全 文 ：活性 X3B红染料对作物生态毒理指标
影响的比较研究*
程 云* * 周启星 宋玉芳 许华夏 王 新 任丽萍 刘 宛
(中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程开放研究实验室, 沈阳 110016)
摘要 采用作物种子暴露实验, 研究了小麦、白菜和水稻等 3 种不同作物对活性 X3B 红染料污染暴露
的生态毒理学指标. 结果表明, 小麦、白菜和水稻对活性 X3B 红染料污染暴露的反应各异, 具体表现为对
3 种作物的种子发芽抑制半效应浓度分别为 8965、7010 和 7514mg!L - 1, 对根伸长抑制的半效应浓度分别
为 6534、5882 和 4570mg!L - 1; 这 3 种作物在从种子萌发起至第 7 天时去残余种子或种皮后的鲜生物量、
干生物量均随活性 X3B 红暴露浓度的增加而降低,但鲜生物量的降低率普遍高于干生物量的降低率; 当
作物种子暴露于高浓度( 4500 和 5000mg!L- 1)的活性 X3B红时,小麦生物量受该有机染料污染暴露的影
响最为敏感, 水稻其次, 白菜最为迟钝; 就小麦、白菜和水稻等 3 种作物对活性 X3B 红染料污染暴露的抗
性而言, 小麦最强,白菜次之, 水稻最弱.
关键词 染料污染 活性 X3B 红 生态毒理 作物效应
文章编号 1001- 9332( 2002) 02- 0133- 04 中图分类号 X171 5 文献标识码 A
Comparative study on ecotoxicological indexes of crops exposure to reactive X3B red dye. CHENG Yun,
ZHOU Qix ing, SONG Yufang , XU Huaxia, WANG Xin, REN Liping and L IU Wan ( Open Laboratory of T er
r estrial Ecological Process , I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016) .
Chin. J . A pp l . Ecol . , 2002, 13( 2) : 133~ 136.
Ecotox ico logical indexes of wheat, Chinese cabbage and rice exposed to reactiv e X3B red dye w ere studied using
the experimental method of crop seed exposure. The results show ed that reactions of the three crops to reactive
X3B red dye were differ ent from each ot her. Based on t he inhibition of seed gemination, t he half effect concen
tration( IC50) of wheat , Chinese cabbage and rice w as 8965, 7010 and 7514mg!L- 1 . Based on the inhibition of
root elongation, the IC50 of wheat, Chinese cabbage and rice was 6534, 5882 and 4570mg!L - 1. When seedlings
were cultured fo r seven days after the geminat ion of seeds and the remaining seeds or husks were discarded, fr esh
and dry grow ing biomass of the three crops exposed to the dye was both decreased w ith the increasing the con
centration of reactive X3B red dye. How ever , the decrease rate of fr esh biomass w as higher than that o f dry
biomass. Biomass index of wheat was most sensitive to reactiv e X3B red dye, followed by r ice, and Chinese cab
bage was most iner tia w hen the crops w ere exposed to reactive X3B red dye w ith the high concentr at ion of 4500
and 5000mg!L - 1. A s far as the tolerance of wheat, Chinese cabbage and rice to r eactive X3B red dye was con
cerned, w heat had the strongest tolerance, on the contr ar y rice had the wakestone.
Key words Dye pollution, Reactive X3B red dye, Ecotox icology , Crop effect.
* 中国科学院 ∀ 引进国外杰出人才# 及百人计划支持项目
( K99XE07999903 ) 和 教 育 部 回 国 人 员 基 金 资 助 项 目
( K05QJ10000503) .
* * 通讯联系人.
2001- 06- 30收稿, 2001- 09- 28接受.
