不同种类除草剂对燕麦幼苗生理生化指标的影响

宋旭东，赵桂琴

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

不同种类除草剂对燕麦幼苗生理生化指标的影响

宋旭东，赵桂琴

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

通过盆栽试验测定了2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈、氯氟吡氧乙酸和2甲4氯钠4种除草剂及其不同浓度对白燕2号燕麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的影响。结果表明：除草剂能引起燕麦叶片生理特性的改变，随着药后时间的延长，POD、SOD酶活性呈现先升高后降低的变化趋势；CAT活性变幅较小，呈现先略降低，再升高的变化；MDA和可溶性糖含量逐渐上升且始终高于对照，高浓度氯氟吡氧乙酸(T9)处理在药后30 d达到最高，分别为0.1540 μmol/gFW和0.8277%。高浓度除草剂对燕麦苗期的胁迫作用显著大于低浓度。供试的4种除草剂中，2甲4氯钠对燕麦叶片POD、SOD活性和可溶性糖含量的影响较大，高浓度使它隆对MDA含量有显著影响，高浓度2,4-D丁酯对CAT活性影响较大，低浓度2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈胁迫较小，对燕麦幼苗比较安全。

除草剂；燕麦；抗氧化酶活性

裸燕麦(Avenasativa)是禾本科燕麦属一年生草本植物，具有适应性强、草产量高、营养价值高、适口性好等特点，是西北牧区和半农半牧区一年生人工草地建植的首选草种[1]。另外，由于燕麦含有丰富的脂肪、蛋白质和可溶性膳食纤维，也是人们餐桌上的保健食品。

随着燕麦种植面积的扩大和机械化程度的提高，草害问题逐渐突显，燕麦田杂草过多成为影响燕麦生产的重要因素[2,3]。除草剂的应用在我国发展迅速，新除草剂也在不断开发[4]。生产中由于对除草剂种类的选择或使用技术不当而对作物造成负效应的报道屡见不鲜，对当季或下茬作物产生药害等现象时有发生[5,6]。因为除草剂对作物本身也是一种胁迫因子[7]，这种胁迫在控制杂草危害的同时，也导致作物体内生理生化发生变化，进而影响作物的产量和品质[8-10]。除草剂的负效应已经引起国内外学者的广泛重视，在小麦、水稻、胡麻作物上开展了相关研究[11-13]。王正贵等[14]研究表明，施用苯磺隆、氯氟吡氧乙酸、异丙隆、骠马、绿麦隆后，小麦植株体内SOD、POD、CAT等酶的活性在药后5～15 d升高，其后逐渐恢复至对照水平。吴进才等[15]发现，不同浓度的2,4-D处理水稻幼苗后H2O2活力均上升；王鑫等[16]在胡麻田也发现，除草剂施用后胡麻 SOD活性先增高后降低。

目前，国内有关除草剂对燕麦苗期生理生化影响的报道较少。胡战朝[17]研究表明，施用除草剂仲丁灵、二甲·辛酰溴和苯磺隆可不同程度地增加燕麦保护酶活性。为了研究除草剂对燕麦苗期生理生化的影响及为筛选安全除草剂。试验采用几种麦田常用除草剂，研究其不同浓度对燕麦生理生化的影响，为筛选燕麦田安全高效的除草剂种类及适宜剂量提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试燕麦品种为白燕2号，由甘肃农业大学草业学院提供，供试除草剂共4种(表1)。

表1 供试除草剂及其用量Table1 Herbicides and dosages used in the experiment

1.2 试验设计

4种除草剂各设低、中、高3个浓度梯度，清水为对照，每个处理3次重复，于2013年9月进行盆栽试验。塑料花盆直径20 cm，高15 cm，每盆装土约1.5 kg，浇透水，水渗下后播种，每盆挑选均匀、饱满白燕2号种子20粒均匀播种，播种后覆土2～3 cm,轻微镇压，播种后定期浇水且每盆浇水量一致，出苗后于三叶期至四叶期喷药。喷药采用小喷壶，从同一高度自上而下进行均匀喷施。

