氯代苯酚結(jié)構(gòu)與農(nóng)作物毒性關(guān)系的研究

1、土壤與環(huán)境 2000, 9(2): 9698http:/Soil and Environmental SciencesE-mail: 基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（6962001）作者簡(jiǎn)介：董克虞（1943） ，男，研究員。收稿日期：2000-01-21文章編號(hào)：1008-181X（2000）02-0096-03氯代苯酚結(jié)構(gòu)與農(nóng)作物毒性關(guān)系的研究董克虞，林春野，王征（北京市農(nóng)林科學(xué)院植保環(huán)保研究所，北京 100089）摘要： 鹵代苯酚是一種環(huán)境污染物。 本文通過水培發(fā)芽試驗(yàn)和幼苗土壤盆栽試驗(yàn)， 研究了鹵代苯酚系列污染物結(jié)構(gòu)與冬小麥、蘿卜、油菜等作物毒性的關(guān)系。結(jié)果表明，氯代苯酚系列污染物都

2、可抑制他們的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)，其毒性都大于苯酚，并與濃度成顯著性正相關(guān)。在濃度相同時(shí)，其毒性隨苯環(huán)上氫原子被氯取代個(gè)數(shù)的增加而加大。在濃度和取代個(gè)數(shù)都相同時(shí)，不同取代部位的毒性不同，鄰位取代毒性最大。不同農(nóng)作物對(duì)它們的抗性不同；在取代個(gè)數(shù)、濃度和取代部位都相同時(shí)，小麥?zhǔn)芎Τ潭茸钶p，油菜最重。關(guān)鍵詞：氯代苯酚；結(jié)構(gòu)；農(nóng)作物；毒性中圖分類號(hào)：X171.5; X592文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: AStudy on the Relationship between the Structure of Chlorobenzeneand Its Toxicity to CropsDONG Ke-yu, LIN Chun-y

3、e, WANG Zheng(Institute of Plant and Environmental Protection, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Science, Beijing 100089, China)Abstract: Chlorobenzene is a kind of environmental pollutant. The relationship between the structure of the pollutants ofchlorobenzene series and their toxicity t

4、o winter wheat, radish, and rape was studied through water cultured germination andsoil-potted seedling test. The result shows that all the pollutants can inhibit the germination and growth of the seedling. The toxicityis higher than phenol and is positively correlated with concentration significant

5、ly. Under the same concentration, the toxicityincreased with the number of hydrogen atoms substituted by chlorine atoms in the benzene ring. The toxicity is different when thesubstitute position varied under the same substitute number and concentration. The ortho-position substitution has the highes

6、t toxicity.The wheat suffered the slightest injury, while the rape has the most serious damage when the substitute number, the concentration andthe position are the same.Key words: chlorobenzene; structure; crop; toxicity鹵代苯酚是一種化工原料， 在精細(xì)化工、 染料、醫(yī)藥和農(nóng)藥生產(chǎn)中被大量采用；它也是一種化工產(chǎn)品，在建筑、國(guó)防、農(nóng)業(yè)和醫(yī)院中被廣泛使用。例如，有名的農(nóng)田廣譜除草劑

7、“除草醚”就是由 2,4-二氯代苯酚與對(duì)硝基氯代苯酚為原料合成的；醫(yī)院常用的消毒劑“來蘇水”就是苯酚皂水溶液；木材等常用的防腐劑“五氯酚”是一種對(duì)農(nóng)作物有劇毒的污染物。隨著這類物質(zhì)的大量產(chǎn)生和使用，部分殘留物也隨廢水、廢渣進(jìn)入農(nóng)田環(huán)境。因此，研究它們對(duì)農(nóng)作物的毒性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，制定相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)有重要意義。1材料和方法本試驗(yàn)主要采用水培發(fā)芽試驗(yàn)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)果和使試驗(yàn)結(jié)果更加符合農(nóng)田環(huán)境狀況，在水培發(fā)芽試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)部分污染物還采用了土培苗期盆栽試驗(yàn)。1.1材料和方法試驗(yàn)用的氯代苯酚有： 苯酚； 3-氯代苯酚； 3,5-二氯代苯酚； 2,4-二氯代苯酚； 2,

8、3,5-三氯代苯酚；五氯代苯酚，均為分析純?cè)噭?。供試作物?3 種：冬小麥、蘿卜、油菜。由北京市農(nóng)林科學(xué)院作物所與蔬菜研究中心提供。供試土壤：采未遭污染的北京市農(nóng)科學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)田耕層（020 cm） 。1.2試驗(yàn)方法試驗(yàn)前將供試作物種子進(jìn)行挑選，除去破殘粒以及過大過小粒， 再將選好的種子在太陽下曬56 h后備用。將試驗(yàn)的土壤風(fēng)干，撿去石塊、殘根等雜物，再過 20 目篩備用。水培發(fā)芽試驗(yàn)在試驗(yàn)室進(jìn)行。每個(gè)污染物設(shè)Vol.9 No.2董克虞等：氯代苯酚結(jié)構(gòu)與農(nóng)作物毒性關(guān)系的研究97712 個(gè)濃度梯度，每個(gè)濃度梯度設(shè) 5 個(gè)重復(fù)。實(shí)際操作如下：在直徑 9 cm 的玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)放濾紙 3張，加不同濃度的

