王 瑩， 周斌輝， 于佳林， Mohsin Nawaz， 王志勇

(1.海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院，海南海口 570228；2.Department of Crop and Soil Sciences, The University of Georgia, Athens USA30602)

植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)在抵抗脅迫方面有非常重要的作用，它可以消除植物體內(nèi)的ROS，以避免ROS的過(guò)量積累對(duì)植物造成的傷害?？寡趸割?lèi)主要包含抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、谷胱甘肽還原酶(GR)和超氧化物歧化酶(SOD)[5]，這些酶類(lèi)可以通過(guò)與ROS的酶促反應(yīng)，將其從植物細(xì)胞中移除。

硝磺草酮是一種芽前和苗后廣譜使用的選擇性除草劑[6]，能夠快速被植物的根和葉片吸收，并且可以迅速地在植株體內(nèi)進(jìn)行代謝作用而失去活性[7]。它通過(guò)抑制羥基丙酮酸雙加養(yǎng)酶(HPPD)的活性來(lái)抑制類(lèi)胡蘿卜素的合成過(guò)程，從而有效防治主要的闊葉草和一些禾本科雜草[8]。莠去津的特點(diǎn)是以根部吸收為主，并兼莖葉吸收，殺草譜較廣，可防除多種1年生禾本雜草與闊葉雜草[9]。蘇旺蒼等通過(guò)對(duì)大豆噴施不同濃度的莠去津發(fā)現(xiàn)，隨著莠去津處理濃度的上升，大豆葉片中的葉綠素?zé)晒鈪?shù)最大光量子產(chǎn)量、非光化學(xué)淬滅、實(shí)際光量子產(chǎn)量和電子傳遞速率受到的抑制作用均逐步加劇[10]。McElroy等研究莠去津和硝磺草酮的施用對(duì)假儉草的影響發(fā)現(xiàn)，2種除草劑混合后噴施確實(shí)比它們單獨(dú)施用對(duì)假儉草的傷害更顯著，且生物量減少的幅度也更大[11]。

竹節(jié)草是一種屬于禾本科金須茅屬的多年生暖季型草種。目前，關(guān)于竹節(jié)草的研究大多集中在形態(tài)學(xué)特征[12-13]、生物防治入侵[14]、抗逆能力評(píng)價(jià)[15-17]以及生態(tài)分布[18]等方面[19]。我國(guó)雖然是其主要分布地區(qū)之一，但關(guān)于除草劑對(duì)竹節(jié)草的應(yīng)用方面的研究報(bào)道相對(duì)空白。本研究通過(guò)對(duì)竹節(jié)草施用莠去津和硝磺草酮及其交互作用，從生理變化方面研究除草劑噴施所引起的活性氧代謝的變化及除草劑脅迫對(duì)抗氧化特性的影響，以期為科學(xué)施用除草劑以及如何在建植竹節(jié)草草坪過(guò)程中防除雜草提供理論依據(jù)和方法借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所牧草中心大棚內(nèi)進(jìn)行，平均氣溫最高為 32 ℃，最低為25 ℃。

1.1.2 試驗(yàn)藥劑 供試藥劑莠去津(380 g/L，懸浮劑)和硝磺草酮(200 g/L)由廣西田園生化股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 竹節(jié)草種植 于2015年6月，選取帶有3～4個(gè)節(jié)的竹節(jié)草匍匐枝，扦插到裝有沙子 ∶椰糠(80% ∶20%，體積分?jǐn)?shù))的塑料管中(塑料管高20 cm，直徑5 cm，管底穿孔)，每個(gè)塑料管中扦插3個(gè)匍匐枝莖段。每天早晚各澆1次水，每周施用2次復(fù)合肥(氮、磷、鉀比例為28 ∶10 ∶7)，培養(yǎng)1個(gè)月左右。

1.2.2 除草劑處理 試驗(yàn)設(shè)置9個(gè)處理，分別為(0+0)、(280+0)、(560+0)、(0+140)、(0+280)、(280+140)、(280+280)、(560+140)、(560+280)g a.i./hm2(莠去津+硝磺草酮，下同)，其中以不噴施除草劑為對(duì)照，4次重復(fù)。待長(zhǎng)出 2～3 個(gè)分蘗后選取長(zhǎng)勢(shì)一致的竹節(jié)草進(jìn)行不同除草劑噴施處理。所有處理均用電動(dòng)噴霧器374 L/hm2、9504E扇形噴頭進(jìn)行噴施，24 h內(nèi)不澆水。處理后，分別在第4天、第8天、第12天、第16天和第20天觀(guān)測(cè)記錄竹節(jié)草葉片的受損傷程度(損傷面積占總體的百分比)。在處理20 d后收獲地上部分，放在60 ℃烘箱中烘干，直到獲得恒質(zhì)量。根據(jù)損傷度觀(guān)測(cè)，選擇合適濃度的除草劑進(jìn)行試驗(yàn)，分別在處理1、5、8 d后采集竹節(jié)草葉片，進(jìn)行生理試驗(yàn)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片損傷度觀(guān)測(cè)

