胡春紅，郭婕，陳龍，李季平，喬琳，何樂

（周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，河南 周口 466001）

防腐劑的過量攝入對動物有害[1]，對植物的生長發(fā)育也表現(xiàn)出顯著的抑制作用和遺傳毒性，特別是復(fù)合防腐劑（苯甲酸鈉和山梨酸鉀）的毒害更大，高濃度下可完全抑制幼苗生長和葉片發(fā)育[2–4]。目前雖尚未見有關(guān)防腐劑對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響的報道，但隨著工業(yè)的發(fā)展，防腐劑使用量逐年增加，大量的防腐劑勢必直接或間接進(jìn)入土壤和水源，影響農(nóng)作物的生長。蕓苔素內(nèi)酯（brassinolide, BR）是一種新型的植物生長調(diào)節(jié)劑。較低濃度的蕓苔素內(nèi)酯能促進(jìn)植物生長，增強植物抗性[5–8]。人們已對蕓苔素內(nèi)酯作用下植物的多種抗脅迫機制[9–11]及其生理生化特性[12–13]進(jìn)行了深入研究，但蕓苔素內(nèi)酯是否能緩解防腐劑對農(nóng)作物的脅迫尚未見報道。筆者結(jié)合前期研究結(jié)果[2,4]，研究玉米幼苗在10.0 g/L復(fù)合防腐劑（苯甲酸鈉和山梨酸鉀的質(zhì)量比為2∶3）脅迫下對不同濃度蕓苔素內(nèi)酯的響應(yīng)，旨在探索緩解防腐劑對農(nóng)作物脅迫的措施。

1 材料與方法

1.1 材 料

玉米種子“吉祥1號”購于周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院；苯甲酸鈉、山梨酸鉀和蕓苔素內(nèi)酯均為分析純，購于市場。

1.2 培養(yǎng)土改良

為防止取樣時傷及幼苗根部，按質(zhì)量比 1∶2取大田細(xì)土和粗砂，充分混勻后于室內(nèi)自然風(fēng)干至含水量8.5%，作為培養(yǎng)土。

1.3 材料培養(yǎng)與處理

挑選優(yōu)質(zhì)、籽粒飽滿的玉米種子1 200粒，置于清水中催芽6 h，然后均勻播種在24個均裝有2.5 kg上述改良土的托盤（500 mm×700 mm×60 mm）中，即每托盤播種50粒種子，共設(shè)8個處理（表1），每處理3個重復(fù)。各處理的具體操作方法：第1天，處理1托盤中均勻噴灑70 mL清水，其余處理托盤中分別均勻噴灑70 mL質(zhì)量濃度為10.0 g/L的復(fù)合防腐劑；從第2 天開始，連續(xù)9 d，處理3～8托盤中分別噴灑0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16 mg/L的蕓苔素內(nèi)酯60 mL，處理1和處理2托盤中均噴灑等量清水。整個試驗過程中均將樣品置于室溫下培養(yǎng)，保持土壤濕潤，并作好觀察記錄。

1.4 測定指標(biāo)與方法

參照文獻(xiàn)[14]，培養(yǎng)后第3 天和第7 天分別統(tǒng)計幼苗的出苗情況，并計算出苗勢和出苗率。培養(yǎng)后第10 天，測定幼苗的根長、根粗、根鮮重、莖高、莖粗等形態(tài)學(xué)指標(biāo)，其中，根長為根基部到根尖生長點之間的長度；莖高為最上根基部到生長點之間的高度；根鮮重指去除根部以上部分的鮮質(zhì)量。

葉綠素（Chl）含量采用研磨提取法[15]測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法[15]測定；脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸浸提法[16]測定；根系活力（RV）采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[15]測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對出苗勢和出苗率進(jìn)行χ2檢驗；對形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)采用 One–way ANOVA方法進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米出苗情況

由表1可知，與CK1相比，CK2中玉米幼苗的出苗率和出苗勢均有所降低，出苗勢由 20%降至14%，出苗率由 100%降至 96%，說明防腐劑抑制種子萌發(fā)，降低出苗速率，但CK1、CK2出苗率間的差異和出苗勢間的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。與CK2相比，處理3至處理8玉米的出苗率和出苗勢均有一定程度增加，以處理6和處理7的最大，而且各處理的出苗勢均大于CK1，表明蕓苔素內(nèi)酯可以緩解甚至解除防腐劑對玉米種子萌發(fā)的抑制作用，且以質(zhì)量濃度0.12～0.14 mg/L的效果較佳。

表1 玉米幼苗的出苗情況Table 1 Emergence of maize seedlings

2.2 玉米幼苗的形態(tài)指標(biāo)

