狼尾草根系對(duì)阿特拉津長(zhǎng)期脅迫的氧化應(yīng)激響應(yīng)

馬兵兵，姜昭1,，Kehinde Olajide Erinle，曹博，李金梅，陳玉坤，張穎,*

1. 農(nóng)業(yè)部產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300191 2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030

狼尾草根系對(duì)阿特拉津長(zhǎng)期脅迫的氧化應(yīng)激響應(yīng)

馬兵兵2，姜昭1,2，Kehinde Olajide Erinle2，曹博2，李金梅2，陳玉坤2，張穎2,*

1. 農(nóng)業(yè)部產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300191 2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030

通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究了抗性植物狼尾草根部丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、抗壞血酸(AsA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽還原酶(GR)等氧化應(yīng)激生理指標(biāo)對(duì)不同濃度阿特拉津長(zhǎng)期(48 d)脅迫的響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明：當(dāng)阿特拉津脅迫濃度分別高于20 mg·kg-1和50 mg·kg-1時(shí)，狼尾草根系的MDA與Pro含量較對(duì)照組顯著升高(P < 0.05)；隨著阿特拉津脅迫濃度的增加，狼尾草根部SOD和GR活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中當(dāng)阿特拉津脅迫濃度為20 mg·kg-1時(shí)，SOD和GR活性達(dá)到最大值；供試植物根系中AsA含量與阿特拉津脅迫濃度呈正相關(guān)。綜上，中低濃度(≤ 20 mg·kg-1)阿特拉津處理沒(méi)有對(duì)狼尾草的根系產(chǎn)生明顯的氧化脅迫效應(yīng)，狼尾草根系的上述抗氧化應(yīng)激生理指標(biāo)對(duì)于發(fā)揮阿特拉津抗性起著重要的作用。

阿特拉津；狼尾草；根系；氧化應(yīng)激；長(zhǎng)期脅迫

阿特拉津(2-氯-4-乙氨基-6-異丙氨基-1, 3, 5-三嗪)是一種三嗪類除草劑，別名莠去津，從1959年投產(chǎn)并推廣以來(lái)[1]，至今已有57年的使用歷史。其主要施用于玉米、甘蔗、高粱、茶園和果園等地，可防除1年生禾本科雜草和闊葉雜草，對(duì)某些多年生雜草也有較好的抑制作用[2]，因此其使用量每年正以20%的速率在遞增[3]。阿特拉津水溶性相對(duì)較強(qiáng)，其容易在雨水、灌溉水的作用下從土壤中遷移到地表水和地下水中，由于其結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，可在生態(tài)環(huán)境中長(zhǎng)期存在。有數(shù)據(jù)顯示：阿特拉津在水中的半衰期為42 d，而在土壤中的半衰期大約為382～742 d[4]。除具有上述遷移性與長(zhǎng)殘留特性外，阿特拉津也具有一定的生物毒性。EL-Sheekh等[5]研究表明：當(dāng)水體中阿特拉津的污染濃度達(dá)到15 μmol·L-1時(shí)，小球藻的生長(zhǎng)即受到抑制。此外，其他的毒性試驗(yàn)也表明，阿特拉津暴露與哺乳動(dòng)物腫瘤的發(fā)生有一定的關(guān)系[6]，會(huì)干擾內(nèi)分泌水平，導(dǎo)致肝癌等[7-8]。因此，阿特拉津?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境及各類生物健康所構(gòu)成的威脅已引起人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，有關(guān)阿特拉津?qū)χ参锏亩纠硇?yīng)與相關(guān)機(jī)制的研究結(jié)果表明，阿特拉津脅迫可顯著的增加敏感植物體內(nèi)自由基的數(shù)量。由于上述敏感植物體內(nèi)過(guò)多的自由基不能及時(shí)被清除，因此導(dǎo)致敏感植物膜脂過(guò)氧化水平加劇，細(xì)胞膜的完整性遭到破壞、細(xì)胞質(zhì)交換平衡被打破，抑制植物的光合作用，進(jìn)而使敏感植物的一系列的生理生化代謝發(fā)生紊亂，最終使植物的生長(zhǎng)受到抑制[9-12]。

