外源芸苔素内酯对栝楼幼苗受草铵膦危害的缓解效果

吴 燕，乔晓燕，牟雪姣，高青海

( 1. 安徽科技学院建筑学院，安徽蚌埠 233000; 2. 安徽科技学院农学院，安徽凤阳 233100)

0 引言

随着土地规模化种植趋势的发展以及农业用工成本的增加，在农业生产中杂草防治多以除草剂防治为主.作为重要的除草剂之一，草铵膦(Glufosinate ) 为非传导性灭生有机磷类化合物，主要通过抑制植物氮代谢关键酶谷氨酰胺合成酶的活性，使植物体内氨含量增加，造成氨毒害，导致植物衰老死亡[1-2].由于草铵膦具有广谱性、低毒和环境相容性好等特点，广泛应用于果园和菜园的除草.如果使用不当，则会对作物造成危害.研究发现，草铵膦危害主要表现在作物叶片失绿、光合速率下降、新根生长受到抑制等症状[3-4].

芸苔素内酯(Brassinolide, BR)是一种高效环保型植物激素，研究表明BR不仅可以促进植物种子萌发、调节营养生长和生殖发育[5]，同时还可以提高作物的抗低温、高温、盐胁迫与重金属胁迫等生理效应[6-7].前人研究发现BR还可以通过提高植物幼苗光合速率和抗氧化酶活性缓解农药毒害[8].栝楼(TrichosantheskirilowiiMaxim)为重要的中药材，在栝楼生产中经常使用草铵膦防治杂草，草铵膦在防治杂草中漂移到栝楼植株上，会对栝楼生长造成一定的危害，芸苔素内酯是否能够缓解其危害，目前鲜见报道.为此本研究以栝楼为材料，研究草铵膦危害下外源芸苔素内酯对其缓解作用，旨在为栝楼优质高产提供技术保障.

1 材料与方法

1.1 试验材料

栝楼品种为“皖蒌9号”，种子由安徽科技学院园艺实验室提供.除草剂为20%草铵膦水剂，由浙江永农生物科技有限公司生产；0.003%芸苔素内酯由中农立化农用化学品有限公司生产.

1.2 试验处理

试验于2020年3月-8月在安徽科技学院种植园日光温室内进行.精选栝楼种子在温水中浸泡48 h，中间换水8次，然后放在28～30℃条件下催芽5 d，然后播种在32孔的穴盘中.待种子发芽后，加强温度和水分管理.待幼苗长至4～5片叶时，选择大小一致的栝楼幼苗移栽至Ф15 cm×15 cm塑料盆中，栽培基质为复合基质(草炭∶蛭石=1∶1).缓苗后，加强水分管理，待栝楼幼苗长至6～7片叶时开始进行实验处理.试验共分为3个处理，分别为①对照组(CK)：喷施清水；②草铵膦处理(T1)：基质表面喷施200倍20%草铵膦；③草铵膦+芸苔素内酯处理(T2)：基质表面喷施200倍20%草铵膦，0.05 mg·L-1芸苔素内酯叶面喷施和灌根处理.

试验处理在2020年5月6日开始进行，20%草铵膦处理时仿照常规除草剂的使用方法，在当天下午4点后均匀喷在栝楼幼苗周边基质表面，离幼苗20 cm以上；外源芸苔素内酯处理在草铵膦处理前一天下午喷施栝楼幼苗叶片和灌根一次.处理后栝楼幼苗管理统一按照常规进行管理.栝楼幼苗每个处理50棵，重复3次.

在试验处理第12天和第24天时，分别测定记录各处理栝楼幼苗生长的株高、茎粗、鲜重、根系活力、叶绿素含量、净光合速率、相对电导率、叶片过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的数据.各数据测定均重复5次.

1.3 指标测定

1.3.1 生物量指标的测定 对栝楼幼苗进行清水和草铵膦处理后的12d和24d，随机取每组6株，进行洗净、用吸水纸吸干植株表面水分，用精度为mm的米尺测定其株高，用游标卡尺测定其茎粗，用电子天平测定其鲜重，记录每组每株的数据，然后计算其平均值.

1.3.2 叶绿素含量的测定 叶绿素含量测定利用85%丙酮提取法，具体测定方法参考高俊凤的植物生理实验指导[9]，测定时选取根部上数第4片叶.

