做座厚度较薄的塑料地膜对植物的影响更大

厚度较薄的塑料地膜对植物的影响更大

一.材料与方法

1.1供试材料

供试植物为小麦TriticumaestivumL.，购自中国农业科学院，品种名称为轮选987.

1.2供试土壤

土壤采集于北京市元大都遗址公园（N39°54′27″，E116°23′17″）内，清理地表的枯枝落叶后，采集表层（2～20cm）土壤，多点取样法取土后置于塑料布上混合均匀，经室内自然风干、除杂、研钵碾碎，过2mm筛备用。采用常规方法[12]测定土壤基本理化性质（表1）。

1.3试验设计与方法

通过预试验所得的小麦种子的极限耐受范围，共设置6个添加量水平。称取300.0g供试土壤放于塑料布上，分别向土壤中添加150、300、750、1500、4500mg塑料地膜碎片，以及空白对照，与土壤混合均匀，然后装入500mL棕色瓶，即得添加量为0、500、1000、2500、5000、-1的土样。向土壤中添加去离子水，使含水量达到田间持水量的75%，每个处理重复3次。将上述棕色瓶加棉塞，放入25℃生化培养箱中恒温培养，在培养期间每天定时补充水分使含水量保持为田间持水量的75%，平衡一个月后，采用随机取样法，从棕色瓶中称取土壤样品，分别放入培养皿及一次性纸杯中，待用。

1.3.1种子发芽试验

发芽实验之前，小麦种子表面用体积分数为3%的H2O2消毒5min，然后用去离子水冲洗。将消毒后的种子放置在含有地膜土壤的培养皿里，并用2~3cm的含地膜土壤覆盖。对照试验是将种子固定在不含地膜的土壤上面。每个培养皿放置20粒小麦种子，盖上盖子，在暗处（25±5）℃培养箱中培养48h，当胚芽和胚根均超过2mm时，可认为是种子发芽，计算种子发芽率。所有试验重复3次，以减少实验误差。

1.3.2小麦种子根伸长及芽长实验

小麦种子发芽后，在25℃的生化培养箱中培养一周后，暴露实验完成。在培养期间每天固定时间补充水份使土壤持水量保持为田间持水量的75％。培养结束后，用游标卡尺测量并记录不同种类塑料地膜不同添加量的小麦根长及芽长，计算各添加量下小麦的根长及芽长平均值及其标准偏差，求出个添加量下小麦根伸长及芽长的抑制率。添加塑料地膜的种子的芽长和根长与对照组相比用抑制百分比表示。

1.3.3小麦幼苗生长实验

小麦种子在（25±5）℃下在可根据材料的要求进行调剂暗处培养7d，然后在恒温（25±5）℃的增长室中进行进一步的培养，同时在增长室中保持12h光亮和12h黑暗循环。经过0，7，14，21d间隔培养采集并分析样本。

取倒数第2叶片500mg及所有根系，0～4℃下冷却30min后剪碎，加入10mL预冷的50mmol.L-1的pH7.8磷酸缓冲液，冰浴研磨。4℃下12000r/min冷冻离心20min.上清液即为酶的提取液。SOD活性的测定依据氯化硝基四氮唑蓝光化还原法[13]，POD测定用愈创木酚分光光度法[14]，CAT的测定采用滴定法[14].在小麦出苗后7，14和21d对小麦幼苗叶片和根系中的三种抗氧化酶SOD、POD、CAT分别进行测定，并对照空白酶活性计算对照百分比。

1.3.4数据统并且接线准确无误计分析

所有试验的测定都重复3次，酶活性试验测3组平行样。所有数据都进行方差分析，同时对标准差进行计算。试验的所有数据均使用MicrosoftExcel和SPSS13.0软件进行统计处理与分析。

