韓俊艷, 林楚航, 楊詩博, 王敬言, 何 進

(沈陽大學 城市有害生物治理與生態(tài)安全遼寧省重點實驗室, 遼寧 沈陽 110044)

人類同農業(yè)蟲害的斗爭一直在持續(xù)。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,殺蟲劑的種類也在不斷增多,目前用到的主要為化學殺蟲劑[1],但化學殺蟲劑容易殘留在環(huán)境當中,對生態(tài)環(huán)境平衡和人類健康均構成潛在威脅[2]。近20年,植物源殺蟲劑研究方面取得較大進展,植物源殺蟲劑毒性較低,對生態(tài)平衡和環(huán)境安全影響較小,具有很好的開發(fā)前景[3-4]。

百部是單子葉植物,百部屬包含4個屬----金剛大屬(Croomia)、百部屬(Stemona)、五出百部屬(Pentastemona)和羽脈百部屬(Stichoneuron),共約32種,主要分布于東南亞地區(qū),且大多的百部都是傳統(tǒng)藥用植物,具有殺寄生蟲功效[5]。本課題組前期研究表明百部乙醇提取物具有良好的殺螨活性[6]。

開發(fā)百部植物源農藥應考慮對寄主作物的影響。為探究百部乙醇提取物對非靶植物光合能力的影響,本試驗用不同質量濃度的百部乙醇提取物處理黃豆與黃瓜2種植物的幼苗,研究對幼苗光合能力的影響,對于開發(fā)百部植物源農藥具有參考價值。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

黃豆、黃瓜種子在壽光金鵬種業(yè)購買。

百部(Stemonajaponica)由沈陽大學城市有害生物治理與生態(tài)安全重點實驗室提供。

1.2 試驗設計

1.2.1 百部乙醇提取物的制備

百部乙醇提取物, 利用無水乙醇(沈陽拓維化工有限公司, 化學醇, 三級品)作為溶劑浸提獲得。 將百部用FW177型的中草藥粉碎機(天津市泰斯特儀器有限公司)粉碎成細小的顆粒物。 用FA2004型電子天平(天津天馬衡基儀器有限公司)稱取一定質量的粉碎物放入三角瓶中后按規(guī)定比例加入無水乙醇, 在室溫下分別進行3次浸提(每次浸泡3～5 d), 將每次浸泡的提取液分別過濾后用BUCHI R-210型旋轉蒸發(fā)儀濃縮成膏狀后轉移至培養(yǎng)皿中,并用封口膜封口[7],最后將乙醇提取物放到4 ℃的YC-260L型藥品冷藏柜(中科美菱有限公司)中保存。

1.2.2 黃豆和黃瓜幼苗的培養(yǎng)

選取種子飽滿、大小勻稱、形態(tài)完整的黃豆和黃瓜種子,把黃豆種子用質量分數(shù)為0.4%的高錳酸鉀(沈陽天罡化學試劑廠,分析純)溶液消毒6 min[8],經(jīng)蒸餾水沖洗3次后置于蒸餾水中浸泡4 h。將處理好的黃豆種子放置在底部鋪有雙層濾紙和棉花的直徑為12 cm的培養(yǎng)皿中。將裝有黃豆種子的培養(yǎng)皿放入溫度為23 ℃、濕度為80%的智能人工氣候箱(寧波海曙賽福實驗儀器廠)中培養(yǎng)。光照時間16 h,黑暗時間8 h,每隔12 h進行一次補水[9-10]。用質量分數(shù)為0.1%的高錳酸鉀溶液對黃瓜種子進行消毒,使種子完全浸沒在高錳酸鉀溶液中5 min,然后用滅菌后的蒸餾水沖洗3次[11]。黃瓜種子先放在27 cm×50 cm2的花盆里培育。黃瓜幼苗培養(yǎng)條件為光照時間16 h,黑暗時間8 h,每隔12 h進行1次澆水。待黃瓜種子長出2片葉子后挑取15棵長勢接近的幼苗將其分別轉移到直徑為12 cm的花盆中培養(yǎng),培養(yǎng)條件不變。

