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 作者：鄭曉敏

   長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境污染物的的毒理學(xué)評(píng)價(jià)一直沿用“線性閾值模型”和“線性非閾值模型”2種劑量效應(yīng)關(guān)系模型(圖l(a)，(b》。前者是用于對(duì)非致癌性物質(zhì)危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的閾值模型(圖l  (a》，后者則是用于對(duì)極低劑量致癌性物質(zhì)危險(xiǎn)度進(jìn)行外推的線性非閾值模型(圖l(b))。

    隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境大多呈現(xiàn)低劑量長(zhǎng)暴露特征，環(huán)境有毒物質(zhì)的低劑量效應(yīng)所帶來(lái)的不確定性開(kāi)始受到人們的重新審視。Calabrese等再次提出一個(gè)更科學(xué)、更具預(yù)測(cè)性的曲線性劑量一效應(yīng)關(guān)系模型，即“J”形或“U”形曲線，揭示污染物的劑量一效應(yīng)關(guān)系模型現(xiàn)已基本成熟(圖l  (c)，(d》。“J”形表現(xiàn)為污染因子在低劑量時(shí)對(duì)生物體所受損傷的抑制效應(yīng)，在高劑量時(shí)相反；而“U”形主要表現(xiàn)為在低劑量時(shí)對(duì)生物體正常的刺激效應(yīng)，在高劑量時(shí)則表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

    土壤鹽漬化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所面臨的主要問(wèn)題之一，鹽分脅迫影響著植物生長(zhǎng)、光合作用、蛋白質(zhì)合成以及脂類代謝等。全國(guó)約有2 700萬(wàn)hm2土地鹽漬化，其中700萬(wàn)hm2為農(nóng)田，造成了農(nóng)作物大量減產(chǎn)，甚至絕收。因此，有必要對(duì)植物的抗鹽機(jī)理進(jìn)行綜合分析。

    目前，關(guān)于鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)生理影響的研究多有報(bào)道，大部分集中在高濃度條件下進(jìn)行，而對(duì)不同鹽低濃度脅迫下對(duì)植物生長(zhǎng)生理變化的Hormesis效應(yīng)以及Hormesis效應(yīng)和閾值相結(jié)合確定閾值的研究鮮為報(bào)道。因此，本研究旨在對(duì)不同鹽度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)及其閾值范圍做初步研究，為生物體在低濃度污染物暴露下表現(xiàn)的Hormesis效應(yīng)研究以及對(duì)生物體產(chǎn)生早期傷害閾值的確定提供理論依據(jù)。

1  材料和方法

1.1  實(shí)驗(yàn)材料

    儀器設(shè)備：DNP-9272BS-Ⅲ電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）。

    主要試劑：硫酸鉀(K2SO4)、硫酸鈉(Na2SO4)、氯化鉀(KCI)、氯化鈉(NaCI)4種鹽，購(gòu)買于天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，純度>98%。供試作物為玉米，購(gòu)置于包頭市農(nóng)研所。

1.2  實(shí)驗(yàn)方案及處理

    水培實(shí)驗(yàn)在電熱恒溫培養(yǎng)箱25℃開(kāi)展。首先進(jìn)行預(yù)備實(shí)驗(yàn)，濃度設(shè)定以地下水標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)業(yè)灌溉水標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，根據(jù)預(yù)備實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)設(shè)置5個(gè)不同鹽度梯度（分別為K2SO4，250、350、450、550、650 mg/L;Na2SO4, 50、150、250、350、450 mg/L;KCI,100、150、200、250、300 mg/L;NaC1,200、250、300、350、400 mg/L)，蒸餾水作為對(duì)照處理。

    精選無(wú)破損、大小一致的玉米種子，用0.5%的次氯酸鈉消毒10 min，蒸餾水沖洗3-5次，用濾紙吸干附著水，置于100 mmxl00 mm培養(yǎng)皿中，4層醫(yī)用紗布作芽床，每皿20粒，每劑量組3個(gè)重復(fù)。每天用蒸餾水沖洗后，再重新加等量鹽培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，保證培養(yǎng)皿中溶液濃度不變。整個(gè)培養(yǎng)期間，培養(yǎng)箱溫度控制在25℃，每天光照13 h，模擬正常光照時(shí)間。

