代磊, 薛醒, 李曉亮, 項(xiàng)伍杰, 付朵朵, 朱佳琦, 歐行奇

模擬水環(huán)境離子液體污染對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

代磊, 薛醒, 李曉亮, 項(xiàng)伍杰, 付朵朵, 朱佳琦, 歐行奇*

河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院, 河南新鄉(xiāng), 453003

通為了研究離子液體對(duì)小麥的毒害, 以周麥18、百農(nóng)207和百旱207三種小麥為實(shí)驗(yàn)材料, 研究了不同質(zhì)量濃度(0、100、300、500、700 mg·L-1)的離子液體1-乙基-3-甲基咪唑溴化鹽對(duì)三種小麥幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響。結(jié)果表明, 隨著離子液體濃度的增加, 三種小麥的株高、根長(zhǎng)、光合色素、凈光合速率和鮮質(zhì)量都隨之降低, 而MDA含量和POD活性則隨之增加。在離子液體低濃度100 mg·L-1處理下, 三種小麥相比, 百農(nóng)207的株高、根長(zhǎng)、凈光合速率、光合色素含量都沒(méi)有顯著下降, MDA和POD活性也沒(méi)有顯著上升, 表明該品種在此濃度下未引起脅迫響應(yīng), 表明其耐逆性高于其他兩個(gè)品種。當(dāng)質(zhì)量濃度為300 mg·L-1—700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照相比都有顯著性差異。因此說(shuō)明離子液體對(duì)三種小麥都有一定的毒害作用, 且隨著離子液體質(zhì)量濃度增加毒害作用逐漸增大; 三種小麥對(duì)離子液體的耐受性也不同, 相對(duì)而言, 百農(nóng)207抗性最強(qiáng)。

離子液體; 小麥; 幼苗生長(zhǎng); 生理特性; 毒害

0 前言

離子液體 (ionic liquids, ILs)是指在室溫或接近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的、完全由陰陽(yáng)離子所組成的鹽, 也稱(chēng)為室溫熔融鹽或低溫熔融鹽[1,2]。它具有極低的蒸汽壓、不易燃、導(dǎo)電性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)許多無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物有良好溶解性等諸多優(yōu)點(diǎn), 在分離過(guò)程、有機(jī)合成、生物催化、電化學(xué)、生物質(zhì)溶解和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景, 被認(rèn)為替代傳統(tǒng)揮發(fā)性有機(jī)溶劑的新型綠色溶劑[3]。在ILs廣泛應(yīng)用的同時(shí), 它的化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性導(dǎo)致其在環(huán)境中難以降解, 加上其較好的水溶性, 在實(shí)際使用中大量ILs被釋放到水環(huán)境中, 其在水中的積累和污染對(duì)環(huán)境存在潛在威脅[4]。

