不同種類除草劑對燕麥幼苗生理生化指標的影響

宋旭東，趙桂琴

(甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

不同種類除草劑對燕麥幼苗生理生化指標的影響

宋旭東，趙桂琴

(甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

通過盆栽試驗測定了2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈、氯氟吡氧乙酸和2甲4氯鈉4種除草劑及其不同濃度對白燕2號燕麥葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的影響。結果表明：除草劑能引起燕麥葉片生理特性的改變，隨著藥后時間的延長，POD、SOD酶活性呈現先升高后降低的變化趨勢；CAT活性變幅較小，呈現先略降低，再升高的變化；MDA和可溶性糖含量逐漸上升且始終高于對照，高濃度氯氟吡氧乙酸(T9)處理在藥后30 d達到最高，分別為0.1540 μmol/gFW和0.8277%。高濃度除草劑對燕麥苗期的脅迫作用顯著大于低濃度。供試的4種除草劑中，2甲4氯鈉對燕麥葉片POD、SOD活性和可溶性糖含量的影響較大，高濃度使它隆對MDA含量有顯著影響，高濃度2,4-D丁酯對CAT活性影響較大，低濃度2,4-D丁酯、二甲·溴苯腈脅迫較小，對燕麥幼苗比較安全。

除草劑；燕麥；抗氧化酶活性

裸燕麥(Avenasativa)是禾本科燕麥屬一年生草本植物，具有適應性強、草產量高、營養價值高、適口性好等特點，是西北牧區和半農半牧區一年生人工草地建植的首選草種[1]。另外，由于燕麥含有豐富的脂肪、蛋白質和可溶性膳食纖維，也是人們餐桌上的保健食品。

隨著燕麥種植面積的擴大和機械化程度的提高，草害問題逐漸突顯，燕麥田雜草過多成為影響燕麥生產的重要因素[2,3]。除草劑的應用在我國發展迅速，新除草劑也在不斷開發[4]。生產中由于對除草劑種類的選擇或使用技術不當而對作物造成負效應的報道屢見不鮮，對當季或下茬作物產生藥害等現象時有發生[5,6]。因為除草劑對作物本身也是一種脅迫因子[7]，這種脅迫在控制雜草危害的同時，也導致作物體內生理生化發生變化，進而影響作物的產量和品質[8-10]。除草劑的負效應已經引起國內外學者的廣泛重視，在小麥、水稻、胡麻作物上開展了相關研究[11-13]。王正貴等[14]研究表明，施用苯磺隆、氯氟吡氧乙酸、異丙隆、驃馬、綠麥隆后，小麥植株體內SOD、POD、CAT等酶的活性在藥后5～15 d升高，其后逐漸恢復至對照水平。吳進才等[15]發現，不同濃度的2,4-D處理水稻幼苗后H2O2活力均上升；王鑫等[16]在胡麻田也發現，除草劑施用后胡麻 SOD活性先增高后降低。

目前，國內有關除草劑對燕麥苗期生理生化影響的報道較少。胡戰朝[17]研究表明，施用除草劑仲丁靈、二甲·辛酰溴和苯磺隆可不同程度地增加燕麥保護酶活性。為了研究除草劑對燕麥苗期生理生化的影響及為篩選安全除草劑。試驗采用幾種麥田常用除草劑，研究其不同濃度對燕麥生理生化的影響，為篩選燕麥田安全高效的除草劑種類及適宜劑量提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試燕麥品種為白燕2號，由甘肅農業大學草業學院提供，供試除草劑共4種(表1)。

表1 供試除草劑及其用量Table1 Herbicides and dosages used in the experiment

1.2 試驗設計

4種除草劑各設低、中、高3個濃度梯度，清水為對照，每個處理3次重復，于2013年9月進行盆栽試驗。塑料花盆直徑20 cm，高15 cm，每盆裝土約1.5 kg，澆透水，水滲下后播種，每盆挑選均勻、飽滿白燕2號種子20粒均勻播種，播種后覆土2～3 cm,輕微鎮壓，播種后定期澆水且每盆澆水量一致，出苗后于三葉期至四葉期噴藥。噴藥采用小噴壺，從同一高度自上而下進行均勻噴施。