1.3  玉米幼苗株高測(cè)定

    玉米在培養(yǎng)箱培養(yǎng)第7天開(kāi)始第一次測(cè)定，測(cè)定其發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)以及株高，每3d測(cè)定1次。利用Wang等首次把污染物在低劑量誘導(dǎo)的“有益效應(yīng)”峰值作為基準(zhǔn)，采用點(diǎn)劃線方式界定污染物致毒的關(guān)鍵閾值。

1.4  統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Office Excel 2003和SPSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析。

2  結(jié)果與分析

2.1  不同K2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)

  不同K2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)如圖2所示。在暴露濃度下，玉米幼苗株高沒(méi)有受到抑制，相反，表現(xiàn)出顯著的刺激效應(yīng)。隨著暴露濃度的升高，幼苗株高先呈現(xiàn)“J”形，再呈現(xiàn)倒“U”形的變化趨勢(shì)。與對(duì)照組相比較，各處理組的幼苗株高均高于對(duì)照組，在0~350 mg/L劑量，幼苗株高顯著增高，后隨暴露濃度增加，幼苗株高受到抑制，在550 mg/L劑量組，幼苗平均株高達(dá)到最高。結(jié)果表明，不同K2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高表現(xiàn)一定的刺激效應(yīng)，在0-650 mg/L劑量下，幼苗株高出現(xiàn)2個(gè)峰值，即2個(gè)臨界值濃度，分別是350和550 mg/L，所以其閾值的確定需進(jìn)一步細(xì)化濃度后再作研究。

2.2  不同Na2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的

Hormesis效應(yīng)

    不同Na2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)如圖3所示。在暴露濃度下，玉米幼苗株高在整個(gè)實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，與對(duì)照組相比較，各處理組的幼苗株高均高于對(duì)照組，在50mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高。結(jié)果表明，在低濃度Na2SO4脅迫下，玉米幼苗株高表現(xiàn)為一定的刺激效應(yīng)，在所設(shè)定濃度范圍內(nèi)，50 mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高，而隨暴露濃度的增加，幼苗株高隨之遞減。結(jié)果揭示了在低劑量誘導(dǎo)下對(duì)幼苗生長(zhǎng)起到“有益效應(yīng)”，刺激其生長(zhǎng)，不同Na2SO4濃度脅迫下玉米幼苗株高閾值大概在50 mg/L濃度范圍內(nèi)，其生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.3  不同KCI濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)

    不同KCI濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)如圖4所示。在暴露濃度下，玉米幼苗株高在整個(gè)實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，呈現(xiàn)“U”形劑量一效應(yīng)曲線。隨著暴露濃度的增加，在0-200 mg/L劑量，幼苗株高呈顯著性增加，在200 mg/L劑量組，幼苗的平

均株高最高，后呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。結(jié)果表明，不同KCI濃度脅迫下玉米幼苗株高表現(xiàn)為“低促一高抑”的劑量效應(yīng)關(guān)系，200 mg/L可初步界定為KCI濃度脅迫下玉米幼苗株高促進(jìn)生長(zhǎng)的閾值，即在200 mg/L劑量組，更有利于玉米幼苗的生長(zhǎng)。

2.4  不同NaCI濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)

    不同NaCI濃度脅迫下玉米幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)如圖5所示。隨著暴露濃度的增加，玉米幼苗株高表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，在200 mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高。隨暴露濃度不斷升高，呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)。玉米幼苗株高在整個(gè)實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，幼苗株高趨于下降。結(jié)果表明，不同NaCI濃度脅迫下玉米株高隨劑量的增加而受到抑制，其脅迫效應(yīng)相似于不同Na2S04濃度對(duì)玉米幼苗株高的脅迫效應(yīng)，即“低促一高抑”效應(yīng)。