1.3.3 净光合速率的测定 选择晴朗无风的天气，于9∶00-11∶00用Li-6400便携式光合仪(USA)测定叶片的净光合速率(Pn).测定时使用红蓝光源，光强为800 μmol·m-2·s-1，温度为(28±3) ℃，空气CO2浓度为(380±10) μmol·mol-1.测定时选取根部上数第3片功能叶，每片叶测定5个点，取平均值.

1.3.4 根系活力的测定 根系活力使用TTC染色法进行测定，每组选取5株栝楼幼苗，取其平均值[10].

1.3.5 栝楼相对电导率的测定 取栝楼幼苗的鲜样、冲洗、擦干、打取圆孔、抽气、沸水处理和测电导率[11].

1.3.6 栝楼叶片生化指标的测定 SOD、POD、MDA指标的测定，取上数第4片叶，在磷酸缓冲液提取上清液，然后反应、比色测定OD值，具体测定方法参考高俊凤的植物生理实验指导[11].

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2017和DPS6.55软件进行数据分析，采用Duncan新复极差法进行差异显著性检验.

2 结果与分析

2.1 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼株高和茎粗的影响

图1 中可以看出，草铵膦处理显著抑制栝楼幼苗的生长，在处理第24天时草铵膦处理的栝楼株高仅为15.3 cm，仅为对照处理的51.7%；外源BR处理后可以显著缓解草铵膦对栝楼幼苗株高的影响，草铵膦+BR处理的栝楼幼苗株高为对照处理的79.0%.图2显示，草铵膦处理也抑制了栝楼幼苗的茎粗生长，在处理第24天时草铵膦处理的茎粗为0.12 cm，而对照的栝楼幼苗茎粗为0.18 cm.由此说明，草铵膦处理不仅影响栝楼幼苗伸长生长，同时影响其加粗生长，外源BR可以有效缓解草铵膦对栝楼幼苗生长的影响，随着处理时间延长，缓解效果更加明显.

图1 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼株高的影响Fig.1 Effect of exogenous BR on plant height of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress图2 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼植株茎粗的影响Fig.2 Effect of exogenous BR on stem diameter of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress

2.2 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼幼苗鲜重和根系活力的影响

从图3 中可以看出草铵膦处理显著抑制栝楼幼苗生物量，在处理第24天时，除草剂处理的栝楼幼苗植株鲜重为1.54 g，而对照处理的植株鲜重为7.45 g，外源BR处理的也达到3.56 g.随着处理时间延长，外源BR处理缓解效果越明显.图4 显示，草铵膦处理对根系活力的影响也较为显著，显著降低栝楼幼苗根系活力，在处理第24天时，除草剂处理的栝楼幼苗根系活力仅为25.2 μg·g-1h-1FW，仅为对照的45.2%，外源BR处理根系活力达到对照的72.2%.由此说明，草铵膦抑制了栝楼幼苗根系活力，降低了栝楼幼苗的生物量，外源BR可有效缓解草铵膦对栝楼幼苗的影响.

图3 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼鲜重的影响Fig.3 Effect of exogenous BR on fresh weight of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress图4 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼根系活力的影响Fig.4 Effect of exogenous BR on root activity of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress

2.3 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片叶绿素含量和光合速率的影响

草铵膦处理对栝楼幼苗叶片叶绿素含量影响较大，显著降低叶绿素含量，外源BR可以显著缓解草铵膦对栝楼幼苗叶绿素含量的影响(图5 显示).在处理第24天时，草铵膦处理的栝楼幼苗叶绿素含量为0.61 mg·g-1FW，为对照处理的45.6%；而外源BR处理的栝楼幼苗叶片叶绿素含量达到对照处理的70.1%.由图6可以看出，草铵膦对栝楼幼苗净光合速率的影响与叶绿素含量相似，外源BR可以有效缓解净光合速率的降低.在处理第24天时，外源BR处理的栝楼幼苗净光合速率达到草铵膦处理的211.4%.由此说明，草铵膦抑制了栝楼幼苗叶绿素合成并降低光合速率，外源BR可以有效缓解草铵膦对栝楼幼苗叶绿素和光合速率的影响.