1.2.3 百部乙醇提取物的施藥方法

每天觀察黃豆的葉片數(shù),待每株黃豆長出4～6片葉子時,將3組黃豆幼苗按株高平均分成5組,每組6棵;待黃瓜苗每株長出4～6片葉子時按照株高平均分成5組,每組3棵。

根據(jù)百部乙醇提取物的有效殺螨濃度,設置4個試驗藥劑處理組(T1～T4)和1個對照組(CK),共5個處理。處理組的質量濃度和用量見表1。每個處理設3次重復。

于2021年4月17日09∶00開始施藥,施藥1次,施藥量15 mL/組。使用容量50 mL、噴孔口徑為1.2 mm的噴霧瓶(美膚語真空分裝瓶)均勻噴霧,至少每個處理保持同一人噴藥,對葉片正反2面進行均勻噴施[12]。

1.3 測定項目及方法

選擇晴天少云、太陽輻射強的09∶00—11∶00,取苗自上而下第3片葉[13],采用Li-6400型便攜式光合儀(美國Li-COR公司)測定凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度及蒸騰速率[14],用葉室直接夾住葉片,使葉片充滿葉室進行測定。測定噴藥后24、48、72 h 3個時間段的上述指標,每組進行3次重復測定,計算平均值為其光合參數(shù)值[15-17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行整理與分析;使用SPSS 24.0軟件做p<0.05水平的方差分析,并用Origin 8.0對數(shù)據(jù)進行整理和作圖。

2 結果與分析

2.1 百部乙醇提取物對黃豆幼苗光合能力的影響

百部乙醇提取物處理的黃豆的光合能力的測定結果見圖1。圖1(a)結果顯示,低質量濃度百部乙醇提取物促進了光合作用。在48 h內,隨著質量濃度的提高,黃豆葉片在T2處理下的凈光合速率值最大,T3處理的黃豆葉片的凈光合速率要低于T2處理,但仍高于對照組(CK)。當百部乙醇提取物質量濃度繼續(xù)升高,在一定程度上抑制了黃豆幼苗的光合速率,T4處理的光合速率顯著低于其他處理組,不利于光合作用的進行。但隨著時間的推移,在72 h時,T3處理下的凈光合速率值最高,表示高質量濃度處理的黃豆葉片光合速率在恢復,說明植物可能對逆境脅迫產生了適應性反應。

其他測試指標與光合速率結果相似。T2處理的胞間CO2濃度顯著高于其他處理組,T4處理下的胞間CO2濃度顯著低于其他處理組,不同處理組之間胞間CO2濃度差異顯著,見圖1(b)。T2處理的氣孔導度顯著高于其他處理組,T4處理的氣孔導度最低,見圖1(c)。T2的蒸騰速率最高,T4處理的蒸騰速率顯著低于其他處理組,見圖1(d)。所以,隨著時間的推移,高質量濃度處理的黃豆葉片胞間CO2濃度、氣孔導度、蒸騰速率都在恢復,說明植物可能對逆境脅迫產生了適應性反應。

(a) 百部乙醇提取物對黃豆凈光合速率的影響(b) 百部乙醇提取物對黃豆胞間CO2濃度的影響(c) 百部乙醇提取物對黃豆氣孔導度的影響(d) 百部乙醇提取物對黃豆蒸騰速率的影響

2.2 百部乙醇提取物對黃瓜幼苗光合能力的影響

百部乙醇提取物處理的黃瓜的光合能力的測定結果見圖2。與上述對黃豆的處理結果相似,較低質量濃度的百部乙醇提取物促進了光合作用,見圖2(a)。在48 h內,隨著提取物質量濃度的提高,T2處理的黃瓜葉片的凈光合速率最大,T3處理的光合速率相較于T2處理呈下降趨勢,但仍高于對照組(CK)。隨著百部乙醇提取物質量濃度繼續(xù)升高,在一定程度上抑制了黃豆幼苗的光合速率,T4處理的黃瓜葉片的光合速率顯著低于其他處理組與對照組,不利于光合作用的進行。但隨著時間的推移,在72 h時,黃瓜葉片在T3處理的凈光合速率達到最大,表示高質量濃度處理的黃瓜葉片凈光合速率在逐漸恢復,說明黃瓜幼苗可能對百部乙醇提取物逆境脅迫產生了適應性反應。