當(dāng)植物處于逆境條件時(shí)，會(huì)通過(guò)體內(nèi)的一些代謝反應(yīng)應(yīng)答來(lái)降低或修復(fù)逆境造成的損傷，這種反應(yīng)被認(rèn)為是抗性植物耐受逆境脅迫的重要生理生化機(jī)制[13]?？箟难嶙鳛橐环N非酶促小分子抗氧化劑，與其他小分子抗氧化劑和抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽還原酶(GR)等)共同調(diào)節(jié)著植物細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平，在對(duì)環(huán)境氧化脅迫響應(yīng)的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，抗氧化劑數(shù)量及抗氧化酶活性的增加可以增強(qiáng)植物的抗逆性[14]。脯氨酸是植物在逆境脅迫條件下體內(nèi)所積累的代謝產(chǎn)物，積累的脯氨酸除了作為植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還可以穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性，在一定程度上能夠提升植物對(duì)于逆境環(huán)境脅迫的耐受能力[15]。

狼尾草為多年生禾本科狼尾草屬，其具有株形優(yōu)美、花序美麗、適應(yīng)性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、耐干旱等特點(diǎn)[16-17]。已有研究表明：只有在阿特拉津短期(28 d)脅迫下且濃度高于50 mg·kg-1處理，狼尾草生長(zhǎng)及典型生理指標(biāo)才逐漸受到顯著影響[18]。此外，與蘇丹草和黑麥草相比，狼尾草能夠快速降解其根際土壤中的阿特拉津。因此，狼尾草具有較強(qiáng)的修復(fù)阿特拉津污染土壤的潛在優(yōu)勢(shì)[19]。然而，包括狼尾草在內(nèi)的大多數(shù)抗性植物在修復(fù)污染土壤過(guò)程中均需與供試土壤中的污染持續(xù)接觸，因此深入探討污染物長(zhǎng)期脅迫下抗性植物的生理響應(yīng)對(duì)于更好地揭示植物修復(fù)機(jī)理尤為重要。目前，有關(guān)狼尾草在阿特拉津長(zhǎng)期脅迫下的抗逆境生理指標(biāo)研究的報(bào)道尚未明確。針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，本研究將著重考察阿特拉津長(zhǎng)期脅迫條件下狼尾草根系典型氧化應(yīng)激指標(biāo)，如丙二醛、游離脯氨酸含量，抗氧化酶(SOD、GR)活性、非酶物質(zhì)(AsA)含量等的響應(yīng)規(guī)律，以期進(jìn)一步的完善狼尾草耐受阿特拉津脅迫的相關(guān)理論。

1 材料與方法(Material and methods)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所采用的供試植物為狼尾草屬中的美洲狼尾草P. americanum L. (cv. K. Schum)，供試植物種子購(gòu)自江蘇興隆種子公司。阿特拉津原藥(純度≥ 97%)由山東農(nóng)藥研究所提供。盆栽試驗(yàn)所需土壤樣品采自黑龍江省阿城區(qū)舍利屯玉米地耕層(0～20 cm)，供試土壤中檢測(cè)無(wú)阿特拉津殘留。供試土壤(按質(zhì)量比土壤∶蛭石=3∶1混合而成)的理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)處理與幼苗培養(yǎng)

供試?yán)俏膊莘N子在室溫條件下經(jīng)蒸餾水浸泡4 h后，再用30%(V/V)H2O2溶液消毒處理10 min后將種子在恒溫氣候箱暗培養(yǎng)的條件下萌發(fā)過(guò)夜。將阿特拉津-丙酮溶液與適量的供試土壤攪拌均勻，使供試土壤中阿特拉津的終濃度分別為0、5、10、20、50、100、200 mg·kg-1。靜置于通風(fēng)廚內(nèi)待丙酮揮發(fā)完畢后，上述各阿特拉津添加濃度處理的供試土壤平均分裝于3個(gè)小型花盆中(即每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行，每盆500 g供試土壤)開(kāi)展后續(xù)盆栽試驗(yàn)。選擇發(fā)芽一致的狼尾草種子播種于上述含有不同濃度梯度的阿特拉津土壤中，每盆20顆，并置于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站溫室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，溫度為(27±1) ℃/(20±1) ℃(日/夜)。幼苗培養(yǎng)過(guò)程中，每天觀察盆栽土壤的水分含量，通過(guò)稱重法添加補(bǔ)充適宜體積的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液[20]使上述盆栽土壤的含水量維持在土壤田間最大持水量的60%左右。于培養(yǎng)48 d后收獲狼尾草植株的根系用于測(cè)定其丙二醛(MDA)、游離脯氨酸(Pro)、抗壞血酸(AsA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽還原酶(GR)活性。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

