镉与除草剂草甘磷的交互作用对小麦的毒性

镉与除草剂草甘磷的交互作用对小麦的毒性 镉与除草剂草甘磷的交互作用对小麦的毒性 王玉军,周东美,孙瑞娟,陈怀满 中国科学院南京土壤研究所,土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏 南京 210008 摘要:种子发芽试验、根伸长抑制试验及植物早期生长试验是目前所建立的3种高等植物毒性试验,这些试验通过研究植物在污染条件下根系发育状况、生物量减少程度或植物耐污特性等方面而对污染物的环境效应进行诊断。文章研究了镉与草甘磷交互作用对小麦发芽率以及发芽后小麦的根长和芽长的影响。结果发现,镉对小麦发芽率没有明显影响,而草甘磷对小麦发芽率、根长和芽长有明显抑制效应。镉在一定程度上降低了草甘磷对小麦发芽的毒性,但对小麦生长仍有明显毒害。当镉与草甘磷共同作用于小麦时,镉的存在增加了低浓度草甘磷的生物毒性,而降低了高浓度草甘磷的生物毒性或没有影响。但是,随着镉浓度增加它们的联合毒性又逐渐增加。 关键词:镉;草甘磷;除草剂;交互作用;发芽率 中图分类号:X171.5 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2004)02-0158-03 利用高等植物来确定污染物的毒性是利用生物来检测污染物毒性的一个主要方法。目前所建立的高等植物毒理试验有3种,即种子发芽试验、根长抑制试验和早期幼苗生长试验[1~3]。宋玉芳等[4~8]以5种不同高等植物种子研究了 几种典型重金属对植物种子发芽率和根长的关系,同时还研究了有机污染物在土壤中的生态毒性。周青等[9]研究了镉对小麦发芽的影响,发现在低浓度条件下镉能促进小麦的发芽,而在高浓度条件下则显著抑制小麦的发芽。 表2 镉与草甘磷交互作用对小麦发芽率的影响1 1 数据统计采用SPSS软件中的LSD进行分析,相同镉水平条件下进行比较,具有相同字母为没有显著性差异(p0.05) 过去人们对性质相同的污染物的研究比较多,而对性质相差较大的如重金属与农药的交互作用的研究比较少[10, 11],但环境中有机和无机污染物往往是共同存在的,所以研究有机-无机复合污染问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 就显得非常重要。本文以小麦种子为供试植物,研究除草剂草甘磷与重金属镉之间的交互作用及其环境效应。 1 材料与方法 表1 实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 小麦种子由江苏农科院提供,镉溶液由氯化镉配制,而草甘磷购自美国Sigma公司。试验容器是100 mm 15 mm的培养皿。在培养皿中放置滤纸一张,每一个培养皿中放置小麦50粒,加入处理好的镉和草甘磷溶液5 ml,于25 ?条件下培养72 h,培养后测量小麦的发芽率和小麦的根长和芽长。镉处理浓度分别为0,0.10,0.25,0.50,1.0 mmol/L,草甘磷处理浓度分别为0,0.1,0.25,0.50,1.0 mmol/L,两两相互交互作用,共产生25个处理,见表1。每个处理共4个重复。 2 结果与讨论 2.1 镉与草甘磷交互作用对小麦发芽率的影响 表2描述了镉与草甘磷交互作用对小麦发芽率的影响。由表可以看出,镉 对小麦发芽率的影响比较小。在低浓度镉存在时,与对照相比,小麦发芽率有所增加,但是现象并不是很明显,在高浓度镉存在时,小麦发芽率有所降低,这与周青等人[9]的研究比较相似,镉对小麦的发芽有一定的低促高抑。而草甘磷则能显著影响小麦的发芽率。当草甘磷浓度达到0.1 mmol/L时,与对照相比,小麦的发芽率降低了7.4%;而当草甘磷的浓度依次增加到0.25,0.50,1.0 mmol/L时,小麦的发芽率分别较对照降低了14.1 %,30.6 %和51.5%。草甘磷的存在严重影响了小麦的发芽。 作者研究了镉与草甘磷共存时对小麦发芽率的影响,发现镉的存在在一定程度上减缓了草甘磷对小麦发芽的生物毒性。以草甘磷的浓度为0.5 mmol/L为例,当草甘磷单独处理小麦时,小麦的发芽率仅仅是对照的69.4 %。当加入0.1 mmol/L镉后,小麦的发芽率是对照的88.8 %,增加了19.4 %,但是随着镉的浓度的进一步增加,小麦的发芽率又有一些降低。当镉的浓度增加到0.50 mmol/L时,小麦的发芽率是对照的81.4 %,较0.1 mmol/L减低了7.4 %,但总的来说还是增加了小麦的发芽率。这可能是草甘磷与镉发生了络合反应,生成了草甘磷与镉的络合物,而这些络合物的生物毒性相对于草甘磷来说毒性要小一些,对小麦的发芽率毒性减少;但是,随着镉的浓度的进一步增加,镉本身也有一定的生物毒性,将增加对小麦的生物毒性。