百部乙醇提取物對(duì)黃瓜和黃豆幼苗光合能力的影響

韓俊艷, 林楚航, 楊詩博, 王敬言, 何 進(jìn)

(沈陽大學(xué) 城市有害生物治理與生態(tài)安全遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽 110044)

人類同農(nóng)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(xué)殺蟲劑[1],但化學(xué)殺蟲劑容易殘留在環(huán)境當(dāng)中,對(duì)生態(tài)環(huán)境平衡和人類健康均構(gòu)成潛在威脅[2]。近20年,植物源殺蟲劑研究方面取得較大進(jìn)展,植物源殺蟲劑毒性較低,對(duì)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(gè)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(nóng)藥應(yīng)考慮對(duì)寄主作物的影響。為探究百部乙醇提取物對(duì)非靶植物光合能力的影響,本試驗(yàn)用不同質(zhì)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(duì)幼苗光合能力的影響,對(duì)于開發(fā)百部植物源農(nóng)藥具有參考價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)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(xué)城市有害生物治理與生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(xué)醇, 三級(jí)品)作為溶劑浸提獲得。 將百部用FW177型的中草藥粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)粉碎成細(xì)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(zhì)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(jìn)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮成膏狀后轉(zhuǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的高錳酸鉀(沈陽天罡化學(xué)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(shí)驗(yàn)儀器廠)中培養(yǎng)。光照時(shí)間16 h,黑暗時(shí)間8 h,每隔12 h進(jìn)行一次補(bǔ)水[9-10]。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的高錳酸鉀溶液對(duì)黃瓜種子進(jìn)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(shí)間16 h,黑暗時(shí)間8 h,每隔12 h進(jìn)行1次澆水。待黃瓜種子長出2片葉子后挑取15棵長勢(shì)接近的幼苗將其分別轉(zhuǎn)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(shí),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(shí)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(shè)置4個(gè)試驗(yàn)藥劑處理組(T1～T4)和1個(gè)對(duì)照組(CK),共5個(gè)處理。處理組的質(zhì)量濃度和用量見表1。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

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(gè)處理保持同一人噴藥,對(duì)葉片正反2面進(jìn)行均勻噴施[12]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

選擇晴天少云、太陽輻射強(qiáng)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(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)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(jìn)行測(cè)定。測(cè)定噴藥后24、48、72 h 3個(gè)時(shí)間段的上述指標(biāo),每組進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定,計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 百部乙醇提取物對(duì)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(cè)定結(jié)果見圖1。圖1(a)結(jié)果顯示,低質(zhì)量濃度百部乙醇提取物促進(jìn)了光合作用。在48 h內(nèi),隨著質(zhì)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(duì)照組(CK)。當(dāng)百部乙醇提取物質(zhì)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(jìn)行。但隨著時(shí)間的推移,在72 h時(shí),T3處理下的凈光合速率值最高,表示高質(zhì)量濃度處理的黃豆葉片光合速率在恢復(fù),說明植物可能對(duì)逆境脅迫產(chǎn)生了適應(yīng)性反應(yīng)。

其他測(cè)試指標(biāo)與光合速率結(jié)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(dǎo)度顯著高于其他處理組,T4處理的氣孔導(dǎo)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(shí)間的推移,高質(zhì)量濃度處理的黃豆葉片胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率都在恢復(fù),說明植物可能對(duì)逆境脅迫產(chǎn)生了適應(yīng)性反應(yīng)。

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

2.2 百部乙醇提取物對(duì)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(cè)定結(jié)果見圖2。與上述對(duì)黃豆的處理結(jié)果相似,較低質(zhì)量濃度的百部乙醇提取物促進(jìn)了光合作用,見圖2(a)。在48 h內(nèi),隨著提取物質(zhì)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(shì),但仍高于對(duì)照組(CK)。隨著百部乙醇提取物質(zhì)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(duì)照組,不利于光合作用的進(jìn)行。但隨著時(shí)間的推移,在72 h時(shí),黃瓜葉片在T3處理的凈光合速率達(dá)到最大,表示高質(zhì)量濃度處理的黃瓜葉片凈光合速率在逐漸恢復(fù),說明黃瓜幼苗可能對(duì)百部乙醇提取物逆境脅迫產(chǎn)生了適應(yīng)性反應(yīng)。

