外源茉莉酸甲酯缓解咪唑乙烟酸土壤残留抑制玉米幼苗生长的作用及其机理

姜波　吕庆浩　孔维捷　白霜　李凌绪

关键词：咪唑乙烟酸：茉莉酸甲酯：玉米幼苗生长：活性氧

中图分类号：S513.01 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2023） 03-0058-06

玉米是我国种植面积最大的主要粮食作物，也是重要的经济作物和饲料作物，2020年全国玉米播种面积为4126万公顷，产量为26067万吨。玉米一大豆轮作／间作可增肥地力、减少病害、充分利用土地资源，是我国东北黑土区、黄淮海地区、长江流域和内蒙古自治区等地区广泛采用的玉米种植模式之一。随着我国对玉米需求量的增加、国际形势的变化以及大豆一玉米带状复合种植模式的推进，玉米一大豆种植模式面积将进一步扩大。

咪唑乙烟酸（imazethapyr，IM）是咪唑啉酮类除草剂，属乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase，ALS）或乙酰羟基丁酸合成酶（acetohydroxybu-tyrate synthase，AHAS）抑制剂，具有杀草谱广、活性高、选择性强等优点，广泛应用于大豆田防除一年生杂草。但IM在土壤中残留时间长，严重影响后茬玉米、油菜、水稻等作物生长。IM用量为60g/hm²时，其土壤残留可使玉米株高和鲜重分别降低56.68%与74.16%。随着大豆-玉米带状复合种植模式的推广，咪唑乙烟酸使用面积很可能进一步扩大，其土壤残留可能成为影响后茬玉米生产的重要因素。目前对IM土壤残留的去除方法主要有生物炭吸附法、TiO₂催化剂降解法等，但这些方法成本高，不适合大范围使用。

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）是植物体内广泛存在的内源激素和信号分子，能够参与植物在生物和非生物胁迫下的抗逆反应。外源添加MeJA能够诱导植物防卫基因的过表达，使相关防御酶活性增强，提高植株对生物胁迫或非生物胁迫的抗性。近期研究发现，外源施用MeJA可显著增强水稻和小麦对精异丙甲草胺、异丙隆等除草剂的解毒作用，缓解药害胁迫。但外源MeJA是否具有缓解IM土壤残留对玉米幼苗生长的胁迫作用尚不清楚，为此，本试验采用盆栽法对其进行研究，同时分析其对幼苗生长相关生理指标的影响，以期为找出缓解IM残留对后茬玉米生产影响的措施提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料与主要试剂

供试玉米品种为沈玉21，沈阳市农业科学院种业有限公司生产。98%咪唑乙烟酸（IM）原药，由青岛瀚生生物科技有限公司提供。

1.2玉米种植方法

试验于2021年在青岛农业大学智能温室中进行。玉米种子用清水洗去表面包衣剂后，再用2%次氯酸钠消毒5 min，然后用蒸馏水冲洗3～4次，晾干。挑选大小一致且饱满的种子，置于铺有滤纸的培养皿中，加入蒸馏水20 mL，26℃下催芽。种子露白后种植于花盆中，覆土2 cm，之后置于温室中，每天适量浇水。条件设置为白天32℃下14 h、夜晚22℃下10 h，自然光照。每盆（d=15 cm，h=13 cm）播种5粒，重复3次。

1.3试验设计

1.3.1土壤IM残留对玉米幼苗生长的影响 将IM在土壤中的终浓度设为0、0.125、0.25、0.5、1.0、2.0 mg/kg。精确称取IM原药，用适量乙醇溶解，分3次喷入土壤中，期间不断搅拌，使IM与土壤充分混匀，摊开晾干。按1.2方法种植玉米，10天时测定玉米幼苗株高和地上部鲜重，计算抑制中浓度。每处理重复3次，以喷入等量乙醇的土壤为对照。

