不同種類(lèi)除草劑對(duì)燕麥幼苗生理生化指標(biāo)的影響

宋旭東，趙桂琴

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

不同種類(lèi)除草劑對(duì)燕麥幼苗生理生化指標(biāo)的影響

宋旭東，趙桂琴

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

通過(guò)盆栽試驗(yàn)測(cè)定了2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈、氯氟吡氧乙酸和2甲4氯鈉4種除草劑及其不同濃度對(duì)白燕2號(hào)燕麥葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的影響。結(jié)果表明：除草劑能引起燕麥葉片生理特性的改變，隨著藥后時(shí)間的延長(zhǎng)，POD、SOD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)；CAT活性變幅較小，呈現(xiàn)先略降低，再升高的變化；MDA和可溶性糖含量逐漸上升且始終高于對(duì)照，高濃度氯氟吡氧乙酸(T9)處理在藥后30 d達(dá)到最高，分別為0.1540 μmol/gFW和0.8277%。高濃度除草劑對(duì)燕麥苗期的脅迫作用顯著大于低濃度。供試的4種除草劑中，2甲4氯鈉對(duì)燕麥葉片POD、SOD活性和可溶性糖含量的影響較大，高濃度使它隆對(duì)MDA含量有顯著影響，高濃度2,4-D丁酯對(duì)CAT活性影響較大，低濃度2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈脅迫較小，對(duì)燕麥幼苗比較安全。

除草劑；燕麥；抗氧化酶活性

裸燕麥(Avenasativa)是禾本科燕麥屬一年生草本植物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、草產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適口性好等特點(diǎn)，是西北牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)一年生人工草地建植的首選草種[1]。另外，由于燕麥含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)和可溶性膳食纖維，也是人們餐桌上的保健食品。

隨著燕麥種植面積的擴(kuò)大和機(jī)械化程度的提高，草害問(wèn)題逐漸突顯，燕麥田雜草過(guò)多成為影響燕麥生產(chǎn)的重要因素[2,3]。除草劑的應(yīng)用在我國(guó)發(fā)展迅速，新除草劑也在不斷開(kāi)發(fā)[4]。生產(chǎn)中由于對(duì)除草劑種類(lèi)的選擇或使用技術(shù)不當(dāng)而對(duì)作物造成負(fù)效應(yīng)的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，對(duì)當(dāng)季或下茬作物產(chǎn)生藥害等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[5,6]。因?yàn)槌輨?duì)作物本身也是一種脅迫因子[7]，這種脅迫在控制雜草危害的同時(shí)，也導(dǎo)致作物體內(nèi)生理生化發(fā)生變化，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[8-10]。除草劑的負(fù)效應(yīng)已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視，在小麥、水稻、胡麻作物上開(kāi)展了相關(guān)研究[11-13]。王正貴等[14]研究表明，施用苯磺隆、氯氟吡氧乙酸、異丙隆、驃馬、綠麥隆后，小麥植株體內(nèi)SOD、POD、CAT等酶的活性在藥后5～15 d升高，其后逐漸恢復(fù)至對(duì)照水平。吳進(jìn)才等[15]發(fā)現(xiàn)，不同濃度的2,4-D處理水稻幼苗后H2O2活力均上升；王鑫等[16]在胡麻田也發(fā)現(xiàn)，除草劑施用后胡麻 SOD活性先增高后降低。

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)除草劑對(duì)燕麥苗期生理生化影響的報(bào)道較少。胡戰(zhàn)朝[17]研究表明，施用除草劑仲丁靈、二甲·辛酰溴和苯磺隆可不同程度地增加燕麥保護(hù)酶活性。為了研究除草劑對(duì)燕麥苗期生理生化的影響及為篩選安全除草劑。試驗(yàn)采用幾種麥田常用除草劑，研究其不同濃度對(duì)燕麥生理生化的影響，為篩選燕麥田安全高效的除草劑種類(lèi)及適宜劑量提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試燕麥品種為白燕2號(hào)，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供，供試除草劑共4種(表1)。

表1 供試除草劑及其用量Table1 Herbicides and dosages used in the experiment

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4種除草劑各設(shè)低、中、高3個(gè)濃度梯度，清水為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，于2013年9月進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。塑料花盆直徑20 cm，高15 cm，每盆裝土約1.5 kg，澆透水，水滲下后播種，每盆挑選均勻、飽滿白燕2號(hào)種子20粒均勻播種，播種后覆土2～3 cm,輕微鎮(zhèn)壓，播種后定期澆水且每盆澆水量一致，出苗后于三葉期至四葉期噴藥。噴藥采用小噴壺，從同一高度自上而下進(jìn)行均勻噴施。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