近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外人們對(duì)離子液體的關(guān)注也是越來(lái)越多, 關(guān)于離子液體對(duì)生物的毒性研究也屢見(jiàn)報(bào)道。離子液體對(duì)生物的影響與離子液體的種類(lèi)、濃度、作用時(shí)間和動(dòng)植物品種有關(guān)。關(guān)于離子液體種類(lèi)方面, 劉芳等[5]以青?；【鶴67為指示生物, 測(cè)定了12種ILs對(duì)發(fā)光菌的發(fā)光抑制毒性。結(jié)果表明, 4種ILs具有較高的抑制毒(pEC50> 4.5), 而另外8種ILs的毒性相對(duì)較小(pEC50<3.5)。關(guān)于離子液體的濃度和作用時(shí)間方面, 牧輝等[6]的研究顯示, [C8mirn]PF6濃度越高對(duì)普通小球藻的生長(zhǎng)和葉綠素a的產(chǎn)生的抑制作用越明顯, 毒性均隨時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng), 且對(duì)葉綠素a含量的影響比對(duì)其生長(zhǎng)的影響更顯著。Landry等[7]研究了離子液體對(duì)Fischer 344大鼠的急性毒性效應(yīng), 發(fā)現(xiàn)一定濃度的離子液體對(duì)大鼠體重、運(yùn)動(dòng)和健康均產(chǎn)生影響; 關(guān)于動(dòng)植物品種方面, 李效宇等[8]研究了早期胚胎發(fā)育期暴露1-辛基-3-甲基咪唑離子液體后對(duì)金魚(yú)仔魚(yú)的氧化損傷; Zhang等[9]對(duì)水生植物浮萍()的研究表明, 離子液體[C8mim]Br處理會(huì)對(duì)浮萍產(chǎn)生毒性作用, 主要表現(xiàn)在光合色素含量顯著下降, 抗氧化系統(tǒng)受到影響, 細(xì)胞發(fā)生了脂質(zhì)過(guò)氧化作用; 楊芬芬等[10]研究了5種離子液體對(duì)3種農(nóng)作物(白菜、黃瓜和玉米)發(fā)芽及生長(zhǎng)狀況的影響, 結(jié)果表明, 在一定濃度下離子液體對(duì)3種農(nóng)作物均具有一定的毒害作用, 不同作物對(duì)離子液體毒性的敏感程度不同。隨著2020年新型冠狀病毒肺炎疫情的影響, 糧食安全問(wèn)題已經(jīng)是當(dāng)前人們面臨的重大問(wèn)題, 關(guān)于離子液體對(duì)糧食作物的毒害研究還很少, 本試驗(yàn)就模擬離子液體１-乙基-3-甲基咪唑溴化鹽污染灌溉水源后對(duì)三種小麥的幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響, 通過(guò)測(cè)定小麥幼苗生長(zhǎng)和生理生化的相關(guān)指標(biāo), 以期探索離子液體對(duì)小麥毒性效應(yīng), 為選育抗性較強(qiáng)的小麥品種以及離子液體對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和糧食安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥材料為: 周麥18(ZM18)、百農(nóng)207(BN207)和百旱207(BH207)三種小麥均來(lái)自河南科技學(xué)院歐行奇老師的小麥育種團(tuán)隊(duì)。離子液體采用的是1-乙基-3-甲基咪唑溴化鹽, 來(lái)自該?；W(xué)院, 用于有機(jī)合成反應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)方法

選取顆粒飽滿(mǎn)形態(tài)相似的小麥種子, 用2%次氯酸鈉的溶液浸泡小麥種子6分鐘后, 再用蒸餾水沖洗3次。在規(guī)格大小一致的培養(yǎng)皿內(nèi)加入10 mL不同質(zhì)量濃度的離子液體, 根據(jù)預(yù)試驗(yàn), 離子液體的質(zhì)量濃度分別設(shè)定為0(CK)、100、300、500 mg·L-1和700 mg·L-1, CK組加10 mL蒸餾水, 每個(gè)培養(yǎng)皿放種子10粒, 每個(gè)處理設(shè)置三個(gè)重復(fù)。每隔兩天添加相同適量的離子液體, 對(duì)照加等量的蒸餾水。培養(yǎng)室為恒溫25 ℃, 光強(qiáng)4000-4500 lx, 光暗比為13:11。播種后, 每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽情況, 直至10天。15天后測(cè)定株高、根長(zhǎng)、葉片葉綠素含量和鮮重等指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

播種15天后, 從每個(gè)處理的培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取10株幼苗, 用直尺測(cè)量株高, 即從莖基部到形態(tài)學(xué)最高點(diǎn)的長(zhǎng)度; 根長(zhǎng)是用直尺測(cè)量上述幼苗的最長(zhǎng)根長(zhǎng); 鮮重測(cè)量是把上述幼苗洗干凈, 立即吸干水后, 稱(chēng)重[11]。

1.3.2 光合色素含量的測(cè)定

取小麥葉片, 用去離子水清洗表面灰塵將其剪碎, 混勻。稱(chēng)取0.2 g放入試管中, 加10 mL95%乙醇, 然后放在暗處浸提48 h, 期間搖動(dòng)3次。提取液倒入比色杯內(nèi), 以95%乙醇為空白, 在波長(zhǎng)665 nm、649 nm和470 nm下測(cè)定吸光度。(葉綠素見(jiàn)光分解, 操作時(shí)應(yīng)在弱光下快速進(jìn)行。)計(jì)算葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)和類(lèi)胡蘿卜素(Cc)的質(zhì)量濃度(mg·L-1)[12]。