竹節(jié)草用不同除草劑不同濃度梯度處理后，分別在不同處理時(shí)間觀(guān)測(cè)葉片的損傷度，結(jié)果如表1所示。用硝磺草酮140、280 g a.i./hm2處理后20 d，竹節(jié)草葉片損傷度分別達(dá)到39%、50%。而莠去津560 g a.i./hm2和硝磺草酮 280 g a.i./hm2混合施用后20 d時(shí)，竹節(jié)草的損傷度達(dá)到87%，與其他處理后20 d差異顯著(P<0.05)。圖1為處理12 d后植株表型。

表1 不同除草劑處理對(duì)竹節(jié)草葉片損傷度的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。

在處理后20 d獲取地上部，烘干稱(chēng)質(zhì)量，結(jié)果表明，單獨(dú)施用莠去津280、560 g a.i./hm2，隨著莠去津施用濃度的增加，地上部干質(zhì)量所占對(duì)照比例減少；單獨(dú)施用硝磺草酮140、280 g a.i./hm2，地上部干質(zhì)量相比對(duì)照分別減少46%、52%。而莠去津和硝磺草酮混合施用與莠去津單獨(dú)施用相比，地上部分干質(zhì)量減少差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中葉綠素a含量的變化

由圖2可知，相同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中葉綠素a含量隨著處理時(shí)間的增加而下降。處理后1 d，相比對(duì)照，單獨(dú)施用莠去津 280 g a.i./hm2比單獨(dú)施用硝磺草酮和兩者混合施用，葉綠素a含量下降最少；在處理后5、8 d，竹節(jié)草葉片中葉綠素a含量相比于對(duì)照下降約1倍。單獨(dú)施用硝磺草酮竹節(jié)草葉片中葉綠素a含量顯著低于單獨(dú)施用莠去津(P<0.05)。正如預(yù)期，硝磺草酮和莠去津混合施用能夠更有效地降低竹節(jié)草葉片中葉綠素a含量，處理后1、5、8 d分別比對(duì)照減少53%、69%、89%。

2.3 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中葉綠素b含量的變化

由圖3可知，和葉綠素a含量一樣，噴施除草劑的竹節(jié)草葉片中葉綠素b含量相比對(duì)照隨著處理時(shí)間的增加而減少。處理后 8 d，單獨(dú)施用莠去津280 g a.i./hm2使竹節(jié)草葉片中葉綠素b含量比對(duì)照減少45%，單獨(dú)施用硝磺草酮 140 g a.i./hm2使其含量比對(duì)照減少57%。2種除草劑的混合施用使竹節(jié)草葉片中葉綠素b含量減少得最明顯。

2.4 不同除草劑處理后類(lèi)胡蘿卜素含量的變化

由圖4可知，竹節(jié)草葉片中類(lèi)胡蘿卜素的含量相比于對(duì)照隨著除草劑處理時(shí)間的增加而逐漸減少。單獨(dú)施用硝磺草酮 140 g a.i./hm2比單獨(dú)施用莠去津280 g a.i./hm2能更有效地降低竹節(jié)草葉片中類(lèi)胡蘿卜素含量。莠去津和硝磺草酮混合施用減少竹節(jié)草葉片中類(lèi)胡蘿卜素含量更為明顯，處理后8 d，竹節(jié)草葉片中類(lèi)胡蘿卜素含量為0.024 mg/g。

2.5 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中MDA含量的變化

由圖5可知，除草劑處理后MDA含量相比對(duì)照均明顯增加。單獨(dú)施用莠去津280 g a.i./hm2，MDA含量比對(duì)照在處理1、5 d時(shí)分別增加5%、32%。處理后8 d，單獨(dú)施用硝磺草酮 140 g a.i./hm2和單獨(dú)施用莠去津280 g a.i./hm2MDA含量相似，相比對(duì)照分別增加了15%和13%。莠去津和硝磺草酮混合施用處理后竹節(jié)草的MDA含量顯著高于單獨(dú)施用莠去津時(shí)的MDA含量。

由圖6可知，單獨(dú)施用莠去津280 g a.i./hm2和單獨(dú)施用硝磺草酮 140 g a.i./hm2，竹節(jié)草葉片中超氧陰離子產(chǎn)生速率相近。與對(duì)照相比，莠去津和硝磺草酮混合施用后5、8 d，超氧陰離子產(chǎn)生速率相比對(duì)照分別增加41%、37%，2種除草劑混合施用效果最為明顯。

2.7 不同除草劑處理后POD活性的變化

除草劑處理后，竹節(jié)草葉片中POD活性相比于對(duì)照隨著處理時(shí)間的增加而逐漸增強(qiáng)。處理后1 d，莠去津 280 g a.i./hm2和硝磺草酮140 g a.i./hm2混合施用使竹節(jié)草葉片中POD活性顯著增強(qiáng)，比對(duì)照增加52%。處理后8 d，莠去津、硝磺草酮及其混合施用使竹節(jié)草葉片中POD活性分別增加50%、53%、60%。莠去津和硝磺草酮混合施用使竹節(jié)草葉片中的POD活性顯著高于單獨(dú)施用莠去津或硝磺草酮(P<0.05，圖7)。

