外源蕓苔素內(nèi)酯對(duì)栝樓幼苗受草銨膦危害的緩解效果

吳 燕，喬曉燕，牟雪姣，高青海

( 1. 安徽科技學(xué)院建筑學(xué)院，安徽蚌埠 233000; 2. 安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽鳳陽 233100)

0 引言

隨著土地規(guī)?；N植趨勢的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)用工成本的增加，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中雜草防治多以除草劑防治為主.作為重要的除草劑之一，草銨膦(Glufosinate ) 為非傳導(dǎo)性滅生有機(jī)磷類化合物，主要通過抑制植物氮代謝關(guān)鍵酶谷氨酰胺合成酶的活性，使植物體內(nèi)氨含量增加，造成氨毒害，導(dǎo)致植物衰老死亡[1-2].由于草銨膦具有廣譜性、低毒和環(huán)境相容性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于果園和菜園的除草.如果使用不當(dāng)，則會(huì)對(duì)作物造成危害.研究發(fā)現(xiàn)，草銨膦危害主要表現(xiàn)在作物葉片失綠、光合速率下降、新根生長受到抑制等癥狀[3-4].

蕓苔素內(nèi)酯(Brassinolide, BR)是一種高效環(huán)保型植物激素，研究表明BR不僅可以促進(jìn)植物種子萌發(fā)、調(diào)節(jié)營養(yǎng)生長和生殖發(fā)育[5]，同時(shí)還可以提高作物的抗低溫、高溫、鹽脅迫與重金屬脅迫等生理效應(yīng)[6-7].前人研究發(fā)現(xiàn)BR還可以通過提高植物幼苗光合速率和抗氧化酶活性緩解農(nóng)藥毒害[8].栝樓(TrichosantheskirilowiiMaxim)為重要的中藥材，在栝樓生產(chǎn)中經(jīng)常使用草銨膦防治雜草，草銨膦在防治雜草中漂移到栝樓植株上，會(huì)對(duì)栝樓生長造成一定的危害，蕓苔素內(nèi)酯是否能夠緩解其危害，目前鮮見報(bào)道.為此本研究以栝樓為材料，研究草銨膦危害下外源蕓苔素內(nèi)酯對(duì)其緩解作用，旨在為栝樓優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供技術(shù)保障.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

栝樓品種為“皖蔞9號(hào)”，種子由安徽科技學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)室提供.除草劑為20%草銨膦水劑，由浙江永農(nóng)生物科技有限公司生產(chǎn)；0.003%蕓苔素內(nèi)酯由中農(nóng)立化農(nóng)用化學(xué)品有限公司生產(chǎn).

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2020年3月-8月在安徽科技學(xué)院種植園日光溫室內(nèi)進(jìn)行.精選栝樓種子在溫水中浸泡48 h，中間換水8次，然后放在28～30℃條件下催芽5 d，然后播種在32孔的穴盤中.待種子發(fā)芽后，加強(qiáng)溫度和水分管理.待幼苗長至4～5片葉時(shí)，選擇大小一致的栝樓幼苗移栽至Ф15 cm×15 cm塑料盆中，栽培基質(zhì)為復(fù)合基質(zhì)(草炭∶蛭石=1∶1).緩苗后，加強(qiáng)水分管理，待栝樓幼苗長至6～7片葉時(shí)開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理.試驗(yàn)共分為3個(gè)處理，分別為①對(duì)照組(CK)：噴施清水；②草銨膦處理(T1)：基質(zhì)表面噴施200倍20%草銨膦；③草銨膦+蕓苔素內(nèi)酯處理(T2)：基質(zhì)表面噴施200倍20%草銨膦，0.05 mg·L-1蕓苔素內(nèi)酯葉面噴施和灌根處理.

試驗(yàn)處理在2020年5月6日開始進(jìn)行，20%草銨膦處理時(shí)仿照常規(guī)除草劑的使用方法，在當(dāng)天下午4點(diǎn)后均勻噴在栝樓幼苗周邊基質(zhì)表面，離幼苗20 cm以上；外源蕓苔素內(nèi)酯處理在草銨膦處理前一天下午噴施栝樓幼苗葉片和灌根一次.處理后栝樓幼苗管理統(tǒng)一按照常規(guī)進(jìn)行管理.栝樓幼苗每個(gè)處理50棵，重復(fù)3次.

在試驗(yàn)處理第12天和第24天時(shí)，分別測定記錄各處理栝樓幼苗生長的株高、莖粗、鮮重、根系活力、葉綠素含量、凈光合速率、相對(duì)電導(dǎo)率、葉片過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的數(shù)據(jù).各數(shù)據(jù)測定均重復(fù)5次.