Ca=13.95A665 nm-6.88A649 nm

Cb=24.96A649 nm-7.32A665 nm

Cc=(1000A470 nm-2.05Ca-114.8Cb)/245

葉片中色素含量計(jì)算公式:

葉綠素含量(mg·g-1)=(葉綠素的質(zhì)量濃度×提取液總體積×稀釋倍數(shù))／樣品鮮重。

1.3.3 凈光合速率的測(cè)定

采用Li6400便攜式光合儀(Li-Cor, USA)測(cè)定三種小麥同一葉位的葉片的凈光合速率, 每次測(cè)定時(shí)間為晴天的上午9:00-11:30, 測(cè)定時(shí)使用內(nèi)置紅藍(lán)光源, 設(shè)定光量子通量密度為1200 μmol·m-2·s-1, 葉室二氧化碳濃度為400 μmol·mol-1, 葉室內(nèi)溫度為25 ℃。每個(gè)處理重復(fù)三次。

1.3.4 丙二醛(MDA)含量和過(guò)氧化物酶(POD)活性的測(cè)定

丙二醛(MDA)含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法; 過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010軟件進(jìn)行作圖, 用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)前進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn), 如果, 方差齊性檢驗(yàn)顯著, 則利用開(kāi)平方或?qū)?shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。不同處理間采用LSD法進(jìn)行多重比較, 顯著水平(為<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)小麥株高的影響

由圖1可知, 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)三種小麥幼苗的株高都有抑制效應(yīng), 且隨著離子液體質(zhì)量濃度的增加, 對(duì)三種小麥株高的抑制作用越來(lái)越明顯。在離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 周麥18和百旱207兩種小麥的株高與對(duì)照相比都達(dá)到的顯著性差異(<0.05), 百農(nóng)207與對(duì)照相比, 雖有下降, 但未達(dá)到顯著性差異。當(dāng)質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí), 三種小麥的株高下降幅度很大, 與對(duì)照相比都有了顯著性降低(<0.05)。當(dāng)質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), 三種小麥在發(fā)芽后, 幾乎都停止了生長(zhǎng), 周麥18、百農(nóng)207和百旱207的株高比對(duì)照分別減少了97%、95%和98%。

2.2 對(duì)小麥根長(zhǎng)的影響

由圖2可知, 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)三種小麥的根長(zhǎng)都有抑制作用, 且隨著質(zhì)量濃度的增加, 根長(zhǎng)越來(lái)越短。當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 三種小麥的根長(zhǎng)都有明顯縮短, 周麥18和百旱207兩種小麥的根長(zhǎng)與對(duì)照相比都達(dá)到的顯著性差異(<0.05), 百農(nóng)207的根長(zhǎng)雖有下降, 但與對(duì)照相比并未達(dá)到顯著性差異。當(dāng)質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí), 三種小麥的根長(zhǎng)與對(duì)照相比都有了顯著性降低(<0.05)。當(dāng)質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的根長(zhǎng)分別降到最低。

注: ZM18: 周麥18, BN207: 百農(nóng)207, BH207: 百旱207; CK、100、300、500、700是指不同處理的離子液體的質(zhì)量濃度, 單位為mg·L-1; 不同的小寫(xiě)字母表示同一品種時(shí)不同處理之間存在顯著性差異(P<0.05), 下同。

Figure 1 The effect of different concentrations of ionic liquid on the plant height of three wheat varieties

2.3 不同濃度的離子液體對(duì)小麥鮮質(zhì)量的影響

由圖3可知, 在不同質(zhì)量濃度的離子液體處理下, 三種小麥的鮮重都收到了影響, 且隨著離子液體質(zhì)量濃度的增加, 鮮質(zhì)量逐漸減小。在離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 周麥18、百農(nóng)207和百旱207與對(duì)照相比都達(dá)到的顯著性差異(<0.05), 當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), 周麥18、百農(nóng)207和百旱207三種小麥的鮮重都在0.1 g以下, 分別比對(duì)照減少了75%、69%、71%。整體來(lái)看, 抑制較輕的為百農(nóng)207。