其他測(cè)試指標(biāo)與光合速率結(jié)果相似。T4處理的胞間CO2濃度值在同一時(shí)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(dǎo)度值隨著時(shí)間推移在不斷增加,見圖2(c)。隨時(shí)間的增加,低質(zhì)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(shì),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(shí)間的推移,高質(zhì)量濃度處理的黃瓜幼苗蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度都在恢復(fù),但胞間CO2濃度恢復(fù)不明顯,可能與測(cè)量時(shí)間較短有關(guān)。

(a) 百部乙醇提取物對(duì)黃瓜凈光合速率的影響(b) 百部乙醇提取物對(duì)黃瓜胞間CO2濃度的影響(c) 百部乙醇提取物對(duì)黃瓜氣孔導(dǎo)度的影響(d) 百部乙醇提取物對(duì)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(dá)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(duì)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(duì)瘧疾媒介小按蚊幼蟲也有很強(qiáng)的殺蟲作用。對(duì)于植物而言,生物堿是一類應(yīng)對(duì)生境脅迫的次生代謝產(chǎn)物,因此推測(cè)百部生物堿可能激發(fā)了黃豆和黃瓜對(duì)逆境的應(yīng)答,進(jìn)而調(diào)節(jié)了自身的光合特性。

植物的生長會(huì)受到外界環(huán)境的變化而改變,當(dāng)自然環(huán)境下的空氣、水分或濕度發(fā)生改變時(shí),植物自身可以通過快速調(diào)節(jié)來適應(yīng)。同樣,植物也會(huì)通過自身的感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)一些逆境脅迫作出反應(yīng)[23-24],有文獻(xiàn)報(bào)道草甘膦對(duì)非靶標(biāo)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(nèi),番茄葉片的超微結(jié)構(gòu)、細(xì)胞活力和水分利用效率以及和光合作用相關(guān)的轉(zhuǎn)錄和生化指標(biāo)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(gè)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(duì)葉肉細(xì)胞的損傷,激發(fā)植物產(chǎn)生更高的能量來確保細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。本研究中,不同質(zhì)量濃度百部乙醇提取物對(duì)植物幼苗凈光合速率的影響是不同的,但短期內(nèi)黃豆和黃瓜幼苗有一個(gè)顯著的自我調(diào)節(jié)過程,推測(cè)激發(fā)AOX防御機(jī)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(duì)非靶向植物的分子作用機(jī)理,為植物源農(nóng)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(duì)黃瓜與黃豆幼苗生長在短期內(nèi)有一定的影響,表現(xiàn)為低質(zhì)量濃度有一定的促進(jìn)光合能力的作用,高質(zhì)量濃度則有抑制光合能力的作用,但是這種影響隨時(shí)間很快減弱,不會(huì)對(duì)作物造成長期影響。

4 結(jié) 論

研究了具有殺螨活性的百部乙醇提取物對(duì)黃豆和黃瓜幼苗光合能力產(chǎn)生的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明,不同質(zhì)量濃度的百部乙醇提取物在24～72 h內(nèi)對(duì)黃豆和黃瓜幼苗光合能力影響不同。低質(zhì)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(jìn)作用,而高質(zhì)量濃度T4處理表現(xiàn)為顯著的抑制作用。但隨著時(shí)間推移,高質(zhì)量濃度T4處理的植物幼苗的光合速率在逐漸恢復(fù)性升高,其余處理也有類似的變化趨勢(shì),說明植物自身對(duì)外界脅迫作出適應(yīng)反應(yīng)。