硅對芹菜幼苗乙草胺藥害的緩解效應

高青海, 葛文春

(安徽科技學院生命科學學院,鳳陽 233100)

硅對芹菜幼苗乙草胺藥害的緩解效應

高青海*, 葛文春

(安徽科技學院生命科學學院,鳳陽 233100)

[目的]明確硅對芹菜幼苗乙草胺藥害的緩解效果,為除草劑解毒提供依據。[方法]在除草劑乙草胺處理下,研究不同濃度的硅對芹菜幼苗生長及生理特性的影響。[結果]與對照相比,乙草胺抑制了芹菜幼苗的生長,降低了芹菜的根系活力和葉綠素含量,從而減少了干物質的積累。外施硅可以顯著提高芹菜葉片SOD、POD、CAT保護酶活性,緩解了葉片電解質滲漏率及丙二醛含量的快速增加,從而有效緩解乙草胺對芹菜幼苗的影響。施用1.0 mmol/L硅處理20 d時,芹菜干物質積累達到了對照的95.1%;但施用2.0 mmol/L硅,緩解效果則降低。[結論]外施一定濃度的硅可以緩解乙草胺對芹菜幼苗生長的影響,但外施濃度過高,緩解效果則降低。

芹菜; 乙草胺; 硅; 緩解效應

除草劑的應用在保護農作物不受雜草危害、提高作物產量和品質、減輕農民勞動強度等方面起到了無法替代的作用。然而除草劑使用不當會對作物造成藥害,輕者可使作物葉片卷曲,重者可使作物死亡。乙草胺(acetochlor)是一種優良的酰胺類除草劑,主要用在旱地防除一年生禾本科雜草及部分闊葉雜草,具有用量低、效果好的優點[1-2]。但是,由于芹菜(Apium graveolensL.)對乙草胺較為敏感,在芹菜栽培時易發生藥害。

硅是地殼中含量僅次于氧的元素,一些研究表明,硅在提高作物的耐鹽性[5]、抗旱性[6]、抗低溫[7]、抗蟲性[8]及對金屬離子毒害的抗性[3-4]等方面起重要的作用。除草劑解毒藥劑目前仍以專用化學藥劑為主,硅對除草劑藥害是否有緩解效果,目前研究較少。為此本試驗以芹菜為試材,研究不同濃度的硅對乙草胺藥害的緩解效果,以期弄清硅緩解除草劑藥害的機理,旨在為除草劑解毒提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2010年1-7月在安徽科技學院種植科技園5號日光溫室內進行,芹菜品種為‘美國西芹’,購自安徽豐樂種業。50%乙草胺乳油由江蘇省新沂中凱農用化工有限公司提供。

1.2 試驗處理

1月23日芹菜播種育苗,播種量12 kg/hm2,4月10日選擇大小一致的芹菜幼苗移入營養缽中(25 cm×25 cm),每缽裝營養土1 kg,每缽栽苗3株,肥水管理等參照常規。芹菜幼苗緩苗后進行試驗處理,首先將50%乙草胺乳油稀釋200倍,噴施在營養土表面,每盆用水量均為100 mL。乙草胺充分被吸收后,開始澆灌不同濃度Na2SiO3溶液,每缽澆灌50mL,本試驗共設5個處理,分別為CK(沒有澆灌除草劑)、0 mmol/L Na2SiO3、0.5 mmol/L Na2SiO3、1.0 mmol/L Na2SiO3、2 mmol/L Na2SiO3,每 3 d 澆灌一次Na2SiO3溶液,共處理24 d。

1.3 測定方法

在處理20 d時測量芹菜幼苗地上部、根系的鮮重和干重,每處理統計15株,重復4次,取平均值;幼苗干重的測定10株為一個測定樣本,重復4次,樣品于105℃烘箱中殺青30 min后在80℃下烘干至恒重并稱重。

