1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)的影響分析

宋煥鴿 曹小勇 夏冬輝

摘 要 采用Hogland營(yíng)養(yǎng)液水培法，研究了不同濃度1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（HM）對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)和部分生理生化指標(biāo)的影響。隨著HM濃度的增大，油菜幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)均呈現(xiàn)出“低促高抑”的現(xiàn)象;根部SOD活性受到抑制而持續(xù)下降，根部CAT、POD活性和葉片的SOD、CAT和POD活性先上升后下降，根部、葉片中丙二醛含量持續(xù)增加。結(jié)果表明，低濃度下HM對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，而高濃度下HM通過(guò)氧化脅迫對(duì)油菜幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生毒害作用。

關(guān)鍵詞 離子液體;油菜;幼苗生長(zhǎng);氧化脅迫

中圖分類號(hào)：TQ645 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.069

離子液體是由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的低熔點(diǎn)鹽，在室溫時(shí)呈液態(tài)具有蒸汽壓低、不易燃、導(dǎo)電性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的綠色溶劑[1]。但近年來(lái)生態(tài)毒性試驗(yàn)研究表明，離子液體對(duì)藻類、微生物、動(dòng)物、高等植物的生長(zhǎng)發(fā)育有不同程度的毒性[2-4]。本實(shí)驗(yàn)選用油菜為試驗(yàn)材料，采用Hogland營(yíng)養(yǎng)液水培法，研究1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（[HMIM][BF4]，HM）在不同濃度下對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)、抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響，以期為離子液體對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

油菜品種為甘藍(lán)型油菜秦優(yōu)10號(hào)，購(gòu)自陜西榮華雜交油菜種子有限公司。1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽購(gòu)自上海成捷化學(xué)有限公司，以Hogland培養(yǎng)液為溶劑，配制成一系列不同HM濃度的處理液備用。

1.2 幼苗培養(yǎng)

選取籽粒飽滿、大小均一的油菜種子，用5%的NaC1O溶液表面消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈后用濕潤(rùn)的脫脂紗布包裹好置于玻璃培養(yǎng)皿中，25 ℃下暗處催芽48 h。各取露白一致的油菜種子50顆，均勻鋪于裹有一層脫脂紗布的不銹鋼細(xì)網(wǎng)上，并懸掛于盛有250 mL不同HM濃度[0 mmol·L-1（CK）、0.1 mmol·L-1、0.2 mmol·L-1、0.4 mmol·L-1、0.8 mmol·L-1、1.6 mmol·L-1]處理液的500 mL燒杯中，使種子剛好浸入處理液，置于恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d，每天光照16 h，光照/黑暗溫度為25 ℃/20 ℃，光強(qiáng)為4 500 lx。每個(gè)濃度重復(fù)3次。

1.3 指標(biāo)測(cè)試

取不同HM濃度處理液培養(yǎng)5 d的油菜幼苗各20株，用直尺分別測(cè)量幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)。參照Xue等[5]的方法測(cè)定油菜幼苗根、葉中的超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛含量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差形式表示，并用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 HM對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)形態(tài)的影響

從圖1可以看出，經(jīng)過(guò)5 d培養(yǎng)，不同濃度HM處理的油菜幼苗生長(zhǎng)形態(tài)存在一定的差異，且呈現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象。與對(duì)照相比，在0.1 mmol·L-1HM處理下，幼苗根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)分別增長(zhǎng)了1.34倍和1.02倍;而隨HM濃度的增加，油菜幼苗根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)均逐漸下降，最高處理濃度下根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)抑制率分別為78.6%和61.9%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與離子液體對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響[6]相一致，低濃度HM與植物激素在植物體內(nèi)的作用機(jī)制相類似[7]。

2.2 HM對(duì)油菜幼苗生理生化的影響

不同濃度HM對(duì)油菜幼苗根部、葉片中SOD、CAT和POD活性影響如圖2（A、B、C）所示。經(jīng)過(guò)不同濃度HM處理后，油菜幼苗根部SOD活性隨HM濃度的升高逐漸下降，而根部CAT和POD活性在低濃度下有小幅度的上升，之后隨HM濃度的增加而下降。油菜幼苗葉片中的3種抗氧化酶活性均呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)。不同濃度HM對(duì)油菜幼苗根、葉丙二醛含量的影響如圖2（D）所示。經(jīng)不同濃度HM處理后，油菜幼苗根、葉中的丙二醛含量均隨HM濃度的增加而持續(xù)顯著上升。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)HM處理后，油菜幼苗產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，HM處理濃度越大，油菜幼苗受傷害程度越大。在HM脅迫下，油菜幼苗根部組織細(xì)胞應(yīng)激響應(yīng)脅迫，產(chǎn)生大量的O2-.，破壞了根部細(xì)胞，導(dǎo)致SOD活性降低;而O2-.在SOD的作用下一部分轉(zhuǎn)化為H2O2，導(dǎo)致根部細(xì)胞中的CAT和POD活性響應(yīng)激活;當(dāng)產(chǎn)生的H2O2總量超過(guò)根部細(xì)胞調(diào)節(jié)范圍之后，導(dǎo)致CAT和POD活性降低。而低濃度HM處理組中運(yùn)送到葉片的HM較少，因此葉片中產(chǎn)生的O2-.相對(duì)較少，導(dǎo)致葉片中SOD活性增加將O2-.轉(zhuǎn)化為H2O2，以抵抗HM的脅迫，而葉片中H2O2將隨之大幅增加，導(dǎo)致CAT和POD活性被激活。隨著HM濃度的增加，葉片中SOD逐漸消耗，最后導(dǎo)致清除活性氧自由基（ROS）的速度低于產(chǎn)生的速度，導(dǎo)致酶活性降低，而H2O2在葉片中大量積累，導(dǎo)致CAT和POD活性降低。而在HM的脅迫下，油菜幼苗抗氧化酶活性調(diào)節(jié)能力有限，導(dǎo)致幼苗體內(nèi)積累了過(guò)剩的氧自由基，引起膜脂過(guò)氧化，從而產(chǎn)生大量丙二醛，導(dǎo)致幼苗根部和葉片中丙二醛含量均上升。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)不同濃度HM處理后，油菜幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)呈現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象;油菜幼苗對(duì)HM產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，根部SOD活性受到抑制而持續(xù)下降，而根部CAT和POD活性和葉片的SOD、CAT和POD活性先上升后下降，從而降低了抗氧化酶對(duì)ROS的清除能力，增加了細(xì)胞受傷害的程度，導(dǎo)致幼苗根、葉中的MDA含量持續(xù)增高。結(jié)果表明，低濃度下HM對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，而高濃度下HM通過(guò)氧化脅迫對(duì)油菜幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生毒害作用。

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