提取液的制備采用周啟星等[21]所使用的方法，即稱取0.3 g鮮狼尾草根，加入50 mmol·L-1預(yù)冷的磷酸緩沖液(pH 7.8)，研磨，定容至5 mL。4 ℃、10 000 g離心10 min，上清液用于測(cè)定MDA含量、SOD活性和GR活性。

MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[22]，單位為mmol·g-1FW。

SOD活性采用NBT還原法進(jìn)行測(cè)定[23]，在560 nm處測(cè)定吸光度，單位為U·g-1FW·min-1。

GR活性參考Foster and Hess[24]使用的方法進(jìn)行測(cè)定，反應(yīng)混合液包括1 mL的磷酸緩沖溶液，15 mmolL-1乙二胺四乙酸二鈉0.1 mL，10 mmolL-1疊氮化鈉0.1 mL，6.3 mmolL-1氧化型谷胱甘肽0.1 mL和0.1 mL的酶液并且用蒸餾水定容到2 mL，試管保溫3 min并且添加0.1 mL的還原型輔酶II，在340 nm測(cè)定2 min內(nèi)吸光度的減少量來(lái)衡量酶活性的大小，單位為U·mg-1FW。

Pro含量的測(cè)定采用酸性茚三酮染色法[25]，稱取鮮狼尾草根0.3 g，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%磺基水楊酸5 mL，在沸水浴中提取10 min，冷卻至室溫。吸取2 mL上述提取液，加入2 mL冰醋酸及2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的酸性茚三酮，于沸水浴中加熱30 min，冷卻后加5 mL甲苯充分振蕩，以萃取紅色物質(zhì)，靜止分層取上清液。在520 nm處測(cè)定吸光度，單位為μg·g-1FW。

AsA含量的測(cè)定，狼尾草根采用液氮速凍后，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的三氯乙酸(TCA)迅速研磨成勻漿定容至25 mL，離心后取上清液用于測(cè)定AsA含量。測(cè)定過(guò)程參照Hodges等[26]報(bào)道的方法，在525 nm測(cè)定吸光度，單位為μg·g-1FW。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean ± SD)的形式表示。運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析，利用Duncan方法對(duì)不同處理間的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P < 0.05)。采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

2.1 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系丙二醛(MDA)含量的影響

阿特拉津長(zhǎng)期(48 d)脅迫條件下狼尾草根系MDA含量的變化情況如圖1所示。結(jié)果表明：隨著阿特拉津濃度的增加，供試植物狼尾草根系MDA含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中阿特拉津濃度為100 mg·kg-1時(shí)處理樣品根系中MDA含量最大。此外，阿特拉津濃度為50～200 mg·kg-1時(shí)處理樣品根系中MDA含量較空白處理及其他低濃度(< 50 mg·kg-1)處理顯著升高(P < 0.05)。

2.2 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系脯氨酸(Pro)含量的影響

不同濃度阿特拉津脅迫條件下供試植物根系Pro含量的變化情況如圖2所示。結(jié)果表明：隨著阿特拉津脅迫濃度的增加，狼尾草根系Pro含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，即Pro含量變化與阿特拉津脅迫濃度呈顯著正相關(guān)(表2)。此外，阿特拉津脅迫濃度為100 mg·kg-1和200 mg·kg-1時(shí)處理樣品根系中Pro含量較對(duì)照組及其他低濃度(< 50 mg·kg-1)組相比顯著升高(P < 0.05)。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)Table 1 The physical and chemical properties of the test soil

圖1 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系丙二醛(MDA)含量的影響注：不同小寫字母表示處理組與對(duì)照之間的顯著性差異，P < 0.05，n=3。Fig. 1 Effect of long term atrazine exposure on malonaldehyde (MDA) content in root of P. americanum seedlingsNote: Different lower-case letters represent significant differences between the control and atrazine treatment, P < 0.05, n=3.

圖2 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系脯氨酸(Pro)含量的影響注：不同小寫字母表示處理組與對(duì)照之間的顯著性差異，P < 0.05，n=3。Fig. 2 Effect of long term atrazine exposure on proline (Pro) content in root of P. americanum seedlingsNote: Different lower-case letters represent significant differences between the control and atrazine treatment, P < 0.05, n=3.

圖3 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響注：不同小寫字母表示處理組與對(duì)照之間的顯著性差異，P < 0.05，n=3。Fig. 3 Effect of long term atrazine exposure on superoxide dismutase (SOD) activity in root of P. americanum seedlingsNote: Different lower-case letters represent significant differences between the control and atrazine treatment, P < 0.05, n=3.