圖2 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)三種小麥根長(zhǎng)的影響

Figure 2 The effect of different concentrations of ionic liquid on the root length of three wheat varieties

圖3 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)三種小麥鮮質(zhì)量的影響

Figure 3 The effect of different concentrations of ionic liquid on the fresh weight of three wheat varieties

2.4 對(duì)小麥葉片凈光合速率的影響

由圖4可知, 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)三種小麥葉片的凈光合速率均有抑制作用, 且隨著離子質(zhì)量濃度的增加, 三種小麥的凈光合速率都逐漸降低。在離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 周麥18的凈光合速率與對(duì)照相比已經(jīng)達(dá)到顯著性差異(<0.05), 百農(nóng)207和百旱207的凈光合速率與對(duì)照相比均有降低, 但并未達(dá)到顯著性水平。當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為300-700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的凈光合速率與對(duì)照相比, 都有了顯著性降低(<0.05), 其中700 mg·L-1時(shí), 都分別降到最低值。三者比較, 百農(nóng)207的凈光合速率整體降幅較小。

2.5 對(duì)小麥葉片光合色素含量的影響

由表1可知, 在不同質(zhì)量濃度的離子液體處理下三種小麥葉片的光合色素含量均明顯降低, 且隨著質(zhì)量濃度的增加, 葉綠素含量逐漸降低。在離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 周麥18的葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素三種色素含量和百旱207的葉綠素a、葉綠素b兩種色素含量與對(duì)照相比都達(dá)到顯著性差異(<0.05), 而百農(nóng)207的三種色素均有降低, 但與對(duì)照相比都沒(méi)有達(dá)到顯著性差異。當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為300-700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的三種色素與對(duì)照相比都達(dá)到了顯著性差異(<0.05), 當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的三種色素含量都分別下降到最低值。說(shuō)明離子液體對(duì)小麥葉片的光合色素的影響很大, 進(jìn)而影響小麥的生長(zhǎng)和發(fā)育。

圖4 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)小麥葉片凈光合速率的影響

Figure 4 The effect of different concentrations of ionic liquid on the net photosynthetic rate of wheat leaves

2.6 對(duì)小麥葉片MDA含量的影響

如圖5所示, 離子液體對(duì)三種小麥葉片的MDA含量都有很大影響, 隨著離子液體質(zhì)量濃度的增加, 三種小麥葉片的MDA含量也隨之升高。當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 三種小麥葉片的MDA含量與對(duì)照相比都有所升高, 但并未達(dá)到顯著性水平。當(dāng)質(zhì)量濃度在300-700 mg·L-1時(shí), 三種小麥葉片的MDA含量與對(duì)照相比都達(dá)到了顯著性水平, 其中當(dāng)質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), ZM18、BN207和BH207三種小麥葉片的MDA含量都達(dá)到最大值, 分別是各自對(duì)照的3.9倍、3.6倍、3.8倍。

表1 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)小麥葉片的光合色素含量的影響

注: 不同小寫(xiě)字母表示差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。

圖5 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)小麥葉片MDA含量的影響

Figure 5 The effect of different concentrations of ionic liquid on MDA content of wheat leaves

2.7 對(duì)小麥葉片POD活性的影響

如圖6所示, 隨著離子液體質(zhì)量濃度的升高, 三種小麥葉片的POD活性隨之增大。當(dāng)離子液體質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí), 三種小麥葉片的POD活性與對(duì)照相比都有明顯升高, 其中ZM18、BH207兩種小麥葉片的POD活性與對(duì)照相比達(dá)到了顯著性水平, 但BN207小麥葉片的POD活性與對(duì)照相比并沒(méi)有顯著性差異。隨著離子液體質(zhì)量濃度, 三種小麥葉片的POD活性與對(duì)照相比都有了顯著性差異, 當(dāng)質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí), ZM18、BN207和BH207三種小麥葉片的POD活性都達(dá)到最大值, 與各自的對(duì)照相比分別增加了2.3倍、2.0倍、2.2倍。

圖6 不同質(zhì)量濃度的離子液體對(duì)小麥葉片POD活性的影響

Figure 6 The effect of different concentrations of ionic liquid on POD activity of wheat leaves