1.3 测定内容及方法

分别于施药后10，20和30 d测定相关生理生化指标，用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)的活性；用氮蓝四唑(NBT)法测定超氧化物歧化酶(SOD)的活性，用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)的活性；用过氧化脂质硫代巴比妥酸分光光度法测定丙二醛(MDA)含量，用蒽酮法测定可溶性糖含量。

酶液的提取,先取燕麦叶片0.2 g于预冷的研钵中，加入1 mL预冷的pH7的磷酸缓冲液在冰浴上研磨成浆，加缓冲液使终体积为2 mL，取1.5～2 mL于4 000 r/min离心10 min，上清液即为酶液。

SOD 活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定；POD活性测定采用愈创木酚显色法；CAT活性测定采用紫外吸收法测定；MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法测定；可溶性糖含量的测定先取0.2 g鲜样品加入10 mL蒸馏水，封口沸水浴30 min(2次)，滤纸漏斗过滤入50 mL容量瓶中，冲洗残渣，定容。

1.4 数据分析方法

用Excel软件整理数据，方差分析用SPSS 19.0完成。

2 结果与分析

2.1 除草剂对燕麦POD活性的影响

POD是众多涉及清除活性氧类物质酶中最重要的酶之一，对植物抗氧化具有重要作用。除2甲4氯钠以外，其他3种药剂处理下，POD活性随着时间的推移呈现先下降后上升的“V”形变化趋势。2甲4氯钠处理下POD活性上升，随后逐渐下降。高浓度下的POD活性显著高于中低浓度(表2)。

随着除草剂浓度的增加，燕麦POD活性显著增加。药后10 d，各处理燕麦幼苗POD活性均高于对照。其中750 mL/hm2浓度2,4-D处理下，POD活性最高，为178.45 mmol/(min·g)FW，显著高于其他处理。药后20 d，POD活性除了中、高浓度2甲4氯钠[(90.75和113.33 U/(min·g)FW)]之外均低于对照。药后30 d，各处理的POD活性与对照的差异不显著，表明燕麦已从除草剂胁迫下逐渐恢复。

2.2 除草剂对燕麦SOD活性的影响

SOD能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，从而减轻植物吸收的毒害或胁迫。随着时间的推移，各除草剂处理下燕麦SOD活性呈现先下降后升高的变化趋势，30 d后基本与10 d的活性持平。药后10 d，多数处理与对照相比SOD活性上升，其中T10处理下SOD活性达到最大值，为539.96 U/(min·g) FW，较对照增加26.4%。药后20 d，各处理的SOD活性显著下降，T9处理下的SOD活性最低，为134.65 U/g FW，较对照下降了61.8%。对照的SOD活性随着时间的推移基本保持稳定(表3)。

表2 不同除草剂种类及浓度下燕麦POD活性Table2 Impacts of 4 herbicides on POD activity mmol/(min·g) FW

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；下同

2.3 除草剂对燕麦CAT活性的影响

从表4可以看出，药后10 d，2,4-D丁酯和2甲4氯钠处理下，CAT活性随2种除草剂浓度的升高而升高，二甲·溴苯腈随测定时间的推进，大多数除草剂处理下，燕麦CAT活性表现出先下降后上升的变化趋势。但中、低浓度2,4-D丁酯处理下燕麦CAT活性在药后20 d较之10 d显著增加，随后又逐渐下降。药后10 d，T3处理下CAT活性最高，为581.27 U/(min·g)FW，显著高于其他处理。药后20 d和30 d，所有处理的CAT活性均高于对照。

表3 不同除草剂种类及浓度下燕麦SOD活性Table3 Effects of 4 herbicides on SOD activity U/g

表4 除草剂种类及其浓度下燕麦CAT活性Table4 Effects of 4 herbicides on CAT activity U/(min·g)FW

2.4 除草剂对燕麦MDA含量的影响

4种除草剂处理后，随着除草剂浓度的增加，燕麦叶片中MDA含量呈不断上升的变化趋势，且与对照相比始终有不同程度的升高，说明随着除草剂浓度的增加，除草剂对燕麦叶片产生的胁迫也相应增加。随着测定时期的推移，MDA含量与对照相比表现出显著上升趋势，在30 d达到最大值，其中T9处理下MDA含量最高，达0.154 0 μmol/g,FW，但随着时间的推移上升幅度有所减小。T9处理下，MDA含量在各个测定时期均达到最大值，对燕麦叶片胁迫较大(表5)。低浓度2,4-D丁酯处理下MDA含量较小，对燕麦幼苗比较安全。