草甘磷是一种广谱型农药,能杀死目前78种杂草中的76种,但是草甘磷有很强的络合能力,进入土壤或水体后很快与一些金属离子结合生成络合物,从而降低甚至失去活性[12~14]。镉与草甘磷共存时,在一定程度上降低了草甘磷的生物毒性。 表4 镉与草甘磷交互作用对小麦芽长的影响1 1 数据分析与表2相同 将小麦的发芽率与草甘磷的量进行拟合可以看出,草甘磷与小麦的发芽率 呈显著线性相关,线性方程的斜率在一定程度上可以代表草甘磷的毒性的大小。 从方程(1)~(5)的斜率可以看出镉的加入在一定程度上影响了草甘磷对小麦的毒 性,镉的加入减缓了草甘磷对小麦的影响,随着镉浓度的增加,这种减缓趋势逐渐 降低。 镉0 mmol/L,Y-0.4579X+0.8774,R20.9904(1) 镉0.10 mmol/L,Y-0.1591X+0.8909,R20.9448 (2) 镉0.25 mmol/L,Y-0.1716X+0.8248,R20.8209 (3) 镉0.50 mmol/L,Y-0.2582X+0.8995,R20.9052 (4) 镉1.0 mmol/L,Y-0.3864X+0.8683,R20.9072 (5) 表3 镉与草甘磷的交互作用对小麦根生长的抑制作用1 1 数据分析与表2相同 虽然镉对小麦的发芽率没有显著影响,但是镉对小麦根的生长有很明显的 抑制作用。表3显示了镉与草甘磷的交互作用对小麦根生长的影响。无论是镉还 是草甘磷对小麦的根的生长都有很大的抑制作用。当草甘磷的浓度是0.10 mmol/L时,小麦根长降低到对照的36.5%;而当草甘磷浓度为0.50 mmol/L时,小 麦根长是对照的15%,小麦根长受到很明显的抑制。对镉而言,当镉浓度增加到 0.10 mmol/L时,小麦根长相当于对照的87.2%;而当镉浓度增加到0.50 mmol/L时,小麦根长相当于对照的28.0%。从小麦根长受抑制程度可以看出草甘磷对小 麦毒性要明显比镉强。当草甘磷与镉共同作用于小麦时,镉在一定程度上缓减了 草甘磷的毒性,但是这种变化不是太显著,其中草甘磷起主要作用。 表4显示了镉与草甘磷的交互作用对小麦芽长的影响。研究发现,与对小麦根长影响相似,小麦的芽长较对照受到明显地抑制。当草甘磷单独作用于小麦,并且草甘磷浓度为0.10 mmol/L时,小麦的芽长相当于对照的43.4 %,降低了56.6 %;当草甘磷的浓度达到0.25 mmol/L时,小麦的芽长仅有23.0 %,小麦的生长受到严重抑制。当镉单独作用于小麦时,小麦受毒害的现象要比草甘磷轻一些。当镉浓度为0.10 mmol/L时,小麦的芽长是对照的78.5 %;而当镉达到0.25 mmol/L时,小麦的芽长是对照的63.1 %。当镉与草甘磷共同作用于小麦时,在草甘磷浓度较低的情况下,镉的存在增加了草甘磷对小麦的生物毒性;而当草甘磷浓度较高的情况下,镉的存在在一定程度上降低了草甘磷的生物毒性或没有影响,例如,当草甘磷的浓度是0.10 mmol/L和添加0.10 mmol/L的镉时,小麦的芽长相对于草甘磷单独存在时降低了11.8 %,而当加入的镉浓度达到0.50 mmol/L时,小麦的芽长仅仅是草甘磷单独存在时的66.4 %,降低了33.6 %;而当草甘磷的浓度是1.0 mmol/L时,添加0.10 mmol/L的镉,小麦的芽长较草甘磷单独存在时增加44.8 %,但是随着镉的浓度的增加,他们的联合毒性又逐渐增加。 4 结论 (1)草甘磷显著影响了小麦的发芽率,但镉对小麦的发芽率的影响较小。当草甘磷与镉共同存在时,镉降低了草甘磷对小麦的生物毒害。 (2)草甘磷与镉均显著地抑制了根和芽的生长。当镉与草甘磷共存时,在低草甘磷浓度条件下,镉的存在增加了草甘磷的生物毒性;而在较高草甘磷浓度条件下,镉的存在则降低了草甘磷的生物毒性或没有影响。但是,随着镉浓度的增加,它们的联合毒性又逐渐增加。 参考文献: YE Z H, SHU W S, ZHANG Z Q, et al. 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Although cadmium had little effect on the rate of wheat germination, it prohibited wheat root elongation and sprout length obviously. Glyphosate clearly reduced the rate of wheat germination. The presence of cadmium decreased glyphosate toxicity when glyphosate was at a high concentration and increased glyphosate toxicity when glyphosate was at a low concentration. Key words: cadmium; glyphosate; interaction; germination; root elongation (上接第157页) 参考文献: 王庆仁, 崔岩山, 董艺婷. 