1 引 言
染料品种、数量的增加引发了有机染料的环境
污染问题[ 10] .在我国, 特别是乡镇企业相对发达的
东部沿海地区, 染料生产、纺织、印染等工业排放的
污水[ 11]以及服装洗涤产生的生活污水中都含有大
量的有机染料[ 10] .环境的有机染料污染已经成为人
们日益关注的生态环境问题之一[ 8] . 但是迄今为
止,关于染料的环境生态研究主要涉及了其脱色处
理方面[ 1, 3, 7] , 部分研究近年来还涉及了染料的环
境化学行为[ 9] .偶氮染料作为有机染料中最多的一
类,致命的要害是存在着致癌的人体健康生态风
险[ 6] . 尽管有一些研究涉及了偶氮染料对细菌、哺
乳动物和水生藻类的生态毒理问题[ 2, 4, 5, 6] . 至今
为止,偶氮染料对作物生态毒理的研究尚未见报道.
本研究以环境中较为普遍存在的活性 X3B红染料
为偶氮染料代表[ 8] , 初步探讨了其对小麦、白菜、水
稻等 3种常见作物的种子发芽、生物量、根生长和耐
应 用 生 态 学 报 2002 年 2 月 第 13 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2002, 13( 2)∃133~ 136
性指数几个主要指标的影响, 旨在为有机染料污染
防治和工业生产低生态风险的染料提供基础资料.
2 材料与方法
21 供试材料
实验选取的污染物为活性 X3B 红, 由沈阳第二印染厂
提供,纯度为 97. 5% , 20 % 条件下溶解度为 80g!L- 1 ,供试作
物分别为: 小麦, 辽春 10 号; 白菜, 丰白 80; 水稻, & 294∋
系.
22 实验方法
首先进行预备实验, 确定活性 X3B 红在水溶液中对小
麦、白菜、水稻 3种作物根伸长抑制率在 10% ~ 50%的浓度
区间. 根据预备实验结果, 在根伸长抑制率( ED) 为 10% ~
50%的浓度范围内设置活性 X3B 红的 5 个不同的处理浓
度,分别为: 小麦 4500、5000、5500、6000、6500mg!L- 1 ; 白菜
3000、4000、4500、5000、5500mg!L - 1; 水稻 3000、3500、4000、
4500、5000mg!L - 1. 进行种子污染暴露的生态毒理实验, 小
麦、水稻每个处理选 15 粒种子, 白菜选 25 粒种子, 3 次重
复.在温度为 25& 1 % 、黑暗条件下于生化培养箱( LRH250
A 型,广东产)中进行培养. 当对照(没有投加污染物)根长度
达 20mm 时,对种子发芽进行记数, 测量根伸长情况, 并计算
种子发芽率、根伸长抑制率和作物耐性指数. 其中,作物耐性
指数的计算式如下:
耐性指数= 染料溶液中植物最长根平均值对照溶液中植物最长根平均值 ( 100% ( 1)
待种子萌发第 7天, 去掉小麦和水稻残余种子和白菜种皮,
对作物新生长的部分进行称重,即为作物的生物量.
3 结果与讨论
31 活性 X3B红染料对小麦、白菜和水稻种子发
芽的影响
由图 1可见, 在试验条件下, 当水溶液中活性
X3B红的浓度在 0~ 3708mg!L - 1范围内,随其浓度
的增加,活性 X3B红染料对小麦和水稻种子发芽
的抑制率反而随之逐渐降低. 这就是说, 当活性 X
3B红染料处于低浓度时, 对小麦、水稻两种作物没
有毒性反应,但对其种子发芽有促进作用.当水溶液
中活性X3B红的浓度大于 3708mg!L - 1时,活性X
3B红染料对小麦、水稻种子发芽逐渐显示了毒性,
对小麦、水稻种子发芽的抑制率随其浓度的增加而
逐渐升高, 但对小麦种子发芽的抑制强度随其浓度
增加则相对缓慢.活性 X3B 红染料对小麦、水稻种
子发芽抑制率的关系可以用一元二次方程表示,即:
I E(1) = 2E - 0. 6X
2
- 0. 022X + 54. 70
( R
2
= 0. 500, n = 6, = 0. 05) ( 2)
I E(2) = 4E - 0. 6X
2
- 0. 031X + 64. 83
( R
2
= 0. 781, n = 6, = 0. 005) (3)
式中, X 为培养溶液中活性 X3B 红的浓度( mg!
