苗期噴施草甘膦對(duì)大豆葉片生理指標(biāo)的影響

王 鵬，郭 瑋，馬艷蕓，李貴全

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

苗期噴施草甘膦對(duì)大豆葉片生理指標(biāo)的影響

王 鵬，郭 瑋，馬艷蕓，李貴全

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

為闡明普通大豆品種與抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆品種經(jīng)草甘膦處理后，植株生理指標(biāo)變化情況的差異，試驗(yàn)在苗期對(duì)2種不同大豆品種噴施41%草甘膦異丙胺鹽水劑，之后測(cè)定植株體內(nèi)葉綠素、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量以及電導(dǎo)率等生理指標(biāo)的變化情況。結(jié)果表明，噴施草甘膦后，晉大73葉片中葉綠素含量急劇下降，可溶性糖含量、丙二醛含量、脯氨酸含量顯著增加，電導(dǎo)率增大，7 d內(nèi)葉片遭受毀滅性的傷害，植株死亡；抗草甘膦大豆RR1在噴施草甘膦初期，各項(xiàng)生理指標(biāo)均出現(xiàn)小幅波動(dòng)，短期內(nèi)又恢復(fù)到正常水平，說明RR1對(duì)草甘膦具有明顯的抗性。這對(duì)于研究普通大豆和抗草甘膦大豆在噴施草甘膦后生理指標(biāo)的變化規(guī)律具有重要的參考價(jià)值。

苗期；草甘膦；大豆；生理指標(biāo)

抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)，為生產(chǎn)上有效控制雜草提供了一種新的思路和途徑。其中，尤以抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆的研究和應(yīng)用最為廣泛[1-5]。草甘膦是一種有機(jī)磷類除草劑，具有廣譜性、低毒性以及對(duì)環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)[6-10]。植物用于光合作用的綠色部分都能夠很好地吸收和傳導(dǎo)草甘膦，并且通過木質(zhì)部和韌皮部擴(kuò)散到植物的各個(gè)部位[11]。5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）是草甘膦的靶標(biāo)酶[12]，草甘膦通過抑制定位于植物葉綠體內(nèi)膜的EPSPS的活性，進(jìn)而阻礙芳香族氨基酸的生物合成，使之缺少相應(yīng)蛋白，最終導(dǎo)致植株死亡[13]?？共莞熟⑥D(zhuǎn)基因大豆由于其體內(nèi)導(dǎo)入了外源的CP4-EPSPS抗性基因，因而，其能夠在草甘膦存在的情況下繼續(xù)合成芳香族氨基酸，以維持生物體正常的代謝活動(dòng)[14]。國(guó)內(nèi)外對(duì)于抗草甘膦大豆的研究，主要集中在抗性基因的獲得、導(dǎo)入的方式以及PCR檢測(cè)等方面[15-17]；對(duì)于草甘膦對(duì)大豆的影響，主要涉及形態(tài)指標(biāo)和產(chǎn)量構(gòu)成[18-20]。但是從逆境生理方面，研究不同大豆品種在草甘膦作用下生理指標(biāo)的變化規(guī)律還不是特別深入。苗期是防除雜草的關(guān)鍵時(shí)期，防除效果的好壞直接關(guān)系到大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)。

本研究測(cè)定了苗期不同大豆品種葉片的葉綠素、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量等生理指標(biāo)的變化規(guī)律，從而間接對(duì)比不同大豆品種對(duì)草甘膦抗性的強(qiáng)弱表現(xiàn)，對(duì)于研究普通大豆和抗草甘膦大豆在噴施草甘膦后生理指標(biāo)的變化規(guī)律具有重要的參考價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為普通優(yōu)質(zhì)大豆晉大73和抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆RR1，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆育種室提供；供試藥劑為41%草甘膦異丙胺鹽水劑（美國(guó)孟山都公司北京代表處）。

1.2 試驗(yàn)方法

供試材料種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆育種基地，2013年5月6日播種，隨機(jī)選取2個(gè)小區(qū)進(jìn)行3次重復(fù)，一個(gè)小區(qū)在苗期噴施41%草甘膦異丙胺鹽水劑，之后每天采集新鮮葉片，測(cè)定生理指標(biāo)的變化情況；另外選擇長(zhǎng)勢(shì)基本相同的另一小區(qū)作為對(duì)照。生長(zhǎng)期間，按照當(dāng)?shù)靥镩g管理水平進(jìn)行管理，并及時(shí)做好田間觀察記錄。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