2.3 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

供試植物狼尾草根系SOD活性在不同濃度阿特拉津長(zhǎng)期脅迫條件下的變化趨勢(shì)如圖3所示。隨著阿特拉津脅迫濃度的增加，各試驗(yàn)處理樣品根系中SOD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。中低濃度(5～20 mg·kg-1)阿特拉津脅迫處理使狼尾草根系中的SOD活性較對(duì)照組明顯提升，其中阿特拉津脅迫水平為20 mg·kg-1時(shí)處理樣品根系SOD活性最大。伴隨著脅迫濃度的繼續(xù)升高，供試植物根系SOD活性逐漸降低，200 mg·kg-1阿特拉津處理樣品的SOD活性降至最低并明顯低于對(duì)照組。上述結(jié)果說(shuō)明阿特拉津?qū)俏膊莞縎OD活性的影響呈現(xiàn)“低濃度促進(jìn)高濃度抑制”的規(guī)律。

2.4 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系谷胱甘肽還原酶(GR)活性的影響

供試植物種植48 d后，各污染脅迫處理?xiàng)l件下，其根中GR活性變化如圖4所示。0～20 mg·kg-1阿特拉津處理?xiàng)l件下，狼尾草根系GR活性保持在7.38～7.58 U·mg-1FW之間，差異不明顯。隨著阿特拉津脅迫濃度進(jìn)一步增加(50～200 mg·kg-1)，狼尾草根系GR活性開(kāi)始降低，保持在6.04～5.36 U·mg-1FW之間。盡管高濃度(50～200 mg·kg-1)阿特拉津處理在一定程度上會(huì)抑制狼尾草根部GR活性，但上述抑制程度均未達(dá)到顯著差異水平。

2.5 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系抗壞血酸(AsA)的影響

供試植物狼尾草根系A(chǔ)sA含量對(duì)不同濃度阿特拉津長(zhǎng)期(48 d)脅迫的響應(yīng)規(guī)律如圖5所示。與空白處理相比，低濃度(5～10 mg·kg-1)阿特拉津脅迫會(huì)使狼尾草根部AsA含量降低，伴隨著脅迫濃度的繼續(xù)增加，供試植物根系A(chǔ)sA的含量開(kāi)始持續(xù)增加，當(dāng)阿特拉津脅迫濃度為200 mg·kg-1時(shí)其含量達(dá)到最高值。

圖4 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系谷胱甘肽還原酶(GR)活性的影響注：不同小寫字母表示處理組與對(duì)照之間的顯著性差異，P < 0.05，n=3。Fig. 4 Effect of long term atrazine exposure on glutathione reductase (GR) activity in root of P. americanum seedlingsNote:Different lower-case letters represent significant differences between the control and atrazine treatment, P < 0.05, n=3.

3 討論(Discussion)

MDA是超氧自由基氧化生物膜時(shí)(膜質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程)所形成的產(chǎn)物，因此，其含量被認(rèn)為是一種能夠很好地反映細(xì)胞膜被氧化損傷程度的指標(biāo)[27]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)狼尾草暴露在濃度為50 mg·kg-1的阿特拉津中時(shí)，其根系MDA含量較對(duì)照組相比顯著增加，說(shuō)明上述脅迫水平可引起狼尾草根系細(xì)胞膜氧化損傷。結(jié)合我們前期研究[19]所觀察到的結(jié)果(濃度為100 mg·kg-1的阿特拉津處理才會(huì)使狼尾草葉片中MDA含量明顯增加)可以發(fā)現(xiàn)：狼尾草根系對(duì)阿特拉津較葉片相比更為敏感。分析其原因可能是由于狼尾草的根系是直接接觸并吸收阿特拉津的器官，故而根系受阿特拉津的影響較大。另有研究表明，一些抗性植物在適宜濃度(抗性范圍內(nèi))重金屬[28]、除草劑[14]等污染物脅迫下，其體內(nèi)MDA含量能夠維持在比較穩(wěn)定的水平。本研究結(jié)果與上述研究相吻合，即供試植物狼尾草經(jīng)中低濃度(≤ 20 mg·kg-1)阿特拉津脅迫48 d后，其根系MDA含量較空白組相比僅表現(xiàn)為輕微升高，并未達(dá)到顯著差異水平，說(shuō)明該污染脅迫水平并未對(duì)狼尾草根系造成明顯的氧化損傷。這可能與中低濃度阿特拉津脅迫激活了狼尾草根系的抗氧化防御系統(tǒng)或提高了細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)物質(zhì)有關(guān)。

圖5 阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草根系抗壞血酸(AsA)含量的影響注：不同小寫字母表示處理組與對(duì)照之間的顯著性差異，P < 0.05，n=3。Fig. 5 Effect of long term atrazine exposure on ascorbic acid (AsA) content in root of P. americanum seedlingsNote: Different lower-case letters represent significant differences between the control and atrazine treatment, P < 0.05, n=3.