由表2可知，與CK1相比，CK2中玉米幼苗根長、根粗、根鮮重、莖高和莖粗均顯著降低；根各指標(biāo)間的差異均達(dá)到極顯著水平；莖各指標(biāo)間的差異均達(dá)到顯著水平，表明復(fù)合防腐劑顯著抑制玉米幼苗的生長發(fā)育。與 CK2相比，處理3～8玉米幼苗的各形態(tài)指標(biāo)值均不同程度地增加，其中處理6的各形態(tài)指標(biāo)均達(dá)到最大值（根粗除外），與 CK2間的差異除莖粗達(dá)到顯著水平外，其余均達(dá)到極顯著水平，并且根長、莖高、莖粗均大于CK1，表明蕓苔素內(nèi)酯可以緩解甚至解除防腐劑對幼苗的抑制作用，且以質(zhì)量濃度0.12 mg/L的效果較佳。

表2 玉米幼苗的形態(tài)指標(biāo)Table 2 Morphological indicators of maize seedlings

2.3 玉米葉片的生理指標(biāo)

由表3可知，與CK1相比，CK2中玉米幼苗葉片的葉綠素含量和根系活力降低，丙二醛和脯氨酸含量增加，且除脯氨酸含量間無統(tǒng)計學(xué)意義外，其余指標(biāo)間的差異均達(dá)到極顯著水平，表明復(fù)合防腐劑對玉米幼苗造成了嚴(yán)重的脅迫，導(dǎo)致質(zhì)膜過氧化，細(xì)胞質(zhì)膜透性增加，根系活力降低，吸收功能降低，生物合成代謝減弱，葉綠素含量減少，植株抗性降低。與 CK2相比，處理3～8的上述各生理指標(biāo)均發(fā)生了良性轉(zhuǎn)變，與CK2間的差異除脯氨酸含量外，其余均達(dá)到了差異極顯著水平，也表明蕓苔素內(nèi)酯能夠緩解防腐劑對玉米幼苗的脅迫作用。這種緩解作用從處理3到處理6逐漸增強，但從處理6到處理8逐漸減弱，即處理6的緩解作用最佳，表明這種緩解作用具有顯著的濃度依賴性。

表3 玉米幼苗的生理指標(biāo)Table 3 Physiological indicators of maize seedlings

3 結(jié)論與討論

本試驗中，外源蕓苔素內(nèi)酯（BR）明顯緩解了防腐劑對玉米的脅迫作用。這可能是因為BR具有調(diào)控植物甾醇合成酶基因的表達(dá)[17–18]、提高植物抗性、緩解逆境脅迫對植物傷害[19–21]的特性。復(fù)合防腐劑的主要有效成分苯甲酸和山梨酸均可能通過干擾細(xì)胞膜上植物甾醇的合成而抑制植物的生長，因此，添加外源BR可緩解防腐劑對細(xì)胞膜上植物甾醇生物合成的干擾作用，從而降低防腐劑對細(xì)胞膜所造成的氧化傷害。另外，BR還可能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮內(nèi)源激素的作用，如通過調(diào)節(jié)植株幼苗根系無氧呼吸同工酶的表達(dá)量[22]，或類似NO激活根系細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的活性[23]，提高玉米幼苗的抗性，促進(jìn)幼苗的生長發(fā)育等。但較高質(zhì)量濃度（＞0.12 mg/L）的BR對防腐劑脅迫的緩解作用減弱，這可能與滲透壓及激素自身的生理效應(yīng)有關(guān)。

玉米出苗時受到防腐劑的脅迫作用顯著低于玉米幼苗后期生長受到的脅迫作用，這可能是因為，播種前，種子在催芽期間已吸足了水分用于萌發(fā)，因此，種子播種到土壤的初期受防腐劑的抑制作用不明顯；隨著幼苗的生長，幼苗不斷從土壤中獲取水分和營養(yǎng)物質(zhì)，大量防腐劑隨之進(jìn)入幼苗細(xì)胞，導(dǎo)致防腐劑對幼苗的脅迫作用增強。

綜合分析結(jié)果表明，10.0 g/L復(fù)合防腐劑（苯甲酸鈉和山梨酸鉀的質(zhì)量比為2∶3）可通過干擾細(xì)胞膜上植物甾醇的生物合成而抑制玉米幼苗的生長發(fā)育；外源BR可提高玉米幼苗的抗性，緩解甚至解除復(fù)合防腐劑對玉米幼苗的脅迫作用，且以質(zhì)量濃度0.12 mg/L時的效果較佳。

[1] 呂娜．食品防腐劑苯甲酸鈉的毒理學(xué)研究[D]．長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，2006．