葉綠素含量采用分光光度計(jì)法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定；丙二醛含量采用TBA法測(cè)定；電導(dǎo)率儀測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率；脯氨酸含量采用茚三酮法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS11.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施草甘膦對(duì)大豆葉片葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，噴施草甘膦后晉大73葉片中葉綠素a+b含量總體上呈大幅下降的趨勢(shì)，第5天時(shí)葉綠素a+b的含量已經(jīng)降低到1.385 8 mg/g，直到第6天葉片變干、顏色也基本變白，說明其葉綠素已經(jīng)被完全破壞，可見草甘膦對(duì)于晉大73葉片中葉綠素破壞的作用是很大的。而晉大73的對(duì)照組葉綠素a+b的含量基本沒有多大變化，僅是略微波動(dòng)，可能是環(huán)境條件或者自身發(fā)育過程引起的。對(duì)于RR1來(lái)說，噴施草甘膦后葉綠素a+b的含量也開始減少，下降程度先快后慢，到第18天葉綠素a+b含量開始恢復(fù)，到第30天時(shí)RR1中葉綠素a+b含量已經(jīng)基本恢復(fù)到正常水平并與對(duì)照組接近。

2.2 噴施草甘膦對(duì)大豆可溶性糖含量的影響

植物細(xì)胞中存在著多種多樣的可溶性糖，其在生物體內(nèi)不但可以氧化分解提供能量，還能夠增加細(xì)胞液的濃度，從而提高植物的保水能力，增加植物的抗逆性，因此，可以通過測(cè)定植物葉片中可溶性糖含量的變化，從而了解植物受傷害的程度。

由圖2可知，在噴施草甘膦后，晉大73中可溶性糖含量持續(xù)大幅度增加，直到第5天時(shí)達(dá)到最大值73.437 4 mg/g，到第6天時(shí)葉片就已經(jīng)變干，葉子已基本變白，植株死亡。而晉大73的對(duì)照組葉片中可溶性糖含量則基本沒有變化?？共莞熟⒋蠖筊R1在噴施草甘膦后，其葉片中可溶性糖含量在前3 d持續(xù)小幅下降，之后開始升高，第5天恢復(fù)到與RR1對(duì)照組接近的水平。

2.3 噴施草甘膦對(duì)大豆丙二醛含量的影響

植物處于逆境時(shí)，往往會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，主要產(chǎn)物為丙二醛。因此，可以通過測(cè)定植物葉片中丙二醛含量的變化，從而判定植物受傷害的程度以及植物在該不良環(huán)境下的抵抗能力。

由圖3可知，在噴施草甘膦后，晉大73葉片中丙二醛的積累量急劇增加，到第5天時(shí)達(dá)到了最大值（0.133 5 μg/g）；抗草甘膦大豆RR1葉片中丙二醛的積累量則出現(xiàn)了略微的波動(dòng)，相比對(duì)照組有小幅的增加。晉大73和RR1對(duì)照組中丙二醛含量基本變化不大。

2.4 噴施草甘膦對(duì)大豆相對(duì)電導(dǎo)率的影響

在正常情況下，植物細(xì)胞中的電解質(zhì)不會(huì)滲到細(xì)胞外，但是當(dāng)植物受到傷害后，其細(xì)胞膜就會(huì)被破壞，這時(shí)細(xì)胞中的電解質(zhì)就會(huì)外流，進(jìn)而使得浸液中的電導(dǎo)率升高。因此，可以通過測(cè)定葉片中相對(duì)電導(dǎo)率的變化情況，從而間接了解植物受到傷害的程度。

由圖4可知，噴施草甘膦后晉大73葉片的相對(duì)電導(dǎo)率就在持續(xù)增加，到第5天時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到了最大，為75.47%，到第6天時(shí)葉片就已經(jīng)變干，葉子也基本變白，植株死亡。而晉大73的對(duì)照組相對(duì)電導(dǎo)率則基本沒有變化。RR1在噴施草甘膦后，其葉片的相對(duì)電導(dǎo)率出現(xiàn)了小幅的波動(dòng)，呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)，直到第6天恢復(fù)到與RR1對(duì)照組接近的水平。

2.5 噴施草甘膦對(duì)大豆脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物受到傷害后表現(xiàn)最為明顯和最為敏感的一個(gè)指標(biāo)。在逆境條件下，植物體內(nèi)脯氨酸的含量與正常情況下相比會(huì)明顯升高，因此，葉片中脯氨酸含量的變化可以間接反映植物受損害的程度以及植物抗逆性的強(qiáng)弱。

由圖5可知，噴施草甘膦后，晉大73葉片中脯氨酸的含量一直持續(xù)增加，第5天積累到最大值（283.012 6 μg/g）。而晉大73對(duì)照組葉片中脯氨酸的含量則基本沒有變化。RR1在噴施草甘膦后，其葉片中脯氨酸的含量出現(xiàn)略微的增加，第6天開始減少，第7天恢復(fù)到與RR1對(duì)照組接近的水平。

