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多氯联苯暴露对绦柳初生根及显微结构的影响



全 文 :北方园艺2016(24):55~60 植物·园林花卉·
第一作者简介:李叶(1990-),女,河北邢台人,硕士研究生,研究方
向为持久性有机污染物的植物修复。E-mail:hgyncnsu180@
126.com.
责任作者:杜克久(1965-),男,河北抚宁人,博士,教授,博士生导
师,现主要从事植物生物技术等研究工作。E-mail:dukejiu@
126.com.
基金项目:国家高技术研究发展计划课题“863计划”资助项目
(2012AA101403);国家自然科学基金资助项目(30972384);中国科
学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室
开放基金课题资助项目(KF2009-03)。
收稿日期:2016-09-27
DOI:10.11937/bfyy.201624015
多氯联苯暴露对绦柳初生根及
显微结构的影响
李   叶1,2,张   爽1,2,李 玉 灵1,2,杜 克 久1,2
(1.河北农业大学 林学院,河北 保定071001;2.河北省林木种子资源与森林保护重点实验室,河北 保定071000)
  摘 要:以绦柳为试材,采用加入不同浓度的多氯联苯单独使用(MS)和协同使用(MS+
0.1mg·L-1 6-BA+0.2mg·L-1 NAA)暴露培养绦柳组培苗,观察其外部形态、不定根形成及
显微组织结构受到的影响。结果表明:较高浓度多氯联苯试剂(Aroclor 1242)可使绦柳叶片白化,
单独暴露较协同暴露白化现象严重;协同暴露时绦柳的初根时间及生根数均未受显著影响,
0.2mg·L-1浓度下地下生物量较阳性对照有显著增高,20.0mg·L-1时大幅降低;单独暴露2.0
mg·L-1浓度时不定根达100%时间较阴性对照提前1.2d,20.0mg·L-1时地下生物量降低,为
阴性对照的5.4%,单独暴露对其它发根指标无影响;培养基中添加激素可大大减弱Aroclor 1242
的毒害作用,同浓度下的发根量协同较单独分别高出158.6%、228.3%、263.9%、161.8%,单独和
协同不定根生物量比值分别为1∶2.9、1∶10.4、1∶12.1;协同暴露中,根部细胞的内含物随着
Aroclor 1242浓度的增加而逐渐减少;茎横切图中,与阳性对照相比,Aroclor 1242处理后的绦柳
组培苗茎的次生结构形成受到抑制,单独暴露时根和叶部结构无明显变化,茎部变化与协同时一
致。2组中根的组织均有不同程度损坏。
关键词:多氯联苯;绦柳;生长发育;显微结构
中图分类号:S 792.12 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2016)24-0055-06
  多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)是一类
具有2个相联苯环结构的含氯化合物,因氯原子取代的
数量和位置的不同,理论上共有209种同系物[1]。多氯
联苯具有热化学性质稳定、阻燃性和绝缘性良好等特
性,被广泛应用于工业生产的多个领域[2]。然而,多氯
联苯存在着致畸、致癌、致突变效应,极小剂量下就会对
生态环境产生危害[3-4],是被列入斯德哥尔摩公约首批
控制名单的持久性有机污染物之一[5]。虽然已经被国
际上明令禁止使用,但仍有部分含PCBs工业用品在使
用,相当数量的PCBs进入环境中,尤其是沉积物和土壤
中的PCBs,仍是长期污染的主要来源,对人类和自然环
境依然存在着较大的潜在伤害[6-9]。PCBs污染对自然
环境和人类健康都是较大的隐患,治理和修复PCBs污
染任重道远[10]。
植物修复(Phytoremediation)是指利用植物去除、
转化和固持土壤、底泥、地下水、地表水以及大气中的有
毒化合物的一种新兴技术[11-13]。植物修复具有操作简
单、投资少、风险低等特点,且植物具有利用光合作用获
取能量、生长量大等特点,植物修复PCBs是当前生物修
复研究领域的一个热点,具有极大潜力和广阔的前景。
绦柳(Salix matsudanaf.pendulaSchneid.)分布范
围广、生长迅速、抗性强。将绦柳作为靶试植物对环境
中的主要PCBs进行降解修复机制方面研究,观测其对
植物生长发育的影响,可以进一步了解PCBs的环境行
为以及为环境中其它POPs的植物修复机制提供理论依
据,探索其实际应用价值。
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  注:A~C.分别为21、46、83d时20.0mg·L-1协同暴露组的叶色变化;D~G.分别为21d时阳性对照和0.2、2.0、20.0mg·L-1处理浓度下的绦柳
组培苗;H~K.分别为83d时阳性对照和0.2、2.0、20.0mg·L-1处理浓度下的绦柳组培苗;L~N.分别为17、47、83d时20.0mg·L-1阴性对照苗的叶
色变化;O~R.分别为17d时阴性对照和0.2、2.0、20.0mg·L-1处理浓度下的绦柳组培苗;S~V.分别为83d时阴性对照和0.2、2.0、20.0mg·L-1处
理浓度下的绦柳组培苗;W~Y.分别为30、68、82d时0.2mg·L-1处理浓度下的绦柳组培苗。
Note:A-C.Leaves color change of separately at the concentration of 20.0mg·L-1 at 21,46,83days;D-G.The Salix matsudanaseedlings under colabora-
tively treatments of 0,0.2,2.0,20.0mg·L-1 at 21days;H-K.The Salix matsudanaseedlings under colaboratively treatments of 0,0.2,2.0,20.0mg·L-1
at 83days;L-N.Leaves color change of separately at the concentration of 20.0mg·L-1 at 17,47,83days;O-R.The Salix matsudanaseedlings under sepa-
rately treatments of 0,0.2,2.0,20.0mg·L-1 at 17days;S-V.The Salix matsudanaseedlings under separately treatments of 0,0.2,2.0,20.0mg·L-1 at 83
days;W-Y.Leaves color change of colaboratively at the concentration of 0.2mg·L-1 at 30,68,82days.
