土霉素脅迫對(duì)大豆和小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

秦俊梅，卜玉山，李兆君，郭晉

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷030801；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與養(yǎng)分循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，抗生素在畜牧業(yè)、種植業(yè)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)作為人口大國(guó)和農(nóng)業(yè)大國(guó)，抗生素的總用量一直居世界“領(lǐng)先”地位，近年來國(guó)內(nèi)抗生素年均消費(fèi)量已達(dá)6000 t［1］，由此導(dǎo)致我國(guó)抗生素對(duì)生態(tài)環(huán)境的不良影響顯現(xiàn)出越來越嚴(yán)重的趨勢(shì)，這也成為人們普遍關(guān)注的一個(gè)社會(huì)熱點(diǎn)問題。在環(huán)境中，一些代謝物甚至能重新轉(zhuǎn)變?yōu)樽畛醯幕钚运幬铩Ｎ唇?jīng)處理的畜禽糞便年復(fù)一年地施于農(nóng)田，導(dǎo)致了土霉素在土壤中的累積。此外，土壤中的土霉素極易在植物體內(nèi)富集，富集率可高達(dá)萬倍以上，并通過食物鏈最終作用于人體，對(duì)人體造成危害［2，3］。Ha mscher［4］研究報(bào)道，在長(zhǎng)期施用動(dòng)物排泄物的表層土壤中，土霉素最大殘留量高達(dá)32.3 mg·kg－1，對(duì)農(nóng)田植物的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生影響。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)抗生素的研究主要集中在水體、土壤、動(dòng)物性食品和蔬菜中［5～12］，關(guān)于抗生素造成植物的危害研究甚少［13～15］。本文以大豆和小麥為供試作物，通過水培試驗(yàn)研究了不同濃度土霉素對(duì)大豆和小麥幼苗部分形態(tài)和生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為土霉素的合理使用和科學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土霉素為獸用藥品（含量為99.0%），分子式為C22H24N2O9，氯化汞（Hg Cl2）和甲烯藍(lán)（C16H18N3SCl·3 H2O）均為分析純化學(xué)試劑。

供試作物為大豆（Gl ycine max（L.）M.）和小麥（Triticu m asetivu m L.），大豆品種為晉大74號(hào)，小麥品種為樂639號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

選取飽滿而大小均勻的大豆、小麥種子，用0.1%氯化汞溶液消毒后在室溫下水培發(fā)芽。配制0 mg·L－1（CK）、5 mg·L－1、10 mg·L－1、20 mg·L－1、40 mg·L－1、80 mg·L－1系列濃度的土霉素水溶液。當(dāng)種子催出白芽時(shí)，選取發(fā)芽一致的大豆、小麥幼苗均勻放置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿20株，分別吸取10 mL系列濃度土霉素水溶液于不同培養(yǎng)皿中，4次重復(fù)，然后將培養(yǎng)皿置于人工氣候室（25℃）中暗培養(yǎng)，培養(yǎng)期間每天用差減法補(bǔ)充損失的水分。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

培養(yǎng)7天后測(cè)定大豆和小麥株高、根數(shù)和根長(zhǎng)度及植株和根鮮重，采用甲烯藍(lán)法測(cè)定根總吸收面積和活躍吸收面積［16］。

采用試驗(yàn)結(jié)果EXCEL2003和DPS9.50進(jìn)行LSD顯著性差異檢驗(yàn)，α＝0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根數(shù)的影響

由圖1可看出，不同濃度土霉素之間大豆根數(shù)的差異達(dá)到顯著水平，隨著土霉素濃度的增加，大豆根數(shù)呈下降趨勢(shì)，而隨著土霉素濃度增加對(duì)小麥根數(shù)無影響（注：主要對(duì)小麥主根進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)），均為6條。這表明土霉素對(duì)大豆根數(shù)的影響大于對(duì)小麥根數(shù)的影響。小麥根數(shù)不宜作為土霉素類有機(jī)污染生態(tài)毒理學(xué)的敏感生態(tài)學(xué)指標(biāo)。