1.3.2 MejA浸种缓解土壤IM残留对玉米幼苗生长的胁迫 播种前用浓度为0.3、0.6、1.2、2.4、4.8 mg/L MejA溶液浸泡玉米种子24 h，经蒸馏水冲洗3～4次后，按1.2方法播入含有1.0 mg/kgIM的土壤中，10天时测定玉米幼苗株高和地上部鲜重。每处理重复3次，以蒸馏水浸泡玉米为对照（IM），另设不含IM的空白对照（CK）。

1.3.3 MejA喷雾缓解土壤IM残留对玉米幼苗生长的胁迫 按1.2方法将玉米种子播入含有1.0 mg/kg IM的土壤中，之后第5天用浓度为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L MeJA溶液对玉米植株喷雾，直至叶片润湿，连续处理5天。最后一次处理后24 h测定玉米幼苗株高和地上部鲜重。每处理重复3次，以喷施清水为对照（IM），另设不含IM的空白对照（CK）。

1.4测定指标及方法

1.4.1 丙二醛（MDA）含量测定 于1.0 mg/LMeJA喷雾处理5天时取玉米幼叶0.5g，液氮研磨，转入50 mL离心管，加入100%三氯乙酸（tri-chloroacetic acid，TCA）10 mL，4℃下10 000 r/min离心20 min，上清液即为MDA粗提液。参照Hodges等的方法测定MDA含量。

1.4.2 叶绿素含量测定 参照丁富功等的方法，略有改动。于1.0 mg/L MejA噴雾处理5天时取玉米幼叶0.1g，剪成细丝，加入15 mL浸提液（丙酮：乙醇= 1：1），室温下置于摇床上（110r/min，避光）浸提40 h，经3层灭菌纱布过滤，所得浸提液用浸提溶剂定容至15 mL，测定其在645nm和663 nm波长下的吸光值。设置3次重复，每重复测量3次。

1.4.3抗氧化酶活性测定 于1.0 mg/L MeJA喷雾处理5天时取新鲜玉米幼叶0.5 g，液氮研磨，转入50 mL离心管，加入pH 7.8的50 mmol/L磷酸缓冲液10 mL，4℃下9 000 r/min离心25 min，再将上清液移至15 mL离心管中，迅速置于冰上，即为粗酶液。采用邻苯三酚自氧化法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，参照杜龙的方法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性，参照Nakano等的方法测定抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性。

1.5數据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016处理数据，用Sig-maPlot 12.5软件绘图，用SPSS 26.0软件对数据进行单因素ANOVA检验。

2结果与分析

2.1土壤IM残留对玉米幼苗生长的影响

由表1可见，随着土壤咪唑乙烟酸（IM）浓度增加，其对玉米幼苗株高和鲜重的抑制作用愈加明显。不同浓度IM对玉米幼苗株高和鲜重的毒力方程式分别为：Y=1. 8053X+5.3133，R²=0.9961;Y=2.1897X+5.4343， R²=0.9736。IM对幼苗株高和鲜重的ECso分别为0.671 mg/kg和0.633 mg/kg。当土壤IM浓度达到1.0 mg/kg时，与对照相比，玉米幼苗株高和鲜重的抑制率分别为60.4%和59.6%。

2.2 MeJA浸种对土壤IM胁迫下玉米幼苗生长的影响

由图1可见，和CK相比，1.0 mg/kg IM（咪唑乙烟酸）显著抑制玉米株高及单株鲜重，分别降低62.6%与70.2%。与IM相比，茉莉酸甲酯（Me-JA）浸种下玉米株高和鲜重无显著改变，说明Me-JA浸种不能缓解IM对玉米幼苗生长的胁迫。