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生物量指標(biāo)的測定 對(duì)栝樓幼苗進(jìn)行清水和草銨膦處理后的12d和24d，隨機(jī)取每組6株，進(jìn)行洗凈、用吸水紙吸干植株表面水分，用精度為mm的米尺測定其株高，用游標(biāo)卡尺測定其莖粗，用電子天平測定其鮮重，記錄每組每株的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算其平均值.

1.3.2 葉綠素含量的測定 葉綠素含量測定利用85%丙酮提取法，具體測定方法參考高俊鳳的植物生理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[9]，測定時(shí)選取根部上數(shù)第4片葉.

1.3.3 凈光合速率的測定 選擇晴朗無風(fēng)的天氣，于9∶00-11∶00用Li-6400便攜式光合儀(USA)測定葉片的凈光合速率(Pn).測定時(shí)使用紅藍(lán)光源，光強(qiáng)為800 μmol·m-2·s-1，溫度為(28±3) ℃，空氣CO2濃度為(380±10) μmol·mol-1.測定時(shí)選取根部上數(shù)第3片功能葉，每片葉測定5個(gè)點(diǎn)，取平均值.

1.3.4 根系活力的測定 根系活力使用TTC染色法進(jìn)行測定，每組選取5株栝樓幼苗，取其平均值[10].

1.3.5 栝樓相對(duì)電導(dǎo)率的測定 取栝樓幼苗的鮮樣、沖洗、擦干、打取圓孔、抽氣、沸水處理和測電導(dǎo)率[11].

1.3.6 栝樓葉片生化指標(biāo)的測定 SOD、POD、MDA指標(biāo)的測定，取上數(shù)第4片葉，在磷酸緩沖液提取上清液，然后反應(yīng)、比色測定OD值，具體測定方法參考高俊鳳的植物生理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[11].

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2017和DPS6.55軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓株高和莖粗的影響

圖1 中可以看出，草銨膦處理顯著抑制栝樓幼苗的生長，在處理第24天時(shí)草銨膦處理的栝樓株高僅為15.3 cm，僅為對(duì)照處理的51.7%；外源BR處理后可以顯著緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗株高的影響，草銨膦+BR處理的栝樓幼苗株高為對(duì)照處理的79.0%.圖2顯示，草銨膦處理也抑制了栝樓幼苗的莖粗生長，在處理第24天時(shí)草銨膦處理的莖粗為0.12 cm，而對(duì)照的栝樓幼苗莖粗為0.18 cm.由此說明，草銨膦處理不僅影響栝樓幼苗伸長生長，同時(shí)影響其加粗生長，外源BR可以有效緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗生長的影響，隨著處理時(shí)間延長，緩解效果更加明顯.

圖1 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓株高的影響Fig.1 Effect of exogenous BR on plant height of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress圖2 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓植株莖粗的影響Fig.2 Effect of exogenous BR on stem diameter of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress

2.2 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓幼苗鮮重和根系活力的影響

從圖3 中可以看出草銨膦處理顯著抑制栝樓幼苗生物量，在處理第24天時(shí)，除草劑處理的栝樓幼苗植株鮮重為1.54 g，而對(duì)照處理的植株鮮重為7.45 g，外源BR處理的也達(dá)到3.56 g.隨著處理時(shí)間延長，外源BR處理緩解效果越明顯.圖4 顯示，草銨膦處理對(duì)根系活力的影響也較為顯著，顯著降低栝樓幼苗根系活力，在處理第24天時(shí)，除草劑處理的栝樓幼苗根系活力僅為25.2 μg·g-1h-1FW，僅為對(duì)照的45.2%，外源BR處理根系活力達(dá)到對(duì)照的72.2%.由此說明，草銨膦抑制了栝樓幼苗根系活力，降低了栝樓幼苗的生物量，外源BR可有效緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗的影響.

圖3 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓鮮重的影響Fig.3 Effect of exogenous BR on fresh weight of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress圖4 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓根系活力的影響Fig.4 Effect of exogenous BR on root activity of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress

2.3 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片葉綠素含量和光合速率的影響

草銨膦處理對(duì)栝樓幼苗葉片葉綠素含量影響較大，顯著降低葉綠素含量，外源BR可以顯著緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗葉綠素含量的影響(圖5 顯示).在處理第24天時(shí)，草銨膦處理的栝樓幼苗葉綠素含量為0.61 mg·g-1FW，為對(duì)照處理的45.6%；而外源BR處理的栝樓幼苗葉片葉綠素含量達(dá)到對(duì)照處理的70.1%.由圖6可以看出，草銨膦對(duì)栝樓幼苗凈光合速率的影響與葉綠素含量相似，外源BR可以有效緩解凈光合速率的降低.在處理第24天時(shí)，外源BR處理的栝樓幼苗凈光合速率達(dá)到草銨膦處理的211.4%.由此說明，草銨膦抑制了栝樓幼苗葉綠素合成并降低光合速率，外源BR可以有效緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗葉綠素和光合速率的影響.

