和丁酸含量均低于未添 pp’2DD T后 , 黑麦草根系分泌物中乙酸 、丙酸和丁 - 1加污染物的处理 , 因此添加不同浓度的 PCO P s均 酸含量在 0125和 215 m g?L 浓度 1, 2, 42TCB 或 pp’2 - 1 会抑制大豆根系分泌有机酸 。DD T单独胁迫下高于对照处理 , 而在 25 m g?L 浓度 1 , 2 , 4 2TCB 或 pp’2DD T单独胁迫下则低于对照 图 2 根系分泌物中糖类含量的变化 F ig12 Con ten ts of suga r in roo t exuda te s 图 3 根系分泌物中部分有机酸含量的变化 F ig13 Con ten ts of o rgan ic ac id in roo t exuda te s 酸有抑制作用 。 214 氨基酸的变化 图 4 为 PCO P s胁迫下植物根系分泌氨基酸的 pp ’2DD T混合胁迫下 , 黑麦草 1 , 2 , 4 2TCB 和在 - 1- 1 变化情况 , 在 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp ’2DD T单 独胁 迫 下 , 的 0125和 215 m g?L 和大豆 0125 m g?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 黑麦草根系分泌物中氨基酸含量升高 , 0125、 215添加污染物的处理 , 其他则低于未添加污染物的处 - 1和 25 m g?L 三个浓度处理均高于未添加污染物 理 。因此低浓度 PCO P s混合胁迫下 , 黑麦 草和 大 的处理 ; 而添加 PCO P s处理后的大豆根系分泌物 豆根系分泌氨基酸增加 , 而较高浓度 PCO P s混合 中氨基酸含量则低于未添加污染物的处理 。这表明 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 。 单独添加 1 , 2 , 4 2TCB 和 pp’2DD T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 图 4 根系分泌物中氨基酸含量的变化 F ig14 Con ten ts of am ino ac id in roo t exuda te s - 1 ( ) sea rch, 1987 , 21 4 : 427 - 434. 25 m g?L 浓度 pp ’2DD T处理大 豆 、 25 m g ? - 1RO Y D , KOMMALA PA T I R R , MANDAVA S S, e t a . l[ 6 ] L 浓度混合 污染 物 处 理 黑 麦 草 、 215 和 25 m g ? - 1So il wa sh ing po ten tia l of a na tu ra l su rfac tan t [ J ]. Envi2 由于植物死亡或萎 L 浓度混合污染物处理大豆 ,( ) ronm en ta l Sc ience and Techno logy, 1997 , 31 3 : 670 - 蔫 , 未检测出氨基酸 。675. RUDOL PH A A , HUAN G B Z, MAR K D , e t a l. D ecom 2 [ 7 ] 3 结 论 po sition of PCB ’s and o the r po lycho lo rina ted a rom a tic s in 不同类型和浓度 PCO P s的胁迫对黑 麦 草和 大 so il u sing m ic rowave ene ry [ J ]. Chemo sp he re, 1998, 37 ( ) 8: 1427 - 1436. 蒜的某些 根系 分 泌物 产生 了 一定 的影 响 , pH 值 、 FA TH EPUR E B Z, T IEDJ E J M , BO YD S A. R educ tive 可溶性总糖 、有机酸和氨基酸含量均有不同程度的 [ 8 ] dech lo rina tion of hexach lo robenzene to tri - and d ich lo ro2 变化 , 主要表现为 : pH 值呈现先降低后升高的趋 benzene s in anae rob ic sewage [ J ]. App lied and Environ2 势 ; 较低浓度 PCO P s胁迫能促进植物对可溶性总 ( ) m en ta l M ic rob io logy, 1988 , 54 2 : 327 - 330. 糖 、有机酸和 氨 基 酸 的 分 泌 , 在 较 高 浓 度 PCO P s CUNN IN GHAM S D , SHANN J R , CROWL EY D E, e t [ 9 ] PCO P s 胁迫下则 相反 ; 根系 分 泌 物 的 变 化 情 况 随 a l. Phyto rem ed ia tion of so il and wa te r con tam inan ts[M ]. 的类型和浓度不同而异 。因此 , 较适宜浓度 PCO P s W a sh ington DC : Am e rican Chem ica l Soc ie ty, 1997. 的存在能促进植物根系分泌物的产生 , 而较高浓度 万大娟 , 陈娴 , 贾晓珊 . 受多氯代有机化合物污染土 [ 10 ] 壤的植 物 修 复 初 探 [ J ]. 环 境 科 学 学 报 , 2006, 26 PCO P s的存在对植物根系分泌物的产生有一定的抑 ( ) 7 : 1145 - 1151. 制作用 , 甚至影响植物的正常生长 。 BAN KS M K, L EE E, SCHWAB A P. Eva lua tion of [ 11 ] 参考文献 : d issip a tion m echan ism s fo r B [ a ] P in the rh izo shoe re of ta ll fe sue [ J ]. Jou rna l of Environm en t Q ua lity, 1999, () 王连生 . 有机污染物化学 下册 [M ]. 北京 : 科学出 [ 1 ] 28: 294 - 298. 版社 , 1991. 张志良 . 植物生理学实验指导 [M ]. 北京 : 高等教育 [ 2 ] 金相灿 . 有机化合物污染化学 [M ]. 北京 : 清华大学 [ 12 ] 出版社 , 1997. 出版社 , 1990. 邓爱华 , 胡蓉蓉 , 罗和安 , 等 . 气相色谱直接进样法 分析环己烷氧化废液中的有机酸 [ J ]. 分析实验室 , [ 3 ] 万大娟 , 贾晓珊 . 耕作土壤中多氯代有机污染物的含 [ 13 ] 量与分布特征 - 以珠江三角洲部分地区为例 [ J ]. 环 ( ) 2002, 21 2: 18 - 20. ( ) 境科学学报 , 2005 , 25 8 : 1078 - 1084. 韩雅珊 . 食品化学实验指导 [M ]. 北京 : 中国农业大 学出版社 , 1996. PER IRA W E, DOMA GAL SK I J L , HO STETTL ER F D , [ 4 ] [ 14 ] 张福锁 . 根系分泌物及其对根际微生态系统中养分 e t a l. O ccu rrence and accum u la tion of p e stic ide s and o r2 (有效性的直接影响 . 土壤 - 植物营养研究新动态 第 gan ic con tam inan ts in rive r sed im en t, wa te r and c lam tis2 ) (一卷 [M ] . 北京 : 北京农业大学出版社 , 1992. 