3 討論

3.1 草甘膦對(duì)大豆葉綠素含量的影響

葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，葉綠素含量的變化直接影響植物的光合作用。在噴施草甘膦后，晉大73葉片中葉綠素含量相比于對(duì)照組急劇下降，原因可能是由于草甘膦抑制了芳香氨基酸的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致與葉綠素合成相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)等原料供應(yīng)不足，在原有葉綠素被破壞的情況下，新的葉綠素不能夠合成和及時(shí)補(bǔ)充，最終使得葉片中總的葉綠素含量持續(xù)下降，使得光合作用效率下降，整個(gè)代謝不能夠正常進(jìn)行，最終導(dǎo)致植株死亡。而抗草甘膦大豆RR1葉綠素含量則表現(xiàn)為先下降后上升，最終恢復(fù)到對(duì)照組的正常水平。說明抗草甘膦大豆在噴施草甘膦的初期也是敏感的，但它對(duì)于草甘膦對(duì)葉綠素的破壞作用具有自我修復(fù)的機(jī)制。有研究認(rèn)為，抗草甘膦大豆葉片中葉綠素含量的下降可能是由于草甘膦抑制了葉綠素的形成，之后由于草甘膦被降解或者被轉(zhuǎn)移，從而葉綠素可以繼續(xù)合成，最終葉綠素的含量恢復(fù)到正常水平[21]。

3.2 草甘膦對(duì)大豆生理指標(biāo)的影響

植物在逆境條件下，可溶性糖、丙二醛、脯氨酸等會(huì)大量積累，從而增強(qiáng)了植物抵抗逆境的能力。這些生理指標(biāo)的變化可以在一定程度上反映植物受傷害的嚴(yán)重程度以及抵抗逆境的強(qiáng)弱。噴施草甘膦后，晉大73中可溶性糖含量、丙二醛含量、脯氨酸含量顯著增加，電導(dǎo)率增大，說明草甘膦可以引起膜脂的過氧化，使得丙二醛含量升高。由于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到了破壞，引起電解質(zhì)外流，使得相對(duì)電導(dǎo)率增大。植株受到草甘膦的破壞后，本身會(huì)產(chǎn)生更多的可溶性糖和脯氨酸來(lái)抵抗這種傷害，最終導(dǎo)致可溶性糖和脯氨酸的積累量增多。

而抗草甘膦大豆RR1中，這些指標(biāo)會(huì)在噴施草甘膦的初期出現(xiàn)一些波動(dòng)，并且幅度都很小，基本會(huì)在7 d內(nèi)恢復(fù)到正常水平。說明在噴施草甘膦的初期，抗草甘膦大豆也會(huì)受到一些影響，但這種影響不大，且在短時(shí)間內(nèi)會(huì)得到恢復(fù)。只有丙二醛含量相比于對(duì)照有微量的增加，說明膜脂發(fā)生了一定程度的過氧化作用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，草甘膦對(duì)于晉大73的破壞作用是極大且是致死的，可以在7 d內(nèi)使植株葉片遭受毀滅性的傷害，并且這種傷害是不可逆的。而抗草甘膦大豆RR1對(duì)草甘膦的破壞作用在短時(shí)間內(nèi)能夠自我修復(fù)，說明對(duì)草甘膦具有明顯的抗性。

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Effect of Glyphosate on Physiological Indexes of Soybean Leaves in Seedling Stage

WANGPeng，GUOWei，MAYanyun，LI Guiquan
（College ofAgronomy，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The experiment was conducted to study the variation of physiological index of conventional and transgenic soybean after spraying 41%glyphosate-isopropylammonium AS in seedling stage，and clarify the physiological and chemical differences of glyphosate-resistant soybean cultivars and conventional soybean cultivars on glyphosate.The results indicated that the chlorophyll content of Jinda 73 decreased rapidly after spraying glyphosate in seedling stage,and the content of soluble sugar,malondialdehyde, proline and the conductivity increased remarkable,the leaves of Jinda 73 were destroyed in 7 d.While the physiological index of RR1 varied in a narrowrange at the initial stage of spraying glyphosate,but recovered usual level in a short time,which demonstrated that the RR1 had strong resistance to glyphosate.It has an important significance for study the change rule of physiological index after spraying glyphosate ofconventional soybean and glyphosate-esistant soybean.

seedlingstage;glyphosate;soybean；physiological index

S565.1

A

1002-2481（2016）08-1177-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.30

2016-05-25

國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)存量資金土地治理項(xiàng)目；山西省財(cái)政支持農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)青年創(chuàng)新項(xiàng)目（20142-03）

王 鵬（1983-），男，山西陽(yáng)泉人，在讀博士，研究方向：大豆新品種選育。李貴全為通信作者。