秦永燕，劉瑞祥，楊亞男

(長(zhǎng)治學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)系，山西 長(zhǎng)治 046011)

鄰苯二甲酸酯(Phthalic acid esters，PAEs)是世界上廣泛使用的人工合成的難降解有機(jī)化合物，主要用于塑料增塑劑、涂料、油漆等的化工生產(chǎn)[1]，包括鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)和鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)。其中,DBP是一種植物源性物質(zhì)，已在許多作物的根系分泌物中被鑒定出，如辣椒[2]、水稻[3]、大豆[4]、番茄[5]等。該物質(zhì)可通過(guò)植物根系分泌到土壤中，影響下茬作物自身或其他作物的生長(zhǎng)，對(duì)其產(chǎn)生一定化感作用。目前，關(guān)于DBP作為化感物質(zhì)對(duì)作物的化感作用研究主要集中于對(duì)作物生長(zhǎng)的影響方面。李軼修等[6]研究表明，當(dāng)DBP濃度為1 mmol/L時(shí)，對(duì)茄子和黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用；當(dāng)DBP濃度為0.05 mmol/L時(shí)，對(duì)辣椒種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。 孫海燕等[7]研究表明，辣椒分泌的化感物質(zhì)DBP可降低生菜葉片谷胱甘肽含量,而抗氧化酶的活性則隨著DBP濃度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)。

玉米是我國(guó)重要的糧食作物，栽培面積在各種農(nóng)作物中居首位，其產(chǎn)量占我國(guó)部分省份糧食產(chǎn)量的40%、全國(guó)糧食總產(chǎn)量的10%，保證玉米高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)對(duì)提高國(guó)家糧食安全至關(guān)重要[8]。但是同一塊土地連年種植同一種作物，容易導(dǎo)致連作障礙，影響產(chǎn)量。因此，同一塊土地的耕作方式一般采用倒茬。在我國(guó)北方，第1年耕種蔬菜的土壤一般第2年或第3年就換種其他作物，比如玉米、小麥、大豆等主要糧食作物。柴強(qiáng)等[9]研究發(fā)現(xiàn)，玉米根系分泌的酸類(lèi)中鄰苯二甲酸的自毒作用強(qiáng)于其他化感物質(zhì)，分泌的酯類(lèi)中沒(méi)有DBP。目前，關(guān)于DBP對(duì)玉米化感作用的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，研究不同濃度DBP對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為農(nóng)作物生產(chǎn)的倒茬設(shè)計(jì)提供參考，并為土壤的可持續(xù)利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米品種為潞玉9號(hào)。將玉米種子放入50 ℃熱水中攪拌5 min，取出種子用蒸餾水反復(fù)沖洗2～3次，備用。DBP購(gòu)于上海弘順生物科技有限公司，純度≥98%。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 分別配制4、2、1、0.5、0.1、0.05、0.01 mmol/L DBP溶液。在培養(yǎng)皿內(nèi)平鋪2層已滅菌的濾紙，放入經(jīng)過(guò)處理的玉米種子10粒，分別加入5 mL DBP溶液，以蒸餾水處理為對(duì)照(CK)，每個(gè)處理設(shè)5個(gè)重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，(23±1)℃培養(yǎng)。每天觀察并記錄發(fā)芽數(shù)，直至2 d內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)不變，停止發(fā)芽試驗(yàn)。參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[10]計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，其中，發(fā)芽率=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%，發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期的種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。繼續(xù)培養(yǎng)5 d，測(cè)定根長(zhǎng)、苗高和苗鮮質(zhì)量。

1.2.2 化感作用強(qiáng)度指標(biāo) 根據(jù)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高和苗鮮質(zhì)量進(jìn)一步計(jì)算化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI)，計(jì)算公式：當(dāng)T≥C時(shí)，RI=1-C/T；當(dāng)T