二.结果与讨论

2.1两种塑料地膜处理土壤对小麦发芽率的影响48h后两种塑料地膜处理的小麦种子发芽率。500～-1地膜1处理与对照相比，对发芽率不产生影响，在添加量为-1下，地膜1和地膜2处理后的发芽率均在97%以上，与对照相比可认为几乎不产生影响，可认为低添加量的塑料地膜的添加对种子的发芽率影响很小。随着添加量的升高，逐渐表现出对发芽率的抑制效应，当添加量为5000～-1时，地膜1处理后的发芽率约为对照的95.9%，地膜2处理后的发芽率约为对照的91.8%，与对照相比有一定的降低。总体来说，塑料地膜对小麦种子发芽率的影响不大。但可以看出，塑料地膜2在高添加量（≥-1）条件下对发芽率的影响要大于塑料地膜1，这表明厚度较薄的地膜可能会对种子萌发产生更大的影响。

松，从而促进了根及芽的伸长。添加量为-1时，芽和根的抑制率最大，两种塑料地膜处理后的芽的抑制率分别达到了16.7%和19.95%，根的抑制率分别达到了13.40%和15.07%.这说明在高添加量下塑料地膜的添加对小麦芽和根的伸长出现了抑制作用，而这种抑制阻碍了根系的深扎和对土壤水分、养分的吸收，从而对植物生长产生了不良影响。

对比分析显示，根及芽的伸长对地膜添加的敏感性高于小麦发芽率，这表明种子发芽率是一个相对不敏感的指标，这与Gong[15]的研究一致。有3个原因可以解释这一情况：一是塑料地膜仅对土壤物理性质产生了影响，但这种影响并不足以对小麦种子萌发产生化学影响；二是塑料地膜在平衡时间内仅存在低毒性作用；三是塑料地膜的毒性可能为析出的有机污染物，而种皮可以吸收有机污染物，这构成了胚胎与周围环境之间的屏障。因此，塑料地膜的添加不影响小麦种子的萌发。

2.2两种塑料地膜添加对小麦幼苗抗氧化酶系的影响

经地膜1不同添加量处理后的小麦叶片及根中的SOD，POD，CAT的活性与对照的比值。叶片及根中SOD的活性呈现随添加量的增加而降低的趋势，同时随暴露时间的延长，叶片中SOD活性在相同添加量下随时间间隔有下降趋势但并没有显著差异，但根系中SOD活性显著下降。

在添加量为-1时，第7天和第14天根系中的SOD为对照的189%和145%，然而在高添加量（-1）时，根系中SOD活性明显受到抑制，抑制率分别达到了39%，29%，在第21天时，抑制率甚至达到了95%.叶近年片中的POD活性随着地膜1添加量的增加暴露时间内呈现不规则波动。地膜1的处理及暴露时间延长对POD活性并没有产生显著差异。但随暴露时间延长，相同添加量下根中POD活性呈现先降低后增长的趋势。在经14d暴露后，POD的对照百分比低于1，表明地膜1处理对POD活性产生了抑制效应。

地膜1的处理经7d暴露后降低了小麦幼苗CAT酶的活性。随着暴露时间的延长，相同添加量下叶片中CAT的活性呈现先增加后降低的趋势。但根系中CAT活性随添加量变化的变化并不规律。

分析发现不同添加量地膜1的处理及暴露时间延长对叶片CAT活性没有显著的影响，这与POD的变化趋势一致。但地膜1的处理对根系CAT活性呈现抑制效应。

经不同添加量的地膜2处理后小麦叶片和根系中SOD、POD和CAT活性与对照试验的比值。随暴露时间延长，叶片中SOD活性随地膜2添加量的增加呈先增长后降低的趋势，但根系中SOD的活性变化并不显著。在添加量1000～-1下，地膜2的处理诱导了小麦幼苗叶片SOD的活性，而在高添加量（-1）

时地膜2的处理明显抑制了叶及根中SOD的活性，在第7，14和21天，叶片SOD的抑制率分别达到了48%，20%和51%，根中SOD的抑制率达到了57%，69%和78%.叶片POD的活性随添加量的变化在经7d暴露后呈现先增长后降低的趋势，这与SOD的变化趋势一致，在第7天和第14天暴露后，POD活性与对照相比并没有显著差异。经7d暴露后，根系中POD活性明显受到了地膜2处理的诱导，但随暴露时间的延长，在第14和第21天，POD的活性受到明显抑制，但这种抑制随暴露时间的延长没有显著差异。