3 討論

本實(shí)驗(yàn)研究了離子液體１-乙基-3-甲基咪唑溴化鹽對(duì)三種小麥周麥18、百農(nóng)207和百旱207的株高、根長(zhǎng)、葉片葉綠素含量和鮮質(zhì)量等指標(biāo), 結(jié)果表明, 離子液體對(duì)三種小麥的這些指標(biāo)均有不同程度的抑制作用, 由此可知, 離子液體對(duì)三種小麥都有一定的毒害作用, 且三種小麥對(duì)對(duì)離子液體毒性的耐受程度不同, 相對(duì)來(lái)說(shuō), 百農(nóng)207抗性最強(qiáng)。這與楊芬芬等[10]對(duì)三種農(nóng)作物的研究結(jié)果相似, 不同受體對(duì)離子液體的脅迫響應(yīng)是不一樣的。

離子液體對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)方面的影響, 本試驗(yàn)表明, 離子液體對(duì)三種小麥的株高、根長(zhǎng)和鮮質(zhì)量都有顯著性抑制作用。這與郭瑾[14]研究的離子液體對(duì)擬南芥種子萌發(fā)及根系發(fā)育的影響有相似的地方, 可能離子液體影響了植物根尖細(xì)胞的活性, 進(jìn)而影響了根尖細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)。還有研究離子液體(1-己基-3-甲基咪唑溴化鹽)對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)與生理生化特性的影響, 當(dāng)該離子液體質(zhì)量濃度≥10 mg·L-1時(shí), 玉米幼苗的株高、根長(zhǎng)均顯著減少, 根系受到的傷害更大, 可能是根系直接可以接觸到離子液體[15]。楊苗等[16]研究得出, 三種不同烴鏈長(zhǎng)度咪唑類(lèi)的離子液體對(duì)玉米幼苗根、莖干重均有顯著抑制作用, 原因可能是因?yàn)殡x子液體在分子結(jié)構(gòu)上與某種除草劑或抗生素相似, 從而產(chǎn)生類(lèi)似的毒性效應(yīng)。

離子液體對(duì)小麥幼苗生理方面的影響, 光合作用是物質(zhì)積累最重要的代謝過(guò)程, 光合色素在光合作用中承擔(dān)著光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換, 其含量高低與光合作用密切相關(guān)[17]。本試驗(yàn)還研究了該離子液體對(duì)三種小麥葉片的光合色素和凈光合速率的影響, 結(jié)果表明, 三種小麥的光合色素含量和凈光合速率都隨著離子液體質(zhì)量濃度的增加而逐漸降低。Wang等[18]研究了不同濃度[C4mim]BF4對(duì)小麥幼苗的影響, 結(jié)果表明, 隨著[C4mim]BF4濃度的增加, 小麥生長(zhǎng)受到明顯的抑制, 葉綠素含量急劇下降。還有人研究了咪唑離子液體對(duì)四尾柵藻的毒性, 得出了在0-200 mg·L-1范圍內(nèi), 離子液體[C4mim]Cl和[C4mim]BF4對(duì)四尾柵藻生長(zhǎng)的抑制作用隨濃度的增加而增強(qiáng), 葉綠素含量也隨之下降?？赡苁且?yàn)殡x子液體透過(guò)植物的細(xì)胞壁, 結(jié)合在磷脂雙分子膜結(jié)構(gòu)表面, 破壞了膜蛋白的結(jié)構(gòu)和葉綠體結(jié)構(gòu)的完整性, 導(dǎo)致葉綠體片層結(jié)構(gòu)斷裂, 從而影響了葉綠素的合成[19]。

在逆境條件下, 植物體內(nèi)會(huì)有活性氧的積累, 從而導(dǎo)致細(xì)胞膜膜脂過(guò)氧化, MDA是膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物, 因此MDA含量是衡量膜脂過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)[20]。為了適應(yīng)外界環(huán)境的脅迫, 植物常通過(guò)自身的保護(hù)酶(如POD)來(lái)清除體內(nèi)的活性氧, 維持正常的新陳代謝[21]。本研究結(jié)果表明, 隨著離子液體的質(zhì)量濃度的增加, 三種小麥的葉片的MDA含量和POD活性都隨之增加。說(shuō)明離子液體的質(zhì)量濃度越大, 對(duì)三種小麥的傷害程度越大, 隨著小麥體內(nèi)MDA的大量產(chǎn)生, 小麥會(huì)通過(guò)提高自身體內(nèi)POD的活性來(lái)減輕外界脅迫對(duì)它帶來(lái)的傷害, 這趨勢(shì)與胡鐵柱[21]、張倩等[22]在小麥逆境條件下的研究是相近的。

