外源水楊酸對谷子烯草酮脅迫的緩解效應

寧 娜 ，郭平毅 ，姚滿生 ，原向陽 ，楊艷君 ，2，聶萌恩 ，李 斐 ，郭 俊

（1.山西農業大學農學院，山西太谷030801；2.晉中學院生物科學與技術學院，山西晉中030600）

谷子（Setaria italica）屬禾本科，是我國北方地區主要糧食作物之一，以抗旱耐瘠、營養價值高和周身均可直接利用而著稱。但是，谷田專用除草劑種類較少[1]，而且使用的除草劑主要是防除闊葉雜草，用于防除禾本科雜草的除草劑始終是個空白。環己二酮（CHD）類高效選擇性除草劑烯草酮是一種新型旱田苗后除草劑，適用于大豆、棉花等闊葉作物田防除狗尾草、看麥娘等禾本科雜草[2]，但谷子對其十分敏感[3-6]。而水楊酸（salicylic acid，簡稱SA）是一種植物體內產生的簡單酚類化合物，是參與植物系統性抗病反應的一個重要信號分子，可以提高玉米等作物對除草劑的抗藥性和多種植物的抗病性[7-8]。

Deya[9]研究發現，1 mmol/L水楊酸（SA）預處理能增加玉米葉片POD活性、調節SOD和抗壞血酸過氧化物酶（ascrobate peroxidase，APX）活性至對照水平，清除烯草酮誘導的活性氧簇（reac tive oxygen species，ROS），防止膜脂過氧化發生，減輕烯草酮對玉米葉片的傷害；Cui等[10]發現，外源水楊酸處理能夠保護作物免受百草枯誘導下由于抗氧化劑酶活性的改變而引起的機械損傷。因此，研究水楊酸對烯草酮脅迫下谷子幼苗耐性以及有關生理指標等的影響，對拓寬谷田除草劑種類具有重大意義。SA與非生物逆境引發的氧化傷害也密切相關。外源SA處理通過提高小麥、玉米、大麥等作物的細胞抗氧化酶如Cu/Zn-超氧化物歧化酶（Cu/Zn-superoxide dismutase，Cu/Zn-SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GR）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等的活性，增強了這些作物對低溫、高溫、滲透脅迫和重金屬離子的耐受性[11-14]。關于外源SA對烯草酮脅迫下谷子幼苗光合特性及抗氧化酶活性影響的研究迄今鮮見報道。

本研究用水楊酸對谷子進行預處理，測定其在烯草酮脅迫下的抗氧化酶活性、光合色素含量、光合特性的變化，以探討SA對烯草酮脅迫下谷子的緩解作用。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料選用由山西農科院經濟作物研究所提供的品質優異、高產穩產、適應性廣的晉谷21號，水楊酸（分析純）由天津市凱通化學試劑有限公司提供，烯草酮由沈陽科創化學品有限公司提供（有效成分含量24%，劑型為乳油）。

1.2 試驗設計

谷子于2012年5月種植在山西農業大學農作站，土壤肥力中上等。待幼苗長至6葉期時，采用隨機區組設計設置8個處理：處理1～4，每小區僅葉面噴施不同劑量（0，0.5，1，2 mL/L）的烯草酮，依次記為 A1，A2，A3，A4；處理 5～8，每小區先分別噴施2 mmol/L SA，施用后第3天，再分別噴施不同劑量（0，0.5，1，2 mL/L）的烯草酮，依次記為 B1，B2，B3，B4。每處理 3次重復，每小區面積為3 m×2 m。

烯草酮處理4 d后，選取生長較為一致的谷子幼苗倒2葉進行抗氧化酶（POD，SOD）活性、光合色素含量（葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿卜素）以及光合參數的測定。

1.3 測定指標和方法

1.3.1 抗氧化酶活性 采葉后立即用濕沙布包裹，裝入冰壺迅速帶回實驗室。SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[15]；POD活性測定采用愈創木酚法[12]。

1.3.2 光合色素含量的測定 采用80%丙酮提取法測定光合色素含量，即用直徑6.25 mm的葉片打孔器在不同處理葉片的相同位置打孔，準確稱量0.1 g，置于10 mL 80%丙酮具塞試管中振蕩，在室溫黑暗下提取24 h后樣品完全變白，以80%丙酮作為空白調0，參照高俊鳳[12]的方法進行計算。

1.3.3 光合參數測定 于上午9：00—11：00采用美國思愛迪生產的CI-340便攜式光合儀進行田間活體測定光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，選取生長一致且受光方向相同的倒2葉，光強為（1 000±50）μmol/（m2·s）。

1.4 數據處理

采用Excel軟件處理數據和圖表；在SAS 8.1軟件中，用鄧肯氏多重比較法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 SA對烯草酮脅迫下谷子幼苗抗氧化酶活性的影響

SOD和POD是植物細胞膜的重要保護酶，其可以清除細胞膜上的自由基，防止膜脂過氧化，保護細胞膜的完整性，提高植物對逆境的抗性，其活性常作為判斷植物抗逆性的重要生理指標[13]。

從圖1可知，隨著烯草酮劑量的升高，谷子幼苗SOD和POD活性基本呈先上升后下降的趨勢，且它們的活性在噴施了2 mmol/L水楊酸后均比烯草酮處理顯著提高。在烯草酮劑量為1mL/L時，SOD活性最高，且葉面噴施SA后，SOD活性顯著提高了24.3%。同樣，葉面噴施SA后，谷子幼苗葉片POD活性顯著升高，在1 mL/L劑量下，其活性最高，比烯草酮處理提高19.4%。