其他測試指標與光合速率結果相似。T4處理的胞間CO2濃度值在同一時間下均低于其他處理組,見圖2(b)。T4處理的黃瓜葉片的氣孔導度值隨著時間推移在不斷增加,見圖2(c)。隨時間的增加,低質量濃度T1、T2處理的蒸騰速率都經(jīng)歷了先升高再下降的趨勢,高濃度T3、T4處理的黃瓜葉片的蒸騰速率則是在一直上升,見如圖2(d)。所以,隨時間的推移,高質量濃度處理的黃瓜幼苗蒸騰速率、氣孔導度都在恢復,但胞間CO2濃度恢復不明顯,可能與測量時間較短有關。

(a) 百部乙醇提取物對黃瓜凈光合速率的影響(b) 百部乙醇提取物對黃瓜胞間CO2濃度的影響(c) 百部乙醇提取物對黃瓜氣孔導度的影響(d) 百部乙醇提取物對黃瓜蒸騰速率的影響

3 討 論

百部是我國常見中藥,生物堿是百部的主要活性成分[18],目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)百部生物堿達到了300多種[19],而且這些生物堿在抗菌、殺蟲、鎮(zhèn)咳祛痰、松弛支氣管平滑肌等方面有很好的功效[20],如Brem等[21]在百部屬植物中發(fā)現(xiàn)了百部生物堿對小菜蛾有很好的殺蟲效果;Mungkornasawakul等[22]也證明了百部生物堿stemocurtisine對瘧疾媒介小按蚊幼蟲也有很強的殺蟲作用。對于植物而言,生物堿是一類應對生境脅迫的次生代謝產物,因此推測百部生物堿可能激發(fā)了黃豆和黃瓜對逆境的應答,進而調節(jié)了自身的光合特性。

植物的生長會受到外界環(huán)境的變化而改變,當自然環(huán)境下的空氣、水分或濕度發(fā)生改變時,植物自身可以通過快速調節(jié)來適應。同樣,植物也會通過自身的感應系統(tǒng)對一些逆境脅迫作出反應[23-24],有文獻報道草甘膦對非靶標作物光合作用有影響[25]。高濃度的草甘膦損害番茄的生長和發(fā)育,但在短期內,番茄葉片的超微結構、細胞活力和水分利用效率以及和光合作用相關的轉錄和生化指標并未發(fā)生大幅度的改變,參與光合作用的碳流量改變幅度不大。這個現(xiàn)象是外界脅迫激發(fā)了番茄的AOX防御[26-28],AOX防御有效減輕外界脅迫對葉肉細胞的損傷,激發(fā)植物產生更高的能量來確保細胞的穩(wěn)態(tài)。本研究中,不同質量濃度百部乙醇提取物對植物幼苗凈光合速率的影響是不同的,但短期內黃豆和黃瓜幼苗有一個顯著的自我調節(jié)過程,推測激發(fā)AOX防御機制可能發(fā)揮一定作用。后期研究可以繼續(xù)探尋百部乙醇提取物對非靶向植物的分子作用機理,為植物源農藥百部乙醇提取物的發(fā)展提供可靠的參考依據(jù)。

綜上所述,雖然百部乙醇提取物對黃瓜與黃豆幼苗生長在短期內有一定的影響,表現(xiàn)為低質量濃度有一定的促進光合能力的作用,高質量濃度則有抑制光合能力的作用,但是這種影響隨時間很快減弱,不會對作物造成長期影響。

4 結 論

研究了具有殺螨活性的百部乙醇提取物對黃豆和黃瓜幼苗光合能力產生的影響,試驗結果表明,不同質量濃度的百部乙醇提取物在24～72 h內對黃豆和黃瓜幼苗光合能力影響不同。低質量濃度T1、T2、T3處理的黃豆和黃瓜幼苗大部分表現(xiàn)為促進作用,而高質量濃度T4處理表現(xiàn)為顯著的抑制作用。但隨著時間推移,高質量濃度T4處理的植物幼苗的光合速率在逐漸恢復性升高,其余處理也有類似的變化趨勢,說明植物自身對外界脅迫作出適應反應。