2.3 MeJA喷雾对土壤IM胁迫下玉米幼苗生长的影响

由表2可以看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙烟酸）显著抑制玉米幼苗的株高及单株鲜重，抑制率分别为75.9%与86.6%。不同浓度茉莉酸甲酯（MeJA）喷雾均能显著缓解IM对玉米幼苗生长的胁迫，连续处理5天后幼苗株高和鲜重均为IM处理的两倍以上。MeJA浓度为1.0 mg/L时效果最好，幼苗株高和鲜重较IM分别增加190.0%和361.2%。可见外源喷施1.0 mg/L MeJA可有效缓解土壤IM残留对玉米幼苗生长的影响。

2.4外源MeJA对IM胁迫下玉米MDA含量的影响

MDA是细胞膜脂过氧化的产物，常作为衡量细胞质膜透性的指标来反映植物受逆境胁迫的程度。从图2可知，1.0 mg/kg IM（咪唑乙烟酸）处理下玉米幼苗叶片MDA含量是CK的2.1倍，与IM相比，IM+MeJA处理叶片MDA含量显著降低，为IM处理的77.4%。

2.5外源MeJA对IM胁迫下玉米幼苗叶片叶绿素含量的影响

由图3看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙烟酸）处理显著降低玉米幼苗叶片叶绿素a、b和总叶绿素含量。IM+MejA处理下叶绿素b含量显著增加，叶绿素a和总叶绿素含量也有所增加。

2.6外源MeJA对IM胁迫下玉米叶片抗氧化酶活性的影响

由图4看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙烟酸）处理的玉米幼苗SOD、CAT、POD、APX活性均显著上升，SOD、APX分别是CK的1.7倍与1.4倍，CAT与POD均是CK的2.1倍。与IM处理相比，IM+MeJA处理叶片SOD、CAT、APX活性均显著下降，分别为IM处理的80.0%、74.2%和59.9%；POD为IM处理的92.7%，无显著差异。

3讨论与结论

咪唑乙烟酸（IM）杀草谱广、活性高，广泛应用于大豆田，但在土壤中的残留时间长，影响后茬玉米等敏感作物的生长。随着玉米一大豆轮作／间作模式的推进，土壤IM残留对后茬玉米的药害风险逐步上升。本研究发现，喷施外源MeJA（茉莉酸甲酯）可有效缓解土壤IM残留对玉米幼苗生长的影响，连续5天喷施1.0 mg/L Me-JA，可使玉米幼苗鲜重、株高分别增加190.0%和361.2%。

当植物受到外界逆境胁迫时，植物体内会产生过量活性氧，氧化细胞质膜生成MDA.破坏叶绿素，导致细胞死亡。本研究结果显示，IM处理玉米幼苗叶片MDA含量和抗氧化酶活性显著增加，叶绿素含量显著降低。这说明土壤中的IM残留诱导玉米幼苗叶片中ROS过量生成，破坏细胞质膜和叶绿素，已对玉米幼苗造成危害。有研究发现IM能使常规谷子苗期的地上部鲜重和叶绿素含量显著降低，MDA含量增加，与本研究结果一致。

植物在遭受胁迫时，通过提高SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性清除ROS，是植物避免ROS伤害的重要机制。MeJA是重要的信号物质，具有诱导植物防卫基因表达、增强抗氧化胁迫的能力。马志强等发现，外源施加MeJA可以显著提高高羊茅（Festuca elata）的抗氧化酶活性，缓解镉造成的氧化胁迫。本研究结果显示，施加外源MeJA可显著缓解土壤IM残留对玉米幼苗生长的影响，与IM处理相比，IM胁迫下喷施MeJA处理玉米叶片MDA含量和抗氧化酶活性显著降低，叶绿素含量提高。这说明施加外源MejA可显著减少玉米叶片中IM诱导的ROS，减少ROS对细胞质膜和叶绿素的破坏，从而减轻土壤IM残留对玉米幼苗生长的胁迫。

综之，土壤IM残留严重抑制玉米幼苗生长，喷施1.0 mg/L MeJA可通过降低IM诱导的ROS含量，减少ROS对细胞质膜和叶绿素的破坏，有效缓解IM对玉米幼苗生长的胁迫。