1.3 測定內容及方法

分別于施藥后10，20和30 d測定相關生理生化指標，用愈創木酚法測定過氧化物酶(POD)的活性；用氮藍四唑(NBT)法測定超氧化物歧化酶(SOD)的活性，用紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)的活性；用過氧化脂質硫代巴比妥酸分光光度法測定丙二醛(MDA)含量，用蒽酮法測定可溶性糖含量。

酶液的提取,先取燕麥葉片0.2 g于預冷的研缽中，加入1 mL預冷的pH7的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，加緩沖液使終體積為2 mL，取1.5～2 mL于4 000 r/min離心10 min，上清液即為酶液。

SOD 活性測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原法測定；POD活性測定采用愈創木酚顯色法；CAT活性測定采用紫外吸收法測定；MDA含量測定采用硫代巴比妥酸法測定；可溶性糖含量的測定先取0.2 g鮮樣品加入10 mL蒸餾水，封口沸水浴30 min(2次)，濾紙漏斗過濾入50 mL容量瓶中，沖洗殘渣，定容。

1.4 數據分析方法

用Excel軟件整理數據，方差分析用SPSS 19.0完成。

2 結果與分析

2.1 除草劑對燕麥POD活性的影響

POD是眾多涉及清除活性氧類物質酶中最重要的酶之一，對植物抗氧化具有重要作用。除2甲4氯鈉以外，其他3種藥劑處理下，POD活性隨著時間的推移呈現先下降后上升的“V”形變化趨勢。2甲4氯鈉處理下POD活性上升，隨后逐漸下降。高濃度下的POD活性顯著高于中低濃度(表2)。

隨著除草劑濃度的增加，燕麥POD活性顯著增加。藥后10 d，各處理燕麥幼苗POD活性均高于對照。其中750 mL/hm2濃度2,4-D處理下，POD活性最高，為178.45 mmol/(min·g)FW，顯著高于其他處理。藥后20 d，POD活性除了中、高濃度2甲4氯鈉[(90.75和113.33 U/(min·g)FW)]之外均低于對照。藥后30 d，各處理的POD活性與對照的差異不顯著，表明燕麥已從除草劑脅迫下逐漸恢復。

2.2 除草劑對燕麥SOD活性的影響

SOD能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質，從而減輕植物吸收的毒害或脅迫。隨著時間的推移，各除草劑處理下燕麥SOD活性呈現先下降后升高的變化趨勢，30 d后基本與10 d的活性持平。藥后10 d，多數處理與對照相比SOD活性上升，其中T10處理下SOD活性達到最大值，為539.96 U/(min·g) FW，較對照增加26.4%。藥后20 d，各處理的SOD活性顯著下降，T9處理下的SOD活性最低，為134.65 U/g FW，較對照下降了61.8%。對照的SOD活性隨著時間的推移基本保持穩定(表3)。

表2 不同除草劑種類及濃度下燕麥POD活性Table2 Impacts of 4 herbicides on POD activity mmol/(min·g) FW

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；下同

2.3 除草劑對燕麥CAT活性的影響

從表4可以看出，藥后10 d，2,4-D丁酯和2甲4氯鈉處理下，CAT活性隨2種除草劑濃度的升高而升高，二甲·溴苯腈隨測定時間的推進，大多數除草劑處理下，燕麥CAT活性表現出先下降后上升的變化趨勢。但中、低濃度2,4-D丁酯處理下燕麥CAT活性在藥后20 d較之10 d顯著增加，隨后又逐漸下降。藥后10 d，T3處理下CAT活性最高，為581.27 U/(min·g)FW，顯著高于其他處理。藥后20 d和30 d，所有處理的CAT活性均高于對照。

表3 不同除草劑種類及濃度下燕麥SOD活性Table3 Effects of 4 herbicides on SOD activity U/g

表4 除草劑種類及其濃度下燕麥CAT活性Table4 Effects of 4 herbicides on CAT activity U/(min·g)FW

2.4 除草劑對燕麥MDA含量的影響

4種除草劑處理后，隨著除草劑濃度的增加，燕麥葉片中MDA含量呈不斷上升的變化趨勢，且與對照相比始終有不同程度的升高，說明隨著除草劑濃度的增加，除草劑對燕麥葉片產生的脅迫也相應增加。隨著測定時期的推移，MDA含量與對照相比表現出顯著上升趨勢，在30 d達到最大值，其中T9處理下MDA含量最高，達0.154 0 μmol/g,FW，但隨著時間的推移上升幅度有所減小。T9處理下，MDA含量在各個測定時期均達到最大值，對燕麥葉片脅迫較大(表5)。低濃度2,4-D丁酯處理下MDA含量較小，對燕麥幼苗比較安全。