9、氯代苯酚水溶液 34 ml，而對(duì)照則加無離子水；然后放種子 10 粒，置 20 培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng) 3 d，取出測(cè)芽長(zhǎng)。在水培發(fā)芽試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們選擇了 3 種氯代苯酚（見表 4）進(jìn)行了從種子到幼苗期的土壤盆栽試驗(yàn)。土培試驗(yàn)在市農(nóng)科院溫室（1822 ）內(nèi)進(jìn)行。每個(gè)污染物設(shè) 56 個(gè)濃度梯度，每個(gè)濃度梯度種 5 盆（5 個(gè)重復(fù)） 。試驗(yàn)采用直徑 10 cm、高 12cm 的瓷盆。試驗(yàn)時(shí)稱取 4.25 kg 土壤，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求加入一定量的污染物，充分拌勻，分裝在 5個(gè)盆（5 個(gè)重復(fù)）內(nèi)。每盆內(nèi)澆水 150 ml，然后在每個(gè)盆內(nèi)播種子 10 粒，培養(yǎng) 20 d。在 20 d 內(nèi)視土壤墑情澆水 23

10、次，每次澆水 150 ml。20 d 后，切下地上部分、測(cè)定干植株質(zhì)量、鮮植株質(zhì)量。1.3觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理水培發(fā)芽 3 d 后，逐盆逐株測(cè)定芽長(zhǎng)，分別計(jì)算每盆（10 株） 、每處理 5 個(gè)重復(fù)（50 株）的平均值。土培 20 d 后，逐盆逐株稱質(zhì)量，包括地上部鮮植株的質(zhì)量和烘干（105 ）后干植株的質(zhì)量，分別計(jì)算每盆（10 株） 、每處理（50 株）干植株、鮮植株的質(zhì)量平均值。將污染物濃度設(shè)為x，每處理平均芽長(zhǎng)（或干、鮮植株的質(zhì)量）設(shè)為y，并作圖；若成直線，則用y=A+Bx直線方程進(jìn)行擬合；若成曲線，則用近似的曲線方程進(jìn)行擬合。不論用什么方法進(jìn)行擬合，都必須進(jìn)行相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)（r

11、）大于r0.05時(shí)，才能用相關(guān)方程計(jì)算出污染物半致死濃度、致死濃度等毒性參數(shù)。2結(jié)果與討論2.1水培發(fā)芽試驗(yàn)2.1.1氯代苯酚系列污染物對(duì) 3 種農(nóng)作物都有毒，毒性與濃度成正相關(guān)從表 1 可見，氯代苯酚的濃度（x）與 3 種作物的芽長(zhǎng)（y）成負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值（r）都大于r0.01，說明氯代苯酚對(duì)農(nóng)作物都有毒，毒性隨濃度的增加而加大。2.1.2氯代苯酚毒性都大于苯酚，并隨苯環(huán)上氯被取代的個(gè)數(shù)的增加而加大表 2 列出了苯酚和氯代苯酚對(duì)小麥、油菜、蘿卜的半致死濃度。從表中可見，氯代苯酚的致死濃度都大于苯酚，并隨苯環(huán)上氫原子被氯原子取代的個(gè)數(shù)的增加而增加，即苯酚毒性最小，氫原子全被氯原子取代的

12、五氯代苯酚毒性最大。其毒性大小的排列次序是：五氯代苯酚2,3,5-三氯代苯酚3,5-二氯代苯酚3-氯代苯酚苯酚。五氯代苯酚的毒性比苯酚大 14.6 倍（對(duì)于蘿卜）到 22.4 倍（對(duì)于小麥） 。國(guó)家頒布的農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，酚的最高允許濃度為 2.5 mg/L2。按表 2 半致死濃度的比值計(jì)算，五氯代苯酚的濃度應(yīng)在 0.15 mg/L 左右，其它氯代苯酚的濃度應(yīng)在 1.0 mg/L 以下。2.1.3鄰位取代的毒性大于間位取代苯酚是苯環(huán)上某個(gè)氫原子被羥基（-0H）取代后的產(chǎn)物。由于羥基的影響，苯環(huán)上 6 個(gè)碳原子周圍的電子云度密度將發(fā)生不均勻的變化，使鄰位碳原子的電子云密度變大。我們比較了間位取

13、代與鄰位取代的兩種二氯代苯酚的毒性，結(jié)果表明，鄰位表 1氯代苯酚濃度（x）與芽長(zhǎng)（y）相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果氯代苯酚種類冬小麥蘿卜油菜相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程苯酚-0.9272y=25.6-0.038x-0.950 9y=33.4-0.062x-0.9947y=9.9-0.040 x3-氯代苯酚-0.9516y=25.2-0.049x-0.825 1y=34.1-0.126x-0.9913y=9.7-0.048x3,5-二氯代苯酚-0.8856y=24.5-0.092x-0.967 3y=33.0-0.138x-0.9890y=9.2-0.052x2,3,5-三氯代苯酚-0.9