4 結(jié)論

隨著模擬水環(huán)境離子液體質(zhì)量濃度的增加, 周麥18、百農(nóng)207和百旱207三種小麥的株高、根長(zhǎng)、光合色素、凈光合速率和鮮質(zhì)量都隨之降低, 而MDA含量和POD活性則隨之增加。在離子液體低濃度100 mg·L-1處理下, 三種小麥相比, 百農(nóng)207的株高、根長(zhǎng)、凈光合速率、光合色素含量都沒(méi)有顯著下降, MDA和POD活性也沒(méi)有顯著上升, 表明該品種在此濃度下未引起脅迫響應(yīng), 說(shuō)明其耐逆性高于其他兩個(gè)品種。當(dāng)質(zhì)量濃度為300 mg·L-1-700 mg·L-1時(shí), 三種小麥的各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照相比都有顯著性差異。因此可知, 離子液體對(duì)三種小麥都有一定的毒害作用, 且隨著離子液體質(zhì)量濃度增加毒害作用逐漸增大; 三種小麥對(duì)離子液體的耐受性不同, 相對(duì)而言, 百農(nóng)207抗性最強(qiáng)。隨著離子液體的廣泛應(yīng)用, 離子液體對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境存在巨大的潛在威脅, 為了良好的生態(tài)環(huán)境和糧食安全, 需要人們及相關(guān)部門(mén)的高度重視。

[1] STOCK F, HOFFMANN J, RANKE J, et a1. Effects of ionic liquids on the acetylcholinesterase-a structure activity relationship consideration[J]. Green Chemistry, 2004, 6(6): 286–290.

[2] PARVULESCU V I, HARDACRE C. Catalysis in ionic liquids [J]. Chemical Reviews, 2007, 107(6): 2615–2665.

[3] ERDMENGER T, GUERRERO-SANCHEZ C, VITZ J, et al. ChemInform abstract: Recent developments in the utilization of green solvents in polymer chemistry[J]. Chemical Society Reviews, 2010, 41(47): 3317–3333.

[4] GATHERGOOD N, GARCIA M T, SCAMMELLS P J. Biodegradable ionic liquids: part I. Concept, preliminary targets and evaluation [J]. Green Chemistry, 2004, 6(3): 166–175.

[5] 劉芳, 劉樹(shù)深, 劉海玲. 部分離子液體及其混合物對(duì)發(fā)光菌的毒性作用[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2007, 2(2): 164–171.

[6] 牧輝, 彭新晶, 戴寧, 等. 離子液體[C8mim]PF6對(duì)水生生物的毒性作用[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2009, 29(11): 1196– 1201

[7] LANDRY T D, BROOKS K, POCHE D. Acute toxicity profile of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2005, 74(3): 559–565.

[8] 李效宇, 皇培培, 王春雨. 早期胚胎發(fā)育期暴露1-辛基-3-甲基咪唑離子液體后對(duì)金魚(yú)仔魚(yú)的氧化損傷[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2010, 5(1): 100–104.

[9] ZHANG Bangjun, LI Xiaoyu, CHEN Dongdong, et a1. Effects of 1-octyl-3-methylimidazolium bromide on the antioxidant system of Lemna minor [J]. Protoplasma, 2013, 250(1): 103–110.

[10] 楊芬芬, 孟洪, 李春喜, 等. 離子液體對(duì)三種農(nóng)作物發(fā)芽和生長(zhǎng)的毒性研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2009, 3(4): 751– 754.

[11] 李莉, 韓瑜霞, 蘇文娟, 等. 不同預(yù)處理方法對(duì)連翹種子萌發(fā)的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 44(3): 33–36.

