四种农药对番茄叶片抗氧化相关酶活性的影响

于高波，杜康健，李贤，张光辉，赵长江，魏金鹏

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

四种农药对番茄叶片抗氧化相关酶活性的影响

于高波，杜康健，李贤，张光辉，赵长江，魏金鹏

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

为了揭示农药对番茄叶片抗氧化相关酶活性的影响，以番茄为试验材料，利用四种具代表性杀虫剂，毒死蜱、氯虫苯甲酰胺、苏云金杆菌、噻虫嗪分别处理番茄叶片，并测定其APX、PPO、CAT、POD酶活性及相应的蛋白含量。结果表明，农药杀虫剂处理番茄后，番茄叶片蛋白含量受到除苏云金杆菌处理外的其他农药处理的不同程度的影响，番茄叶片的抗氧化系统也发生了明显的变化，抗氧化酶活性呈现出不同程度的提高以响应农药处理，但均随时间的延长而逐渐变小。APX、PPO、CAT酶活性在农药处理后12 h～1 d期间达较高水平，POD酶活性在噻虫嗪、苏云金杆菌、氯虫苯甲酰胺三种农药处理后，均在3 d时达到最高值，7 d左右恢复至对照水平，但这种差异因农药种类的不同存在着一定差异，其中毒死蜱对番茄抗氧化酶活性的影响与其他农药相比有所不同。

番茄；农药；抗氧化酶

随着化学工业的发展，农药在作物病虫害的有效防治及作物高产的保障方面扮演了重要的角色。但农药是把双刃剑，其带来的农药残留问题已逐渐引起了人们的高度重视[1]。已有研究发现在施农药时，仅约1%农药作用于靶标生物，其余主要残留在植物体或留于土壤或水域[2]。目前针对杀虫剂、杀菌剂等农药的已有研究多集中在农药对有害生物的毒杀作用及农药的毒理，而针对其处理后对植物产生影响的研究相对较少。

实验选用生产中常用的四种杀虫剂，分别是毒死蜱、氯虫苯甲酰胺、苏云金杆菌、噻虫嗪。毒死蜱具内渗作用，是一种有机磷杀虫剂，杀虫范围较广，对于蔬菜等作物上的多种咀嚼式和刺吸式口器害虫均有较为显著的防治作用[3]。噻虫嗪是低毒杀虫剂，可有效防治多种害虫，现已被广泛应用，故也为具代表性的杀虫剂[4]。氯虫苯甲酰胺是商品化的新型邻氨基苯甲酞胺类杀虫剂，它主要体现在对于鳞翅目害虫的防治，与现有的杀虫剂没有交互抗性，其优异的防效使其市场前景非常广阔[5]。苏云金杆菌是属于芽孢杆菌，专注于农林害虫的防治，尤其是对鳞翅目幼虫作用专一，有很强的毒杀作用，因而作为生物防治，在农林害虫防治方面有着极其广泛的用途，尤其是对于松毛虫的防治效果极好[6]。

目前关于农药过量、滥用对于生态系统所造成的影响的研究较多，但在一般情况下应用化学农药防治有害生物时常用的是农药登记的推荐剂量，根据农药登记试验有关安全性试验结果，对非农药作用靶标生物和环境没有药害，但其具体的生理生化指标变化目前只有部分相关研究，但多集中于靶标农药除草剂，而对于农药杀虫剂对蔬菜作物的相关研究鲜见报道[7]。因此，实验采用正常的推荐剂量，以番茄为植物试验材料，采用生产实践中常用的喷雾法喷施农药处理，测定四种农药对番茄叶片内与抗氧化相关的酶活性的变化，为明确四种杀虫剂对作物番茄的正常生理生化影响提供试验证据，以其为农药在生产实践中的科学安全使用提供理论依据和实践指导，也可为科学地评价农药的环境生物学行为，拓宽和完善农药的环境知识体系，并为今后制定农药对植物毒性的评价标准提供理论依据[8-11]。对农作物潜在毒害的研究也对预防和减少药害的发生与发展具有重要意义。

