吡蟲啉對番茄幼苗根系活力及生理生化指標的影響

儀美芹, 姜興印, 李學鋒, 李召虎*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術(shù)學院,北京 100193; 2.中國農(nóng)業(yè)大學理學院,北京 100193;3.山東農(nóng)業(yè)大學植物保護學院,泰安 271018)

Thielert 2006年研究發(fā)現(xiàn)棉花使用吡蟲啉拌種后不僅防治了苗期蚜蟲,且植株長勢表現(xiàn)出葉色濃綠,株高、根長與清水對照比都有增加[1],說明農(nóng)藥除了對危害農(nóng)作物的病蟲草害有控制效果之外,還對作物本身存在其他的影響。很多研究報道了化學農(nóng)藥對作物光合作用、主要營養(yǎng)物質(zhì)、次生物質(zhì)及次生代謝、活性氧代謝、體內(nèi)酶的變化、根系活力及生長調(diào)節(jié)物質(zhì)等主要生理生化指標都存在一定的影響[2]。化學農(nóng)藥高劑量使用后會對作物造成藥害,輕者減產(chǎn),重者可使作物死亡。但是農(nóng)藥在常量使用下,表面上對作物沒有造成藥害,作物外表沒有明顯的變化,但是其生理生化指標會產(chǎn)生一些變化,其中除草劑對作物的生理生化影響研究較多[3-6]。通常有關化學農(nóng)藥對作物的負面影響研究很多[7-8],而農(nóng)藥對作物有一定的刺激生長效果研究很少。植物根系是活躍的吸收器官和合成器官,根系活力是衡量根系功能的主要指標之一,根的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)是植物體內(nèi)的保護酶系,SOD與CAT的活性上升,則說明植物的抗逆性有了增強,這方面已有多個文獻報道[9]。

本試驗以70%吡蟲啉水分散粒劑為試驗藥劑,番茄作為研究作物,研究了吡蟲啉對番茄幼苗生長的影響,如植株長勢、主根長、葉片展開的數(shù)量、番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性和根系活力等指標,探討吡蟲啉使用后對番茄體內(nèi)生理生化指標與地上部的生長量的關系,以尋求吡蟲啉使用后對植物本身的影響。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試藥劑：70%吡蟲啉水分散粒劑(拜耳作物科學公司提供);

供試作物為番茄(麥好特,遼寧錦州鑫園世家種業(yè)有限公司)。

供試試劑：T riton X-100,美國進口,上海化學試劑采購供應站分裝經(jīng)銷;聚乙烯吡咯烷酮(PVPP);1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB),Sigma公司產(chǎn)品。其余試劑為國產(chǎn)分析純。

試驗主要儀器：紫外分光光度計,生化光照培養(yǎng)箱,高速冷凍離心機,勻漿器等。

1.2 試驗設計和施藥方法

本試驗采用盆栽法(花盆大小為：180 mm×210 mm,盆缽中裝入的土量均為2.4 kg),于番茄幼苗移栽返苗后兩葉一心期,即有2片葉片明顯展開,心葉明顯可見時處理,試驗藥劑按有效成分用量設計5個濃度：1.0、1.5、2.5、3.0、5.0 mg/株,每個處理濃度4次重復,每個重復5盆,共20盆。將試驗藥劑按照設計劑量均勻澆灌到盆缽中,每盆用水量均為100 mL。藥劑處理3 d后開始觀察番茄長勢,30 d測定番茄的生長量,如株高、根長、地上部的鮮重等;同時測定番茄葉片和根系中過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性及番茄的根系活力。

1.3 過氧化氫酶活性測定

過氧化氫酶(CAT)粗酶液的提取;分別取吡蟲啉處理后30 d的番茄地上部(由下往上第5、6和7片展開葉)和地下根系部分各15 g,各自混合后,均分3份,加入預冷0.2 mol/L pH7.0磷酸緩沖液(含0.1%聚乙烯吡咯烷酮)適量和少許石英砂,用電動勻漿器冰浴充分研磨后定容至20.0 mL,取2.0 mL勻漿液再加6 mL緩沖液,4℃下以5 000 g離心力離心10 min,取上清液為粗酶液。

