一.材料與方法
1.1供試材料
供試植物為小麥TriticumaestivumL.，購自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，品種名稱為輪選987.
1.2供試土壤
土壤采集于北京市元大都遺址公園（N39°54′27″，E116°23′17″）內(nèi)，清理地表的枯枝落葉后，采集表層（2～20cm）土壤，多點(diǎn)取樣法取土后置于塑料布上混合均勻，經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干、除雜、研缽碾碎，過2mm篩備用。采用常規(guī)方法[12]測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)（表1）。
1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法
通過預(yù)試驗(yàn)所得的小麥種子的極限耐受范圍，共設(shè)置6個(gè)添加量水平。稱取300.0g供試土壤放于塑料布上，分別向土壤中添加150、300、750、1500、4500mg塑料地膜碎片，以及空白對(duì)照，與土壤混合均勻，然后裝入500mL棕色瓶，即得添加量為0、500、1000、2500、5000、15000mg.kg-1的土樣。向土壤中添加去離子水，使含水量達(dá)到田間持水量的75%，每個(gè)處理重復(fù)3次。將上述棕色瓶加棉塞，放入25℃生化培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，在培養(yǎng)期間每天定時(shí)補(bǔ)充水分使含水量保持為田間持水量的75%，平衡一個(gè)月后，采用隨機(jī)取樣法，從棕色瓶中稱取土壤樣品，分別放入培養(yǎng)皿及一次性紙杯中，待用。
1.3.1種子發(fā)芽試驗(yàn)
發(fā)芽實(shí)驗(yàn)之前，小麥種子表面用體積分?jǐn)?shù)為3%的H2O2消毒5min，然后用去離子水沖洗。將消毒后的種子放置在含有地膜土壤的培養(yǎng)皿里，并用2~3cm的含地膜土壤覆蓋。對(duì)照試驗(yàn)是將種子固定在不含地膜的土壤上面。每個(gè)培養(yǎng)皿放置20粒小麥種子，蓋上蓋子，在暗處（25±5）℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h，當(dāng)胚芽和胚根均超過2mm時(shí)，可認(rèn)為是種子發(fā)芽，計(jì)算種子發(fā)芽率。所有試驗(yàn)重復(fù)3次，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。
1.3.2小麥種子根伸長(zhǎng)及芽長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)
小麥種子發(fā)芽后，在25℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一周后，暴露實(shí)驗(yàn)完成。在培養(yǎng)期間每天固定時(shí)間補(bǔ)充水份使土壤持水量保持為田間持水量的75％。培養(yǎng)結(jié)束后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量并記錄不同種類塑料地膜不同添加量的小麥根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)，計(jì)算各添加量下小麥的根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，求出個(gè)添加量下小麥根伸長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的抑制率。添加塑料地膜的種子的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)與對(duì)照組相比用抑制百分比表示。
1.3.3小麥幼苗生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)
小麥種子在（25±5）℃下在暗處培養(yǎng)7d，然后在恒溫（25±5）℃的增長(zhǎng)室中進(jìn)行進(jìn)一步的培養(yǎng)，同時(shí)在增長(zhǎng)室中保持12h光亮和12h黑暗循環(huán)。經(jīng)過0，7，14，21d間隔培養(yǎng)采集并分析樣本。
取倒數(shù)第2葉片500mg及所有根系，0～4℃下冷卻30min后剪碎，加入10mL預(yù)冷的50mmol.L-1的pH7.8磷酸緩沖液，冰浴研磨。4℃下12000r/min冷凍離心20min.上清液即為酶的提取液。SOD活性的測(cè)定依據(jù)氯化硝基四氮唑藍(lán)光化還原法[13]，POD測(cè)定用愈創(chuàng)木酚分光光度法[14]，CAT的測(cè)定采用滴定法[14].在小麥出苗后7，14和21d對(duì)小麥幼苗葉片和根系中的三種抗氧化酶SOD、POD、CAT分別進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)照空白酶活性計(jì)算對(duì)照百分比。
1.3.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
所有試驗(yàn)的測(cè)定都重復(fù)3次，酶活性試驗(yàn)測(cè)3組平行樣。所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行方差分析，同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)均使用MicrosoftExcel和SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理與分析。
二.結(jié)果與討論