表2 MDA、Pro、AsA含量、SOD、GR活性，阿特拉津濃度之間相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis among MDA, Pro, AsA content, SOD, GR activity and atrazine concentration

注：*表示在0.05水平上顯著相關(guān)；**在0.01水平上顯著相關(guān)。

Note: * represent significant correlations at P < 0.05;**represent significant correlations at P < 0.01.

植物在非生物脅迫條件下會(huì)通過(guò)增加其體內(nèi)脯氨酸含量來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，清除活性氧自由基，緩解氧化還原電位升高等保持膜的完整性以及抗氧化酶和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性等，最終使其耐受逆境環(huán)境脅迫[29]。此外，已有報(bào)道證實(shí)，在環(huán)境脅迫下[30]植物體內(nèi)積累的脯氨酸與環(huán)境脅迫的抗逆性有關(guān)，如水稻在缺水的條件下其葉片中脯氨酸濃度會(huì)大量增加[31]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，狼尾草根系中的脯氨酸含量隨著阿特拉津脅迫濃度的增加呈逐漸升高的趨勢(shì)，說(shuō)明供試植物所承受的污染脅迫程度在不斷地升高，這一研究結(jié)果與焦樹(shù)英等[32]、張懷山等[33]對(duì)狼尾草研究的結(jié)果相吻合?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果分析認(rèn)為：狼尾草在中低濃度(0～50 mg·kg-1)阿特拉津脅迫下可通過(guò)增加其體內(nèi)脯氨酸含量來(lái)使細(xì)胞質(zhì)濃度增大或激活具有自由基清除作用的抗氧化防御系統(tǒng)，抵御阿特拉津脅迫對(duì)其造成的氧化損傷。

谷胱甘肽還原酶(GR)也是植物體內(nèi)一種重要的抗氧化酶類，其主要的生理功能是將氧化型谷胱甘肽(GSSG)還原成還原型谷胱甘肽(GSH)，進(jìn)而為活性氧的清除提供還原力，保護(hù)植物免受傷害[38]。同時(shí)，GR作為抗氧化酶類參與植物抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)并與SOD等酶相互作用，降低植物體內(nèi)過(guò)量的活性氧，從而保護(hù)植物免受氧化脅迫的傷害[38-39]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：供試植物根系的GR活性與SOD活性呈顯著正相關(guān)，與AsA含量呈顯著負(fù)相關(guān)(如表2)，這一結(jié)果充分說(shuō)明GR、SOD活性與AsA含量間存在著密切的關(guān)系，在保護(hù)狼尾草根系耐受阿特拉津脅迫方面發(fā)揮重要作用。試驗(yàn)結(jié)果表明在不同濃度阿特拉津脅迫下狼尾草根系GR活性變化遵循著先升高后降低的變化趨勢(shì)，分析認(rèn)為狼尾草根系GR活性的升高是供試植物主動(dòng)防御一定水平(≤ 20 mg·kg-1)阿特拉津脅迫的表現(xiàn)。這一機(jī)制與很多研究發(fā)現(xiàn)相類似，如Kornyeyev等[40]研究棉花在低溫脅迫下通過(guò)增加葉綠體GR活性來(lái)使植物葉片光化學(xué)比率增加從而減輕植物的氧化脅迫。Aghaei等[41]的研究結(jié)果也表明耐鹽土豆中GR活性要比鹽敏感土豆中GR活性高。

