乙草胺處理草莓線粒體膜參數檢測數據集

魯曉峰 孫海龍* 杜國棟 徐樹廣

（1.中國農業科學院果樹研究所/農業農村部園藝作物種質資源利用重點實驗室，興城 125100；2.沈陽農業大學園藝學院/沈陽市北方果樹栽培與生理生態重點實驗室，沈陽 110866）

數據庫（集）基本信息匯總表http：//www.agridata.cn/data.html

1 引言

乙草胺是選擇性芽前處理除草劑，通過進入作物根圍土壤，經胚芽鞘或下胚軸吸收，吸收后向上傳導，阻礙蛋白質合成而抑制細胞生長，使雜草幼芽、幼根生長停止，通常通過觀察植物根系生理功能的影響，表征除草劑脅迫對根系發育的傷害程度[1]。Ghazi-Khansari M 等研究發現，利用草甘膦處理后，毛桃根系呈現出顏色變深、須根變短、變少等現象，說明除草劑脅迫對毛桃根系生長發育有較大傷害[2]。根系的活力直接影響植株整體的生長發育，是植株幼苗發育過程中的重要生理指標。李亞東等研究發現，高濃度乙氧氟草醚、二甲戊靈、仲丁靈明顯抑制棉花的根系活力，而五氟磺草胺即使低濃度時，對棉花的根系活力也表現出嚴重的抑制效果[3]。在正常生理狀態下，植物組織中的ROS 產生與清除處于平衡狀態[4]。當植物受到逆境脅迫時，植株體內會產生過量ROS，引起細胞膜系統受到損傷，引起膜脂過氧化物產物（MDA）激增[5-6]。土壤中除草劑西草凈的含量達到0.8～8.0 mg kg-1時，小麥根系中活性氧（ROS）大量產生，對根系細胞膜脂造成損傷[7]。且研究指出，外源施加除草劑丙酯草醚和丁草胺，均能不同程度破壞小麥、油菜和大麥體內的保護性酶活性，使植株體內的膜質過氧化產物MDA 含量提高[8-9]。溫銀元等人研究發現，受到除草劑撲草凈脅迫后，西府海棠幼苗根系中抗氧化酶SOD、POD 等含量均顯著升高，O2-、H2O2含量顯著高于對照[10]；馮煜在研究除草劑谷友和苯·唑·2 甲鈉脅迫下糜子根系抗氧化酶活性變化時也發現，兩種除草劑均對糜子根系產生藥害，降低糜子根系SOD及POD活性，顯著提高MDA含量[11]。

線粒體是根系細胞主要的細胞器之一，是感受外界脅迫相關信號主要部位[12-13]。研究表明，逆境脅迫會導致線粒體的結構和功能發生明顯變化[14]。如鹽堿脅迫下，番茄根系線粒體內H2O2和MDA 含量增加，線粒體膜通透性增大[15]；干旱脅迫條件下，銀沙槐幼苗葉片中線粒體膜完整性低，出現內部嵴消失、空泡化等現象[16]；鎘脅迫導致平邑甜茶根系細胞線粒體電子傳遞受阻，氧自由基含量增加，造成線粒體膜質過氧化，細胞發生程序性死亡[17]。同時，線粒體也是產生ROS 的場所，其內含有的抗氧化酶對機體有一定保護作用[18]。過量的ROS 會引起線粒體膜氧化損傷，導致線粒體的電子傳遞受阻，內膜的完整性和呼吸電子傳遞鏈受到破壞，進一步破壞線粒體的抗氧化防御體系，使線粒體O2-產生速率加快、H2O2和MDA含量增高、膜脂過氧化加劇[19]。在植物根系中，線粒體呼吸鏈電子漏是O2-產生的主要來源[20]，而線粒體膜電位的下降又能導致線粒體呼吸鏈電子漏的增加[21]。細胞色素Cyt c 介導的呼吸鏈電子漏旁路，可以清除由于呼吸鏈漏電子而產生的O2-和H2O2。如在外源丁香酸和鄰苯二甲酸脅迫下，根系線粒體膜透性增大，降低膜電位及根系線粒體內膜上細胞色素Cyt c/a 含量，線粒體內膜細胞完整性遭到破壞，電子傳遞受阻[22]。徐建興研究也發現，當植物遭受逆境脅迫時，線粒體內膜的完整性和呼吸電子傳遞鏈受到破壞，最終導致線粒體O2-產生速率加快,H2O2和MDA 含量增高[23]。目前，雖然有關除草劑影響作物生長發育的研究較多，但對作物根系線粒體膜結構和功能的損傷機制尚未見詳細報道。本文以草莓植株為試驗材料，研究乙草胺誘發ROS 對草莓根系線粒體膜電位、膜通透性等生物膜結構和功能的影響，為生產上有效應對乙草胺類除草劑脅迫提供借鑒。