2.1兩種塑料地膜處理土壤對(duì)小麥發(fā)芽率的影響48h后兩種塑料地膜處理的小麥種子發(fā)芽率。500～1000mg.kg-1地膜1處理與對(duì)照相比，對(duì)發(fā)芽率不產(chǎn)生影響，在添加量為2500mg.kg-1下，地膜1和地膜2處理后的發(fā)芽率均在97%以上，與對(duì)照相比可認(rèn)為幾乎不產(chǎn)生影響，可認(rèn)為低添加量的塑料地膜的添加對(duì)種子的發(fā)芽率影響很小。隨著添加量的升高，逐漸表現(xiàn)出對(duì)發(fā)芽率的抑制效應(yīng)，當(dāng)添加量為5000～15000mg.kg-1時(shí)，地膜1處理后的發(fā)芽率約為對(duì)照的95.9%，地膜2處理后的發(fā)芽率約為對(duì)照的91.8%，與對(duì)照相比有一定的降低。總體來說，塑料地膜對(duì)小麥種子發(fā)芽率的影響不大。但可以看出，塑料地膜2在高添加量（≥5000mg.kg-1）條件下對(duì)發(fā)芽率的影響要大于塑料地膜1，這表明厚度較薄的地膜可能會(huì)對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生更大的影響。
松，從而促進(jìn)了根及芽的伸長(zhǎng)。添加量為15000mg.kg-1時(shí)，芽和根的抑制率最大，兩種塑料地膜處理后的芽的抑制率分別達(dá)到了16.7%和19.95%，根的抑制率分別達(dá)到了13.40%和15.07%.這說明在高添加量下塑料地膜的添加對(duì)小麥芽和根的伸長(zhǎng)出現(xiàn)了抑制作用，而這種抑制阻礙了根系的深扎和對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收，從而對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了不良影響。
對(duì)比分析顯示，根及芽的伸長(zhǎng)對(duì)地膜添加的敏感性高于小麥發(fā)芽率，這表明種子發(fā)芽率是一個(gè)相對(duì)不敏感的指標(biāo)，這與Gong[15]的研究一致。有3個(gè)原因可以解釋這一情況：一是塑料地膜僅對(duì)土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生了影響，但這種影響并不足以對(duì)小麥種子萌發(fā)產(chǎn)生化學(xué)影響；二是塑料地膜在平衡時(shí)間內(nèi)僅存在低毒性作用；三是塑料地膜的毒性可能為析出的有機(jī)污染物，而種皮可以吸收有機(jī)污染物，這構(gòu)成了胚胎與周圍環(huán)境之間的屏障。因此，塑料地膜的添加不影響小麥種子的萌發(fā)。
2.2兩種塑料地膜添加對(duì)小麥幼苗抗氧化酶系的影響
經(jīng)地膜1不同添加量處理后的小麥葉片及根中的SOD，POD，CAT的活性與對(duì)照的比值。葉片及根中SOD的活性呈現(xiàn)隨添加量的增加而降低的趨勢(shì)，同時(shí)隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片中SOD活性在相同添加量下隨時(shí)間間隔有下降趨勢(shì)但并沒有顯著差異，但根系中SOD活性顯著下降。
在添加量為1000mg.kg-1時(shí)，第7天和第14天根系中的SOD為對(duì)照的189%和145%，然而在高添加量（15000mg.kg-1）時(shí)，根系中SOD活性明顯受到抑制，抑制率分別達(dá)到了39%，29%，在第21天時(shí)，抑制率甚至達(dá)到了95%.葉片中的POD活性隨著地膜1添加量的增加暴露時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng)。地膜1的處理及暴露時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)POD活性并沒有產(chǎn)生顯著差異。但隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)，相同添加量下根中POD活性呈現(xiàn)先降低后增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在經(jīng)14d暴露后，POD的對(duì)照百分比低于1，表明地膜1處理對(duì)POD活性產(chǎn)生了抑制效應(yīng)。
地膜1的處理經(jīng)7d暴露后降低了小麥幼苗CAT酶的活性。隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，相同添加量下葉片中CAT的活性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。但根系中CAT活性隨添加量變化的變化并不規(guī)律。
分析發(fā)現(xiàn)不同添加量地膜1的處理及暴露時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)葉片CAT活性沒有顯著的影響，這與POD的變化趨勢(shì)一致。但地膜1的處理對(duì)根系CAT活性呈現(xiàn)抑制效應(yīng)。
經(jīng)不同添加量的地膜2處理后小麥葉片和根系中SOD、POD和CAT活性與對(duì)照試驗(yàn)的比值。隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)，葉片中SOD活性隨地膜2添加量的增加呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，但根系中SOD的活性變化并不顯著。在添加量1000～2500mg.kg-1下，地膜2的處理誘導(dǎo)了小麥幼苗葉片SOD的活性，而在高添加量（15000mg.kg-1）