1.2.3 生理指標(biāo) 稱取0.1 g發(fā)芽種子的胚根，置于預(yù)冷的研缽中，加適量預(yù)冷的 50 mmol/L 磷酸緩沖液(含1%聚乙烯吡咯烷酮，pH值7)及少量石英砂，在冰浴中研磨成勻漿，在2～4 ℃下，12 000 r/min離心20 min，吸取上清液(酶液)進(jìn)行抗氧化酶活性的測(cè)定。其中，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)法測(cè)定[11]，過(guò)氧化物酶(POD) 活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[11]，抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性的測(cè)定參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均采用 SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析，并通過(guò)方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 DBP對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，隨著DBP濃度的升高，玉米種子發(fā)芽率呈先升高后下降的趨勢(shì)，以0.1 mmol/L時(shí)最高，為98.00%；以4 mmol/L時(shí)最低，為41.67%，顯著低于對(duì)照93.67%。當(dāng)DBP濃度≤1 mmol/L時(shí)，玉米種子發(fā)芽率均≥90.00%，與對(duì)照相比，差異均不顯著；當(dāng)DBP濃度>1 mmol/L時(shí)，玉米種子發(fā)芽率均顯著低于對(duì)照，即高于1 mmol/L 的DBP對(duì)玉米種子的萌發(fā)具有顯著抑制作用。綜上說(shuō)明，低濃度的DBP可促進(jìn)玉米種子萌發(fā)，高濃度的DBP抑制玉米種子的萌發(fā)。

由表1可知，發(fā)芽勢(shì)的變化趨勢(shì)和發(fā)芽率相似，也隨DBP濃度的增加呈先升高后下降的趨勢(shì)，以0.1 mmol/L時(shí)最高，為78.33%，較對(duì)照顯著提高35.85%；以4 mmol/L時(shí)最低，為23.33%，顯著低于對(duì)照。當(dāng)DBP濃度≤0.5 mmol/L時(shí)，玉米種子發(fā)芽勢(shì)均顯著高于對(duì)照；當(dāng)DBP濃度>1 mmol/L時(shí)，玉米種子發(fā)芽勢(shì)均顯著低于對(duì)照。綜上說(shuō)明，低濃度的DBP對(duì)玉米種子的發(fā)芽勢(shì)具有促進(jìn)作用，高濃度的DBP對(duì)玉米種子的發(fā)芽勢(shì)具有抑制作用。

表1 不同濃度DBP對(duì)玉米種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters after data of the same column indicate significant differences among different treatments(P<0.05),the same below.

2.2 DBP對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可知，玉米根長(zhǎng)、苗高和鮮質(zhì)量均隨著DBP濃度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)，均以0.1 mmol/L 時(shí)最高，以4 mmol/L時(shí)最低。對(duì)于根長(zhǎng)、苗高，當(dāng)DBP濃度為0.01～0.5 mmol/L時(shí)，DBP對(duì)玉米的根長(zhǎng)和苗高表現(xiàn)出促進(jìn)作用，以0.1 mmol/L時(shí)，根長(zhǎng)最長(zhǎng)(7.25 cm)、苗高最高(3.23 cm)，分別較對(duì)照顯著提高22.47%、17.03%；當(dāng)DBP濃度為 1～4 mmol/L時(shí)，DBP對(duì)玉米的根長(zhǎng)、苗高表現(xiàn)出抑制作用，且隨濃度的增加抑制作用增強(qiáng)，以濃度為 4 mmol/L時(shí)，根長(zhǎng)最短(2.73 cm)、苗高最低(0.81 cm)，分別較對(duì)照顯著降低53.89%、70.65%。對(duì)于苗鮮質(zhì)量，當(dāng)DBP濃度為0.01～0.1 mmol/L時(shí)，DBP促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，且隨濃度的增加，促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)，以0.1 mmol/L時(shí)，苗鮮質(zhì)量最高，為0.554 g，較對(duì)照顯著提高40.61%，表現(xiàn)出促進(jìn)作用；當(dāng)DBP濃度為0.5～4 mmol/L時(shí)，DBP抑制幼苗生長(zhǎng)，且隨濃度的增加，抑制作用增強(qiáng)，以濃度為4 mmol/L時(shí)，苗鮮質(zhì)量最低，為0.102 g，較對(duì)照顯著降低74.11%。