下[ 15 ] sue s from the San Joaqu in rive r and tribu ta rie s Ca lifo rn ia )转第 118页 [ J ]. Environm en ta l Toxico logy and Chem istry, 1996, 15: 172 - 180. CH EVR EU IL M , CH ESTER IKO FF A , L ETOLL E R. PCB [ 5 ] po llu tion behavio r in the R ive r Se ine [ J ]. W a te r R e2 118 ()中山大学学报 自然科学版 第 46卷 Y ea r ly M ean Pan Eva pora t ion In terpo la t ion M e thod Ba sed on Ba ck Propa ga t ion Neura l Ne twork M ode l W AN G Z hao2li, CH EN X iao2hong, L I Yan ( )Cen te r fo r W a te r R e sou rce s and Environm en t, Sun Ya t2sen U n ive rsity, Guangzhou 510275 , Ch ina A b stra c t: The sp a tia l d istribu tion of yea rly m ean p an evapo ra tion and the re la tion sh ip s be tween it and D EM & o th2 e r fac to rs extrac ted from D EM a re ana lyzed u sing p an evapo ra tion da ta se t of 117 p an evapo ra tion sta tion s in Guang2 dong p rovince, mon th ly 1980 - 2000. B y m ean s of D EM &G IS techno logy, th is p ap e r p rovide s a new m e thod ba sed () on the B ack P rop aga tion mode l of N eu ra l N e two rk fo r sp a tia l in te rpo la tion B PNN S Iof yea rly m ean p an evapo ra2 tion. It is a ssum ed tha t the sp a tia l d istribu tion of yea rly m ean p an evapo ra tion is the re su lt of the in te rac tion of va ri2 ou s fac to rs and can be mode led a s a comp lex non - linea r func tion. So, th rough the B PNN S I mode l, we can u se tho se fac to rs a s inp u t p a ram e te rs to sim u la te the sp a tia l d istribu tion of yea rly m ean p an evapo ra tion, and the exp ec t2 an t ou tp u t w ill be the va lue s of yea rly m ean p an evapo ra tion. The re su lts of app lica tion in Guangdong p rovince re2 vea l tha t: ?The h ighe st va lue of re la tive d iffe rence is - 1116 % , the lowe st va lue is 0136 % and the ave rage va lue is 3115 % ; Co rre la tion coeffic ien t be tween the ob se rved va lue s and mode ling va lue s is 0193. ?Comp a red w ith o th2 ( ) e r mode ls gene ra lly u sed such a s IDW and KR IG IN G, the B PNN S I mode l show s the h ighe st mode ling and p re2 d ic tion p rec ision becau se of its comp lex cap ab ilitie s of non linea r m app ing. The B PNN S I m e thod no t on ly can be app lied to su rface in te rpo la tion of yea rly m ean p an evapo ra tion, bu t a lso can be u sed fo r gene ra ting h igh sp a tia l re s2 o lu tion da ta se ts. If can be tte r reflec t regiona l and sp a tia l fea tu re s of p an evapo ra tion and exp la in the quan tita tive re la tion be tween p an evapo ra tion and its affec ting fac to rs. Key word s: p an evapo ra tion; back p rop aga tion neu ra l ne two rk mode l; D EM ; G IS; B PNN S I; Guangdong p rovince ()上接第 113页 Effec ts of PCO P s on som e Roo t Exuda te s of P lan ts 1, 2 1 1W AN D a 2juan, J IA X iao2shan, C hen X ian ( 1. Schoo l of Environm en ta l Sc ience and Enginee ring, Sun Ya t2sen U n ive rsity, Guangzhou 510275 , Ch ina; )2. Co llege of R e sou rce and Environm en t Sc ience, H unan No rm a l U n ive rsity, Changsha 410081 , Ch ina ( A b stra c t: Change s of som e roo t exuda te s of L olium m u ltif lorum and G lycine m ax w ith PCO P s 1 , 2 , 4 2TCB and pp ) ’2DD Tstre ss we re stud ied unde r hyd ropon ic cond ition s. R e su lts showed tha t d iffe ren t typ e s and concen tra tion s of PCO P s cou ld affec t the con ten ts of suga r, o rgan ic ac id, am ino ac id and pH va lue s of som e roo t exuda te s. The pH va lue s of wa te r m ed ium dec rea sed in ea rly days. Con ten ts of suga r, o rgan ic ac id and am ino ac id in roo t exuda te s inc rea sed w ith PCO P s of lowe r concen tra tion stre ss and dec rea sed w ith PCO P s of h ighe r concen tra tion stre ss. Key word s: PCO P s; stre ss; roo t exuda te s; L olium m u ltif lorum ; G lycine m ax