1 试验材料与方法

1.1 供试材料

番茄品种：粉番一号（由安徽省合肥市合丰种业有限公司生产）

农药：噻虫嗪：阿克泰，25%阿克泰水分散粒剂（活性成分为噻虫嗪），购自先正达中国投资有限公司；毒死蜱：氯吡硫磷，40.7%毒死蜱乳油，购自山东临沂化联化工有限公司；苏云金杆菌杀虫剂：8 000 IU·mg-1苏云金杆菌悬浮剂，购自湖北农科谷生态科技有限公司；氯虫苯甲酰胺：氯虫苯甲酰胺20%悬浮剂，购自杜邦公司。

1.2 试验设计与取样

试验材料粉番一号番茄于2015年4月中旬育苗，待番茄长至4片真叶，定植于黑龙江八一农垦大学园艺试验基地大棚内，栽培期间常规管理。待2015年7月1日分别进行噻虫嗪、毒死蜱、苏云金杆菌杀虫剂、氯虫苯甲酰胺四种农药处理。试验以清水处理为对照，设置3次重复，采用叶面外源喷施处理方式，处理浓度为农药的各自推荐剂量。噻虫嗪：25%阿克泰水分散粒剂，2 500倍液喷雾（300 g·hm-2，有效成分75 g·hm-2）；毒死蜱：氯吡硫磷，40.7%毒死蜱乳油1 500 mL·hm-2对水喷雾；苏云金杆菌杀虫剂：8 000 IU·mg-1苏云金杆菌悬浮剂800倍液喷雾（15 000 g·hm-2）对水；氯虫苯甲酰胺20%悬浮剂150 mL·hm-2对水喷雾。各处理的取样时间设定分别为农药处理后0、3、6、12 h、1、3、5、7 d 8个时间点。每时间点选取相同长势，相似植株位置的叶片混合取样，-20℃保存，用于植株生理活性指标等的测定。

1.3 试验测定指标及方法

试验通过对各时间点的抗坏血酸过氧化物酶（APX）；多酚氧化酶（PPO）；过氧化氢酶（CAT）；过氧化物酶（POD）；可溶性蛋白质（Pro）的测定分析以监测番茄叶片各生理指标的变化，具体测定方法参考谢飞的试验方法[12]。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2007进行数据处理，利用Origin软件进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 四种农药对番茄抗坏血酸过氧化物酶（APX）的影响

抗坏血酸过氧化物酶APX是植物清除活性氧的重要抗氧化酶之一，也是抗坏血酸代谢的关键酶之一。APX催化还原型抗坏血酸ASA还原H2O2，是植物ASA的主要消耗者。由图1可知，除毒死蜱外的其他三种农药对处理后的番茄体APX活性均呈现出处理后6 h开始明显升高，处理后12 h时达最高值，而后呈降低的趋势，处理3 d后APX酶活性恢复至对照水平，而番茄叶片的APX酶活性也在毒死蜱处理后先上升，但在处理后1 d开始降低。番茄叶片的APX酶活性在苏云金杆菌处理后12 h达最高，明显高于其他处理及对照。

2.2 四种农药对番茄体多酚氧化酶（PPO）的影响

多酚氧化酶PPO是一种含铜氧化酶，主要存在于动植物、微生物和培养细胞中，能使一元酚和二元酚氧化产生醌，从而引起褐化，与果蔬加工、茶叶品质以及组培等密切相关。由图2可知，农药对于番茄体内的多酚氧化酶PPO酶活的影响趋势大致相同，PPO的酶活在0～1 d逐渐增加，1 d时均达到最高值，而1 d后缓慢下降，处理间差异不大，但均高于对照水平。

