防腐剂胁迫下外源芸苔素内酯对玉米幼苗生长及抗性的影响

胡春红，郭婕，陈龙，李季平，乔琳，何乐

（周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口 466001）

防腐剂的过量摄入对动物有害[1]，对植物的生长发育也表现出显著的抑制作用和遗传毒性，特别是复合防腐剂（苯甲酸钠和山梨酸钾）的毒害更大，高浓度下可完全抑制幼苗生长和叶片发育[2–4]。目前虽尚未见有关防腐剂对农业生产造成严重影响的报道，但随着工业的发展，防腐剂使用量逐年增加，大量的防腐剂势必直接或间接进入土壤和水源，影响农作物的生长。芸苔素内酯（brassinolide, BR）是一种新型的植物生长调节剂。较低浓度的芸苔素内酯能促进植物生长，增强植物抗性[5–8]。人们已对芸苔素内酯作用下植物的多种抗胁迫机制[9–11]及其生理生化特性[12–13]进行了深入研究，但芸苔素内酯是否能缓解防腐剂对农作物的胁迫尚未见报道。笔者结合前期研究结果[2,4]，研究玉米幼苗在10.0 g/L复合防腐剂（苯甲酸钠和山梨酸钾的质量比为2∶3）胁迫下对不同浓度芸苔素内酯的响应，旨在探索缓解防腐剂对农作物胁迫的措施。

1 材料与方法

1.1 材 料

玉米种子“吉祥1号”购于周口市农业科学院；苯甲酸钠、山梨酸钾和芸苔素内酯均为分析纯，购于市场。

1.2 培养土改良

为防止取样时伤及幼苗根部，按质量比 1∶2取大田细土和粗砂，充分混匀后于室内自然风干至含水量8.5%，作为培养土。

1.3 材料培养与处理

挑选优质、籽粒饱满的玉米种子1 200粒，置于清水中催芽6 h，然后均匀播种在24个均装有2.5 kg上述改良土的托盘（500 mm×700 mm×60 mm）中，即每托盘播种50粒种子，共设8个处理（表1），每处理3个重复。各处理的具体操作方法：第1天，处理1托盘中均匀喷洒70 mL清水，其余处理托盘中分别均匀喷洒70 mL质量浓度为10.0 g/L的复合防腐剂；从第2 天开始，连续9 d，处理3～8托盘中分别喷洒0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16 mg/L的芸苔素内酯60 mL，处理1和处理2托盘中均喷洒等量清水。整个试验过程中均将样品置于室温下培养，保持土壤湿润，并作好观察记录。

1.4 测定指标与方法

参照文献[14]，培养后第3 天和第7 天分别统计幼苗的出苗情况，并计算出苗势和出苗率。培养后第10 天，测定幼苗的根长、根粗、根鲜重、茎高、茎粗等形态学指标，其中，根长为根基部到根尖生长点之间的长度；茎高为最上根基部到生长点之间的高度；根鲜重指去除根部以上部分的鲜质量。

叶绿素（Chl）含量采用研磨提取法[15]测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法[15]测定；脯氨酸（Pro）含量采用磺基水杨酸浸提法[16]测定；根系活力（RV）采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[15]测定。

1.5 数据分析

运用SPSS 16.0统计软件对出苗势和出苗率进行χ2检验；对形态指标和生理指标采用 One–way ANOVA方法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 玉米出苗情况

由表1可知，与CK1相比，CK2中玉米幼苗的出苗率和出苗势均有所降低，出苗势由 20%降至14%，出苗率由 100%降至 96%，说明防腐剂抑制种子萌发，降低出苗速率，但CK1、CK2出苗率间的差异和出苗势间的差异均无统计学意义。与CK2相比，处理3至处理8玉米的出苗率和出苗势均有一定程度增加，以处理6和处理7的最大，而且各处理的出苗势均大于CK1，表明芸苔素内酯可以缓解甚至解除防腐剂对玉米种子萌发的抑制作用，且以质量浓度0.12～0.14 mg/L的效果较佳。