表5 4种除草剂下燕麦幼苗MDA含量Table5 Effects of 4 herbicides on MDA content of oat seedling μmol/g,FW

2.5 除草剂对裸燕麦可溶性糖含量的影响

药后10 d，各处理下燕麦可溶性糖含量与对照相比均有不同程度的增加，其中T12处理下可溶性糖含量最高，达0.48%，比对照高50%，T1处理最小，为0.243 6%。药后20 d，除T4外，其他各处理下燕麦叶片可溶性糖含量与对照相比均有不同程度的增加，T9和T12可溶性糖含量达到0.143 1%和0.117 2%，较对照增幅分别为40.8%和40%，T4处理可溶性糖含量最低，为0.4044%。药后30 d，T9处理下，可溶性糖达到最大值，为0.822 7%，较对照增幅达31.7%，T7处理下可溶性糖含量较低，为0.052 5%(表6)。

喷施除草剂后，随着施药浓度的增加和时间的推移，燕麦可溶性糖含量表现增加的趋势，但增幅随时间的推移而减小。

表6 4种除草剂下燕麦幼苗可溶性糖含量Table6 Effects of four herbicide on soluble sugar content of oat seedling %

3 讨论与结论

3.1 不同除草剂对裸燕麦抗氧化特性的影响

POD，SOD和CAT都是植物体内活性氧清除系统的抗氧化酶，作为植物系统防御外界不良环境的保护酶,其酶活性与植物抗逆性呈一定的相关性[18]。这3种酶均能维护植物细胞膜的稳定性及完整性，对细胞膜保护起着重要作用。而当植物处于逆境胁迫时，抗氧化酶的活性受到影响，致使一些活性氧积累，对膜造成伤害[19]；三者之间的协同作用能使植物体内自由基维持相对较低的水平，从而减少其对植物细胞膜的伤害[20]。

除草剂对作物来说是一种胁迫，可对作物生长、生理产生影响[21,22]。有关逆境胁迫和除草剂对植物伤害的研究结果表明，活性氧介导了膜脂的过氧化作用。黄凯丰等[23]试验表明，经2甲4氯钠除草剂处理后，MDA和POD的活性随2甲4氯钠使用浓度的增加而升高；宋喜娥等[24]研究了几种不同茎叶处理除草剂对谷子的安全性，发现3种除草剂处理下对谷子POD活性及可溶性糖抑制率最大均为2甲4氯，对谷子POD活性抑制率居中的为百草敌，最小的为2,4-D丁酯。研究发现，施用除草剂后，燕麦叶片SOD，CAT和POD活性与对照相比，均有不同程度的升高，且经过30 d才能逐渐恢复。原因是除草剂进入燕麦体内激发了活性氧清除系统，诱导POD，SOD和CAT酶活性升高，以保护植物免受除草剂的侵害。试验中POD、SOD酶活性随着燕麦的生长呈现出先升高后降低的变化趋势，说明当燕麦幼苗遭受除草剂这一外界胁迫时，体内H2O2产生增多，首先启动保护机制使POD、SOD 活性升高，以清除体内过多的H2O2，使其免受伤害。而随着燕麦的生长发育及药后时间的延长，除草剂药效逐渐下降，胁迫也就减弱。随着燕麦植株的生长，植物体抗性增强，体内H2O2总量下降，其受害症状呈减轻趋势，最终POD 、SOD活性下降，并有趋于平稳的趋势，表明燕麦逐渐在恢复代谢。

在施药初期中、高浓度处理下燕麦叶片的POD活性较高，而SOD活性较低，说明在这个时期POD起主要作用，SOD的作用相对要小一些，因为当植物体遇到胁迫后保护酶都在相互协调，并保持一个稳定的平衡态来发挥作用[25]。