時(shí)地膜2的處理明顯抑制了葉及根中SOD的活性，在第7，14和21天，葉片SOD的抑制率分別達(dá)到了48%，20%和51%，根中SOD的抑制率達(dá)到了57%，69%和78%.葉片POD的活性隨添加量的變化在經(jīng)7d暴露后呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，這與SOD的變化趨勢(shì)一致，在第7天和第14天暴露后，POD活性與對(duì)照相比并沒有顯著差異。經(jīng)7d暴露后，根系中POD活性明顯受到了地膜2處理的誘導(dǎo)，但隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，在第14和第21天，POD的活性受到明顯抑制，但這種抑制隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)沒有顯著差異。
葉片CAT隨暴露時(shí)間的不同，其活性與對(duì)照相比無顯著差異，這表明地膜2的處理對(duì)葉片CAT活性影響較小，但根系中CAT活性在經(jīng)暴露后受到了抑制。由圖中看出在5000mg.kg-1時(shí)，CAT活性出現(xiàn)了明顯的誘導(dǎo)作用，這與該添加量下根系中SOD活性及根伸長(zhǎng)的變化一致。
盡管植物中活性氧自由基（AOS）的產(chǎn)生在不受污染的情況下也是不可避免的，但植物體內(nèi)的一些酶的協(xié)同作用可以消除AOS，這可以使植物細(xì)胞中的AOS的產(chǎn)生和消除維持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)[16].然而，在環(huán)境壓力下，細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生過多的AOS，當(dāng)AOS的產(chǎn)生速率超出了抗氧化系統(tǒng)的消除速率，AOS會(huì)迅速在細(xì)胞內(nèi)積累。AOS的大量積累，可導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)生物大分子（如核酸、膜脂、蛋白質(zhì)等）的氧化，嚴(yán)重時(shí)可造成DNA斷裂、膜脂過氧化和酶失活等一系列氧化應(yīng)激，從而破壞植物體內(nèi)的平衡系統(tǒng)。SOD、POD和CAT是植物體清除活性氧的3種重要的保護(hù)酶，SOD能把超氧陰離子（O2-）歧化成O2和H2O2，POD和CAT則是植物體內(nèi)H2O2的清除酶，3種酶協(xié)同防御活性氧對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害和防止細(xì)胞衰老。因此，SOD，POD，CAT活性的改變可以反映污染物壓力下植物抗氧化防御系統(tǒng)的損害。
在本次試驗(yàn)中，經(jīng)地膜1和地膜2低添加量（≤5000mg.kg-1）的處理，小麥葉和根中的SOD活性在早期暴露階段明顯升高。表明塑料地膜所帶來的環(huán)境壓力使植物體內(nèi)產(chǎn)生了更多的AOS，從而誘導(dǎo)SOD活性增強(qiáng)以消除多余的AOS.根據(jù)Mittler[18]的研究結(jié)果，這可被視為小麥幼苗在一定耐受范圍內(nèi)有較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境壓力的能力。然而這種耐受能力是有限的。在高添加量條件下，小麥葉片和根系中的SOD活性明顯低于對(duì)照組，同時(shí)隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，根系中SOD活性顯著下降。這表明AOS隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)迅速積累，剩余的AOS不能被SOD有效清除。不管是在葉片還是在根系中，高添加量下SOD活性抑制率均高于低添加量下。有兩個(gè)原因可以解釋這一現(xiàn)象：一是SOD在消除多余的（O2-）以防止細(xì)胞氧化損傷方面失效，二是消除SOD催化產(chǎn)生的H2O2的系統(tǒng)不能有效清除H2O2，從而導(dǎo)致抗氧化防御系統(tǒng)的損傷。但通過對(duì)比觀察可以發(fā)現(xiàn)，POD，CAT與SOD活性的變化沒有趨同性。這表明經(jīng)塑料地膜處理后SOD活性的降低與H2O2的清除系統(tǒng)無關(guān)，塑料地膜的處理在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)沒有對(duì)小麥幼苗中抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。
三.結(jié)論
在本文中，500～2500mg.kg-1的兩種塑料地膜處理對(duì)小麥種子的發(fā)芽率幾乎不產(chǎn)生影響，在高添加量（≥5000mg.kg-1）處理下小麥的發(fā)芽率明顯下降。
塑料地膜中低添加量（500～5000mg.kg-1）的處理可以促進(jìn)小麥芽及根的伸長(zhǎng)，高添加量時(shí)則顯示出了明顯的抑制作用，這表明塑料地膜殘膜確實(shí)能夠抑制根伸長(zhǎng)，從而阻礙根系的深扎和對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收，造成弱苗、死苗、倒伏和減產(chǎn)。
塑料地膜的處理對(duì)小麥幼苗SOD活性產(chǎn)生了較為顯著的影響。小麥根系抗氧化酶活性對(duì)兩種塑料地膜的敏感程度大于葉片。在高添加量條件下，根系中SOD活性隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)明顯受到了抑制，POD及CAT活性也收到了一定的影響，表明高添加量塑料地膜的處理會(huì)對(duì)小麥早期幼苗的抗氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用。
通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，塑料地膜2對(duì)植物產(chǎn)生的影響大于地膜1，這表明厚度較薄的塑料地膜對(duì)植物的影響更大。