百部乙醇提取物对黄瓜和黄豆幼苗光合能力的影响

韩俊艳, 林楚航, 杨诗博, 王敬言, 何 进

(沈阳大学 城市有害生物治理与生态安全辽宁省重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

人类同农业虫害的斗争一直在持续。随着工业的不断发展,杀虫剂的种类也在不断增多,目前用到的主要为化学杀虫剂[1],但化学杀虫剂容易残留在环境当中,对生态环境平衡和人类健康均构成潜在威胁[2]。近20年,植物源杀虫剂研究方面取得较大进展,植物源杀虫剂毒性较低,对生态平衡和环境安全影响较小,具有很好的开发前景[3-4]。

百部是单子叶植物,百部属包含4个属----金刚大属(Croomia)、百部属(Stemona)、五出百部属(Pentastemona)和羽脉百部属(Stichoneuron),共约32种,主要分布于东南亚地区,且大多的百部都是传统药用植物,具有杀寄生虫功效[5]。本课题组前期研究表明百部乙醇提取物具有良好的杀螨活性[6]。

开发百部植物源农药应考虑对寄主作物的影响。为探究百部乙醇提取物对非靶植物光合能力的影响,本试验用不同质量浓度的百部乙醇提取物处理黄豆与黄瓜2种植物的幼苗,研究对幼苗光合能力的影响,对于开发百部植物源农药具有参考价值。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄豆、黄瓜种子在寿光金鹏种业购买。

百部(Stemonajaponica)由沈阳大学城市有害生物治理与生态安全重点实验室提供。

1.2 试验设计

1.2.1 百部乙醇提取物的制备

百部乙醇提取物, 利用无水乙醇(沈阳拓维化工有限公司, 化学醇, 三级品)作为溶剂浸提获得。 将百部用FW177型的中草药粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司)粉碎成细小的颗粒物。 用FA2004型电子天平(天津天马衡基仪器有限公司)称取一定质量的粉碎物放入三角瓶中后按规定比例加入无水乙醇, 在室温下分别进行3次浸提(每次浸泡3～5 d), 将每次浸泡的提取液分别过滤后用BUCHI R-210型旋转蒸发仪浓缩成膏状后转移至培养皿中,并用封口膜封口[7],最后将乙醇提取物放到4 ℃的YC-260L型药品冷藏柜(中科美菱有限公司)中保存。

1.2.2 黄豆和黄瓜幼苗的培养

选取种子饱满、大小匀称、形态完整的黄豆和黄瓜种子,把黄豆种子用质量分数为0.4%的高锰酸钾(沈阳天罡化学试剂厂,分析纯)溶液消毒6 min[8],经蒸馏水冲洗3次后置于蒸馏水中浸泡4 h。将处理好的黄豆种子放置在底部铺有双层滤纸和棉花的直径为12 cm的培养皿中。将装有黄豆种子的培养皿放入温度为23 ℃、湿度为80%的智能人工气候箱(宁波海曙赛福实验仪器厂)中培养。光照时间16 h,黑暗时间8 h,每隔12 h进行一次补水[9-10]。用质量分数为0.1%的高锰酸钾溶液对黄瓜种子进行消毒,使种子完全浸没在高锰酸钾溶液中5 min,然后用灭菌后的蒸馏水冲洗3次[11]。黄瓜种子先放在27 cm×50 cm2的花盆里培育。黄瓜幼苗培养条件为光照时间16 h,黑暗时间8 h,每隔12 h进行1次浇水。待黄瓜种子长出2片叶子后挑取15棵长势接近的幼苗将其分别转移到直径为12 cm的花盆中培养,培养条件不变。

1.2.3 百部乙醇提取物的施药方法

每天观察黄豆的叶片数,待每株黄豆长出4～6片叶子时,将3组黄豆幼苗按株高平均分成5组,每组6棵;待黄瓜苗每株长出4～6片叶子时按照株高平均分成5组,每组3棵。

根据百部乙醇提取物的有效杀螨浓度,设置4个试验药剂处理组(T1～T4)和1个对照组(CK),共5个处理。处理组的质量浓度和用量见表1。每个处理设3次重复。

于2021年4月17日09∶00开始施药,施药1次,施药量15 mL/组。使用容量50 mL、喷孔口径为1.2 mm的喷雾瓶(美肤语真空分装瓶)均匀喷雾,至少每个处理保持同一人喷药,对叶片正反2面进行均匀喷施[12]。

1.3 测定项目及方法

选择晴天少云、太阳辐射强的09∶00—11∶00,取苗自上而下第3片叶[13],采用Li-6400型便携式光合仪(美国Li-COR公司)测定净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度及蒸腾速率[14],用叶室直接夹住叶片,使叶片充满叶室进行测定。测定喷药后24、48、72 h 3个时间段的上述指标,每组进行3次重复测定,计算平均值为其光合参数值[15-17]。

1.4 数据分析

使用Excel 2010软件对数据进行整理与分析;使用SPSS 24.0软件做p<0.05水平的方差分析,并用Origin 8.0对数据进行整理和作图。

2 结果与分析

2.1 百部乙醇提取物对黄豆幼苗光合能力的影响

百部乙醇提取物处理的黄豆的光合能力的测定结果见图1。图1(a)结果显示,低质量浓度百部乙醇提取物促进了光合作用。在48 h内,随着质量浓度的提高,黄豆叶片在T2处理下的净光合速率值最大,T3处理的黄豆叶片的净光合速率要低于T2处理,但仍高于对照组(CK)。当百部乙醇提取物质量浓度继续升高,在一定程度上抑制了黄豆幼苗的光合速率,T4处理的光合速率显著低于其他处理组,不利于光合作用的进行。但随着时间的推移,在72 h时,T3处理下的净光合速率值最高,表示高质量浓度处理的黄豆叶片光合速率在恢复,说明植物可能对逆境胁迫产生了适应性反应。