植物修复:重金属污染土壤整治有效途径[J]. 生态学报, 2001, 21 2: 326-331. 唐世荣, WILKE B M. 植物修复技术与农业生物环境工程[J]. 农业工程学报, 1999, 152: 21-26. 蒋先军, 骆永明, 赵其国. 土壤重金属污染的植物提取修复技术及其应用 前景[J]. 农业环境保护, 2000, 193: 179-183. NADAN KUMAR P B A, DUSHENKOV V, MOTTO H, et al. Phytoextraction: the use of plants to remove heavy metals from soils[J]. Environ Sci Technol, 1995, 295: 1233-1238. 沈振国, 陈怀满. 土壤重金属污染生物修复的研究进展[J]. 农村生态环境, 2000, 162: 39-44. SUERBECK D R. 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The results showed that the soil was severely contaminated with cadmium, lead and zinc Cd, Pb and Zn. Especially, the Cd concentration in the soil was more than two hundredfold 208 of the background. Data analysis indicated that the atmospheric dusts originated from the factory and rain-drop scavenging were the important factors responsible for the severe heavy metals pollution problem in the soil. In addition, nine representative plants of the native vegetation were collected and analyzed for heavy metal concentrations. For the first time, we reported that C. ambrosioides was a hyperaccumulator of lead, and the in vivo concentration of Pb could reach as high as 3888 mg/kg. Also, it was found that Phytolacca acinosa had good capability to enrich Cd. Phytolacca acinosa displayed many good traits, such as excellent ability to transport Cd form roots to stems and leaves, bigger biomass and larger enrichment capacity. Thus, P. acinosa plant showed promising potentials in phytoremediation applications and was warranted for further studies. We also noted that another plant, Urtica fissa, seemed to exhibit excellent enriching power for Zn.In summary, our results indicated that these three plants could be used to effectively treat soils contaminated with heavy metals Cd, Pb and Zn. Key words: vegetation; heavy metal; hyperaccumulator; phytoremediation