2.2 SA對烯草酮脅迫下谷子幼苗葉片光合色素含量的影響

葉綠素含量的消長規律是反映葉片生理活性變化的重要指標之一，與葉片光合能力有密切關系。除草劑脅迫可降低植物的光合能力，改變光合色素的組成，抑制葉綠體的發育[16]。

表1 SA對烯草酮脅迫下谷子幼苗葉片光合色素含量的影響 mg/g

由表1可知，谷子受烯草酮脅迫后，葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿卜素含量隨著烯草酮劑量的增加均呈現下降趨勢。其中，當烯草酮劑量為0.5 mL/L，與未用SA預處理相比，葉面噴施SA對谷子幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量均有一定提高，分別提高2.5%，2.4%，2.9%，但均未達顯著水平；而類胡蘿卜素含量與烯草酮處理差異顯著。在其他劑量下，水楊酸+烯草酮處理與烯草酮處理相比，光合色素含量均下降。

2.3 SA對烯草酮脅迫下谷子幼苗光合速率、氣孔導度、蒸騰速率的影響

光合作用是植物最基本的生理過程，各種自然因子，如干旱、淹水、低溫、鹽害等都會直接或間接地引起光合色素含量和比例的變化，進而影響光合作用[17]。由圖2可知，谷子葉片的光合速率隨著除草劑劑量的增加呈顯著下降趨勢，說明除草劑嚴重影響了谷子的光合生產。但與烯草酮處理相比，在0，0.5 mL/L劑量下葉面噴施SA能一定程度提高其光合速率，分別提高了6.8%，0.55%。

氣孔是空氣中CO2進入植物體和植物體內水分蒸發的主要通道，它主要控制植物的2個生理過程，即控制光合作用中CO2吸收和蒸騰作用中水分的代謝，與植物葉片的蒸騰和光合性能有密切關系[18]。谷子葉片的氣孔導度和蒸騰速率隨著除草劑劑量的增加呈先下降后增加再降低的趨勢，且各劑量下氣孔導度和蒸騰速率均低于對照。與烯草酮處理相比，在0，0.5 mL/L劑量下，葉面噴施SA使氣孔導度分別提高3.1%，2.3%，蒸騰速率分別提高4.1%，5.8%。

3 結論與討論

原向陽等[19]研究表明，植物受到多種逆境脅迫后，葉綠素含量降低，是導致植物光合作用效率降低的一個重要因素。植物葉片中葉綠素含量降低是除草劑藥害的最為常見的癥狀之一，一方面是由于除草劑抑制了葉綠素合成必需元素Mg，Fe等的吸收，使葉綠素合成受阻；另一方面葉片中的葉綠素是自由基攻擊的靶標分子之一，因此，除草劑脅迫會改變葉綠體結構，從而影響其正常功能[20]。有研究表明，在低溫脅迫下，外源SA能使番茄[21]、玉米[22]幼苗葉片的葉綠素含量增加。類胡蘿卜素不僅是光合色素，而且是內源抗氧化劑，既能吸收細胞中剩余的能量，還能淬滅非活性氧來防止質膜過氧化[23]。而本研究發現，2 mmol/LSA預處理對0.5 mL/L烯草酮脅迫下谷子幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、類胡蘿卜素含量均有一定程度提高，而其他劑量下光合色素含量均下降。由此推測，SA對光合色素含量的影響可能在不同的植物中表現各異，還有待進一步探索。

SOD和POD是植物體內活性氧清除系統中的2種重要酶，其活性的增加還是減少，反映了植物在逆境因子作用下對環境脅迫做出保護性應激反應[24]。本研究結果表明，外源噴施SA能顯著提高烯草酮脅迫下谷子幼苗葉片SOD和POD含量，這與段云青等[25-26]的研究結果一致。表明添加SA能進一步提高谷子幼苗葉片SOD，POD活性，從而更有效地清除活性氧，減少其對膜結構和功能的破壞。

植物生長和生物量遞增依賴光合作用，植物對環境改變的綜合體現是通過光合作用的變化。CO2凈同化效率與蒸騰效率制約著植物的水分利用效率，植物通過改變氣孔的開度等方式來控制與外界CO2和水汽交換，從而調節光合速率和蒸騰速率，以適應不同的環境條件[27]。有研究表明，植物蒸騰受環境因子的影響和土壤水分供應的限制，氣孔阻力、光合作用也是影響作物蒸騰作用的生理性原因[27-28]。氣孔導度對環境因子的變化十分敏感，凡是影響植物光合作用和葉片水分狀況的各種因素都有可能對氣孔導度造成影響[29]。一般來說，氣孔導度越大，蒸騰速率越快[30]。而本試驗中，噴施外源SA后，在0～0.5 mL/L劑量下其光合速率、蒸騰速率和氣孔導度均呈現一定程度提高，但其他劑量下均未得到改善。與張蕊等[31]的外源SA對低溫脅迫下水稻光合特性影響、Shi等[32]的外源SA對Cd脅迫下大麻幼苗光合特性影響的試驗結果一致。光合速率與葉綠素含量變化趨勢基本一致，說明光合速率的下降可能是葉綠素含量下降引起的。

外源SA施用，有效提高了烯草酮脅迫下谷子幼苗葉片SOD，POD等抗氧化酶活性，一定程度上保護了光合色素，對于緩解烯草酮脅迫，促進植株生長發育具有重要作用。

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