圖5 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉綠素含量的影響Fig.5 Effect of exogenous BR on chlorophyll content of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress圖6 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片凈光合速率的影響Fig.6 Effect of exogenous BR on net photosynthetic rate of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

2.4 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片SOD和POD酶活性的影響

由圖7圖8可以看出，與對(duì)照處理相比，草銨膦脅迫下栝樓幼苗葉片抗氧化酶活性降低，且隨著處理時(shí)間的延長，抗氧化酶SOD和POD活性降低明顯，如在處理第24天時(shí)，栝樓SOD和POD酶活性為34.6、10.9 U·mg-1protein，分別為對(duì)照處理的49.1%和43.1%.外源BR處理可以顯著提高抗氧化酶活性，在處理第24天時(shí)SOD和POD酶活性分別達(dá)到對(duì)照處理的68.8%和72.3%.由此說明，草銨膦處理顯著降低了栝樓幼苗葉片抗氧化酶活性，外源BR處理可以有效緩解抗氧化酶活性的降低.

圖7 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片SOD酶活性的影響Fig.7 Effect of exogenous BR on SOD activity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress圖8 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片POD酶活性的影響Fig.8 Effect of exogenous BR on POD activity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

2.5 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的影響

逆境脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛(MDA)含量可以反映出植物細(xì)胞膜脂過氧化程度，數(shù)值越大或含量越多，說明其細(xì)胞膜受傷害越嚴(yán)重[12].從圖9圖10 中可以看出，與對(duì)照相比，草銨膦處理栝樓幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著增，外源BR處理可以顯著降低葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量.如在處理第24天時(shí)，草銨膦處理的栝樓幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA分別為60.2%和3.6 nmol·g-1FW，外源BR處理栝樓葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA分別降低了21.3%和1.1 nmol·g-1FW.由此說明，草銨膦處理的栝樓幼苗葉片細(xì)胞受到危害，葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著升高，外源BR可以緩解細(xì)胞損害，維持細(xì)胞的完整性.

圖9 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.9 Effect of exogenous BR on relative conductivity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress圖10 草銨膦脅迫下外源BR對(duì)栝樓葉片MDA含量的影響Fig.10 Effect of exogenous BR on MDA content of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

3 討論與結(jié)論

草銨膦作為一種廣譜、低毒、高效除草劑，在世界上廣泛應(yīng)用.研究表明，草銨膦噴施到油菜上，會(huì)對(duì)油菜幼苗株高、鮮重、光合速率和葉綠素含量等造成一定影響，高濃度的草銨膦處理抑制油菜生長[13].前人研究表明，作物在營養(yǎng)生長期使用除草劑，會(huì)導(dǎo)致作物葉片葉綠素分解加快、光合速率降低、干物質(zhì)積累減少，葉片黃化，生長受到抑制[14].本研究結(jié)果表明，除草劑草銨膦處理的栝樓幼苗生長顯著受到抑制，株高和莖粗、植株鮮重、根系活力、葉綠素含量和光合速率等指標(biāo)顯著降低，使用外源BR對(duì)草銨膦脅迫下的栝樓幼苗生長有顯著的緩解效果.這與前人的研究結(jié)果相似[15].

除草劑處理對(duì)植物生長是一種逆境脅迫，逆境脅迫下植物葉片會(huì)積累大量活性氧，受到活性氧的影響，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，表現(xiàn)在相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著增加[16].本研究結(jié)果顯示，草銨膦處理栝樓幼苗葉片抗氧化酶SOD和POD活性顯著降低，導(dǎo)致細(xì)胞活性氧大量積累，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著升高，表明細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞.BR是一種新型植物激素，對(duì)逆境脅迫具有較好的緩解效果.本研究表明，外源BR對(duì)草銨膦逆境脅迫下栝樓幼苗具有較好的緩解作用，與草銨膦處理相比，BR處理的栝樓幼苗葉片抗氧化酶SOD和POD顯著提高，降低了葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量，進(jìn)而有效緩解草銨膦危害.殷燕玲等人也有類似的研究結(jié)果[17].

總之，草銨膦對(duì)栝樓幼苗具有一定的危害作用，降低了抗氧化酶活性，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，降低了葉綠素含量和光合速率，抑制栝樓幼苗的生長.外源BR處理可以顯著提高栝樓幼苗葉片抗氧化酶活性，減少了活性氧的積累，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，緩解草銨膦對(duì)栝樓幼苗葉片葉綠素含量和光合速率的影響，進(jìn)而促進(jìn)草銨膦脅迫下栝樓幼苗的生長.