图1 不同处理下绦柳组培苗叶片颜色的变化
Fig.1 Change in the leaf color of Salix matsudanaseedlings under diferent treatments
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北方园艺2016(24):55~60 植物·园林花卉·
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验用苗来自河北农业大学植物修复研究室的绦
柳组培苗。
多氯联苯试剂Aroclor 1242为一系列多氯联苯异
构体和同族体的混合物,其中‘12’表示氯代联苯,‘42’表
示含氯量为42%[14]。
1.2 试验方法
试验前先将研究室的绦柳组培苗在空白 MS培养
基中继代1次,消耗其体内积累的外源激素,提高试验的
一致性和无干扰性。试验设置2个处理,协同暴露组
(MS+0.1mg·L-1 6-BA+0.2mg·L-1 NAA+0、0.2、
2.0、20.0mg·L-1 Aroclor 1242)、单独暴露组(MS+0、
0.2、2.0、20.0mg·L-1 Aroclor 1242)。为便于分析,设定
Aroclor 1242浓度为0时的2个处理 MS+0.1mg·L-1
6-BA+0.2mg·L-1 NAA及 MS分别为阳性对照和阴
性对照,pH 7.0,每处理重复5次。控制试验条件的一
致性,包括同样大小的三角瓶和塑料膜、同样长短的捆
绑绳、对诱导后的组培苗进行同样培养条件,温度为
(25±2)℃,光照强度为250μmol·m
-2·s-1,光源波长
大于450nm,光暗周期为16h/8h。尽量选择长势相似
的组培苗,去掉顶芽,选用下方长约2cm的茎段作为诱
导材料,保持试验用材的长度、粗细、叶片、芽的数量相
等或相近。
1.3 项目测定
每日观察绦柳的不定根发生和植物生长状况,拍照
并记录,30d后统计绦柳不定根的生根数量和生根率。
初根时间为绦柳处理中茎段形成不定根萌蘖的初始时
间;不定根分化率达100%的时间为绦柳处理中所有茎
段均形成不定根的时间。培养82d时取材,随机选3个
重复,以瓶为单位用天平称量统计其地下生物量(鲜质
量)。余下2个重复取试验苗苗根、茎段及叶片,放入
70%的酒精中固定24h后,用常规方法进行石蜡包埋,
用切片机切成厚度10μm薄片,固绿染色,加拿大树胶
封片。在ZEN lite 2012显微镜下观察并照相。
1.4 数据分析
试验数据的统计分析采用SPSS 17.0和Excel软
件,方差分析是在显著性P<0.05水平下进行。
2 结果与分析
2.1 Aroclor 1242暴露下绦柳组培苗的形态变化
由图1可看出,2组绦柳组培苗在20.0mg·L-1处
理条件下均出现叶片白化的现象(图1-B、M),且单独暴
露组试验苗出现白化现象的时间早于加激素组5d,白
化现象也更加严重(图1-A、L)。
协同暴露组绦柳组培苗地上生物量的增长幅度明
显大于单独暴露组(图1-D~K,Q~V),且单独暴露组与
阴性对照相比,其地上生长量依次递减,协同暴露组则
变化不大,0.2mg·L-1低浓度下的生长量高于阳性对
照和20.0mg·L-1浓度,这与其地下生物量的变化趋势
一致(图1)。0.2mg·L-1协同处理下绦柳的叶色深浅
有变化,差异不明显(图1-W~Y)。
2.2 Aroclor 1242暴露对绦柳不定根分化的影响
2.2.1 对生根时间的影响 由图2可知,在MS培养基
中添加不同浓度Aroclor 1242协同暴露和单独暴露对绦
柳带芽茎段的初根时间均无明显影响;但2.0mg·L-1条
件下单独暴露时较激素协同暴露的初根时间显著提前
约1.2d,表明激素协同暴露下中浓度Aroclor 1242可促
进绦柳组培苗不定根的萌发。
图2 不同处理对绦柳不定根分化的影响
Fig.2 Efect of diferent treatments on adventitious
roots of Salix matsudana
图3 不同处理对绦柳不定根生根率
达100%时间的影响
Fig.3 Efect of diferent treatments on period reaching 100%of
adventitious roots diferentiation rate of Salix matsudana
2.2.2 对不定根生根率达100%时间的影响 由图3
可知,一定浓度的Aroclor 1242单独暴露可缩短绦柳组
培苗不定根生根率达100%时间。Aroclor 1242协同暴
露时对绦柳不定根生根率达100%时间虽无明显影响,
但单独暴露组中浓度2.0mg·L-1时绦柳生根率达
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100%时间较阴性对照却明显提前1.2d。低浓度时单独
暴露比协同显著提前1.6d,而中浓度时协同暴露比单
独暴露显著提前1.2d。
2.2.3 对不定根数量影响 由图4可知,不同浓度的
Aroclor 1242单独暴露或协同激素暴露下绦柳无明显差
别;对照与各处理下,协同暴露不定根数量比单独暴露
分别高出158.6%、228.3%、263.9% 和161.8%,且均存
在显著差异。说明在激素的作用下,协同暴露可显著增
强单独暴露时组培苗对Aroclor 1242的耐受性。
图4 不同处理对绦柳不定根生根量的影响