表1 玉米幼苗的出苗情况Table 1 Emergence of maize seedlings

2.2 玉米幼苗的形态指标

由表2可知，与CK1相比，CK2中玉米幼苗根长、根粗、根鲜重、茎高和茎粗均显著降低；根各指标间的差异均达到极显著水平；茎各指标间的差异均达到显著水平，表明复合防腐剂显著抑制玉米幼苗的生长发育。与 CK2相比，处理3～8玉米幼苗的各形态指标值均不同程度地增加，其中处理6的各形态指标均达到最大值（根粗除外），与 CK2间的差异除茎粗达到显著水平外，其余均达到极显著水平，并且根长、茎高、茎粗均大于CK1，表明芸苔素内酯可以缓解甚至解除防腐剂对幼苗的抑制作用，且以质量浓度0.12 mg/L的效果较佳。

表2 玉米幼苗的形态指标Table 2 Morphological indicators of maize seedlings

2.3 玉米叶片的生理指标

由表3可知，与CK1相比，CK2中玉米幼苗叶片的叶绿素含量和根系活力降低，丙二醛和脯氨酸含量增加，且除脯氨酸含量间无统计学意义外，其余指标间的差异均达到极显著水平，表明复合防腐剂对玉米幼苗造成了严重的胁迫，导致质膜过氧化，细胞质膜透性增加，根系活力降低，吸收功能降低，生物合成代谢减弱，叶绿素含量减少，植株抗性降低。与 CK2相比，处理3～8的上述各生理指标均发生了良性转变，与CK2间的差异除脯氨酸含量外，其余均达到了差异极显著水平，也表明芸苔素内酯能够缓解防腐剂对玉米幼苗的胁迫作用。这种缓解作用从处理3到处理6逐渐增强，但从处理6到处理8逐渐减弱，即处理6的缓解作用最佳，表明这种缓解作用具有显著的浓度依赖性。

表3 玉米幼苗的生理指标Table 3 Physiological indicators of maize seedlings

3 结论与讨论

本试验中，外源芸苔素内酯（BR）明显缓解了防腐剂对玉米的胁迫作用。这可能是因为BR具有调控植物甾醇合成酶基因的表达[17–18]、提高植物抗性、缓解逆境胁迫对植物伤害[19–21]的特性。复合防腐剂的主要有效成分苯甲酸和山梨酸均可能通过干扰细胞膜上植物甾醇的合成而抑制植物的生长，因此，添加外源BR可缓解防腐剂对细胞膜上植物甾醇生物合成的干扰作用，从而降低防腐剂对细胞膜所造成的氧化伤害。另外，BR还可能进入细胞内发挥内源激素的作用，如通过调节植株幼苗根系无氧呼吸同工酶的表达量[22]，或类似NO激活根系细胞内抗氧化酶的活性[23]，提高玉米幼苗的抗性，促进幼苗的生长发育等。但较高质量浓度（＞0.12 mg/L）的BR对防腐剂胁迫的缓解作用减弱，这可能与渗透压及激素自身的生理效应有关。

玉米出苗时受到防腐剂的胁迫作用显著低于玉米幼苗后期生长受到的胁迫作用，这可能是因为，播种前，种子在催芽期间已吸足了水分用于萌发，因此，种子播种到土壤的初期受防腐剂的抑制作用不明显；随着幼苗的生长，幼苗不断从土壤中获取水分和营养物质，大量防腐剂随之进入幼苗细胞，导致防腐剂对幼苗的胁迫作用增强。

综合分析结果表明，10.0 g/L复合防腐剂（苯甲酸钠和山梨酸钾的质量比为2∶3）可通过干扰细胞膜上植物甾醇的生物合成而抑制玉米幼苗的生长发育；外源BR可提高玉米幼苗的抗性，缓解甚至解除复合防腐剂对玉米幼苗的胁迫作用，且以质量浓度0.12 mg/L时的效果较佳。

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英文编辑：王 库