图1 农药对番茄体内抗坏血酸过氧化物酶APX的影响Fig.1Effect of pesticides on APX activity in tomato

图2 农药对番茄体内多酚氧化酶PPO的影响Fig.2Effect of pesticides on PPO activity in tomato

2.3 四种农药对番茄体内过氧化氢酶（CAT）酶活性的影响

过氧化氢酶CAT广泛存在于动物、植物、微生物和培养细胞中，是最主要的H2O2清除酶，在活性氧清除系统中具有重要作用。如图3所示，CAT酶活性在氯虫苯甲酰胺与噻虫嗪处理6 h后均高于其他两种农药处理及清水对照，并且氯虫苯甲酰胺、噻虫嗪处理后番茄叶片CAT酶活性在6 h达到最大值，而后随着时间的延长而降低，番茄叶片CAT酶活性在噻虫嗪处理后1 d基本恢复到对照水平。而毒死蜱对于CAT酶活性的影响相对较小，仅在处理后1 d明显高于清水对照。番茄叶片CAT酶活性在苏云金杆菌处理后变化较大，先下降在上升，而后恢复至对照水平，其酶活性在处理后12 h最低，处理后3 d最高，7 d恢复至清水对照水平。

图3 农药对番茄体内过氧化氢酶CAT酶活的影响Fig.3Effect of pesticides on CAT activity in tomato

2.4 四种农药对番茄体内过氧化物酶（POD）的影响

过氧化物酶POD广泛存在于动物、植物、微生物和培养细胞中，可催化过氧化氢氧化酚类和胺类化合物，具有消除过氧化氢和酚类、胺类毒性的双重作用。由图4可知噻虫嗪、苏云金杆菌处理后的POD活性值变化趋势类似，均在处理后12 h内呈下降趋势，12 h后POD酶活性升高，至3 d时达到最大值，而后缓慢下降，处理后7 d时仍高于清水对照。而氯虫苯甲酰胺处理后POD酶活性变化相对较小，POD酶活性缓慢升高至处理后3 d，3 d后开始下降，氯虫苯甲酰胺处理后7 d时，番茄叶片的POD酶活性与噻虫嗪、苏云金杆菌处理水平相近。与其他三者不同，番茄POD活性在毒死蜱处理后6～12 h呈最大值，12 h后迅速下降至清水对照水平。

图4 农药对番茄体内过氧化物酶POD的影响Fig.4Effect of pesticides on POD activity in tomato

2.5 四种农药对番茄体内可溶性蛋白质含量（Pro）的影响

植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类，测其含量是了解植物体总代谢的一个重要指标。根据图5可知，番茄叶片蛋白质含量经噻虫嗪和氯虫苯甲酰胺处理后在1 d时达到最大值，而后下降。处理苏云金杆菌后Pro的含量变化最小，仅在处理后6～12 h高于清水对照，其他时期基本处于对照水平。而毒死蜱处理1 d后，可溶性蛋白质含量在6 h、3 d时相对较高，处理后12 h时可溶性蛋白质相对较低。

图5 农药对番茄体内蛋白质PRO含量的影响Fig.5Effect of pesticides on protein content in tomato

3 讨论

试验研究结果表明不同的四种农药杀虫剂处理番茄对植物的抗氧化系统均有明显的影响。植物体内的保护酶体系（活性氧清除系统）中的CAT、POD的酶活性在农药处理后均有明显的波动，这与李小侠等关于农药胁迫对棉花生理生化的影响的研究结果相类似[13]，CAT酶活经农药处理后在6 h、3 d时酶活较其他时间点高，其中以氯虫苯甲酰胺在6 h时的CAT酶活最高，苏云金杆菌作用后CAT酶活在3 d达到最大值，而毒死蜱同对照变化趋势相类似。POD酶活性在噻虫嗪、苏云金、氯虫苯甲酰胺三种农药处理后，均在3 d时达到最高值，而后呈下降趋势，但经毒死蜱处理后番茄POD酶活呈上升趋势，并在12 h时达到最大值，而后下降并恢复到对照水平，毒死蜱处理后可能对于POD酶活影响不大，植物体可以通过自身调节作用迅速恢复到对照水平，这同谢志南等关于毒死蜱对番木瓜生理生化及植株生长的影响研究结果相一致[14]。APX酶活经苏云金杆菌、氯虫苯甲酰胺、噻虫嗪处理后均在12 h达到了最大值，毒死蜱处理后的APX酶活在1 d时达到了最大值，而后均呈下降趋势。这四种农药对植物的影响中发现毒死蜱与其他三种处理存在一定的差距，这可能由于毒死蜱是非内吸式的农药，而其他三种农药皆为内吸式的农药，不同种类的农药处理后，植物体对其反应有所区别。四种农药对于植物体内的多酚氧化酶PPO酶活的影响趋势大致相同，从而可得知农药处理后使植物体中的PPO酶活持续升高，表明农药处理使番茄体内的多酚氧化酶有所反应，这同汤方等的研究相一致[15]。但之后由于植物自身的调节功能，故而1 d后缓慢下降至对照水平。因此，实验结果总体上反映出农药施于植物体上会对植物体造成生理生化上的影响，可能破环了植物的正常生理代谢，在一定的程度上对于番茄可能作为一种胁迫因子，张志清的相关研究也有类似的推论[1]。但是由于选用的农药种类不同，剂型不同，作用机理不同，对植物影响的程度也各不相同，而引起植物对其做出相对应反应的具体作用机理与变化原因尚需进一步的研究。