图5 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶绿素含量的影响Fig.5 Effect of exogenous BR on chlorophyll content of Trichosanthes kirilowii under Glufosinate stress图6 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片净光合速率的影响Fig.6 Effect of exogenous BR on net photosynthetic rate of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

2.4 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片SOD和POD酶活性的影响

由图7图8可以看出，与对照处理相比，草铵膦胁迫下栝楼幼苗叶片抗氧化酶活性降低，且随着处理时间的延长，抗氧化酶SOD和POD活性降低明显，如在处理第24天时，栝楼SOD和POD酶活性为34.6、10.9 U·mg-1protein，分别为对照处理的49.1%和43.1%.外源BR处理可以显著提高抗氧化酶活性，在处理第24天时SOD和POD酶活性分别达到对照处理的68.8%和72.3%.由此说明，草铵膦处理显著降低了栝楼幼苗叶片抗氧化酶活性，外源BR处理可以有效缓解抗氧化酶活性的降低.

图7 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片SOD酶活性的影响Fig.7 Effect of exogenous BR on SOD activity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress图8 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片POD酶活性的影响Fig.8 Effect of exogenous BR on POD activity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

2.5 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼相对电导率和MDA含量的影响

逆境胁迫下，相对电导率和丙二醛(MDA)含量可以反映出植物细胞膜脂过氧化程度，数值越大或含量越多，说明其细胞膜受伤害越严重[12].从图9图10 中可以看出，与对照相比，草铵膦处理栝楼幼苗叶片相对电导率和MDA含量显著增，外源BR处理可以显著降低叶片相对电导率和MDA含量.如在处理第24天时，草铵膦处理的栝楼幼苗叶片相对电导率和MDA分别为60.2%和3.6 nmol·g-1FW，外源BR处理栝楼叶片相对电导率和MDA分别降低了21.3%和1.1 nmol·g-1FW.由此说明，草铵膦处理的栝楼幼苗叶片细胞受到危害，叶片的相对电导率和MDA含量显著升高，外源BR可以缓解细胞损害，维持细胞的完整性.

图9 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片相对电导率的影响Fig.9 Effect of exogenous BR on relative conductivity of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress图10 草铵膦胁迫下外源BR对栝楼叶片MDA含量的影响Fig.10 Effect of exogenous BR on MDA content of Trichosanthes kirilowii leaves under Glufosinate stress

3 讨论与结论

草铵膦作为一种广谱、低毒、高效除草剂，在世界上广泛应用.研究表明，草铵膦喷施到油菜上，会对油菜幼苗株高、鲜重、光合速率和叶绿素含量等造成一定影响，高浓度的草铵膦处理抑制油菜生长[13].前人研究表明，作物在营养生长期使用除草剂，会导致作物叶片叶绿素分解加快、光合速率降低、干物质积累减少，叶片黄化，生长受到抑制[14].本研究结果表明，除草剂草铵膦处理的栝楼幼苗生长显著受到抑制，株高和茎粗、植株鲜重、根系活力、叶绿素含量和光合速率等指标显著降低，使用外源BR对草铵膦胁迫下的栝楼幼苗生长有显著的缓解效果.这与前人的研究结果相似[15].

除草剂处理对植物生长是一种逆境胁迫，逆境胁迫下植物叶片会积累大量活性氧，受到活性氧的影响，细胞膜结构受到破坏，表现在相对电导率和MDA含量显著增加[16].本研究结果显示，草铵膦处理栝楼幼苗叶片抗氧化酶SOD和POD活性显著降低，导致细胞活性氧大量积累，相对电导率和MDA含量显著升高，表明细胞膜结构受到破坏.BR是一种新型植物激素，对逆境胁迫具有较好的缓解效果.本研究表明，外源BR对草铵膦逆境胁迫下栝楼幼苗具有较好的缓解作用，与草铵膦处理相比，BR处理的栝楼幼苗叶片抗氧化酶SOD和POD显著提高，降低了叶片相对电导率和MDA含量，进而有效缓解草铵膦危害.殷燕玲等人也有类似的研究结果[17].

总之，草铵膦对栝楼幼苗具有一定的危害作用，降低了抗氧化酶活性，破坏细胞结构，降低了叶绿素含量和光合速率，抑制栝楼幼苗的生长.外源BR处理可以显著提高栝楼幼苗叶片抗氧化酶活性，减少了活性氧的积累，维持细胞结构，缓解草铵膦对栝楼幼苗叶片叶绿素含量和光合速率的影响，进而促进草铵膦胁迫下栝楼幼苗的生长.