一.材料與方法
1.1供試材料
供試植物為小麥TriticumaestivumL.，購自中國農(nóng)業(yè)科學院，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，多點取樣法取土后置于塑料布上混合均勻，經(jīng)室內(nèi)自然風干、除雜、研缽碾碎，過2mm篩備用。采用常規(guī)方法[12]測定土壤基本理化性質(zhì)（表1）。
1.3試驗設(shè)計與方法
通過預試驗所得的小麥種子的極限耐受范圍，共設(shè)置6個添加量水平。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，使含水量達到田間持水量的75%，每個處理重復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)期間每天定時補充水分使含水量保持為田間持水量的75%，平衡一個月后，采用隨機取樣法，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
發(fā)芽實驗之前，小麥種子表面用體積分數(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。對照試驗是將種子固定在不含地膜的土壤上面。每個培養(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，當胚芽和胚根均超過2mm時，可認為是種子發(fā)芽，計算種子發(fā)芽率。所有試驗重復3次，以減少實驗誤差。
1.3.2小麥種子根伸長及芽長實驗
小麥種子發(fā)芽后，在25℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一周后，暴露實驗完成。在培養(yǎng)期間每天固定時間補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，用游標卡尺測量并記錄不同種類塑料地膜不同添加量的小麥根長及芽長，計算各添加量下小麥的根長及芽長平均值及其標準偏差，求出個添加量下小麥根伸長及芽長的抑制率。添加塑料地膜的種子的芽長和根長與對照組相比用抑制百分比表示。
1.3.3小麥幼苗生長實驗
小麥種子在（25±5）℃下在暗處培養(yǎng)7d，然后在恒溫（25±5）℃的增長室中進行進一步的培養(yǎng)，同時在增長室中保持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活性的測定依據(jù)氯化硝基四氮唑藍光化還原法[13]，POD測定用愈創(chuàng)木酚分光光度法[14]，CAT的測定采用滴定法[14].在小麥出苗后7，14和21d對小麥幼苗葉片和根系中的三種抗氧化酶SOD、POD、CAT分別進行測定，并對照空白酶活性計算對照百分比。
1.3.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
所有試驗的測定都重復3次，酶活性試驗測3組平行樣。所有數(shù)據(jù)都進行方差分析，同時對標準差進行計算。試驗的所有數(shù)據(jù)均使用MicrosoftExcel和SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計處理與分析。
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處理與對照相比，對發(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，與對照相比可認為幾乎不產(chǎn)生影響，可認為低添加量的塑料地膜的添加對種子的發(fā)芽率影響很小。隨著添加量的升高，逐漸表現(xiàn)出對發(fā)芽率的抑制效應(yīng)，當添加量為5000～15000mg.kg-1時，地膜1處理后的發(fā)芽率約為對照的95.9%，地膜2處理后的發(fā)芽率約為對照的91.8%，與對照相比有一定的降低�？傮w來說，塑料地膜對小麥種子發(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對種子萌發(fā)產(chǎn)生更大的影響。
松，從而促進了根及芽的伸長。添加量為15000mg.kg-1時，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到了16.7%和19.95%，根的抑制率分別達到了13.40%和15.07%.這說明在高添加量下塑料地膜的添加對小麥芽和根的伸長出現(xiàn)了抑制作用，而這種抑制阻礙了根系的深扎和對土壤水分、養(yǎng)分的吸收，從而對植物生長產(chǎn)生了不良影響。
對比分析顯示，根及芽的伸長對地膜添加的敏感性高于小麥發(fā)芽率，這表明種子發(fā)芽率是一個相對不敏感的指標，這與Gong[15]的研究一致。有3個原因可以解釋這一情況：一是塑料地膜僅對土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生了影響，但這種影響并不足以對小麥種子萌發(fā)產(chǎn)生化學影響；二是塑料地膜在平衡時間內(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污染物，而種皮可以吸收有機污染物，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，同時隨暴露時間的延長，葉片中SOD活性在相同添加量下隨時間間隔有下降趨勢但并沒有顯著差異，但根系中SOD活性顯著下降。
在添加量為1000mg.kg-1時，第7天和第14天根系中的SOD為對照的189%和145%，然而在高添加量（15000mg.kg-1）時，根系中SOD活性明顯受到抑制，抑制率分別達到了39%，29%，在第21天時，抑制率甚至達到了95%.葉片中的POD活性隨著地膜1添加量的增加暴露時間內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)則波動。地膜1的處理及暴露時間延長對POD活性并沒有產(chǎn)生顯著差異。但隨暴露時間延長，相同添加量下根中POD活性呈現(xiàn)先降低后增長的趨勢。在經(jīng)14d暴露后，POD的對照百分比低于1，表明地膜1處理對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。隨著暴露時間的延長，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。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的處理及暴露時間延長對葉片CAT活性沒有顯著的影響，這與POD的變化趨勢一致。但地膜1的處理對根系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活性與對照試驗的比值。隨暴露時間延長，葉片中SOD活性隨地膜2添加量的增加呈先增長后降低的趨勢，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的處理誘導了小麥幼苗葉片SOD的活性，而在高添加量（15000mg.kg-1）
時地膜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的抑制率分別達到了48%，20%和51%，根中SOD的抑制率達到了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)先增長后降低的趨勢，這與SOD的變化趨勢一致，在第7天和第14天暴露后，POD活性與對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，但隨暴露時間的延長，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間的延長沒有顯著差異。
葉片CAT隨暴露時間的不同，其活性與對照相比無顯著差異，這表明地膜2的處理對葉片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，CAT活性出現(xiàn)了明顯的誘導作用，這與該添加量下根系中SOD活性及根伸長的變化一致。
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，這可以使植物細胞中的AOS的產(chǎn)生和消除維持一個穩(wěn)定的狀態(tài)[16].然而，在環(huán)境壓力下，細胞會產(chǎn)生過多的AOS，當AOS的產(chǎn)生速率超出了抗氧化系統(tǒng)的消除速率，AOS會迅速在細胞內(nèi)積累。AOS的大量積累，可導致機體內(nèi)生物大分子（如核酸、膜脂、蛋白質(zhì)等）的氧化，嚴重時可造成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)同防御活性氧對細胞膜系統(tǒng)的傷害和防止細胞衰老。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SOD活性增強以消除多余的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活性明顯低于對照組，同時隨暴露時間的延長，根系中SOD活性顯著下降。這表明AOS隨暴露時間的延長迅速積累，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，從而導致抗氧化防御系統(tǒng)的損傷。但通過對比觀察可以發(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驗范圍內(nèi)沒有對小麥幼苗中抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的損害。
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）的處理可以促進小麥芽及根的伸長，高添加量時則顯示出了明顯的抑制作用，這表明塑料地膜殘膜確實能夠抑制根伸長，從而阻礙根系的深扎和對土壤水分、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活性隨暴露時間的延長明顯受到了抑制，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對小麥早期幼苗的抗氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用。
通過對比研究發(fā)現(xiàn)，塑料地膜2對植物產(chǎn)生的影響大于地膜1，這表明厚度較薄的塑料地膜對植物的影響更大。