L - 1) , IE( 1)和 IE( 2)分别为活性 X3B红对小麦、水稻
种子发芽的抑制率( % ) , R 为相关系数, 为显著性
水平.
图 1 活性 X3B红对小麦、白菜、水稻种子发芽的影响
Fig. 1 Effect s of react ive X3B red dye on seed germ ination of w heat ,
Chinese cabbages an d rice.
) 小麦 Wheat , ∗ 白菜 Chinese cabbage, + 水稻 Rice.下同 The
same bleow .
对白菜来说, 则情形显然不同,在试验浓度范围
内,不论活性 X3B红浓度如何,它均显示了对种子
发芽的毒性, 表现为对白菜种子发芽的抑制率随活
性 X3B红浓度的增加而逐渐升高, 相应的回归方
程如下:
IE( 3) = 2E - 0. 6X
2
- 0. 141X + 26. 789
( R
2
= 0. 6297, n = 6, = 0. 025) (4)
式中, IE( 3)为活性 X3B 红染料对白菜种子发芽的
抑制率.可见, 以种子发芽的抑制率为生态生理指
标,白菜为活性 X3B 红染料毒作用的敏感指示作
物,在评价该染料的生态系统健康风险时具有重要
意义.
32 活性 X3B红染料对小麦、白菜和水稻根伸长
的影响
图 2 显示了培养液中活性 X3B 红染料对小
麦、白菜、水稻根伸长抑制的显著线性相关关系, 即
随着培养液中活性 X3B红浓度的增加, 3种作物的
根伸长抑制率均呈线性逐渐增加, 相应的回归方程
可分别表示如下:
IR (1) = 0. 028X - 120. 53
( R
2
= 0. 9845, n = 6, < 0. 005) (5)
IR (2) = 0. 013X - 27. 05
( R
2
= 0. 8681, n = 6, < 0. 005) (6)
IR (3) = 0. 027X - 72. 94
134 应 用 生 态 学 报 13卷
( R
2
= 0. 9596, n = 6, < 0. 005) ( 7)
式中, X 为培养液中活性 X3B 红的浓度 ( mg!
L- 1) , I R( 1)、IR (2)、I R( 3)分别为活性 X3B红对小麦、
白菜、水稻根伸长的抑制率. 可见,培养液中活性 X
3B红染料的浓度分别达到 4289、2065、2712mg!L- 1
时,开始对小麦、白菜、水稻的根伸长产生抑制作用.
当活性 X3B红的溶液浓度在 0~ 3325mg!L - 1范围
内,活性 X3B红对白菜根伸长抑制率要高于水稻.
当活性 X3B 红的溶液浓度高于 3325mg!- 1时, 活
性X3B红对白菜根伸长抑制率要低于水稻. 当活
性X3B红的溶液浓度大于 6232mg!L - 1时,活性X
3B红对小麦根伸长抑制率高于白菜. 当活性 X3B
红的溶液浓度小于 6232mg!L- 1时, 活性 X3B红对
小麦根伸长抑制率低于白菜. 在对 3种作物根伸长
抑制率的比较中, 当活性 X3B 红的溶液浓度在
5000mg!L- 1以下时, 对小麦根伸长的抑制率最低,
对水稻根伸长的抑制率最高. 所以,小麦、白菜、水稻
3种作物中, 在该试验浓度范围内小麦在根生长过
程中对活性 X3B 红染料污染的耐受力最强, 白菜
次之,水稻最差.
图 2 活性 X3B红对小麦、白菜、水稻根伸长的影响
Fig. 2 Ef fect of reactive X3B red dye on root elongat ion of w heat , Chi
nese cabbage and rice.