過氧化氫酶(CAT)活性測定：在4 mL反應系統(tǒng)中含有0.1 mol/L(pH7.0)磷酸緩沖液2.0 mL、0.1%的H2O21.0 mL和1.0 mL用緩沖液稀釋30倍的粗酶液。25℃預熱后,加入H2O2啟動反應,迅速測定4 min內(nèi)A240值的變化。以每分鐘每克樣品A240改變0.01為一個酶活單位,新鮮材料中酶的比活以U?min-1?g-1表示。

1.4 超氧化物歧化酶活性測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性測定,分別取吡蟲啉處理后30 d的番茄地上部(由下往上第5、6和7片展開葉)和地下根系部分各20 g,各自混合后,均分3份,加入適量預冷的50 mmol/L pH7.8磷酸緩沖液,該緩沖液含有0.1 mmol/L EDTA;質(zhì)量濃度0.3%T ritonX-100;質(zhì)量濃度4%聚乙烯吡咯烷酮。用電動勻漿器冰浴充分研磨后定容至20.0 mL,取2.0 mL勻漿液再加6 mL緩沖液,4℃下以10 500 g離心力離心20 min,取上清液為粗酶液。

采用氯化硝基氮藍四唑(NBT)光還原法測定SOD活性。在3 mL反應混合液(在27 mL 14.5 mmol/L DL-甲硫氨酸中分別加入均以50 mmol/L pH7.8磷酸緩沖液配制的3 μ mol/L EDTA,2.25 m mol/L NBT和60 μ mol/L核黃素各2 mL)的試管中,加入1 mL粗酶液,混合后放在透明的試管架上,在25℃4 000 lx光照培養(yǎng)箱內(nèi)光照10 min,取出試管,迅速測定A560值,以不加酶液的照光管為對照。酶活性單位采用抑制NBT光化還原50%的酶量為一個酶活性單位,新鮮材料中酶的比活力以U?mg-1?g-1表示。

1.5 根系活力的測定

番茄根系活力測定采用TTC法[10]。具體方法如下：氯化三苯基四氮唑(TTC)是一種氧化——還原色素,溶于水為無色溶液,但可被根系細胞內(nèi)的琥珀酸脫氫酶等還原,生成紅色的不溶于水的TTF。因此,TTC還原強度可以在一定程度上反映根系活力。

標準曲線的制作：取 T TC(0.4%)2 mL置于100 mL容量瓶中,加少許硫代硫酸鈉,生成紅色T TF后,用95%乙醇定容至 100 mL,搖勻;取上述溶液 0、0.5、1.0、1.5、2.0 、2.5 、3.0 mL 于試管(≥15 mL)中,然后對應加入 10、9.5、9、8.5、8、7.5、7 mL 95%乙醇;得到 T TF 0 、50、100、150、200、250、300 μ g;在 484 nm 處比色 。

根活力測定：稱取番茄(吡蟲啉處理后30 d)的根系0.2～0.5 g置于小的培養(yǎng)皿中,利于封口,避免T TC被氧化,各自混合后,均分 3份,加入0.4%T TC和磷酸緩沖液各10 mL,于37℃下避光保溫反應5～10 h,取出后加入10 mL 1 mol/L硫酸溶液終止反應;同時,以10 mL 1 mol/L硫酸溶液代替磷酸緩沖液先加入,后加0.4%T TC作為CK;取出根系,吸水紙吸干,置于≥15 mL試管中,加入10 mL 95%乙醇,封口,置于暗處,浸提 12 h,倒出在484 nm處比色。

結(jié)果計算：

2 結(jié)果與分析

2.1 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄生長的影響

由表1結(jié)果看出,吡蟲啉1、1.5、2.5 mg/株的劑量處理番茄幼苗后30 d植株展開葉片數(shù)、株高、根長、地上部鮮重、地下部鮮重等指標隨劑量增大明顯增加,且都明顯高于清水對照,但是3.0 mg/株的劑量處理的番茄生長指標雖然高于清水對照但低于2.5 mg/株的處理;而5.0 mg/株的劑量處理后的番茄的各項生長指標低于清水對照的各項指標,說明5.0 mg/株的劑量處理番茄,植株生長已全面受到抑制。