2.8 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中SOD活性的變化

由圖8可知，除草劑處理后竹節(jié)草葉片中SOD活性都高于對(duì)照。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，未處理竹節(jié)草葉片中SOD活性保持基本穩(wěn)定，除草劑處理后竹節(jié)草葉片中SOD活性隨之增強(qiáng)。處理后8 d，莠去津、硝磺草酮及其混合施用使竹節(jié)草葉片中的SOD活性分別增加44%、55%、63%，且SOD活性從大到小為莠去津和硝磺草酮混合施用>硝磺草酮單獨(dú)施用>莠去津單獨(dú)施用(P<0.05)。

2.9 不同除草劑處理后竹節(jié)草葉片中CAT活性的變化

由圖9可知，單獨(dú)施用莠去津或者硝磺草酮沒(méi)有引起竹節(jié)草葉片中CAT活性的顯著變化。處理后1、5、8 d，莠去津和硝磺草酮混合施用使竹節(jié)草葉片中CAT活性分別增加26%、21%、16%。

3 結(jié)論與討論

在竹節(jié)草旺盛生長(zhǎng)時(shí)期，噴施莠去津?qū)ζ渖L(zhǎng)狀態(tài)影響不大，硝磺草酮比莠去津?qū)χ窆?jié)草的傷害更大。在用硝磺草酮處理后，竹節(jié)草葉片中的葉綠素a和葉綠素b的含量比用莠去津處理后減少的幅度更大，這可能與缺少了類(lèi)胡蘿卜素保護(hù)植物抵御ROS有關(guān)。葉綠素a含量的減少可能與光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心的D1蛋白被ROS破壞相關(guān)。ROS通常能夠被α-生育酚、類(lèi)胡蘿卜素和抗氧化酶抑制[22]。α-生育酚是最有效的抗氧化劑，能夠迅速地和ROS包括單線(xiàn)態(tài)氧與脂質(zhì)過(guò)氧化自由基產(chǎn)生反應(yīng)[23]。β-胡蘿卜素是除了單線(xiàn)態(tài)氧之外的三線(xiàn)態(tài)葉綠素有效淬光劑[1]。然而，硝磺草酮阻礙了這些保護(hù)物質(zhì)的生成[24]，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化作用的發(fā)生及色素和蛋白質(zhì)被降解。

由于總類(lèi)胡蘿卜素含量的減少，過(guò)多的能量不能被有效地驅(qū)散，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生三線(xiàn)態(tài)葉綠素，而電子被轉(zhuǎn)移到分子氧上，從而生成ROS。相反，ROS會(huì)攻擊類(lèi)囊體膜和原生質(zhì)體膜，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化作用和細(xì)胞膜損傷[1]。細(xì)胞膜特別是類(lèi)囊體膜，很容易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，因?yàn)樗鼈兒懈邼舛鹊牟伙柡椭舅醄22]，而不飽和脂肪酸能夠被完全降解為乙烷和MDA。因此，MDA可以作為細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性的良好標(biāo)志[23]。在本研究中，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)水平與除草劑處理后竹節(jié)草的敏感性是一致的。在以前的研究中，意大利黑麥草在用莠去津處理后，其嫩枝中的MDA含量顯著增加，而在小麥中MDA含量則沒(méi)有增加[25]。

SOD是細(xì)胞內(nèi)清除ROS系統(tǒng)中的重要酶，對(duì)維持植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡起著重要的作用，從而使植物細(xì)胞免受傷害[26]。POD可有效地清除各種逆境脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)氧化產(chǎn)物，以降低其對(duì)植物自身的毒害，保證植物能夠進(jìn)行正常的生長(zhǎng)代謝。CAT是調(diào)控H2O2含量最重要的酶[27]，而用硝磺草酮處理后的竹節(jié)草抗氧化活性(CAT、SOD和POD)還沒(méi)有被報(bào)道過(guò)。筆者所在課題組的研究結(jié)果顯示，莠去津與硝磺草酮處理影響了這些酶的活性。在溫室試驗(yàn)中，內(nèi)源性酶的活性通常表現(xiàn)出與植物損傷度相反的關(guān)系，表明抗氧化酶被激活，以抵消除草劑處理后的氧化脅迫。然而，嚴(yán)重的細(xì)胞損傷仍然會(huì)發(fā)生，因?yàn)镽OS的形成超過(guò)了抗氧化防御系統(tǒng)的抵御能力。

硝磺草酮屬于對(duì)HPPD抑制劑類(lèi)除草劑，莠去津和硝磺草酮混合施用能夠顯著增加竹節(jié)草的損傷度，說(shuō)明莠去津?qū)PPD抑制劑有增效作用。竹節(jié)草對(duì)莠去津耐受，但是對(duì)硝磺草酮敏感，因此可以選擇莠去津來(lái)去除竹節(jié)草草坪中對(duì)莠去津敏感的雜草。

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