33 3种作物对活性 X3B红毒害作用的敏感性
由表 1可见,活性 X3B红对小麦、白菜、水稻 3
种作物的种子发芽和根伸长抑制的半效应浓度
( IC50)各不相同, 说明 3 种作物的种子发芽和根伸
长等作物生态生理指标对其敏感度有差异. 就作物
的根生长而言, 小麦的 IC50可高达 6534mg!L- 1, 白
菜为 5882mg!L- 1, 而水稻仅为 4570mg!L - 1. 这就
是说, 以根伸长抑制为判断指标时, 水稻对活性 X
3B红染料的污染最为敏感, 白菜次之, 小麦表现最
为迟钝.但是,就种子发芽这一生态生理指标而言,
其对活性 X3B红污染的敏感度由高至低依次为白
菜 ( 7010mg ! L- 1 )、水稻 ( 7514mg ! L - 1 )、小麦
( 8965mg!L - 1) . 可见, 有机染料是否对生态系统存
在危害,既不能单凭 1、2种生物的反应来进行判断,
也不能单凭 1、2 个污染生态生理指标作为评判依
据,而应综合考察对各种生物,特别是敏感生物种的
以多个生态生理指标为依据的毒害作用, 才能比较
准确地确定是否具有生态系统健康风险.
表 1 活性 X3B红对作物种子发芽和根伸长的半抑制浓度
Table 1 IC50 of reactive X3B red dye acting on seed germination and
root elongation of crops
生态毒理指标
Ecot oxilogical indicator IC50( mg!L
- 1)
小麦
Wheat
白菜
Chinese
cabbage
水稻
Rice
种子发芽 Seed germinat ion 8965 7010 7514
根伸长 Root elongat ion 6534 5882 4570
34 活性 X3B 红污染对小麦、白菜、水稻生物量
的影响
培养实验表明, 小麦、白菜、水稻在从种子萌发
起至第 7天时,去掉残余种子或种皮后的鲜重、干重
都随培养液中活性 X3B 红浓度的增加而降低, 但
降低幅度各异(表 2) . 小麦、白菜、水稻去掉残余种
子或种皮后的鲜重的降低率普遍高于干重的降低
率,这可能是由于根部在生长过程中从培养液中吸
收了一部分活性 X3B红染料, 且随活性 X3B红染
料浓度的不同,显示了不同的摄取量,故烘干后的降
低率要低于鲜重. 当培养液中活性 X3B 红的浓度
为 4500mg!L - 1时, 小麦、白菜、水稻去掉残余种子
或种皮后的鲜重降低率分别为 64. 5%、41. 2%和
46. 7%; 而当活性 X3B 红的浓度为 5000mg!L - 1
时,小麦、白菜、水稻去掉残余种子或种皮后的鲜重
降低率分别为 74. 3%、45. 6%和 51. 6%. 其中, 小麦
鲜重的降低幅度最大, 白菜的降低幅度最小. 因此,
在这一浓度的活性 X3B 红染料的作用下, 小麦的
生物量鲜重的生态指标对该污染物最为敏感,水稻
其次, 白菜最为迟钝.相应地, 小麦、白菜、水稻去掉
残余种子或种皮后的干重降低率在活性 X3B红染
料的浓度为 4500mg!L- 1时, 分别为 53. 1%、14. 3%
和 48. 3% , 在活性 X3B 红的浓度为 5000mg!L - 1
时,则分别为 65. 0%、21. 4%和 58. 6%. 可见, 在对
活性 X3B红染料污染的敏感性上, 敏感性的高低次
序与鲜重的规律相同,即小麦生物量干重的生态指标
对该染料污染最为敏感,水稻其次,白菜最为迟钝.