表5 4種除草劑下燕麥幼苗MDA含量Table5 Effects of 4 herbicides on MDA content of oat seedling μmol/g,FW

2.5 除草劑對裸燕麥可溶性糖含量的影響

藥后10 d，各處理下燕麥可溶性糖含量與對照相比均有不同程度的增加，其中T12處理下可溶性糖含量最高，達0.48%，比對照高50%，T1處理最小，為0.243 6%。藥后20 d，除T4外，其他各處理下燕麥葉片可溶性糖含量與對照相比均有不同程度的增加，T9和T12可溶性糖含量達到0.143 1%和0.117 2%，較對照增幅分別為40.8%和40%，T4處理可溶性糖含量最低，為0.4044%。藥后30 d，T9處理下，可溶性糖達到最大值，為0.822 7%，較對照增幅達31.7%，T7處理下可溶性糖含量較低，為0.052 5%(表6)。

噴施除草劑后，隨著施藥濃度的增加和時間的推移，燕麥可溶性糖含量表現增加的趨勢，但增幅隨時間的推移而減小。

表6 4種除草劑下燕麥幼苗可溶性糖含量Table6 Effects of four herbicide on soluble sugar content of oat seedling %

3 討論與結論

3.1 不同除草劑對裸燕麥抗氧化特性的影響

POD，SOD和CAT都是植物體內活性氧清除系統的抗氧化酶，作為植物系統防御外界不良環境的保護酶,其酶活性與植物抗逆性呈一定的相關性[18]。這3種酶均能維護植物細胞膜的穩定性及完整性，對細胞膜保護起著重要作用。而當植物處于逆境脅迫時，抗氧化酶的活性受到影響，致使一些活性氧積累，對膜造成傷害[19]；三者之間的協同作用能使植物體內自由基維持相對較低的水平，從而減少其對植物細胞膜的傷害[20]。

除草劑對作物來說是一種脅迫，可對作物生長、生理產生影響[21,22]。有關逆境脅迫和除草劑對植物傷害的研究結果表明，活性氧介導了膜脂的過氧化作用。黃凱豐等[23]試驗表明，經2甲4氯鈉除草劑處理后，MDA和POD的活性隨2甲4氯鈉使用濃度的增加而升高；宋喜娥等[24]研究了幾種不同莖葉處理除草劑對谷子的安全性，發現3種除草劑處理下對谷子POD活性及可溶性糖抑制率最大均為2甲4氯，對谷子POD活性抑制率居中的為百草敵，最小的為2,4-D丁酯。研究發現，施用除草劑后，燕麥葉片SOD，CAT和POD活性與對照相比，均有不同程度的升高，且經過30 d才能逐漸恢復。原因是除草劑進入燕麥體內激發了活性氧清除系統，誘導POD，SOD和CAT酶活性升高，以保護植物免受除草劑的侵害。試驗中POD、SOD酶活性隨著燕麥的生長呈現出先升高后降低的變化趨勢，說明當燕麥幼苗遭受除草劑這一外界脅迫時，體內H2O2產生增多，首先啟動保護機制使POD、SOD 活性升高，以清除體內過多的H2O2，使其免受傷害。而隨著燕麥的生長發育及藥后時間的延長，除草劑藥效逐漸下降，脅迫也就減弱。隨著燕麥植株的生長，植物體抗性增強，體內H2O2總量下降，其受害癥狀呈減輕趨勢，最終POD 、SOD活性下降，并有趨于平穩的趨勢，表明燕麥逐漸在恢復代謝。

在施藥初期中、高濃度處理下燕麥葉片的POD活性較高，而SOD活性較低，說明在這個時期POD起主要作用，SOD的作用相對要小一些，因為當植物體遇到脅迫后保護酶都在相互協調，并保持一個穩定的平衡態來發揮作用[25]。

