吡蟲啉對番茄幼苗根系活力及生理生化指標的影響

儀美芹, 姜興印, 李學鋒, 李召虎*

(1.中國農業大學農學與生物技術學院,北京 100193; 2.中國農業大學理學院,北京 100193;3.山東農業大學植物保護學院,泰安 271018)

Thielert 2006年研究發現棉花使用吡蟲啉拌種后不僅防治了苗期蚜蟲,且植株長勢表現出葉色濃綠,株高、根長與清水對照比都有增加[1],說明農藥除了對危害農作物的病蟲草害有控制效果之外,還對作物本身存在其他的影響。很多研究報道了化學農藥對作物光合作用、主要營養物質、次生物質及次生代謝、活性氧代謝、體內酶的變化、根系活力及生長調節物質等主要生理生化指標都存在一定的影響[2]。化學農藥高劑量使用后會對作物造成藥害,輕者減產,重者可使作物死亡。但是農藥在常量使用下,表面上對作物沒有造成藥害,作物外表沒有明顯的變化,但是其生理生化指標會產生一些變化,其中除草劑對作物的生理生化影響研究較多[3-6]。通常有關化學農藥對作物的負面影響研究很多[7-8],而農藥對作物有一定的刺激生長效果研究很少。植物根系是活躍的吸收器官和合成器官,根系活力是衡量根系功能的主要指標之一,根的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長和營養狀況及產量水平。過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)是植物體內的保護酶系,SOD與CAT的活性上升,則說明植物的抗逆性有了增強,這方面已有多個文獻報道[9]。

本試驗以70%吡蟲啉水分散粒劑為試驗藥劑,番茄作為研究作物,研究了吡蟲啉對番茄幼苗生長的影響,如植株長勢、主根長、葉片展開的數量、番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性和根系活力等指標,探討吡蟲啉使用后對番茄體內生理生化指標與地上部的生長量的關系,以尋求吡蟲啉使用后對植物本身的影響。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試藥劑：70%吡蟲啉水分散粒劑(拜耳作物科學公司提供);

供試作物為番茄(麥好特,遼寧錦州鑫園世家種業有限公司)。

供試試劑：T riton X-100,美國進口,上海化學試劑采購供應站分裝經銷;聚乙烯吡咯烷酮(PVPP);1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB),Sigma公司產品。其余試劑為國產分析純。

試驗主要儀器：紫外分光光度計,生化光照培養箱,高速冷凍離心機,勻漿器等。

1.2 試驗設計和施藥方法

本試驗采用盆栽法(花盆大小為：180 mm×210 mm,盆缽中裝入的土量均為2.4 kg),于番茄幼苗移栽返苗后兩葉一心期,即有2片葉片明顯展開,心葉明顯可見時處理,試驗藥劑按有效成分用量設計5個濃度：1.0、1.5、2.5、3.0、5.0 mg/株,每個處理濃度4次重復,每個重復5盆,共20盆。將試驗藥劑按照設計劑量均勻澆灌到盆缽中,每盆用水量均為100 mL。藥劑處理3 d后開始觀察番茄長勢,30 d測定番茄的生長量,如株高、根長、地上部的鮮重等;同時測定番茄葉片和根系中過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性及番茄的根系活力。

1.3 過氧化氫酶活性測定

過氧化氫酶(CAT)粗酶液的提取;分別取吡蟲啉處理后30 d的番茄地上部(由下往上第5、6和7片展開葉)和地下根系部分各15 g,各自混合后,均分3份,加入預冷0.2 mol/L pH7.0磷酸緩沖液(含0.1%聚乙烯吡咯烷酮)適量和少許石英砂,用電動勻漿器冰浴充分研磨后定容至20.0 mL,取2.0 mL勻漿液再加6 mL緩沖液,4℃下以5 000 g離心力離心10 min,取上清液為粗酶液。