2 數據采集與處理方法

本試驗于2017年5—9月在沈陽農業大學苗木良種繁育基地進行，供試材料為日本草莓品種‘寶交早生’（Fragaria×ananassaDuch.），取自遼寧省沈陽市沈北新區國邦園藝農場草莓苗木生產基地。濃度99%乙草胺乳油購自吉林美聯化學品有限公司。

將‘三葉一心’的草莓假植幼苗定植于內徑寬和高分別為16.0 cm和16.0 cm的塑料盆缽中，栽培基質為園土∶泥炭土∶有機肥=3∶1∶1（按體積比均勻混合），每盆裝入基質1.25 kg，栽植草莓苗1 株，重復30次。試驗設乙草胺處理（處理D，乙草胺濃度為使用推薦劑量的10倍，每缽添加濃度0.2 mol·L-1的乙草胺量100 ml）及對照（CK，未施加乙草胺）處理。草莓植株生長30 d 后，選擇長勢基本一致的草莓植株，按試驗設定劑量將除草劑溶液澆灌于盆缽中，對照施入等量的蒸餾水，各處理重復5次，分別于處理后0 d、1 d、3 d、5 d、7 d和9 d，取草莓根系前端1～2 cm分生區部位根段樣品，用于各生理指標的測定。

線粒體的提取參照楊玖英[24]的方法；線粒體膜電位測定參照Braidot[25]等方法；線粒體膜通透性的測定參照金超芳[26]等方法；線粒體細胞色素c/a（Cyt c/a）測定參照Tonshin 及馬懷宇[27]等方法。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定[28]；過氧化氫酶（CAT）活性采用KMnO4滴定法測定[29]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）顯色法測定[30]；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定[31]；超氧陰離子（O2-）活性采用羥胺法測定[32]；過氧化氫（H2O2）含量采用四氯化鈦法測定[33]。根系活力采用TTC 法測定[34]，單位為mg·g-1· h-1；質膜H+-ATPase 測定參照Blumwald 等[35]方法，單位為μmolPi mg-1protein · h-1。采 用Excel 2010 軟件進行原始 數據處理，Sigma Plot 10.0軟件繪圖。

3 數據樣本描述

3.1 乙草胺處理對草莓根系線粒體膜功能的影響

施加乙草胺后，根系線粒體膜Δψm 呈持續下降的趨勢，于處理5 d 下降幅度最明顯，較對照下降64.3%，處理后期無明顯變化（圖1-a）。由圖1-b 可知，與對照相比，前期草莓根系線粒體內膜上細胞色素Cyt c/a 含量明顯下降，于處理7 d 后達最低值，后期的線粒體Cyt c/a 變化不明顯。乙草胺處理一定程度上影響了線粒體功能的發揮，與對照相比，在乙草胺處理5 d 后，根系線粒體膜透性（MPT）明顯上升，比對照上升138.0%，處理9 d 后，線粒體膜的MPT 達最高值。

圖1 乙草胺對草莓根系線粒體功能的影響Fig.1 Effects of acetochlor on the mitochondrial function of strawberry roots

3.2 乙草胺處理對草莓根系活力、H+ -ATPase及丙二醛含量的影響

由圖2-a 可知，與對照相比，乙草胺處理的草莓根系活力呈現直線下降的趨勢。其中，乙草胺處理9 d 后，根系活力僅分別為對照的54.8%。草莓根系細胞質膜H+-ATPase 活性均呈現明顯下降趨勢（2-b）。丙二醛（MDA）是植物受到逆境脅迫所生成膜質過氧化物質，其含量常常用來表征植物機體內膜質過氧化程度。由圖2-c 可以看出，與對照相比，在除草劑乙草胺脅迫下，根系MDA 含量均呈現持續下降趨勢。