另取 8株,剪取芹菜葉片,清洗擦干,去除葉脈,剪碎混合后進行相關生理指標的測定,每組處理4次重復。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光還原法[9];過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法[9];過氧化氫酶(CAT)活性參照Cakmak和Marschner的方法[10];丙二醛(MDA)含量采用TBA比色法[9];電解質滲漏率用ORION TDS型電導率儀測定[9],具體方法如下:測定組織葉片殺死前電導率(E1)、殺死后電導率(E2)及所用去離子水電導率(E0),電解質滲漏率(EL)的計算公式為:EL(%)=(E1-E0)/(E2-E0)×100。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和DPS 6.55軟件進行數據分析,采用新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 硅對乙草胺藥害下芹菜鮮重和干重的影響

從表1可以看出,乙草胺顯著抑制了芹菜幼苗的生長,與對照相比,地上部及根系鮮重顯著降低。外施硅可以有效緩解乙草胺對芹菜幼苗生長的影響,尤其是1 mmol/L硅處理的緩解效果較明顯,地上部鮮重顯著高于不施硅的(p＜0.05),為其處理的1.28倍,達到對照處理的95.1%。

施硅還可以有效促進乙草胺藥害下芹菜幼苗干物質的積累(表1),其中1 mmol/L硅處理的芹菜幼苗地上部干重達到了對照的95.3%,比不施硅的高37.2%。由此說明,乙草胺處理下,外施1.0 mmol/L硅可以明顯促進芹菜幼苗生長。

表1 硅對乙草胺藥害下芹菜幼苗干鮮重的影響1)

2.2 硅對乙草胺藥害下芹菜幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

圖1顯示,乙草胺處理顯著降低芹菜幼苗葉綠素的含量,外施硅可以有效緩解葉綠素含量的降低,其中1 mmol/L硅處理效果較明顯,葉綠素含量比不施硅處理提高了 26.9%,達到對照的 88.7%,2 mmol/L硅處理處理芹菜幼苗葉綠素含量與不施硅處理差異不顯著。

圖1 硅對乙草胺藥害下芹菜葉綠素含量的影響

與對照相比,乙草胺處理也降低了芹菜幼苗的根系活力(如圖2所示),1 mmol/L硅處理的根系活力比不施硅處理提高了39.5%。由此說明,乙草胺處理降低了芹菜幼苗葉綠素含量及根系活力,外施一定濃度的硅可以顯著緩解葉綠素及根系活力的降低,濃度過高,則緩解效果不明顯。

圖2 硅對乙草胺藥害下芹菜根系活力的影響

2.3 硅對乙草胺藥害下芹菜幼苗葉片保護酶活性的影響

由圖3可知,與對照相比,乙草胺處理下芹菜葉片保護酶活性升高。外施硅可以顯著提高芹菜葉片保護酶活性,其中1 mmol/L硅處理芹菜葉片抗氧化酶活性均高于其他處理,比不施硅處理葉片SOD活性高21.7%;POD、CAT活性變化也有相似的趨勢。由此說明,乙草胺處理下,外施硅處理可以提高芹菜幼苗葉片保護酶活性,尤其是1 mmol/L硅處理效果顯著,施用硅濃度過高,則保護酶活性降低。

圖3 硅對乙草胺藥害下芹菜幼苗葉片SOD、CAT和POD活性的影響

2.4 硅對乙草胺藥害下芹菜幼苗葉片電解質滲漏率和丙二醛含量的影響

從圖4可以看出,與對照相比,乙草胺處理下芹菜幼苗葉片電解質滲漏率均升高。外施硅可以緩解芹菜幼苗葉片的電解質滲漏率升高幅度;尤其1 mmol/L硅處理的電解質滲漏率數值較小,比不施硅處理電解質滲漏率降低了32.3%。逆境脅迫可加重膜脂過氧化作用,其主要產物MDA含量的多少可表示植物細胞膜受傷害程度的大小[11]。

圖4 硅對乙草胺藥害下芹菜葉片電解質滲漏率的影響

圖5顯示,乙草胺處理下芹菜幼苗MDA含量明顯升高。不施硅處理比對照增加了58.9%,而1 mmol/L硅處理可顯著緩解葉片MDA含量升高幅度,比不施硅處理降低了31.4%。由此說明,乙草胺處理下,外施1 mmol/L硅可以緩解乙草胺對芹菜幼苗葉片細胞膜的影響,從而減輕藥害,外施高濃度的硅,緩解效果則降低。