過氧化氫酶(CAT)活性測定：在4 mL反應系統中含有0.1 mol/L(pH7.0)磷酸緩沖液2.0 mL、0.1%的H2O21.0 mL和1.0 mL用緩沖液稀釋30倍的粗酶液。25℃預熱后,加入H2O2啟動反應,迅速測定4 min內A240值的變化。以每分鐘每克樣品A240改變0.01為一個酶活單位,新鮮材料中酶的比活以U?min-1?g-1表示。

1.4 超氧化物歧化酶活性測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性測定,分別取吡蟲啉處理后30 d的番茄地上部(由下往上第5、6和7片展開葉)和地下根系部分各20 g,各自混合后,均分3份,加入適量預冷的50 mmol/L pH7.8磷酸緩沖液,該緩沖液含有0.1 mmol/L EDTA;質量濃度0.3%T ritonX-100;質量濃度4%聚乙烯吡咯烷酮。用電動勻漿器冰浴充分研磨后定容至20.0 mL,取2.0 mL勻漿液再加6 mL緩沖液,4℃下以10 500 g離心力離心20 min,取上清液為粗酶液。

采用氯化硝基氮藍四唑(NBT)光還原法測定SOD活性。在3 mL反應混合液(在27 mL 14.5 mmol/L DL-甲硫氨酸中分別加入均以50 mmol/L pH7.8磷酸緩沖液配制的3 μ mol/L EDTA,2.25 m mol/L NBT和60 μ mol/L核黃素各2 mL)的試管中,加入1 mL粗酶液,混合后放在透明的試管架上,在25℃4 000 lx光照培養箱內光照10 min,取出試管,迅速測定A560值,以不加酶液的照光管為對照。酶活性單位采用抑制NBT光化還原50%的酶量為一個酶活性單位,新鮮材料中酶的比活力以U?mg-1?g-1表示。

1.5 根系活力的測定

番茄根系活力測定采用TTC法[10]。具體方法如下：氯化三苯基四氮唑(TTC)是一種氧化——還原色素,溶于水為無色溶液,但可被根系細胞內的琥珀酸脫氫酶等還原,生成紅色的不溶于水的TTF。因此,TTC還原強度可以在一定程度上反映根系活力。

標準曲線的制作：取 T TC(0.4%)2 mL置于100 mL容量瓶中,加少許硫代硫酸鈉,生成紅色T TF后,用95%乙醇定容至 100 mL,搖勻;取上述溶液 0、0.5、1.0、1.5、2.0 、2.5 、3.0 mL 于試管(≥15 mL)中,然后對應加入 10、9.5、9、8.5、8、7.5、7 mL 95%乙醇;得到 T TF 0 、50、100、150、200、250、300 μ g;在 484 nm 處比色 。

根活力測定：稱取番茄(吡蟲啉處理后30 d)的根系0.2～0.5 g置于小的培養皿中,利于封口,避免T TC被氧化,各自混合后,均分 3份,加入0.4%T TC和磷酸緩沖液各10 mL,于37℃下避光保溫反應5～10 h,取出后加入10 mL 1 mol/L硫酸溶液終止反應;同時,以10 mL 1 mol/L硫酸溶液代替磷酸緩沖液先加入,后加0.4%T TC作為CK;取出根系,吸水紙吸干,置于≥15 mL試管中,加入10 mL 95%乙醇,封口,置于暗處,浸提 12 h,倒出在484 nm處比色。

結果計算：

2 結果與分析

2.1 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄生長的影響

由表1結果看出,吡蟲啉1、1.5、2.5 mg/株的劑量處理番茄幼苗后30 d植株展開葉片數、株高、根長、地上部鮮重、地下部鮮重等指標隨劑量增大明顯增加,且都明顯高于清水對照,但是3.0 mg/株的劑量處理的番茄生長指標雖然高于清水對照但低于2.5 mg/株的處理;而5.0 mg/株的劑量處理后的番茄的各項生長指標低于清水對照的各項指標,說明5.0 mg/株的劑量處理番茄,植株生長已全面受到抑制。