圖2 乙草胺對草莓根系活力、H+-ATPase及丙二醛含量的影響Fig 2 Effects of acetochlor phytotoxicity on root activities,H+-ATPase and MDA in strawberry roots

3.3 乙草胺處理對草莓根系活性氧含量的影響

如圖3-a 所示，隨著處理時間延長，乙草胺處理后草莓根系O2-含量呈逐漸上升趨勢，處理第5 d 后，含量較對照增長14.9%，處理9 d后O2-含量達到最高值。由圖3-b 可知，與對照相比，隨著脅迫時間的持續，乙草胺處理后根系H2O2含量呈現上升趨勢，處理7 d后，H2O2含量達到最高值，較對照增長32.5%。

圖3 乙草胺對草莓根系ROS含量及H2O2含量的影響Fig.3 Effects of acetochlor on reactive oxygen species and hydrogen peroxide contents of strawberry roots

3.4 乙草胺處理對草莓根系保護性酶活性的影響

由圖4-a 可以看出，隨著除草劑脅迫處理時間增加，草莓根系SOD 活性均呈逐漸上升趨勢。其中，在脅迫處理9 d后，根系SOD活性比對照增長32.8%。如圖4-b 可知，隨乙草胺脅迫處理時間的增加，根系POD 活性呈現上升趨勢，于處理9 d 后達最高水平。隨著除草劑脅迫程度加重，根系CAT 活性呈先升高后降低的趨勢，于脅迫處理3 d 后達最高水平，隨后CAT 活性迅速降低，處理9 d 后的CAT 活性達最低值，較對照降低了17.1%（圖4-c）。

圖4 乙草胺對草莓根系保護性酶活性的影響Fig.4 Effects of acetochlor on protective enzyme activity of strawberry roots

4 數據質量控制與驗證/評估

整個生長周期在基地溫室內進行，定期澆灌Hoagland 營養液，補充充足的水分及養分，確保植株正常生長。草莓植株生長30 d后，選擇長勢基本一致的草莓植株，按試驗設定劑量將除草劑溶液澆灌于盆缽中，對照施入等量的蒸餾水，各處理重復5 次，為防止溶液流失，在培養缽下放置托盤，將外滲的溶液重新澆回培養缽中。分別于處理后0 d、1 d、3 d、5 d、7 d和9 d，取草莓根系前端1～2 cm 分生區部位根段樣品，用于各生理指標的測定。取樣前制定標準統一的方案，由1 人獨立完成，保證選取樣品的固定性。測定各指標前對所有參與實驗操作的人員進行集中培訓，盡可能保證參與人員的固定性，減少人為誤差。

5 數據價值與使用建議

本研究公開發表了2017 年乙草胺處理草莓線粒體膜參數檢測數據集，內容包括了草莓根系線粒體膜電位、細胞色素Cyt c/a、膜透性、根系活力及H+-ATPase、丙二醛及活性氧含量等數據，該數據可結合線粒體細胞器表觀變化，進一步確定除草劑脅迫對線粒體結構影響的具體作用位點，可進行分子標記和相關基因挖掘，也可結合其他除草劑對根系線粒體作用程度，篩選出更優質的除草劑，同時也可為生產上有效應對乙草胺類除草劑脅迫提供參考。本數據集原始數據可通過國家農業科學數據中心獲取，登錄首頁后點“資源服務”下的“數據服務”，進入相應頁面。

數據作者分工職責

魯曉峰（1992—），女，遼寧人，碩士，助理研究員，研究方向為李杏資源與育種研究。主要承擔工作：田間調查、數據處理、質量控制及論文撰寫。

孫海龍（1988—），男，黑龍江人，碩士，助理研究員，研究方向為李杏資源與育種研究。主要承擔工作：方案設計、組織實施、論文構架及質量控制。

杜國棟（1971—），男，遼寧人，博士，教授，研究方向為果樹栽培與生理生態。主要承擔工作：方案設計、組織實施、論文構架及質量控制。

徐樹廣（1973—），男，遼寧人，農藝師，研究方向為李杏資源與育種研究。主要承擔工作：田間調查及質量控制。