綜上，DBP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，對(duì)苗鮮質(zhì)量的促進(jìn)作用最強(qiáng)，根長(zhǎng)、苗高依次次之；DBP濃度為4 mmol/L時(shí)，對(duì)苗鮮質(zhì)量的抑制作用最強(qiáng)，苗高、根長(zhǎng)依次次之。

2.3 DBP對(duì)玉米的化感作用

由表2可知，當(dāng)DBP濃度為0.01～0.1 mmol/L時(shí)，玉米發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高、苗鮮質(zhì)量的化感效應(yīng)敏感指數(shù)和化感綜合效應(yīng)指數(shù)均為正值，且隨著濃度的增加，化感效應(yīng)敏感指數(shù)和化感綜合效應(yīng)指數(shù)均逐漸增加(苗高除外)，DBP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，各指標(biāo)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)最大(苗高除外)，化感綜合效應(yīng)指數(shù)也最大，為0.237 8，此時(shí)DBP對(duì)玉米具有較強(qiáng)的化感作用，表現(xiàn)出促進(jìn)作用。當(dāng)DBP濃度為0.5 mmol/L時(shí)，除發(fā)芽率、苗鮮質(zhì)量對(duì)DBP的化感效應(yīng)敏感指數(shù)和化感綜合效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值外，其余均為正值，但顯著低于濃度為0.1 mmol/L時(shí)的各指標(biāo)值，表明該濃度的DBP已開(kāi)始表現(xiàn)出抑制作用。當(dāng)DBP濃度為1～4 mmol/L時(shí)，玉米發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高、苗鮮質(zhì)量對(duì)DBP的化感效應(yīng)敏感指數(shù)和化感綜合效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)值，且隨著濃度的增加，化感效應(yīng)敏感指數(shù)和化感綜合效應(yīng)指數(shù)均逐漸下降。以DBP濃度為4 mmol/L時(shí)，各指標(biāo)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)的絕對(duì)值最大，化感綜合效應(yīng)指數(shù)的絕對(duì)值也最大，化感綜合效應(yīng)指數(shù)為-0.627 0，表明DBP對(duì)玉米的化感作用強(qiáng)，具有顯著的抑制作用。

表2 玉米種子萌發(fā)和生長(zhǎng)對(duì)DBP的化感效應(yīng)

2.4 DBP對(duì)玉米抗氧化酶活性的影響

2.4.1 SOD活性 由圖1可知，隨著DBP濃度的增加，玉米幼苗SOD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)DBP濃度為0.01～1 mmol/L時(shí)，SOD活性分別較對(duì)照顯著提高27%、34%、42%、44%、38%；當(dāng)DBP濃度為2～4 mmol/L時(shí)，SOD活性分別較對(duì)照顯著降低10%、30%。

不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.4.2 POD活性 由圖2可以看出，隨著DBP濃度的增加，玉米幼苗POD活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。當(dāng)DBP濃度為0.01～1 mmol/L時(shí)，POD活性分別較對(duì)照顯著降低18.5%、24.2%、42.2%、32.2%、26.2%，說(shuō)明在該濃度范圍內(nèi)，DBP對(duì)POD酶活性的抑制作用較大；當(dāng)DBP濃度為2～4 mmol/L時(shí)，POD活性分別較對(duì)照顯著提高32.1%、42.1%，說(shuō)明在高濃度DBP脅迫下，POD被激活，以抵御DBP的脅迫。

圖2 不同濃度DBP對(duì)玉米POD活性的影響Fig.2 Effects of different concentrations of DBP on POD activity of maize

2.4.3 APX活性 由圖3可知，隨著DBP濃度的增加，玉米幼苗APX活性呈下降趨勢(shì)。當(dāng)DBP濃度為0.01～0.5 mmol/L時(shí)，APX活性分別較對(duì)照顯著提高37.0%、33.6%、28.1%、20.9%，以0.01 mmol/L 效果最好；當(dāng)DBP濃度為1～2 mmol/L時(shí)，與對(duì)照相比，差異不顯著；當(dāng)DBP濃度大于2 mmol/L 時(shí)，APX活性下降，顯著低于對(duì)照，說(shuō)明高濃度的DBP會(huì)抑制玉米幼苗的APX活性。