表1 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄生長的影響1)

2.2 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄CAT活性的影響

由圖 1 可以看出,吡蟲啉 1.0、1.5、2.5、3.0、5.0 mg/株處理番茄幼苗后均在一定程度上提高了番茄植株葉片、根系CAT的活性,且隨藥劑劑量的增大CAT活性表現出先上升后下降的趨勢。

圖1 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗CAT活性的影響

2.3 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄SOD活性的影響

吡蟲啉1.5、2.5 mg/株的劑量均提高了番茄植株葉片、根系中SOD的活性,尤其是以2.5 mg/株的劑量提高的幅度較大,而3.0、5.0 mg/株的劑量雖與對照相比葉片、根系SOD活性有提高,但低于2.5 mg/株劑量的葉片SOD的活性,隨藥劑劑量的增大表現出先上升后下降的趨勢(圖2)。

圖2 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗SOD活性的影響

2.4 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄根系活力的影響

由圖3結果看出,吡蟲啉1.0、1.5、2.5、3.0 mg/株和5.0 mg/株處理番茄后30 d均在一定程度上提高了番茄根系活力,尤其是2.5 mg/株的劑量提高的幅度較大,作用顯著。5.0 mg/株處理比3.0 mg/株處理番茄根系活力下降,說明番茄根系活力并不是隨著濃度越高對番茄根系活力提高越大,而是隨藥劑劑量的增大表現出先上升后下降的趨勢。

圖3 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗根系活力的影響

3 討論

通過試驗結果可看出,隨著吡蟲啉處理劑量的增加,藥后30 d番茄植株展開葉片數、株高、根長、地上部分鮮重、地下部分鮮重會有一定程度提高,其中2.5 mg/株的劑量對番茄的各項指標提高程度達最大值,隨后開始下降。

通過測定不同劑量的吡蟲啉對番茄葉片及根系中CAT、SOD的活性的影響,結果表明吡蟲啉1.5、2.5、3.0 mg/株均促進了植株葉片、根系 CAT、SOD的活性,尤其是以2.5 mg/株的增加效果最顯著。說明吡蟲啉對番茄生理生化指標的影響并不是隨著藥劑濃度的增加,測定的各種酶活性增強,而是有一個最佳劑量,超過這個劑量反而有下降的趨勢。

通過測定不同劑量的吡蟲啉對根系活力的影響,1.0、1.5、2.5 mg/株處理均在一定程度上提高了番茄的根系活力,尤其是2.5 mg/株提高的幅度較大,作用顯著。3.0 mg/株和 5.0 mg/株兩個處理,根系活力雖然比對照根系活力有所提高,但比2.5 mg/株處理根系活力降低,這與不同劑量的吡蟲啉對番茄其他指標的影響一致。

吡蟲啉使用后增加了番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性,這些具有保護性的酶,提高了植物體內對外界的抵抗力,使作物長的健康早熟,因此使用不同濃度的吡蟲啉處理的番茄苗從根長和展開葉片數遠遠超過清水對照。

根系活力是指根的吸收和合成代謝能力等,生長速度是根活力的整體表現[11]。不同濃度的吡蟲啉對番茄的根活力影響,以劑量2.5 mg/株對根系活力影響最大。

以上結果表明不同劑量的吡蟲啉對番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及根系活力的影響趨勢,與吡蟲啉使用后植物生長表現趨勢有一定的相關性。推測吡蟲啉處理番茄引起了番茄體內保護性酶系以及根系活力的提高,從而導致番茄生長指標的變化。植物體生理生化指標之間的變化是相輔相成的,導致一種指標發生變化,相應的其他指標都有發生變化的可能,實際上植物體內生理生化指標還有許多,尚待進一步研究,以更加全面地認識吡蟲啉對番茄的刺激生長的機理。

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