圖5 硅對乙草胺藥害下芹菜葉片丙二醛含量的影響

3 討論

除草劑對于作物生長發育是一種脅迫,而這種脅迫在控制雜草危害的同時,也會導致作物體內生理生化的變化,進而影響農田群落結構的組成和作物的產量、品質[12-14]。本文結果表明,與對照相比,乙草胺抑制了芹菜幼苗的生長,表現在芹菜鮮重、干重降低,干物質的積累明顯減少;外施1 mmol/L-1硅可以有效緩解乙草胺對芹菜幼苗生長的抑制,高濃度的硅處理,緩解效果降低。類似的結果在白菜上也有報道,外施硅可以顯著提高重金屬脅迫下白菜干物質的積累[15]。

逆境條件下植物體內產生更多的活性氧自由基,從而加劇了膜脂過氧化水平,導致膜系統受損,組織受到破壞[15]。除草劑處理下植物體內SOD等酶活性升高[16],這是由于施用除草劑后,對作物造成了一定的逆境脅迫,為適應外界環境的改變其體內SOD活性產生一些變化,作物體內保護酶對活性氧自由基起著清除作用[17]。本研究表明,乙草胺處理下芹菜幼苗葉片SOD、CAT和POD等保護酶活性升高,尤其是外施硅,可以較大幅度地提高保護酶活性,這對芹菜葉片活性氧自由基清除起著重要的作用。這與外施硅可以提高黃瓜[18-19]、小麥[20]等作物的抗氧化酶活性,因而提高作物的耐鹽性、抗寒性等結果相似。乙草胺處理下,外施硅可以顯著提高芹菜幼苗葉片保護酶活性,這可以有效快速清除芹菜體內大量活性氧自由基,減輕除草劑對芹菜葉片細胞膜的損害,降低膜脂過氧化水平,提高根系活力和葉綠素含量。表現在葉片電解質滲漏率和MDA含量升幅較小,進而緩解除草劑對芹菜幼苗的傷害作用。

與其他化學藥品相比,外施硅緩解除草劑藥害的方法簡便易行,不會對環境及作物本身造成污染,也不會對作物造成不良的影響。至于硅緩解乙草胺藥害的機理及對其他除草劑藥害是否也有緩解效果等還需進一步研究。總之,外施一定濃度的硅可以緩解乙草胺對芹菜幼苗生長的影響,但外施濃度過高,緩解效果則降低。

[1]農業部農藥檢定所.新編農藥手冊(續集)[M].北京:中國農業出版社,1998:381-382.

[2]柳梅,王天斌,沈小德.我國乙草胺市場現狀及技術進展[J].化工技術經濟,2005,23(3):14-16.

[3]Shi X H,Zhang C C,Wang H,et al.Effect of Si on the distribution of Cd in rice seedlings[J].Plant and Soil,2005,272:53-60.

[4]Gunes A,Inal A,Bag ci E G,et al.Silicon increases boron tolerance and reduces oxidative damage of wheat grown in soil with excess boron[J].Biologia Plantarum,2007,51(3):571-574.

[5]Liang Y C,Chen Q,Liu Q,et al.Exogenous silicon(Si)increases antioxidant enzyme activity and reduces lipid peroxidation in roots of salt-stressed barley(Hordeum vulgareL.)[J].Journal of Plant Physiology,2003,160(10):1157-1164.

[6]Gong H J,Zhu X Y,Chen K M,et al.Silicon alleviates oxidative damage of wheat plants in pots under drought[J].Plant Science,2005,169(2):313-321.

[7]朱佳,梁永超,丁燕芳,等.硅對低溫脅迫下冬小麥幼苗光合作用及相關生理特性的影響[J].中國農業科學,2006,39(9):1780-1788.

[8]Liang Y C,Sun W C,Si J,et al.Affects of foliar-and root-applied silicon on the enhancement of induced resistance to powdery mildew inCucumissativus[J].Plant Pathology,2005,54:678-685.