4 结论

（1）噻虫嗪、苏云金杆菌、氯虫苯甲酰胺三种农药处理后植物体APX酶活均持续升高，而12 h后缓慢下降至对照水平，番茄APX酶活性在苏云金杆菌处理后12 h高于其他处理及对照，而毒死蜱处理1 d后，番茄APX酶活性开始降低。四种农药处理后番茄PPO酶活均持续升高，而1 d后缓慢下降至对照水平。

（2）番茄CAT酶活性在噻虫嗪、氯虫苯甲酰胺农药处理后6 h、1 d时酶活较其他时间点高，番茄叶片CAT酶活性在苏云金杆菌处理后变化较大。POD酶活性在噻虫嗪、苏云金杆菌、氯虫苯甲酰胺三种农药处理后，均在3 d时达到最高值；而毒死蜱处理对番茄CAT酶活性、POD酶活性影响不大。

（3）番茄叶片蛋白质含量经噻虫嗪和氯虫苯甲酰胺处理后有所上升，但在处理1 d后开始下降。苏云金杆菌处理对番茄叶片蛋白含量影响较小。而毒死蜱处理1d后，可溶性蛋白质含量在6 h、3 d时相对较高。

（4）总之，农药杀虫剂处理番茄后，番茄叶片的抗氧化系统发生了明显的变化，抗氧化酶活性不同程度的提高以响应农药处理，但这种差异因农药种类的不同存在着一定差异，但均随时间的延长而逐渐变小。

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Effects of Four Pesticides on Activities of Antioxidant Enzymes in Tomato Leaves

Yu Gaobo，Du Kangjian，Li Xian，Zhang Guanghui，Zhao Changjiang，Wei Jinpeng
（College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

In order to reveal the effect of pesticides on the antioxidant enzymes activities in tomato leaves，tomato was used as experimental material，and the activity of APX，PPO，CAT，POD and the protein content of tomato treated with four pesticides（chlorpyrifos，chlorantraniliprole，bacillus thuringiensis and thiamethoxam）respectively were determined.The results showed that the protein content of tomato leaf was affected in different treatments except for Bacillus thuringiensis，and the antioxidant enzyme activity of tomato leaves increased in different degree in response to pesticide treatment，although the difference became smaller with the extension of time.The activities of APX，PPO and CAT were higher between 12 h and 1 d after pesticide treatment，and the activity of POD was the highest at 3 d after treatment with thiamethoxam，bacillus thuringiensis and chlorantranil，and revert to control level at 7 d after treatment.However，the effect of pesticides on antioxidant enzyme activities of tomato leaves were distinctive due to different types of pesticides，such as the effects of chlorpyrifos on antioxidant enzyme activities of tomato were different from others.

tomato；pesticide；antioxidant enzyme

S6

A

1002-2090（2017）04-0016-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2017.04.004

2016-12-28

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12541575）；黑龙江省大学生创新训练项目（201610223016）；国家自然科学基金青年基金项目（31301769）；黑龙江省政府博士后基金项目（LBH-Z14041）。

于高波（1985-），女，讲师，浙江大学毕业，现主要从事蔬菜生理生态的教学与研究。