Fig.4 Efect of diferent treatments on roots
number of Salix matsudana
图5 不同处理对绦柳不定根生物量的影响
Fig.5 Efect of diferent treatments on biomass of
adventitious roots of Salix matsudana
2.3 Aroclor 1242暴露对绦柳地下不定根生物量的
影响
由图5可知,Aroclor 1242暴露对绦柳地下不定根
生物量有较大影响。MS培养基中添加不同浓度Aroclor
1242协同激素暴露时,在设定剂量的不同处理条件下,
协同暴露剂量为0.2mg·L-1绦柳不定根的生物量显著
高于阳性对照,表现出较强的促进作用,高出阳性对照
46.1%;2.0mg·L-1时与对照无差别;20.0mg·L-1时
则显著降低,仅为阳性对照的25.2%,表明该浓度下绦
柳组培苗受害严重,地下生物量明显减少。单独暴露时
绦柳不定根的生物量随着暴露剂量的增加而递减,但组
内差异不明显,20.0mg·L-1时有较强的毒害作用,仅
占阴性对照的5.4%;中低浓度Aroclor 1242协同暴露
和单独暴露时,阳性对照也显著高于阴性对照,0.2、2.0、
20.0mg·L-1协同暴露组与单独暴露组生物量比值分
别为1∶2.9、1∶10.4和1∶12.1。
2.4 Aroclor 1242暴露下绦柳组培苗的显微结构变化
由图6可知,协同暴露组中,组培苗根部细胞的内
含物随着Aroclor 1242浓度的增加而逐渐减少(图6-A、
D、G、J);茎横切图中,与阳性对照相比,Aroclor 1242处
理后的绦柳组培苗茎的次生结构受到抑制,表现为对照
中初生韧皮部排列呈环状(图6-B),Aroclor 1242处理后
的其韧皮部呈松散的束状(图6-B、E、H、K);叶部结构中
变化不明显(图6-C、F、I、L)。单独暴露组中,组培苗根
部细胞无规律性变化(图6-M、P、S、V);由绦柳组培苗茎
横切图可看出,其变化方式与协同暴露组一致,Aroclor
1242处理抑制其次生结构的发生(图6-N、Q、T、W);叶
部结构的变化也不明显(图6-O、R、U、X)。
3 结论与讨论
绦柳组培苗受多氯联苯毒害的直观表现为叶片白
化失绿现象,培养20d左右,20.0mg·L-1处理下的组
培苗开始出现白化现象,协同暴露组出现白化现象的时
间晚于单独暴露组4~5d,单独暴露组叶片白化后无复
绿现象,而协同暴露组0.2mg·L-1处理下1个月之后
有复绿现象,说明绦柳对PCBs有一定的修复作用。
低浓度的有机污染对植物生长有显著影响,较高浓
度则产生毒害[15-17]。该研究中,Aroclor 1242暴露对绦
柳的不定根形成的影响表现为:2.0mg·L-1浓度下,单
独比协同暴露初根时间和不定根达100%时间显著提
前,0.2mg·L-1浓度下,协同暴露较单独暴露不定根达
100%时间显著提前。推测原因可能为:对绦柳组培苗
初生根系的形成遵循浓度效应原理,即特定浓度范围内
促进不定根的形成,超过临界浓度后才对植物有明显的
毒害作用,0.2mg·L-1协同暴露时不定根生物量显著
高于阳性对照,说明Aroclor 1242可促进根系的生长发
育,因此,Aroclor 1242对绦柳组培苗的生长发育有促进
作用,加上协同暴露与阳性对照、单独暴露和阴性对照
之间,不定根的发生和数量都无显著差异,也反向证明
绦柳组培苗对Aroclor 1242具有一定的耐受能力。较高
浓度的暴露则会不同程度抑制不定根的形成发育。
不同种类PCBs在植物体内不同部位的积累趋势相
同,均是根>叶>茎[18]。该试验中,而从绦柳组培苗各
部位组织的显微结构来看,茎部受到的影响大于根部与
叶部,茎部次生结构的形成受到抑制,根部和叶部则不
明显。积累趋势与受影响程度并不相同,可能存在取
材部位不同等问题,其原因有待进一步研究。
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北方园艺2016(24):55~60 植物·园林花卉·
  注:A~C.阳性对照苗的根横切、茎横切和叶横切;D~L.协同暴露组不同Aroclor 1242浓度处理苗的根横切、茎横切和叶横切;M~O.阴性对照组的
根横切、茎横切和叶横切;P~X.单独暴露组不同Aroclor 1242浓度处理苗的根横切、茎横切和叶横切。比例尺均为50μm。
Note:A-C.Positive control seedlings′crosscutting of root,stem,leave;D-L.Seedlings′crosscutting of root,stem,leave at different concentrations,
colaboratively;M-O.Negative control seedlings′crosscutting of root,stem,leave;P-X.Seedlings′crosscutting of root,stem,leave at diferent concentrations,
separately.Al of scale was 50μm.
图6 不同Aroclor 1242浓度处理下绦柳组培苗形态及显微结构的差异
Fig.6 Diference in the morphology structure and microstructure in tissue-cultured seedling of