3.2 不同除草劑對裸燕麥含量的影響

植物在逆境條件下會產生大量的活性氧，活性氧很容易使植物細胞內膜發生過氧化作用或脫脂作用，而MDA則是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，它會嚴重地損傷細胞的生物膜，降低膜中不飽和脂肪酸的含量，使膜的流動性降低[26]。MDA 是膜脂過氧化的指示化合物[27]，一般逆境程度越大，膜脂過氧化越嚴重，MDA 含量就越高。研究中燕麥受到不同濃度除草劑脅迫后，葉片MDA活性始終高于對照，說明應試除草劑對燕麥葉片的膜脂過氧化程度有持續影響。隨著時間的推移，MDA含量逐漸上升，表明燕麥的質膜已受到除草劑脅迫的傷害，致使脅迫后期葉片的生理過程仍有明顯的改變。可見，在超過除草劑的持效期后，燕麥本身為適應外界環境的改變而做出的抗性應激反應仍可影響其體內抗氧化酶活性發生變化[28]，而且在燕麥不同生長期，各指標的調節協同機制及響應時間與變化程度存在差異。

3.3 不同除草劑對裸燕麥可溶性糖含量的影響

可溶性糖作為光合作用的重要產物之一，可以合成纖維素組成細胞壁、轉化并組成其他有機物如核苷酸和核酸等、分解產物是其他許多有機物合成的原料，植物為了適應干旱、低溫等逆境條件，也會主動積累一些可溶性糖，降低滲透勢和冰點，以適應外界環境條件的變化。 一般情況下植物在遭受逆境脅迫時，葉片細胞內的可溶性糖含量會呈上升趨勢[28,29]。試驗結果表明，噴施除草劑后，隨著施藥濃度的增加和時間的推移，燕麥可溶性糖含量表現出上升的趨勢。高濃度2甲4氯鈉對燕麥葉片可溶性糖含量有較高的增幅，進一步證明了對燕麥有較強的脅迫作用。

隨著藥后時間的延長，POD、SOD酶活性呈現出先升高后降低的變化趨勢；CAT活性變幅較小，呈現先略降低，再升高的變化；MDA和可溶性糖含量逐漸上升，藥后30 d達到最高。供試的4種除草劑，2甲4氯鈉對燕麥葉片脅迫較大，不宜在燕麥田施用；低濃度2,4-D丁酯、2甲·溴苯腈對燕麥苗期比較安全。

[1] 胡戰朝,趙桂琴,劉歡,等.除草劑對燕麥田雜草的防效及其對燕麥產量的影響[J].甘肅農業大學學報,2012，47(2)：97-103.

[2] 曹艷萍,姚學慧.植物農藥開發研究的意義和現狀[J].榆林高等專科學校學報,2000,24(40):60-62.

[3] 袁卉馥,牛瑞明,劉俊喜,等.冀西北壩上地區莜麥田間除草劑的篩選研究[J].河南農業科學,2009(11):90-93.

[4] 馬曉淵.論除草劑田間試驗設計的幾個問題[J].植物保護,1990(16):64-66.

[5] 李廣領,陳錫嶺,秦雪蜂,等.5種除草劑對百農矮抗的安全性[J].農藥,2007,46(2):132-134.

[6] 婁國強,呂文彥,職明星.苯磺隆、芐嘧磺隆對不同小麥品種安全性及葉綠素含量的影響[J].中國農學通報,2005,21(10):317-320.

[7] 胡戰朝,趙桂琴,劉歡，等.4種除草劑對皮燕麥、裸燕麥不同生育時期光合特性的影響[J].草原與草坪,2012,32(4):44-49.

[8] 張玉聚,孫化田,王春生.除草劑及其混用與農田雜草化學防治[M].北京:中國農業科技出版社,2000:37-44.

[9] 鄭世英.農藥對農田土壤生態及農產品質量的影響[J].石河子大學學報,2002,6(3):255-258.

[10] 黃頂成,尤民生,侯有明,等.化學除草劑對農田生物群落的影響[J].生態學報,2005,25(6):1451-1458.

[11] Ning Hui Song,Xiao Le Yin,Guo Feng Chen,etal.Biological responses of wheat(Triticumaestivum)plants to the herbicide chlorotoluron in oils[J].Chemosphere,2007,68:1779-1787.

[12] 吳進才,許俊峰,馮緒猛,等.稻田常用農藥對水稻3個品種生理生化的影響[J].中國農業科學,2003,36(5):536-541.

[13] 吳進才,王愛華,許俊峰,等.兩種選擇性農藥的使用對刺激三化螟產卵及水稻生化影響的研究[J].中國農業科學,2003,36(10):1163-1170.