2.2 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗株高和根長(zhǎng)的影響

不同濃度土霉素之間大豆和小麥株高及根長(zhǎng)的差異均達(dá)到顯著水平。隨著土霉素濃度的增加，大豆株高呈下降趨勢(shì)，而小麥株高濃度在0～20 mg·L－1有促進(jìn)作用，20～80 mg·L－1有抑制作用（圖2）。隨著土霉素濃度的增加，大豆和小麥的根長(zhǎng)都呈下降趨勢(shì)（圖3）。

圖1 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根數(shù)的影響Fig.1 Influence of different concentration of OTC on root numbers of soybean and wheat seedlings

圖2 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗株高的影響Fig.2 Influence of different concentration of OTC on plantheight of soybean and wheat seedlings

圖3 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根長(zhǎng)的影響Fig.3 Influence of different concentration of OTC on root length of soybean and wheat seedlings

2.3 不同濃度土霉素對(duì)大豆幼苗株鮮重和根鮮重的影響

不同濃度土霉素處理之間大豆株鮮重以及根鮮重的差異均達(dá)到了顯著水平。隨著土霉素濃度的增加，大豆株鮮重呈下降趨勢(shì)，小麥株鮮重濃度在0～20 mg·L－1有促進(jìn)作用，20～80 mg·L－1有抑制作用（圖4），但大豆、小麥的根鮮重都是隨著土霉素濃度的增加呈下降趨勢(shì)（圖5）。

圖4 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗株鮮重的影響Fig.4 Influence of different concentration of OTC on plant fresh weight of soybean and wheat seedlings

圖5 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根鮮重的影響Fig.5 Influence of different concentration of OTC on root fresh weight of soybean and wheat seedlings

不同濃度土霉素之間大豆、小麥根總吸收面積和根活躍吸收面積的差異不顯著。隨著土霉素濃度的增加大豆、小麥根總吸收面積和根活躍吸收面積均呈下降趨勢(shì)（圖6、圖7）。

3 結(jié)論與討論

圖6 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根活躍吸收面積的影響Fig.6 Influence of different concentration of OTC on root active absor ption area of soybean and wheat seedlings

圖7 不同濃度土霉素對(duì)大豆、小麥幼苗根總吸收面積的影響Fig.7 Influence of different concentration of OTC on root total absor ption area of soybean and wheat seedlings

本研究結(jié)果表明，除小麥根數(shù)外，土霉素濃度的增加對(duì)大豆、小麥根長(zhǎng)、株高、根鮮重、株鮮重和根總吸收面積以及活躍吸收面積等指標(biāo)具有抑制作用，與 Kong等［17］關(guān)于土霉素能夠顯著抑制紫花苜蓿（Medicago sativa L.）生長(zhǎng)的結(jié)果相似，而Boonsaner等［18］報(bào)道抗生素在土壤中降減比較快，但在水中降減比較慢，與本水培試驗(yàn)結(jié)果是相符合。

土霉素對(duì)大豆和小麥影響雖總體上表現(xiàn)為抑制作用，但低濃度土霉素對(duì)小麥株高、株鮮重起促進(jìn)作用，其余測(cè)試指標(biāo)與大豆一致，均隨土霉素濃度增加呈下降趨勢(shì)，表明二者對(duì)土霉素的反應(yīng)存在差異性。本研究大豆與小麥之間的差異可能是由于小麥種子本身對(duì)透過性有機(jī)物的阻礙（防御）作用要強(qiáng)于大豆，也可能與種子萌發(fā)相關(guān)的酶類有關(guān)。同時(shí)，土霉素對(duì)小麥根系的影響大于對(duì)地上部，與 Migliore等［19］和 Chen 等［20］的研究結(jié)果相似，即四環(huán)素類藥物在相同濃度下對(duì)植物幼苗根的抑制效應(yīng)大于其它部位，這可能與四環(huán)素類藥物在植物根部的蓄積量最多，因此表現(xiàn)出對(duì)根生長(zhǎng)的抑制作用更為明顯。

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