Salix matsudana under diferent concentrations of Aroclor 1242
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Effects of Polychlorinated Biphenyls(PCBs)on the Initial Roots and
Microstructure of Salix matsudanaf.pendulaSchneid
LI Ye1,2,ZHANG Shuang1,2,LI Yuling1,2,DU Kejiu1,2
(1.Colege of Forestry,Agricultural University of Hebei,Baoding,Hebei 071001;2.Key Laboratory of Tree Species Germplasm Resourse and
Forest Protection of Hebei Province,Baoding,Hebei 071000)
Abstract:Salix matsudana was used as test material,plantlets of Salix matsudana was cultured separately(MS)or
colaboratively(MS+0.1mg·L-1 6-BA+0.2mg·L-1 NAA)in medium of containing various concentrations of PCBs,
to study the efects of PCBs on external morphology,adventitious root formation and microstructures.The results showed
that high levels of PCBs could make the plant albino,exposure separately was more serious than colaboratively,the color
of leaves returned green when cultured colaboratively;exposure colaboratively had no significant influence on the time of
initial roots and number of Salix matsudana at the concentration of 0.2mg·L-1 below-ground biomass increased
obviously compared with positive control,while 20.0mg·L-1 showed a marked reduction;explosure separately period
reaching 100%of adventitious roots diferentiation rate of Salix matsudana at the concentration of 2.0mg·L-1 was
1.2days earlier than negative control,20.0mg·L-1 was the lowest,which accounts for 5.4%of negative control,
explosure separately had no efect on other indicator of roots.Adding hormone to medium could be greatly reduced the
toxicity of PCBs,for exposure colaboratively the root number were 158.6%,161.8%,263.9% and 161.8% more
explosure separately at the same concentration,the ratio of adventitious roots biomass were 1∶2.9,1∶10.4,1∶12.1.
Exposure colaboratively,the cel inclusion of root decreases with PCBs concentration increasing,compared with the
positive control,the transects of stem showed secondary structure was restrained when treated with PCBs,the roots and
the leaves structure showed no significant change when the stem had same change with exposure colaboratively;the root
cels of tow groups were damaged in diferent degree.
Keywords:polychlorinated biphenyls;Salix matsudana;growing development;microstructure
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