[12] 蔡慶生. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2013.

[13] 王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[14] 郭瑾. 離子液體對(duì)擬南芥種子萌發(fā)及根系發(fā)育的影響及機(jī)理研究[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學(xué), 2014.

[15] 劉萍, 張妍, 丁義峰, 等. 離子液體對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)與生理生化特性的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 27(12): 2065–2070.

[16] 楊苗, 賀俊亞, 孫雨舟, 等. 不同烴鏈長(zhǎng)度咪唑類(lèi)離子液體對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 36(9): 1719–1725.

[17] 劉建新, 歐曉彬, 王金成. 裸燕麥對(duì)重金屬鎘(Cd)脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)及Cd累積特性[J]. 麥類(lèi)作物學(xué)報(bào), 2019, 39(5): 621–629.

[18] WANG Linsong, WANG Lin, WANG Li, et al. Effect of 1-butyl-3-methy-limidazolium tetrafluoroborate on the wheat (L.) seedlings[J]. Environmental Toxicology, 2009, 24(3): 296–303.

[19] 吳潔, 陳曉娣, 鄧蕓, 等. 咪唑離子液體對(duì)四尾柵藻的毒性[J]. 生物加工過(guò)程, 2015, 13(2): 76–80.

[20] 李琳琳, 劉建國(guó), 燕鵬, 等. 不同外源酚酸化感物質(zhì)組合對(duì)棉花種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(6): 115–119.

[21] 胡鐵柱, 孫海燕, 楊靖, 等. 鉛對(duì)不同鉛積累類(lèi)型小麥幼苗生理生化特性和根系生長(zhǎng)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 47(11): 13–17.

[22] 張倩, 賀明榮, 陳為峰, 等. 外源一氧化氮與水楊酸對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗生理特性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(5): 1254–1263.

Effects of simulated water environment polluted by ionic liquid on growth and physiological characteristics of wheat seedlings

DAI Lei, XUE Xing, LI Xiaoliang, XIANG Wujie, FU Duoduo, ZHU Jiaqi, OU Xingqi*

College of Life Science and Technology, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China

In order to study the toxicity of ionic liquid on wheat, the effects of ionic liquid 1-ethyl-3- methylimidazolium bromide with different concentrations (0, 100, 300, 500 and 700 mg·L-1) on growth and physiological characteristics of three wheat seedlings(Zhoumai18, Bainong207 and Baihan207) were studied in the paper. The results showed that with the increase of ionic liquid concentration, the plant height, root length, photosynthetic pigment, net photosynthetic rate and fresh weight of the three wheat varieties decreased, while MDA content and POD activity increased. When the low concentration of ionic liquid was 100 mg·L-1, the plant height, root length, net photosynthetic rate, and photosynthetic pigment content of Bainong207 did not decrease significantly, and the MDA content and POD activity of Bainong207 did not increase significantly, indicating that this variety did not cause a stress response at this concentration, and its stress tolerance was higher than that of the other two varieties. When the concentration was 300 mg·L-1-700 mg·L-1, the indexes of the three wheat varieties had significant differences compared with those of the control group. Therefore, the ionic liquid had toxic effect on three kinds of wheat, and the toxic effect increased with the increase of ionic liquid concentration. The tolerance of three kinds of wheat to ionic liquid was also different. In comparison, Bainong207 had the strongest resistance.

ionic liquid; wheat; seedling growth; physiological characteristics; poison

代磊, 薛醒, 李曉亮, 等. 模擬水環(huán)境離子液體污染對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(3): 166–171.

DAI Lei, XUE Xing, LI Xiaoliang, et al. Effects of simulated water environment polluted by ionic liquid on growth and physiological characteristics of wheat seedlings[J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 166–171.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.019

948.1

A

1008-8873(2022)03-166-06

2020-07-02;

2020-09-03

河南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)(151100110700); 大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練重點(diǎn)項(xiàng)目(201910467017); 博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(201010613003)

代磊(1982—), 男, 河南扶溝人, 博士, 主要從事植物生理生態(tài)學(xué)研究, E-mail: daileinihao@126.com

歐行奇, 教授, 主要從事小麥育種研究, E-mail: ouyangxq@163.com