除了上述抗氧化酶系統(tǒng)在減輕活性氧對(duì)植物細(xì)胞膜及胞內(nèi)生物大分子傷害方面發(fā)揮作用外，一些非酶促小分子抗氧化物質(zhì)在上述脅迫防御方面也起到重要作用。抗壞血酸(AsA)作為一種小分子抗氧化劑能夠參與植物體系活性氧的代謝過(guò)程，同時(shí)也對(duì)植物體內(nèi)的抗氧化酶具有一定的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而有效地增強(qiáng)植物在逆境環(huán)境脅迫下的抗逆能力[14,42]。本研究發(fā)現(xiàn)，供試植物根系A(chǔ)sA含量與阿特拉津脅迫濃度呈顯著正相關(guān)(表2)，說(shuō)明根系A(chǔ)sA在面對(duì)不同濃度阿特拉津脅迫水平時(shí)能夠靈敏有效地進(jìn)行應(yīng)答。此外，相關(guān)性分析表明：供試植物根系A(chǔ)sA含量與GR活性呈顯著的負(fù)相關(guān)(表2)，說(shuō)明狼尾草根系中的AsA在阿特拉津污染脅迫時(shí)與抗氧化酶之間存在著較為密切的聯(lián)系?；谙嚓P(guān)報(bào)道與研究結(jié)果，可以推測(cè)狼尾草根系內(nèi)的上述非酶促小分子抗氧化物質(zhì)與抗氧化酶類物質(zhì)聯(lián)合作用在維持其阿特拉津抗性方面發(fā)揮一定的作用。

表2中的數(shù)據(jù)表明：膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量與阿特拉津濃度呈正相關(guān)，同時(shí)MDA含量與SOD、GR活性存在明顯的負(fù)相關(guān)，與Pro、AsA含量呈正相關(guān)，說(shuō)明本研究所探討的幾類生理指標(biāo)能夠有效地表征供試植物狼尾草根系暴露于不同濃度阿特拉津時(shí)所產(chǎn)生的氧化脅迫。另外，由于中低濃度水平(≤ 20 mg·kg-1)阿特拉津脅迫并未對(duì)供試植物根系造成顯著的氧化損傷(表2)，說(shuō)明上述指標(biāo)間的相關(guān)作用對(duì)于維持供試植物表現(xiàn)出一定的阿特拉津氧化脅迫防御能力也將發(fā)揮著一定的作用。

致謝：感謝農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金對(duì)于本研究的資助。

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◆

Oxidative Stress Response in Root ofPennisetumamericanumL.(cv. K. Schum) to Long Term Atrazine Exposure

Ma Bingbing2, Jiang Zhao1,2, Kehinde Olajide Erinle2, Cao Bo2, Li Jinmei2, Chen Yukun2, Zhang Ying2,*

1. Key Laboratory of Original Agro-environment Quality of Ministry of Agriculture, Tianjin Key Laboratory of Agro-environment and Safe-product, Tianjin 300191, China 2. School of Resources & Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

Received 6 February 2016 accepted 1 June 2016

Pennisetum americanum L. ( cv. K. Schum) has been reported as a phytoremediator which exhibits tolerance to atrazine. Atrazine is a herbicide that can effectively control broadleaf and grass weeds, but its use also causes serious pollution issues. To evaluate the influence of atrazine stress on the tolerant plant, an experiment was conducted focusing on the response of malondialdehyde (MDA), proline (Pro), ascorbic acid (AsA) content, superoxide dismutase (SOD) and glutathione reductase (GR) activities in the root of P. americanum exposed to different concentrations of atrazine during a long-term (48 d) period. The results showed that MDA and Pro contents in the root of the plant increased significantly under atrazine concentrations above 20 mg·kg-1and 50 mg·kg-1, respectively, when compared with the control (P < 0.05). With the increase in atrazine concentration, SOD and GR activities in the root of P. americanum first increased and then decreased; their activities reached the maximum when exposed to 20 mg·kg-1atrazine. AsA content in the root of the test plant and atrazine concentration were positively correlated. The above results demonstrated that low atrazine concentrations (≤ 20 mg·kg-1) did not show significant oxidative stress effect on the root of P. americanum. Physiological response characteristics of the antioxidant defense system in the root of the test plant played an important role for atrazine tolerance.

atrazine; Pennisetum americanum L. ( cv. K. Schum); root; oxidative stress; long term stress

農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2015年度開(kāi)放基金課題；國(guó)家自然科學(xué)基金(31300433)；黑龍江省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目(2013TD003)

馬兵兵(1989-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槲廴疚锷鷳B(tài)毒理效應(yīng)，E-mail：492912579@qq.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: zhangyinghr@hotmail.com

10.7524/AJE.1673-5897.20160206001

2016-02-06 錄用日期：2016-06-01

1673-5897(2016)6-214-09

X171.5

A

張穎(1972—)，女，工學(xué)博士，教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)。

馬兵兵, 姜昭, Kehinde Olajide Erinle, 等. 狼尾草根系對(duì)阿特拉津長(zhǎng)期脅迫的氧化應(yīng)激響應(yīng)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(6): 214-222

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