[14] 王正貴,封超年,郭文善.麥田常用除草劑對弱筋小麥生理生化特性的影響[J].農業環境科學,2010,29(6):1027-1032.

[15] 吳進才,劉井蘭.農藥對不同水稻品種SOD活性的影響[J].中國農業科學,2002,35(4):451- 456.

[16] 王鑫,粱彥,郭平毅,等.速收除草肥在胡麻田的藥效及安全性初報[J].中國農學通報,2005,21(5):356-359.

[17] 胡戰朝.燕麥田除草劑篩選及其對燕麥生理指標、品質與產量的影響[D].蘭州：甘肅農業大學,2012.

[18] 史瑩華,張偉毅,于曉丹，等.光周期對紫花苜蓿SOD、POD活性的影響[J].草原與草坪,2009(1):74-77.

[19] 廖祥儒,朱新產.活性氧代謝和植物抗鹽性[J].生命的化學,1996,16:19-23.

[20] 龔雙姣,馬陶武,姜業芳,等.鎘脅迫下8種蘚類植物抗氧化酶活性變化的比較研究[J].西北植物學報,2008,28(9):1765-1771.

[21] 袁樹忠,吳進才,徐建祥,等.丁草胺等除草劑對水稻生理生化的影響[J].植物保護學報,2001,28(3):274-278.

[22] 韓毛軍,趙長山.丙草胺對水稻生理生化特性的影響[J].植物保護學報,2008,35(2):189-190.

[23] 黃凱豐,房艷,江解增.2-甲-4-氯鈉脅迫對茭白生理特性的影響[J].中國蔬菜,2011(12):52-55.

[24] 宋喜娥,王宏富,郭平毅,等.幾種不同莖葉處理除草劑對谷子的安全性研究[J].山西農業科學,2010,38(4):65-67,96.

[25] 梁艷榮,胡曉紅,張潁力,等.植物過氧化物酶生理功能研究進展[J].內蒙古農業大學學報,2003,24(2):110-113.

[26] 田曉艷,劉延吉,張蕾，等.鹽脅迫對景天三七保護酶系統、MDA、Pro及可溶性糖的影響[J].草原與草坪,2009(6):11-14.

[27] 李貴,吳競侖.除草劑對作物生理生化指標的影響[J].安徽農業科學,2007,35(29):9157- 9159.

[28] 曹紅星,張大鵬,王家亮,等.低溫對油棕可溶性糖轉運分配的影響[J].西南農業大學學報,2014,27(2):591-594.

[29] 夏永恒,崔世茂,劉杰才，等.CO2加富條件下高溫對溫室黃瓜可溶性糖和淀粉含量的影響[J].內蒙古農業大學學報，2013,34(4):16-20.

Effect of different herbicides on physiological and biochemical indexes of oat in seedling stage

SONG Xu-dong,ZHAO Gui-qin

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,Chinaa)

The effect of 4 different kinds of herbicides on physiological and biochemical indexes of oat at seeding stage were studied through pot experiment by measuring the activity of SOD,POD,CAT,MDA and soluble sugar content.The result indicated that the herbicides could lead to variation of leaf physiological and biochemical indexes.With the increasing days after treatments,POD,SOD activity increased firstly,and then reduced.CAT activity showed a slight decline before increase.MDA and the dissoluble sugar content rose up,and reached 0.1540 μmol/g,FW and 0.827 7% after treatment for 30 days with higher dosage of fluroxypyr.Higher dosage herbicides had severer stress on oat than lower ones.Among 4 herbicides,MCPA-Na had stronger impact on POD,SOD activity and dissoluble sugar content in leaf.Fluroxypyr had appreciable impact on MDA content,Higher dosage 2,4-D Butylate ester had stronger impactt on CAT activity.Lower dosage of 2,4-D butylate ester and bromoxynil octanoate plus MCPA-sodium were safe for oat seedlings.

herbicides;oat;antioxidant enzyme activity

2014-11-07；

2015-04-16

現代農業產業技術體系(CARS-8-C1)和農業部牧草種質資源保護項目(2013014)資助

宋旭東(1990-)，男，甘肅秦安人，在讀碩士。 E-mail：1052118992@qq.com 趙桂琴為通訊作者。

S 451.2；S 543

A

1009-5500(2015)04-0054-07