分別于施藥后10，20和30 d測(cè)定相關(guān)生理生化指標(biāo)，用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)的活性；用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)的活性，用紫外吸收法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性；用過(guò)氧化脂質(zhì)硫代巴比妥酸分光光度法測(cè)定丙二醛(MDA)含量，用蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量。

酶液的提取,先取燕麥葉片0.2 g于預(yù)冷的研缽中，加入1 mL預(yù)冷的pH7的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，加緩沖液使終體積為2 mL，取1.5～2 mL于4 000 r/min離心10 min，上清液即為酶液。

SOD 活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測(cè)定；POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚顯色法；CAT活性測(cè)定采用紫外吸收法測(cè)定；MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法測(cè)定；可溶性糖含量的測(cè)定先取0.2 g鮮樣品加入10 mL蒸餾水，封口沸水浴30 min(2次)，濾紙漏斗過(guò)濾入50 mL容量瓶中，沖洗殘?jiān)?，定容?/p>

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

用Excel軟件整理數(shù)據(jù)，方差分析用SPSS 19.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 除草劑對(duì)燕麥POD活性的影響

POD是眾多涉及清除活性氧類(lèi)物質(zhì)酶中最重要的酶之一，對(duì)植物抗氧化具有重要作用。除2甲4氯鈉以外，其他3種藥劑處理下，POD活性隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)先下降后上升的“V”形變化趨勢(shì)。2甲4氯鈉處理下POD活性上升，隨后逐漸下降。高濃度下的POD活性顯著高于中低濃度(表2)。

隨著除草劑濃度的增加，燕麥POD活性顯著增加。藥后10 d，各處理燕麥幼苗POD活性均高于對(duì)照。其中750 mL/hm2濃度2,4-D處理下，POD活性最高，為178.45 mmol/(min·g)FW，顯著高于其他處理。藥后20 d，POD活性除了中、高濃度2甲4氯鈉[(90.75和113.33 U/(min·g)FW)]之外均低于對(duì)照。藥后30 d，各處理的POD活性與對(duì)照的差異不顯著，表明燕麥已從除草劑脅迫下逐漸恢復(fù)。

2.2 除草劑對(duì)燕麥SOD活性的影響

SOD能消除生物體在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，從而減輕植物吸收的毒害或脅迫。隨著時(shí)間的推移，各除草劑處理下燕麥SOD活性呈現(xiàn)先下降后升高的變化趨勢(shì)，30 d后基本與10 d的活性持平。藥后10 d，多數(shù)處理與對(duì)照相比SOD活性上升，其中T10處理下SOD活性達(dá)到最大值，為539.96 U/(min·g) FW，較對(duì)照增加26.4%。藥后20 d，各處理的SOD活性顯著下降，T9處理下的SOD活性最低，為134.65 U/g FW，較對(duì)照下降了61.8%。對(duì)照的SOD活性隨著時(shí)間的推移基本保持穩(wěn)定(表3)。

表2 不同除草劑種類(lèi)及濃度下燕麥POD活性Table2 Impacts of 4 herbicides on POD activity mmol/(min·g) FW

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)；下同

2.3 除草劑對(duì)燕麥CAT活性的影響

從表4可以看出，藥后10 d，2,4-D丁酯和2甲4氯鈉處理下，CAT活性隨2種除草劑濃度的升高而升高，二甲·溴苯腈隨測(cè)定時(shí)間的推進(jìn)，大多數(shù)除草劑處理下，燕麥CAT活性表現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)。但中、低濃度2,4-D丁酯處理下燕麥CAT活性在藥后20 d較之10 d顯著增加，隨后又逐漸下降。藥后10 d，T3處理下CAT活性最高，為581.27 U/(min·g)FW，顯著高于其他處理。藥后20 d和30 d，所有處理的CAT活性均高于對(duì)照。

表3 不同除草劑種類(lèi)及濃度下燕麥SOD活性Table3 Effects of 4 herbicides on SOD activity U/g

表4 除草劑種類(lèi)及其濃度下燕麥CAT活性Table4 Effects of 4 herbicides on CAT activity U/(min·g)FW

2.4 除草劑對(duì)燕麥MDA含量的影響

4種除草劑處理后，隨著除草劑濃度的增加，燕麥葉片中MDA含量呈不斷上升的變化趨勢(shì)，且與對(duì)照相比始終有不同程度的升高，說(shuō)明隨著除草劑濃度的增加，除草劑對(duì)燕麥葉片產(chǎn)生的脅迫也相應(yīng)增加。隨著測(cè)定時(shí)期的推移，MDA含量與對(duì)照相比表現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，在30 d達(dá)到最大值，其中T9處理下MDA含量最高，達(dá)0.154 0 μmol/g,FW，但隨著時(shí)間的推移上升幅度有所減小。T9處理下，MDA含量在各個(gè)測(cè)定時(shí)期均達(dá)到最大值，對(duì)燕麥葉片脅迫較大(表5)。低濃度2,4-D丁酯處理下MDA含量較小，對(duì)燕麥幼苗比較安全。

