外源茉莉酸甲酯緩解咪唑乙煙酸土壤殘留抑制玉米幼苗生長的作用及其機(jī)理

姜波　呂慶浩　孔維捷　白霜　李凌緒

關(guān)鍵詞：咪唑乙煙酸：茉莉酸甲酯：玉米幼苗生長：活性氧

中圖分類號(hào)：S513.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2023） 03-0058-06

玉米是我國種植面積最大的主要糧食作物，也是重要的經(jīng)濟(jì)作物和飼料作物，2020年全國玉米播種面積為4126萬公頃，產(chǎn)量為26067萬噸。玉米一大豆輪作／間作可增肥地力、減少病害、充分利用土地資源，是我國東北黑土區(qū)、黃淮海地區(qū)、長江流域和內(nèi)蒙古自治區(qū)等地區(qū)廣泛采用的玉米種植模式之一。隨著我國對(duì)玉米需求量的增加、國際形勢(shì)的變化以及大豆一玉米帶狀復(fù)合種植模式的推進(jìn)，玉米一大豆種植模式面積將進(jìn)一步擴(kuò)大。

咪唑乙煙酸（imazethapyr，IM）是咪唑啉酮類除草劑，屬乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase，ALS）或乙酰羥基丁酸合成酶（acetohydroxybu-tyrate synthase，AHAS）抑制劑，具有殺草譜廣、活性高、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大豆田防除一年生雜草。但I(xiàn)M在土壤中殘留時(shí)間長，嚴(yán)重影響后茬玉米、油菜、水稻等作物生長。IM用量為60g/hm²時(shí)，其土壤殘留可使玉米株高和鮮重分別降低56.68%與74.16%。隨著大豆-玉米帶狀復(fù)合種植模式的推廣，咪唑乙煙酸使用面積很可能進(jìn)一步擴(kuò)大，其土壤殘留可能成為影響后茬玉米生產(chǎn)的重要因素。目前對(duì)IM土壤殘留的去除方法主要有生物炭吸附法、TiO₂催化劑降解法等，但這些方法成本高，不適合大范圍使用。

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）是植物體內(nèi)廣泛存在的內(nèi)源激素和信號(hào)分子，能夠參與植物在生物和非生物脅迫下的抗逆反應(yīng)。外源添加MeJA能夠誘導(dǎo)植物防衛(wèi)基因的過表達(dá)，使相關(guān)防御酶活性增強(qiáng)，提高植株對(duì)生物脅迫或非生物脅迫的抗性。近期研究發(fā)現(xiàn)，外源施用MeJA可顯著增強(qiáng)水稻和小麥對(duì)精異丙甲草胺、異丙隆等除草劑的解毒作用，緩解藥害脅迫。但外源MeJA是否具有緩解IM土壤殘留對(duì)玉米幼苗生長的脅迫作用尚不清楚，為此，本試驗(yàn)采用盆栽法對(duì)其進(jìn)行研究，同時(shí)分析其對(duì)幼苗生長相關(guān)生理指標(biāo)的影響，以期為找出緩解IM殘留對(duì)后茬玉米生產(chǎn)影響的措施提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料與主要試劑

供試玉米品種為沈玉21，沈陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院種業(yè)有限公司生產(chǎn)。98%咪唑乙煙酸（IM）原藥，由青島瀚生生物科技有限公司提供。

1.2玉米種植方法

試驗(yàn)于2021年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室中進(jìn)行。玉米種子用清水洗去表面包衣劑后，再用2%次氯酸鈉消毒5 min，然后用蒸餾水沖洗3～4次，晾干。挑選大小一致且飽滿的種子，置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，加入蒸餾水20 mL，26℃下催芽。種子露白后種植于花盆中，覆土2 cm，之后置于溫室中，每天適量澆水。條件設(shè)置為白天32℃下14 h、夜晚22℃下10 h，自然光照。每盆（d=15 cm，h=13 cm）播種5粒，重復(fù)3次。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的影響 將IM在土壤中的終濃度設(shè)為0、0.125、0.25、0.5、1.0、2.0 mg/kg。精確稱取IM原藥，用適量乙醇溶解，分3次噴入土壤中，期間不斷攪拌，使IM與土壤充分混勻，攤開晾干。按1.2方法種植玉米，10天時(shí)測定玉米幼苗株高和地上部鮮重，計(jì)算抑制中濃度。每處理重復(fù)3次，以噴入等量乙醇的土壤為對(duì)照。