[9]Ranger C M,Singh A P,Frantz J M,et al.Influence of silicon on resistance ofZinniaeleganstoMy zuspersicae(Hemiptera:aphididae)[J].Environmental Entomology,2009,38(1):129-136.

[10]張志良,瞿偉菁.植物生理學實驗指導[M].第3版.北京:高等教育出版社,2004:39-276.

[11]Cakmak I,Marschner H.Magnesium deficiency and high light intensity on enhance activities of superoxide dismutase,ascorbate peroxidase,and glutathione reductase in bean leaves[J].Plant Physiol,1992,98:1222-1227.

[12]Kar M,Mishra D.Catalase,peroxidase,and polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence[J].Plant Physiology,1976,57:315-319.

[13]張玉聚,孫化田,王春生.除草劑及其混用與農田雜草化學防治[M].北京:中國農業科技出版社,2000:37-44.

[14]鄭世英.農藥對農田土壤生態及農產品質量的影響[J].石河子大學學報,2002,6(3):255-258.

[15]陳翠芳,鐘繼洪,李淑儀.硅對受土壤中鎘污染的白菜生長和抗脅迫能力的影響[J].植物生理學通訊,2007,43(3):479-482.

[16]毛善國,徐建明,陳芬.異丙隆和苯磺隆對水稻幼苗生長及葉片內M DA含量的影響[J].安徽農業科學,2008,36(6):2209-2210.

[17]馬德華,盧育華,龐金安.低溫對黃瓜幼苗膜脂過氧化的影響[J].園藝學報,1998,25(1):61-64.

[18]吳進才,劉井蘭,沈迎春,等.農藥對不同水稻品種SOD活性的影響[J].中國農業科學,2002,35(4):451-456.

[19]Elstner E F.Oxygen activation and oxygen toxicity[J].Annual Review of Plant Physiology,1982,33:73-96.

[20]Zhu Z J,Wei G Q,Li J,et al.Silicon alleviates salt stress and increases antioxidant enzymes activity in leaves of salt-stressed cucumber(Cucumis sativusL.)[J].Plant Science,2004,167:527-533.

[21]Liu J J,Lin S H,Xu P L,et al.Effects of exogenous silicon on the activities of antioxidant enzymes and lipid peroxidation in chilling-stressed cucumber leaves[J].Ag ricultural Sciences in China,2009,8(9):1075-1086.

[22]Liang Y C,Zhu J,Li Z J,et al.Role of silicon in enhancing resistance to freezing stress in two contrasting winter wheat cultivars[J].Environmental and Experimental Botany,2008,64:286-294.

Alleviatory effects of exogenous silicon on celery injury by acetochlor

Gao Qinghai, Ge Wenchun
(College of Life Sciences,Anhui Science and Technology University,Fengyang233100,China)

[Objective]It is aimed to understand the alleviatory effect of exogenous silicon on celery injury by acetochlor,so as to provide the basis for the antidotal action to herbicides.[Method]The effect of different silicon concentrations on the growth and physiological characteristics of celery seedlings was investigated under acetochlor treatment.[Result]Acetochlor treatment inhibited the growth of celery seedlings,reduced root activity,lessened chlorophyll contents and dry matter accumulation.Exogenous silicon was able to elevate the activities of superoxide dismutase,peroxidase and catalase of celery seedling leaves,and efficiently alleviated the increase of electrolytic leakage and MDA content,and,accordingly,prevented celery seedlings from the injury of acetochlor.Compared with the control,dry matter accumulation of celeryseedlings reached to 95.1%,with treatment of 1 mmol/L silicon for 20 days,but the silicon effect decreased with treatment of 2.0 mmol/L silicon.[Conclusion]Exogenous silicon with some concentration was able to relieve the effect of acetochlor on celery seedlinggrowth,but with the increase of silicon concentration,the alleviatory effect decreased.

celery; acetochlor; silicon; alleviatory effects

S 482.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.04.023

2010-08-09

2010-09-07

安徽省教育廳自然科學基金(KJ2010B060);安徽科技學院人才引進項目(ZRC2009250)

*通信作者Tel:0550-6732036;E-mail:gaoqh1977@163.com