14、595y=23.8-0.628x-0.866 8y=34.6-0.550 x-0.9942y=9.2-0.342x五氯代苯酚-0.9032y=24.9-0.644x-0.953 4y=33.5-0.904x-0.8824y=9.0-0.892x表中氯代苯酚濃度單位為 mgL-1，作物芽長(zhǎng)單位為 mm。n為 812；當(dāng)n= 8 時(shí)，r0.01= 0.7079。表 2氯代苯酚對(duì)幾種農(nóng)作物的半致死濃度mgL-1氯代苯酚種類冬小麥蘿卜油菜苯酚340.3269.7123.73-氯代苯酚253.3141.5101.03,5-二氯代苯酚133.9120.387.62,3,5-三氯代苯酚44.321.513.

15、4五氯代苯酚19.418.55.4表 3鄰位取代與間位取代的毒性比較氯代苯酚名稱取代位置半致死濃度/(mgL-1)冬小麥蘿卜油菜3,5 二氯代苯酚間位133.9120.387.62,4 二氯代苯酚鄰位93.683.435.198土壤與環(huán)境Vol.9 No.2取代的毒性大于間位取代（見表 3） 。鄰位取代的毒性最大的這種規(guī)律也表現(xiàn)在新增加取代氯的位置上。例如，3,5-二氯代苯酚與 3-氯代苯酚相比，增加了一個(gè)取代氯，3 種作物半致死濃度下降了 1.151.89 倍。2,3,5-三氯代苯酚與3,5-二氯代苯酚相比也增加了一個(gè)取代氯，但半致死濃度都下降了 3.026.5 倍。同樣增加一個(gè)取代氯，后者

16、增加值大于前者，這是因?yàn)楹笳咴黾拥氖青徫唬罢咴黾拥氖情g位，符合鄰位取代的毒性最大的規(guī)律。2.1.4在氯代苯酚濃度、種類和結(jié)構(gòu)相同時(shí)，冬小麥?zhǔn)芎ψ钶p從表 2、表 3 可見，在氯代苯酚濃度、種類和結(jié)構(gòu)相同時(shí)，3 種試驗(yàn)作物半致死濃度的排列次序是：冬小麥蘿卜油菜。2.2土壤苗期盆栽試驗(yàn)表 4、表 5 表明，20 d 幼苗土培盆栽試驗(yàn)的結(jié)果與 3 d 水培發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果一致。即（1）幼苗地上干植株質(zhì)量、鮮植株質(zhì)量與土壤中的氯代苯酚濃度成顯著性負(fù)相關(guān)，說明三氯代苯酚對(duì)幼苗都有毒，毒性大小隨濃度增加而增加，在某個(gè)濃度時(shí)幼苗將死亡。 （2）3 種氯代苯酚半減產(chǎn)濃度的排列次序是：3-三氯代苯酚2,3,5-三氯

17、代苯酚五氯代苯酚。即氯代苯酚對(duì)農(nóng)作物的毒性是隨苯環(huán)上氫原子被氯取代個(gè)數(shù)的增加而加大。 （3）3 種作物半減產(chǎn)濃度的排列次序是冬小麥蘿卜油菜，即在氯代苯酚濃度和種類相同時(shí)，小麥?zhǔn)芎ψ钶p。土壤幼苗盆栽試驗(yàn)的結(jié)果與水培發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)果相一致，這不僅再一次驗(yàn)證了水培發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)果的正確性，也說明了我們提出的氯代苯酚結(jié)構(gòu)與毒性的相關(guān)規(guī)律完全可代表自然環(huán)境的實(shí)際狀況。參考文獻(xiàn):1國(guó)家環(huán)保局, 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. 中華人民共和國(guó)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) M. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 1997. 22傅建熙. 有機(jī)化學(xué) M. 第 3 版. 西安: 世界圖書出版社公司,1997. 12, 91105, 121135,

18、 148155表 4氯代苯酚濃度（x）與幼苗地上部干、鮮植株質(zhì)量（y）相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果氯代苯酚種類冬小麥蘿卜油菜相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程相關(guān)系數(shù)相關(guān)方程干植株3-氯代苯酚-0.988 7y=110.0-0.39x-0.981 7y=66.7-0.488x-0.971 3y=112.9-1.96x2,3,5-三氯代苯酚-0.935 7y=104.1-0.692x-0.974 5y=60.7-1.04x-0.851 6y=128.6-5.88x五氯代苯酚-0.981 2y=112.7-1.42x-0.965 6y=67.8-2.84x-0.955 4y=119.9-21.7x鮮植株3-氯代苯酚-0.964 9y=780-2.90 x-0.971 8y=1137.2-9.88x-0.967 6y=922.2-15.0 x2,3,5-氯代苯酚-0.