1.3.2 MejA浸種緩解土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的脅迫 播種前用濃度為0.3、0.6、1.2、2.4、4.8 mg/L MejA溶液浸泡玉米種子24 h，經(jīng)蒸餾水沖洗3～4次后，按1.2方法播入含有1.0 mg/kgIM的土壤中，10天時(shí)測定玉米幼苗株高和地上部鮮重。每處理重復(fù)3次，以蒸餾水浸泡玉米為對(duì)照（IM），另設(shè)不含IM的空白對(duì)照（CK）。

1.3.3 MejA噴霧緩解土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的脅迫 按1.2方法將玉米種子播入含有1.0 mg/kg IM的土壤中，之后第5天用濃度為0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L MeJA溶液對(duì)玉米植株噴霧，直至葉片潤濕，連續(xù)處理5天。最后一次處理后24 h測定玉米幼苗株高和地上部鮮重。每處理重復(fù)3次，以噴施清水為對(duì)照（IM），另設(shè)不含IM的空白對(duì)照（CK）。

1.4測定指標(biāo)及方法

1.4.1 丙二醛（MDA）含量測定 于1.0 mg/LMeJA噴霧處理5天時(shí)取玉米幼葉0.5g，液氮研磨，轉(zhuǎn)入50 mL離心管，加入100%三氯乙酸（tri-chloroacetic acid，TCA）10 mL，4℃下10 000 r/min離心20 min，上清液即為MDA粗提液。參照Hodges等的方法測定MDA含量。

1.4.2 葉綠素含量測定 參照丁富功等的方法，略有改動(dòng)。于1.0 mg/L MejA噴霧處理5天時(shí)取玉米幼葉0.1g，剪成細(xì)絲，加入15 mL浸提液（丙酮：乙醇= 1：1），室溫下置于搖床上（110r/min，避光）浸提40 h，經(jīng)3層滅菌紗布過濾，所得浸提液用浸提溶劑定容至15 mL，測定其在645nm和663 nm波長下的吸光值。設(shè)置3次重復(fù)，每重復(fù)測量3次。

1.4.3抗氧化酶活性測定 于1.0 mg/L MeJA噴霧處理5天時(shí)取新鮮玉米幼葉0.5 g，液氮研磨，轉(zhuǎn)入50 mL離心管，加入pH 7.8的50 mmol/L磷酸緩沖液10 mL，4℃下9 000 r/min離心25 min，再將上清液移至15 mL離心管中，迅速置于冰上，即為粗酶液。采用鄰苯三酚自氧化法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，參照杜龍的方法測定過氧化氫酶（CAT）活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性，參照Nakano等的方法測定抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)，用Sig-maPlot 12.5軟件繪圖，用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的影響

由表1可見，隨著土壤咪唑乙煙酸（IM）濃度增加，其對(duì)玉米幼苗株高和鮮重的抑制作用愈加明顯。不同濃度IM對(duì)玉米幼苗株高和鮮重的毒力方程式分別為：Y=1. 8053X+5.3133，R²=0.9961;Y=2.1897X+5.4343， R²=0.9736。IM對(duì)幼苗株高和鮮重的ECso分別為0.671 mg/kg和0.633 mg/kg。當(dāng)土壤IM濃度達(dá)到1.0 mg/kg時(shí)，與對(duì)照相比，玉米幼苗株高和鮮重的抑制率分別為60.4%和59.6%。

2.2 MeJA浸種對(duì)土壤IM脅迫下玉米幼苗生長的影響

由圖1可見，和CK相比，1.0 mg/kg IM（咪唑乙煙酸）顯著抑制玉米株高及單株鮮重，分別降低62.6%與70.2%。與IM相比，茉莉酸甲酯（Me-JA）浸種下玉米株高和鮮重?zé)o顯著改變，說明Me-JA浸種不能緩解IM對(duì)玉米幼苗生長的脅迫。