[2] 胡春紅，劉坤，王紅星，等．外源水楊酸緩解復(fù)合防腐劑對小麥幼苗生長的脅迫效應(yīng)研究[J]．華中師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，47（3）：393–396．

[3] 劉文，張春海，張之峰，等．防腐劑山梨酸鉀對蠶豆根尖細(xì)胞的遺傳毒性[J]．江蘇大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2004，14（6）：489–493．

[4] 胡春紅，史留功，李淑梅，等．防腐劑浸種對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長機理的研究[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（5）：20–22．

[5] Ali Abdel Aziz El-Mashad，Heba Ibrahim Mohamed. Brassinolide alleviates salt stress and increases antioxidant activity of cowpea plants （Vigna sinensis）[J]．Protoplasma，2012，249：625–635．

[6] Kazuo Soeno，Shozo Fujioka，Sayoko Hiranuma，et a1. Metabolic conversion of castasterone and brassinolide into their glucosides in higher plants[J]．Plant Growth Regulation，2006，25：195–202．

[7] Pullman G S，Zhang Y，Phan B H．Brassinolide improves embryogenic tissue initiation in conifers and rice[J]．Plant Cell Rep，2003，22：96–104．

[8] 曹云英，許錦彪，趙華．油菜素內(nèi)酯對卷丹愈傷組織生長及分化的影響[J]．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，27（2）：172–174．

[9] Hitoshi Sake，Seiichi Fujii，Abgela Maria Imakawa，et a1. Effect of brassinolide applied at the meiosis and flowering stages on the levels of endogenous plant hormones during grain-filling in the rice plant （Oryza sativaL.）[J]．Plant Prod Sci ，2003，6（1）：36–42．

[10] Takashi Shinohafa，Katsushige Nakasone，Kiyoshi Tajma，et a1．Effect of seed vigour on field emergence and early seeding growth of maize under arid tropical conditions[J]．Trop Agr Develop，2009，53（4）：112–127．

[11] 王紅紅，李凱榮，侯華偉．油菜素內(nèi)酯提高植物抗逆性的研究進(jìn)展[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（3）：213–219．

[12] 鄒華文，陳鳳玉，郝建軍，等．表高油菜素內(nèi)酯浸種對玉米幼苗某些生理特性的影響[J]．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，32（6）：452–454．

[13] 張林青．油菜素內(nèi)酯對鹽脅迫下番茄幼苗生理指標(biāo)的影響[J]．北方園藝，2013（1）：1–3．

[14] 張藝偉，狄曉燕，武冬梅，等．山西工礦區(qū)土壤SO2–PAHs污染對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2013，19（1）：134–140．

[15] 劉萍，李明軍．植物生理學(xué)試驗技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2007：39–42，82–83，150–152，101–104．

[16] 李合生．植物生理生化試驗原理[M]．北京：高等教育出版社，2000：182–184，258–260．

[17] 何小釗，徐慧妮，龍娟，等．植物甾醇在植物逆境脅迫中的研究進(jìn)展[J]．生命科學(xué)研究，2013，17（3）：267–273．

[18] 張波，劉河汝，安秀峰，等．植物甾醇的安全性研究進(jìn)展[J]．中國食品衛(wèi)生雜志，2013，25（5）：478–482．

[19] Tian J，Ban X Q，Zeng H，et a1．The mechanism of antifungal action of essential oil from dill（Anethum graveolensL．） onAspergillus flavus[J]．PloS one，2012，7（1）：e30147．

[20] Arthington-Skaggs B A，Lee-Yang W，Ciblak M A，et a1. Comparison of visual and spectrophotometric methods of broth microdilution MIC end point determination and evaluation of a sterol quantitation method forin vitrosusceptibility testing of fluconazole and itraconazole against trailing and nontrailingCandidaisolates[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy，2002，46（8）：2477–2481．

[21] Arthington-Skaggs B A，Warnock D W，Morrison C J. Quantitatio ofCandida albicansergosterol content improves the correlation betweenin vitroantifungal susceptibility test results andin vivooutcome after fluconazole treatment in a murine model of invasive candidiasis[J]．Antimicrobial Agents and Chemotherapy，2000，44（8）：2081–2085．

[22] 陸曉民，孫錦，郭世榮，等．低氧脅迫下24–表油菜素內(nèi)酯對黃瓜幼苗根系生長及其無氧呼吸同工酶表達(dá)的影響[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（11）：2497–2502．

[23] 劉建新，王瑞娟，賈海燕．硝普鈉緩解鑭引起的黑麥草幼苗生長抑制和根系氧化損傷[J]．植物研究，2012，32（6）：680–684，688．

英文編輯：王 庫