表5 4種除草劑下燕麥幼苗MDA含量Table5 Effects of 4 herbicides on MDA content of oat seedling μmol/g,FW

2.5 除草劑對(duì)裸燕麥可溶性糖含量的影響

藥后10 d，各處理下燕麥可溶性糖含量與對(duì)照相比均有不同程度的增加，其中T12處理下可溶性糖含量最高，達(dá)0.48%，比對(duì)照高50%，T1處理最小，為0.243 6%。藥后20 d，除T4外，其他各處理下燕麥葉片可溶性糖含量與對(duì)照相比均有不同程度的增加，T9和T12可溶性糖含量達(dá)到0.143 1%和0.117 2%，較對(duì)照增幅分別為40.8%和40%，T4處理可溶性糖含量最低，為0.4044%。藥后30 d，T9處理下，可溶性糖達(dá)到最大值，為0.822 7%，較對(duì)照增幅達(dá)31.7%，T7處理下可溶性糖含量較低，為0.052 5%(表6)。

噴施除草劑后，隨著施藥濃度的增加和時(shí)間的推移，燕麥可溶性糖含量表現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但增幅隨時(shí)間的推移而減小。

表6 4種除草劑下燕麥幼苗可溶性糖含量Table6 Effects of four herbicide on soluble sugar content of oat seedling %

3 討論與結(jié)論

3.1 不同除草劑對(duì)裸燕麥抗氧化特性的影響

POD，SOD和CAT都是植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)的抗氧化酶，作為植物系統(tǒng)防御外界不良環(huán)境的保護(hù)酶,其酶活性與植物抗逆性呈一定的相關(guān)性[18]。這3種酶均能維護(hù)植物細(xì)胞膜的穩(wěn)定性及完整性，對(duì)細(xì)胞膜保護(hù)起著重要作用。而當(dāng)植物處于逆境脅迫時(shí)，抗氧化酶的活性受到影響，致使一些活性氧積累，對(duì)膜造成傷害[19]；三者之間的協(xié)同作用能使植物體內(nèi)自由基維持相對(duì)較低的水平，從而減少其對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害[20]。

除草劑對(duì)作物來(lái)說(shuō)是一種脅迫，可對(duì)作物生長(zhǎng)、生理產(chǎn)生影響[21,22]。有關(guān)逆境脅迫和除草劑對(duì)植物傷害的研究結(jié)果表明，活性氧介導(dǎo)了膜脂的過(guò)氧化作用。黃凱豐等[23]試驗(yàn)表明，經(jīng)2甲4氯鈉除草劑處理后，MDA和POD的活性隨2甲4氯鈉使用濃度的增加而升高；宋喜娥等[24]研究了幾種不同莖葉處理除草劑對(duì)谷子的安全性，發(fā)現(xiàn)3種除草劑處理下對(duì)谷子POD活性及可溶性糖抑制率最大均為2甲4氯，對(duì)谷子POD活性抑制率居中的為百草敵，最小的為2,4-D丁酯。研究發(fā)現(xiàn)，施用除草劑后，燕麥葉片SOD，CAT和POD活性與對(duì)照相比，均有不同程度的升高，且經(jīng)過(guò)30 d才能逐漸恢復(fù)。原因是除草劑進(jìn)入燕麥體內(nèi)激發(fā)了活性氧清除系統(tǒng)，誘導(dǎo)POD，SOD和CAT酶活性升高，以保護(hù)植物免受除草劑的侵害。試驗(yàn)中POD、SOD酶活性隨著燕麥的生長(zhǎng)呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)，說(shuō)明當(dāng)燕麥幼苗遭受除草劑這一外界脅迫時(shí)，體內(nèi)H2O2產(chǎn)生增多，首先啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制使POD、SOD 活性升高，以清除體內(nèi)過(guò)多的H2O2，使其免受傷害。而隨著燕麥的生長(zhǎng)發(fā)育及藥后時(shí)間的延長(zhǎng)，除草劑藥效逐漸下降，脅迫也就減弱。隨著燕麥植株的生長(zhǎng)，植物體抗性增強(qiáng)，體內(nèi)H2O2總量下降，其受害癥狀呈減輕趨勢(shì)，最終POD 、SOD活性下降，并有趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，表明燕麥逐漸在恢復(fù)代謝。

在施藥初期中、高濃度處理下燕麥葉片的POD活性較高，而SOD活性較低，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)期POD起主要作用，SOD的作用相對(duì)要小一些，因?yàn)楫?dāng)植物體遇到脅迫后保護(hù)酶都在相互協(xié)調(diào)，并保持一個(gè)穩(wěn)定的平衡態(tài)來(lái)發(fā)揮作用[25]。