2.3 MeJA噴霧對(duì)土壤IM脅迫下玉米幼苗生長的影響

由表2可以看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙煙酸）顯著抑制玉米幼苗的株高及單株鮮重，抑制率分別為75.9%與86.6%。不同濃度茉莉酸甲酯（MeJA）噴霧均能顯著緩解IM對(duì)玉米幼苗生長的脅迫，連續(xù)處理5天后幼苗株高和鮮重均為IM處理的兩倍以上。MeJA濃度為1.0 mg/L時(shí)效果最好，幼苗株高和鮮重較IM分別增加190.0%和361.2%?？梢娡庠磭娛?.0 mg/L MeJA可有效緩解土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的影響。

2.4外源MeJA對(duì)IM脅迫下玉米MDA含量的影響

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，常作為衡量細(xì)胞質(zhì)膜透性的指標(biāo)來反映植物受逆境脅迫的程度。從圖2可知，1.0 mg/kg IM（咪唑乙煙酸）處理下玉米幼苗葉片MDA含量是CK的2.1倍，與IM相比，IM+MeJA處理葉片MDA含量顯著降低，為IM處理的77.4%。

2.5外源MeJA對(duì)IM脅迫下玉米幼苗葉片葉綠素含量的影響

由圖3看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙煙酸）處理顯著降低玉米幼苗葉片葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量。IM+MejA處理下葉綠素b含量顯著增加，葉綠素a和總?cè)~綠素含量也有所增加。

2.6外源MeJA對(duì)IM脅迫下玉米葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4看出，1.0 mg/kg IM（咪唑乙煙酸）處理的玉米幼苗SOD、CAT、POD、APX活性均顯著上升，SOD、APX分別是CK的1.7倍與1.4倍，CAT與POD均是CK的2.1倍。與IM處理相比，IM+MeJA處理葉片SOD、CAT、APX活性均顯著下降，分別為IM處理的80.0%、74.2%和59.9%；POD為IM處理的92.7%，無顯著差異。

3討論與結(jié)論

咪唑乙煙酸（IM）殺草譜廣、活性高，廣泛應(yīng)用于大豆田，但在土壤中的殘留時(shí)間長，影響后茬玉米等敏感作物的生長。隨著玉米一大豆輪作／間作模式的推進(jìn)，土壤IM殘留對(duì)后茬玉米的藥害風(fēng)險(xiǎn)逐步上升。本研究發(fā)現(xiàn)，噴施外源MeJA（茉莉酸甲酯）可有效緩解土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的影響，連續(xù)5天噴施1.0 mg/L Me-JA，可使玉米幼苗鮮重、株高分別增加190.0%和361.2%。

當(dāng)植物受到外界逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過量活性氧，氧化細(xì)胞質(zhì)膜生成MDA.破壞葉綠素，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。本研究結(jié)果顯示，IM處理玉米幼苗葉片MDA含量和抗氧化酶活性顯著增加，葉綠素含量顯著降低。這說明土壤中的IM殘留誘導(dǎo)玉米幼苗葉片中ROS過量生成，破壞細(xì)胞質(zhì)膜和葉綠素，已對(duì)玉米幼苗造成危害。有研究發(fā)現(xiàn)IM能使常規(guī)谷子苗期的地上部鮮重和葉綠素含量顯著降低，MDA含量增加，與本研究結(jié)果一致。

植物在遭受脅迫時(shí)，通過提高SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性清除ROS，是植物避免ROS傷害的重要機(jī)制。MeJA是重要的信號(hào)物質(zhì)，具有誘導(dǎo)植物防衛(wèi)基因表達(dá)、增強(qiáng)抗氧化脅迫的能力。馬志強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)，外源施加MeJA可以顯著提高高羊茅（Festuca elata）的抗氧化酶活性，緩解鎘造成的氧化脅迫。本研究結(jié)果顯示，施加外源MeJA可顯著緩解土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的影響，與IM處理相比，IM脅迫下噴施MeJA處理玉米葉片MDA含量和抗氧化酶活性顯著降低，葉綠素含量提高。這說明施加外源MejA可顯著減少玉米葉片中IM誘導(dǎo)的ROS，減少ROS對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜和葉綠素的破壞，從而減輕土壤IM殘留對(duì)玉米幼苗生長的脅迫。

綜之，土壤IM殘留嚴(yán)重抑制玉米幼苗生長，噴施1.0 mg/L MeJA可通過降低IM誘導(dǎo)的ROS含量，減少ROS對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜和葉綠素的破壞，有效緩解IM對(duì)玉米幼苗生長的脅迫。