表1 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄生長的影響1)

2.2 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄CAT活性的影響

由圖 1 可以看出,吡蟲啉 1.0、1.5、2.5、3.0、5.0 mg/株處理番茄幼苗后均在一定程度上提高了番茄植株葉片、根系CAT的活性,且隨藥劑劑量的增大CAT活性表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。

圖1 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗CAT活性的影響

2.3 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄SOD活性的影響

吡蟲啉1.5、2.5 mg/株的劑量均提高了番茄植株葉片、根系中SOD的活性,尤其是以2.5 mg/株的劑量提高的幅度較大,而3.0、5.0 mg/株的劑量雖與對照相比葉片、根系SOD活性有提高,但低于2.5 mg/株劑量的葉片SOD的活性,隨藥劑劑量的增大表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(圖2)。

圖2 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗SOD活性的影響

2.4 吡蟲啉處理番茄幼苗后30 d對番茄根系活力的影響

由圖3結(jié)果看出,吡蟲啉1.0、1.5、2.5、3.0 mg/株和5.0 mg/株處理番茄后30 d均在一定程度上提高了番茄根系活力,尤其是2.5 mg/株的劑量提高的幅度較大,作用顯著。5.0 mg/株處理比3.0 mg/株處理番茄根系活力下降,說明番茄根系活力并不是隨著濃度越高對番茄根系活力提高越大,而是隨藥劑劑量的增大表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。

圖3 吡蟲啉不同處理對番茄幼苗根系活力的影響

3 討論

通過試驗結(jié)果可看出,隨著吡蟲啉處理劑量的增加,藥后30 d番茄植株展開葉片數(shù)、株高、根長、地上部分鮮重、地下部分鮮重會有一定程度提高,其中2.5 mg/株的劑量對番茄的各項指標提高程度達最大值,隨后開始下降。

通過測定不同劑量的吡蟲啉對番茄葉片及根系中CAT、SOD的活性的影響,結(jié)果表明吡蟲啉1.5、2.5、3.0 mg/株均促進了植株葉片、根系 CAT、SOD的活性,尤其是以2.5 mg/株的增加效果最顯著。說明吡蟲啉對番茄生理生化指標的影響并不是隨著藥劑濃度的增加,測定的各種酶活性增強,而是有一個最佳劑量,超過這個劑量反而有下降的趨勢。

通過測定不同劑量的吡蟲啉對根系活力的影響,1.0、1.5、2.5 mg/株處理均在一定程度上提高了番茄的根系活力,尤其是2.5 mg/株提高的幅度較大,作用顯著。3.0 mg/株和 5.0 mg/株兩個處理,根系活力雖然比對照根系活力有所提高,但比2.5 mg/株處理根系活力降低,這與不同劑量的吡蟲啉對番茄其他指標的影響一致。

吡蟲啉使用后增加了番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性,這些具有保護性的酶,提高了植物體內(nèi)對外界的抵抗力,使作物長的健康早熟,因此使用不同濃度的吡蟲啉處理的番茄苗從根長和展開葉片數(shù)遠遠超過清水對照。

根系活力是指根的吸收和合成代謝能力等,生長速度是根活力的整體表現(xiàn)[11]。不同濃度的吡蟲啉對番茄的根活力影響,以劑量2.5 mg/株對根系活力影響最大。

以上結(jié)果表明不同劑量的吡蟲啉對番茄葉片和根系的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及根系活力的影響趨勢,與吡蟲啉使用后植物生長表現(xiàn)趨勢有一定的相關性。推測吡蟲啉處理番茄引起了番茄體內(nèi)保護性酶系以及根系活力的提高,從而導致番茄生長指標的變化。植物體生理生化指標之間的變化是相輔相成的,導致一種指標發(fā)生變化,相應的其他指標都有發(fā)生變化的可能,實際上植物體內(nèi)生理生化指標還有許多,尚待進一步研究,以更加全面地認識吡蟲啉對番茄的刺激生長的機理。

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