叶片CAT随暴露时间的不同，其活性与对照相比无显著差异，这表明地膜2的处理对叶片CAT活性影响较小，但根系中CAT活性在经暴露后受到了抑制。由图中看出在-1时，CAT活性出现了明显的诱导作用，这与该添加量下根系中SOD活性及根伸长的变化一致。

尽管植物中活性氧自由基（AOS）的产生在不受污染的情况下也是不可避免的，但植物体内的一些酶的协同作用可以消除AOS，这可Angstron材料公司拟对石墨烯扩能以使植物细胞中的AOS的产生和消除维持一个稳定的状态[16].然而，在环境压力下，细胞会产生过多的AOS，当AOS的产生速率超出了抗氧化系统的消除速率，AOS会迅速在细胞内积累。AOS的大量积累，可导致机体内生物大分子（如核酸、膜脂、蛋白质等）的氧化，严重时可造成DNA断裂、膜脂过氧化和酶失活等一系列氧化应激，从而破坏植物体内的平衡系统。SOD、POD和CAT是植物体清除活性氧的3种重要的保护酶，SOD能把超氧阴离子（O2-）歧化成O2和H2O2，POD和CAT则是植物体内H2O2的清除酶，3种酶协同防御活性氧对细胞膜系统的伤害和防止细胞衰老。因此，SOD，POD，CAT活性的改变可以反映污染物压力下植物抗氧化防御系统的损害。

在本次试验中，经地膜1和地膜2低添加量（≤-1）的处理，小麦叶和根中的SOD活性在早期暴露阶段明显升高。表明塑料地膜所带来的环境压力使植物体内产生了更多的AOS，从而诱导SOD活性增强以消除多余的AOS.根据Mittler[18]的研究结果，这可被视为小麦幼苗在一定耐受范围内有较强的适应环境压力的能力。然而这种耐受能力是有限的。在高添加量条件下，小麦叶片和根系中的SOD活性明显低于对照组，同时随暴露时间的延长，根系中SOD活性显著下降。这表明AOS随暴露时间的延长迅速积累，剩余的AOS不能被SOD有效清除。不管是在叶片还是在根系中，高添加量下SOD活性抑制率均高于低添加量下。有两个原因可以解释这一现象：一是SOD在消除多余的（O2-）以防止细胞氧化损伤方面失效，二是消除SOD催化产生的H2O2的系统不能有效清除H2O2，从而导致抗氧化防御系统的损伤。但通过对比观察可以发现，POD，CAT与SOD活性的变化没有趋同性。这表明经塑料地膜处理后SOD活性的降低与H2O2的清除系统无关，塑料地膜的处理在本实验范围内没有对小麦幼苗中抗氧化系统产生严重的损害。

三.结论

在本文中，500～-1的两种塑料地膜处理对小麦种子的发芽率几乎不产生影响，在高添加量（≥-1）处理下小麦的发芽率明显下降。

塑料地膜中低添加量（500～-1）的处理可以促进小麦芽及根的伸长，高添加量时则显示出了明显的抑制作用，这表明塑料地膜残膜确实能够抑制根伸长，从而阻碍根系的深扎和对土壤水分、养分的吸收，造成弱苗、死苗、倒伏和减产。

塑料地膜的处理对小麦幼苗SOD活性产生了较为显著的影响。小麦根系抗氧化酶活性对两种塑料地膜的敏感程度大于叶片。在高添加量条件下，根系中SOD活性随暴露时间的延长明显受到了抑制，POD及CAT活性也收到了一定的影响，表明高添加量塑料地膜的处理会对小麦早期幼苗的抗氧化酶系统产生毒害作用。

通过对比研究发现，塑料地膜2对植物产生的影响大于地膜1，这表明厚度较薄的塑料地膜对植物的影响更大。

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