圖3 不同濃度DBP對(duì)玉米APX活性的影響Fig.3 Effects of different concentrations of DBP on APX activity of maize

3 結(jié)論與討論

化感物質(zhì)可通過(guò)作用于植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段而對(duì)植物產(chǎn)生影響，如影響種子的萌發(fā)、幼苗的生長(zhǎng)、成株的開(kāi)花結(jié)實(shí)等，最終導(dǎo)致植物生長(zhǎng)被抑制[13-14]。本研究結(jié)果表明，當(dāng)DBP濃度為0.01～0.1 mmol/L 時(shí)，對(duì)玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高和苗鮮質(zhì)量均具有促進(jìn)作用，且隨著濃度的增加，促進(jìn)作用明顯增強(qiáng)；通過(guò)化感綜合效應(yīng)指數(shù)可知，當(dāng)DBP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，DBP對(duì)玉米萌發(fā)和生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其中，對(duì)玉米苗鮮質(zhì)量的促進(jìn)作用最強(qiáng)，根長(zhǎng)、苗高依次次之。因此，當(dāng)田間作物根系分泌物DBP濃度低于0.1 mmol/L時(shí)，玉米與該作物輪作可提高產(chǎn)量。當(dāng)DBP濃度為0.5～4 mmol/L 時(shí)，玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高和苗鮮質(zhì)量總體上均受到抑制，且隨著濃度的增加，抑制作用逐漸增強(qiáng)，延緩種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)發(fā)育。

一般情況下，植物根長(zhǎng)和生物量是衡量化感作用強(qiáng)度普遍使用的指標(biāo)[15-16]。本研究結(jié)果表明，當(dāng)DBP濃度為4 mmol/L時(shí)，對(duì)玉米苗鮮質(zhì)量的抑制率最高，苗高、根長(zhǎng)依次次之。有研究表明，黃松種子萌發(fā)過(guò)程中，最開(kāi)始吸水的部位是子葉，其次是胚軸，最后才是胚根[17]。因此，當(dāng)外界DBP濃度升高時(shí)，子葉最先受影響，從而抑制苗鮮質(zhì)量的增加，胚根是最后受抑制的部位，所以對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用較小。

種子萌發(fā)過(guò)程中活性氧處于一種動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)受到外界環(huán)境脅迫時(shí)，活性氧會(huì)過(guò)量積累，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸痉肿右种品N子萌發(fā)和生長(zhǎng)，這時(shí)抗氧化系統(tǒng)被激活以清除活性氧[18]。本研究結(jié)果表明，隨著DBP濃度的升高，玉米幼苗SOD活性呈先上升后下降的趨勢(shì)，POD活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，APX活性呈逐漸下降的趨勢(shì)。說(shuō)明隨著DBP濃度的升高，機(jī)體內(nèi)活性氧不斷積累，APX、SOD和POD被激活，進(jìn)而維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，抵御外界環(huán)境的脅迫。當(dāng)DBP濃度為0.01～0.5 mmol/L時(shí)，SOD和APX活性均顯著高于對(duì)照，說(shuō)明玉米幼苗主要是以增強(qiáng)SOD和APX活性來(lái)清除活性氧，減輕膜脂過(guò)氧化，但一旦超出有限的保護(hù)作用，將會(huì)抑制保護(hù)酶的表達(dá)，降低酶活性。當(dāng)DBP濃度為0.5～4 mmol/L時(shí)，玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高和苗鮮質(zhì)量總體上均受到抑制，同時(shí)SOD和APX活性均逐漸下降，POD活性逐漸上升。

綜上所述，當(dāng)DBP濃度低于0.1 mmol/L時(shí)，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)；而高于0.5 mmol/L時(shí)，則抑制玉米生長(zhǎng)。當(dāng)田間作物根系分泌物DBP濃度低于0.1 mmol/L 時(shí)，可與玉米輪作，以促進(jìn)其生長(zhǎng)，并合理利用土地資源。