3.2 不同除草剂对裸燕麦含量的影响

植物在逆境条件下会产生大量的活性氧，活性氧很容易使植物细胞内膜发生过氧化作用或脱脂作用，而MDA则是细胞内膜脂过氧化或脱脂的产物，它会严重地损伤细胞的生物膜，降低膜中不饱和脂肪酸的含量，使膜的流动性降低[26]。MDA 是膜脂过氧化的指示化合物[27]，一般逆境程度越大，膜脂过氧化越严重，MDA 含量就越高。研究中燕麦受到不同浓度除草剂胁迫后，叶片MDA活性始终高于对照，说明应试除草剂对燕麦叶片的膜脂过氧化程度有持续影响。随着时间的推移，MDA含量逐渐上升，表明燕麦的质膜已受到除草剂胁迫的伤害，致使胁迫后期叶片的生理过程仍有明显的改变。可见，在超过除草剂的持效期后，燕麦本身为适应外界环境的改变而做出的抗性应激反应仍可影响其体内抗氧化酶活性发生变化[28]，而且在燕麦不同生长期，各指标的调节协同机制及响应时间与变化程度存在差异。

3.3 不同除草剂对裸燕麦可溶性糖含量的影响

可溶性糖作为光合作用的重要产物之一，可以合成纤维素组成细胞壁、转化并组成其他有机物如核苷酸和核酸等、分解产物是其他许多有机物合成的原料，植物为了适应干旱、低温等逆境条件，也会主动积累一些可溶性糖，降低渗透势和冰点，以适应外界环境条件的变化。 一般情况下植物在遭受逆境胁迫时，叶片细胞内的可溶性糖含量会呈上升趋势[28,29]。试验结果表明，喷施除草剂后，随着施药浓度的增加和时间的推移，燕麦可溶性糖含量表现出上升的趋势。高浓度2甲4氯钠对燕麦叶片可溶性糖含量有较高的增幅，进一步证明了对燕麦有较强的胁迫作用。

随着药后时间的延长，POD、SOD酶活性呈现出先升高后降低的变化趋势；CAT活性变幅较小，呈现先略降低，再升高的变化；MDA和可溶性糖含量逐渐上升，药后30 d达到最高。供试的4种除草剂，2甲4氯钠对燕麦叶片胁迫较大，不宜在燕麦田施用；低浓度2,4-D丁酯、2甲·溴苯腈对燕麦苗期比较安全。

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Effect of different herbicides on physiological and biochemical indexes of oat in seedling stage

SONG Xu-dong,ZHAO Gui-qin

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,Chinaa)

The effect of 4 different kinds of herbicides on physiological and biochemical indexes of oat at seeding stage were studied through pot experiment by measuring the activity of SOD,POD,CAT,MDA and soluble sugar content.The result indicated that the herbicides could lead to variation of leaf physiological and biochemical indexes.With the increasing days after treatments,POD,SOD activity increased firstly,and then reduced.CAT activity showed a slight decline before increase.MDA and the dissoluble sugar content rose up,and reached 0.1540 μmol/g,FW and 0.827 7% after treatment for 30 days with higher dosage of fluroxypyr.Higher dosage herbicides had severer stress on oat than lower ones.Among 4 herbicides,MCPA-Na had stronger impact on POD,SOD activity and dissoluble sugar content in leaf.Fluroxypyr had appreciable impact on MDA content,Higher dosage 2,4-D Butylate ester had stronger impactt on CAT activity.Lower dosage of 2,4-D butylate ester and bromoxynil octanoate plus MCPA-sodium were safe for oat seedlings.

herbicides;oat;antioxidant enzyme activity

2014-11-07；

2015-04-16

现代农业产业技术体系(CARS-8-C1)和农业部牧草种质资源保护项目(2013014)资助

宋旭东(1990-)，男，甘肃秦安人，在读硕士。 E-mail：1052118992@qq.com 赵桂琴为通讯作者。

S 451.2；S 543

A

1009-5500(2015)04-0054-07