35 作物对活性 X3B红染料的耐性指数
由表 3可见, 小麦、白菜和水稻 3种作物对活性
1352 期 程 云等:活性 X3B 红染料对作物生态毒理指标影响的比较研究
表 2 活性 X3B红染料对小麦、白菜和水稻生物量的影响
Table 2 Effects of reactive X3B red dye on biomass of wheat, Chinese cabbage and rice
活性 X3B红
Reactive
X3B red dye
( mg!L- 1)
小麦 Wheat
A B C D
白菜Chinese cabbage
A B C D
水稻 Rice
A B C D
0 0. 1180 0. 0143 0. 0386 0. 0028 0. 0244 0. 0029
3000 0. 0257 33. 4 0. 0027 3. 6 0. 0178 29. 5 0. 0022 24. 1
3500 0. 0151 38. 1 0. 0018 37. 9
4000 0. 0249 35. 5 0. 0025 10. 7 0. 0139 43. 0 0. 0017 41. 4
4500 0. 0419 64. 5 0. 0067 53. 1 0. 0227 41. 2 0. 0024 14. 3 0. 0130 46. 7 0. 0015 48. 3
5000 0. 0303 74. 3 0. 0050 65. 0 0. 0210 45. 6 0. 0022 21. 4 0. 0118 51. 6 0. 0012 58. 6
5500 0. 0263 77. 1 0. 0045 68. 5 0. 0177 54. 1 0. 0017 39. 3
6000 0. 0208 82. 4 0. 0039 72. 7
6500 0. 0161 86. 4 0. 0031 78. 3
A: 鲜重F resh weight(g!po t- 1) ; B:鲜重降低率 Reduced fresh weight (% ) ; C: 干重 Dry weight(g!po t- 1) ; D:干重降低率 Reduced dry weight ( % ) .
X3B红的耐性有很大不同. 当水稻耐性指数达
909%时, 活性 X3B 红浓度为 3000mg!L- 1; 而在
这一浓度暴露条件下, 白菜耐性指数只有 868% ;
当活性X3B红浓度为 4500mg!L- 1时, 水稻耐性指
数仅为 51. 9% ,白菜耐性指数为 69. 8%, 而小麦耐
性指数可高达 96. 3%. 相比之下, 小麦耐性指数降
至39. 4% 时, 活性 X3B 红的浓度可达 6500mg!
L- 1, 水稻的耐性指数降低至 39. 8 %时的活性 X
3B红的浓度仅是 5000mg!L - 1.因此, 可以认为, 小
麦对活性 X3B 红染料污染暴露有很强的抗性, 水
稻对活性 X3B 红染料污染暴露的抗性最弱, 白菜
次之.
表 3 3种作物对污染物活性 X3B红的耐性指数的比较
Table 3 Tolerance indexes of three crops to reactive X3B red dye
作物
Crops
活性X3B红暴露浓度Reactive X3B
red dye(mg!L - 1)
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
小麦 Wheat 96. 3 80. 0 61. 3 53. 1 39. 4
白菜Chinesecabbage 86. 8 72. 5 69. 8 68. 7 48. 9
水稻 Rice 90. 9 84. 4 58. 9 51. 9 39. 8
4 结 论
41 活性 X3B红对 3 种作物的种子发芽抑制作
用的敏感性各不相同,小麦、白菜和水稻种子发芽抑
制的半效应浓度 IC50值分别为 8965、7010 和
7514mg!L - 1.
42 在对根伸长抑制方面,小麦、白菜和水稻的半
效应浓度 IC50值分别为 6534、5882和 4570mg!L - 1.
43 小麦、白菜和水稻在从种子萌发起至第 7天时
去残余种子或种皮后的鲜重、干重都随活性 X3B
红染料浓度的增加而降低,但降低幅度各异. 小麦、
白菜和水稻去残余种子或种皮后的鲜重降低率普遍
高于干重的降低率, 当活性 X3B 红的浓度为 4500
和5000mg!L - 1时, 小麦生物量鲜重的生态指标对
该有机染料污染暴露最为敏感,水稻其次,白菜最为
迟钝;小麦、白菜和水稻去残余种子或种皮后的干生
物量积累受活性 X3B 红污染暴露的影响, 其敏感
性高低次序与鲜重的规律相同, 小麦生物量干重的
生态指标对该有机染料污染暴露最为敏感,水稻其
次,白菜最为迟钝.
44 小麦、白菜和水稻 3 种作物对活性 X3B红染
料污染暴露的耐性有很大不同, 小麦的抗性最强,白
菜次之,水稻最弱.
参考文献
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作者简介 程 云, 女, 1977 年生,在读硕士, 主要从事污染
生态学研究. Email : cyun1999@ 263. net
136 应 用 生 态 学 报 13卷