3.2 不同除草劑對(duì)裸燕麥含量的影響

植物在逆境條件下會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，活性氧很容易使植物細(xì)胞內(nèi)膜發(fā)生過(guò)氧化作用或脫脂作用，而MDA則是細(xì)胞內(nèi)膜脂過(guò)氧化或脫脂的產(chǎn)物，它會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷細(xì)胞的生物膜，降低膜中不飽和脂肪酸的含量，使膜的流動(dòng)性降低[26]。MDA 是膜脂過(guò)氧化的指示化合物[27]，一般逆境程度越大，膜脂過(guò)氧化越嚴(yán)重，MDA 含量就越高。研究中燕麥?zhǔn)艿讲煌瑵舛瘸輨┟{迫后，葉片MDA活性始終高于對(duì)照，說(shuō)明應(yīng)試除草劑對(duì)燕麥葉片的膜脂過(guò)氧化程度有持續(xù)影響。隨著時(shí)間的推移，MDA含量逐漸上升，表明燕麥的質(zhì)膜已受到除草劑脅迫的傷害，致使脅迫后期葉片的生理過(guò)程仍有明顯的改變?？梢?jiàn)，在超過(guò)除草劑的持效期后，燕麥本身為適應(yīng)外界環(huán)境的改變而做出的抗性應(yīng)激反應(yīng)仍可影響其體內(nèi)抗氧化酶活性發(fā)生變化[28]，而且在燕麥不同生長(zhǎng)期，各指標(biāo)的調(diào)節(jié)協(xié)同機(jī)制及響應(yīng)時(shí)間與變化程度存在差異。

3.3 不同除草劑對(duì)裸燕麥可溶性糖含量的影響

可溶性糖作為光合作用的重要產(chǎn)物之一，可以合成纖維素組成細(xì)胞壁、轉(zhuǎn)化并組成其他有機(jī)物如核苷酸和核酸等、分解產(chǎn)物是其他許多有機(jī)物合成的原料，植物為了適應(yīng)干旱、低溫等逆境條件，也會(huì)主動(dòng)積累一些可溶性糖，降低滲透勢(shì)和冰點(diǎn)，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化。 一般情況下植物在遭受逆境脅迫時(shí)，葉片細(xì)胞內(nèi)的可溶性糖含量會(huì)呈上升趨勢(shì)[28,29]。試驗(yàn)結(jié)果表明，噴施除草劑后，隨著施藥濃度的增加和時(shí)間的推移，燕麥可溶性糖含量表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。高濃度2甲4氯鈉對(duì)燕麥葉片可溶性糖含量有較高的增幅，進(jìn)一步證明了對(duì)燕麥有較強(qiáng)的脅迫作用。

隨著藥后時(shí)間的延長(zhǎng)，POD、SOD酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)；CAT活性變幅較小，呈現(xiàn)先略降低，再升高的變化；MDA和可溶性糖含量逐漸上升，藥后30 d達(dá)到最高。供試的4種除草劑，2甲4氯鈉對(duì)燕麥葉片脅迫較大，不宜在燕麥田施用；低濃度2,4-D丁酯、2甲·溴苯腈對(duì)燕麥苗期比較安全。

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Effect of different herbicides on physiological and biochemical indexes of oat in seedling stage

SONG Xu-dong,ZHAO Gui-qin

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,Chinaa)

The effect of 4 different kinds of herbicides on physiological and biochemical indexes of oat at seeding stage were studied through pot experiment by measuring the activity of SOD,POD,CAT,MDA and soluble sugar content.The result indicated that the herbicides could lead to variation of leaf physiological and biochemical indexes.With the increasing days after treatments,POD,SOD activity increased firstly,and then reduced.CAT activity showed a slight decline before increase.MDA and the dissoluble sugar content rose up,and reached 0.1540 μmol/g,FW and 0.827 7% after treatment for 30 days with higher dosage of fluroxypyr.Higher dosage herbicides had severer stress on oat than lower ones.Among 4 herbicides,MCPA-Na had stronger impact on POD,SOD activity and dissoluble sugar content in leaf.Fluroxypyr had appreciable impact on MDA content,Higher dosage 2,4-D Butylate ester had stronger impactt on CAT activity.Lower dosage of 2,4-D butylate ester and bromoxynil octanoate plus MCPA-sodium were safe for oat seedlings.

herbicides;oat;antioxidant enzyme activity

2014-11-07；

2015-04-16

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-8-C1)和農(nóng)業(yè)部牧草種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目(2013014)資助

宋旭東(1990-)，男，甘肅秦安人，在讀碩士。 E-mail：1052118992@qq.com 趙桂琴為通訊作者。

S 451.2；S 543

A

1009-5500(2015)04-0054-07