其他测试指标与光合速率结果相似。T2处理的胞间CO2浓度显著高于其他处理组,T4处理下的胞间CO2浓度显著低于其他处理组,不同处理组之间胞间CO2浓度差异显著,见图1(b)。T2处理的气孔导度显著高于其他处理组,T4处理的气孔导度最低,见图1(c)。T2的蒸腾速率最高,T4处理的蒸腾速率显著低于其他处理组,见图1(d)。所以,随着时间的推移,高质量浓度处理的黄豆叶片胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率都在恢复,说明植物可能对逆境胁迫产生了适应性反应。

(a) 百部乙醇提取物对黄豆净光合速率的影响(b) 百部乙醇提取物对黄豆胞间CO2浓度的影响(c) 百部乙醇提取物对黄豆气孔导度的影响(d) 百部乙醇提取物对黄豆蒸腾速率的影响

2.2 百部乙醇提取物对黄瓜幼苗光合能力的影响

百部乙醇提取物处理的黄瓜的光合能力的测定结果见图2。与上述对黄豆的处理结果相似,较低质量浓度的百部乙醇提取物促进了光合作用,见图2(a)。在48 h内,随着提取物质量浓度的提高,T2处理的黄瓜叶片的净光合速率最大,T3处理的光合速率相较于T2处理呈下降趋势,但仍高于对照组(CK)。随着百部乙醇提取物质量浓度继续升高,在一定程度上抑制了黄豆幼苗的光合速率,T4处理的黄瓜叶片的光合速率显著低于其他处理组与对照组,不利于光合作用的进行。但随着时间的推移,在72 h时,黄瓜叶片在T3处理的净光合速率达到最大,表示高质量浓度处理的黄瓜叶片净光合速率在逐渐恢复,说明黄瓜幼苗可能对百部乙醇提取物逆境胁迫产生了适应性反应。

其他测试指标与光合速率结果相似。T4处理的胞间CO2浓度值在同一时间下均低于其他处理组,见图2(b)。T4处理的黄瓜叶片的气孔导度值随着时间推移在不断增加,见图2(c)。随时间的增加,低质量浓度T1、T2处理的蒸腾速率都经历了先升高再下降的趋势,高浓度T3、T4处理的黄瓜叶片的蒸腾速率则是在一直上升,见如图2(d)。所以,随时间的推移,高质量浓度处理的黄瓜幼苗蒸腾速率、气孔导度都在恢复,但胞间CO2浓度恢复不明显,可能与测量时间较短有关。

(a) 百部乙醇提取物对黄瓜净光合速率的影响(b) 百部乙醇提取物对黄瓜胞间CO2浓度的影响(c) 百部乙醇提取物对黄瓜气孔导度的影响(d) 百部乙醇提取物对黄瓜蒸腾速率的影响

3 讨 论

百部是我国常见中药,生物碱是百部的主要活性成分[18],目前已经发现百部生物碱达到了300多种[19],而且这些生物碱在抗菌、杀虫、镇咳祛痰、松弛支气管平滑肌等方面有很好的功效[20],如Brem等[21]在百部属植物中发现了百部生物碱对小菜蛾有很好的杀虫效果;Mungkornasawakul等[22]也证明了百部生物碱stemocurtisine对疟疾媒介小按蚊幼虫也有很强的杀虫作用。对于植物而言,生物碱是一类应对生境胁迫的次生代谢产物,因此推测百部生物碱可能激发了黄豆和黄瓜对逆境的应答,进而调节了自身的光合特性。

植物的生长会受到外界环境的变化而改变,当自然环境下的空气、水分或湿度发生改变时,植物自身可以通过快速调节来适应。同样,植物也会通过自身的感应系统对一些逆境胁迫作出反应[23-24],有文献报道草甘膦对非靶标作物光合作用有影响[25]。高浓度的草甘膦损害番茄的生长和发育,但在短期内,番茄叶片的超微结构、细胞活力和水分利用效率以及和光合作用相关的转录和生化指标并未发生大幅度的改变,参与光合作用的碳流量改变幅度不大。这个现象是外界胁迫激发了番茄的AOX防御[26-28],AOX防御有效减轻外界胁迫对叶肉细胞的损伤,激发植物产生更高的能量来确保细胞的稳态。本研究中,不同质量浓度百部乙醇提取物对植物幼苗净光合速率的影响是不同的,但短期内黄豆和黄瓜幼苗有一个显著的自我调节过程,推测激发AOX防御机制可能发挥一定作用。后期研究可以继续探寻百部乙醇提取物对非靶向植物的分子作用机理,为植物源农药百部乙醇提取物的发展提供可靠的参考依据。

综上所述,虽然百部乙醇提取物对黄瓜与黄豆幼苗生长在短期内有一定的影响,表现为低质量浓度有一定的促进光合能力的作用,高质量浓度则有抑制光合能力的作用,但是这种影响随时间很快减弱,不会对作物造成长期影响。

4 结 论

研究了具有杀螨活性的百部乙醇提取物对黄豆和黄瓜幼苗光合能力产生的影响,试验结果表明,不同质量浓度的百部乙醇提取物在24～72 h内对黄豆和黄瓜幼苗光合能力影响不同。低质量浓度T1、T2、T3处理的黄豆和黄瓜幼苗大部分表现为促进作用,而高质量浓度T4处理表现为显著的抑制作用。但随着时间推移,高质量浓度T4处理的植物幼苗的光合速率在逐渐恢复性升高,其余处理也有类似的变化趋势,说明植物自身对外界胁迫作出适应反应。