3  討論

    本實(shí)驗(yàn)中，玉米幼苗株高在K2SO4暴露濃度下，玉米幼苗株高沒(méi)有受到抑制，相反，表現(xiàn)出顯著的刺激效應(yīng)。隨著暴露濃度的升高，幼苗株高先呈現(xiàn)“J”形，再呈現(xiàn)倒“U”形的變化趨勢(shì)。在0-350 mg/L劑量，幼苗株高顯著增高，后隨暴露濃度增加，幼苗株高受到抑制，在550 mg/L劑量組，幼苗平均株高達(dá)到最高。在不同Na2SO4和NaCI暴露濃度下，玉米幼苗株高在整個(gè)實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，幼苗株高隨暴露濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表現(xiàn)“低促一高抑”效應(yīng)，其生長(zhǎng)閾值范圍有待進(jìn)一步確定；而在KCI暴露濃度下，幼苗株高呈現(xiàn)“U”形劑量一效應(yīng)曲線。在0-200 mg/L劑量，幼苗株高呈顯著性增加，在200 mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高，后呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。玉米幼苗在上述4種鹽暴露濃度下，株高均高于對(duì)照組，表明在一定鹽濃度下，玉米幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)一定的刺激效應(yīng)，隨暴露濃度的增加，幼苗株高隨之增加或是減小，即表現(xiàn)“J”或是“U”形劑量一效應(yīng)關(guān)系，其對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)閾值范圍也有待進(jìn)一步確定。同時(shí)，玉米生長(zhǎng)受脅迫的生長(zhǎng)階段、脅迫濃度極易暴露時(shí)間的不同而不同。因此，對(duì)于玉米幼苗生長(zhǎng)的生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究，利用閾值和Hormesis效應(yīng)相結(jié)合，為污染物對(duì)生物體產(chǎn)生早期傷害閾值范圍的確定提供理論依據(jù)。

4  結(jié)論

不同鹽濃度脅迫下，鹽濃度與玉米幼苗株高存在“低促一高抑”的劑量一效應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為Hormesis效應(yīng)；與對(duì)照組相比，玉米幼苗株高均高于對(duì)照組，在某一臨界濃度脅迫下，平均株高達(dá)到最高，利用Horme-SIS效應(yīng)與閾值判斷相結(jié)合，確定鹽脅迫下對(duì)玉米生長(zhǎng)產(chǎn)生早期傷害的閾值。

5摘要：探討不同鹽暴露濃度下玉米幼苗生理指標(biāo)表現(xiàn)的Hormesis效應(yīng)，利用閾值和Hormesis效應(yīng)相結(jié)合，為污染物對(duì)生物體產(chǎn)生早期傷害閾值范圍的確定提供理論依據(jù)。通過(guò)水培實(shí)驗(yàn)研究了玉米（Zea mays L）幼苗暴露在硫酸鉀(K2SO4)、硫酸鈉(Na2SO4)、氯化鉀(KCI)、氯化鈉(NaCI)4種鹽不同濃度下，對(duì)其幼苗株高變化的Hormesis效應(yīng)。結(jié)果表明：在K2SO4暴露濃度下，玉米幼苗株高隨暴露濃度的升高，先呈現(xiàn)“J”形，再呈現(xiàn)倒“U”形的變化趨勢(shì)，在550 mg/L劑量組，幼苗平均株高達(dá)到最高；在不同Na2SO4和NaCl暴露濃度下，玉米幼苗株高在整個(gè)實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，幼苗株高隨暴露濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表現(xiàn)“低促一高抑”效應(yīng)，分別在50 mg/L和200 mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高；而在KC1暴露濃度下，幼苗株高呈現(xiàn)“U”形劑量一效應(yīng)曲線，在0-200 mg/L劑量，幼苗株高呈顯著性增加，在200 mg/L劑量組，幼苗的平均株高最高，后呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。可見(jiàn)，玉米幼苗在低濃度鹽脅迫下，表現(xiàn)一定的刺激效應(yīng)，隨暴露濃度的增加，幼苗株高隨之增加或是減小，即表現(xiàn)“J”或是“U”形劑量一效應(yīng)關(guān)系。