（环境科学专业论文）阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响.pdf

独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云南农业大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于学位论文使用授权的声明关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解云南农业大学有关保存、使用学位论文的管理办法及规定，即： 云南农业大学有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意云南农业大学可以用不 同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 目目 录录 摘要 . i abstract . ii 1 前言 . 1 1.1 农药胁迫对植物生长影响 . 2 1.2 环境胁迫对植物体内活性氧代谢的影响. 2 1.2.1 活性氧的生成 . 2 1.2.2 活性氧的代谢产物对细胞的伤害. 3 1.2.3 抗氧化酶对活性氧的清除 . 4 1.3 除草剂阿特拉津概述 . 5 1.4 皇竹草概述 . 6 1.5 研究内容与技术路线 . 7 2 材料与方法 . 9 2.1 供试材料 . 9 2.2 试验设计 . 10 2.2.1 盆栽试验设计 . 10 2.2.2 水培试验设计 . 10 2.3 测定指标与方法 . 11 2.3.1 皇竹草形态和生理指标的测定 . 11 2.3.2 皇竹草叶片活性氧代谢指标的测定 . 11 2.4 数据处理与统计 . 14 3 结果 . 15 3.1 除草剂阿特拉津胁迫对皇竹草生长的影响 . 15 3.1.1 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草株高的影响 . 15 3.1.2 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草生物量的影响 . 15 3.1.3 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草根冠比的影响 . 16 3.1.4 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草叶绿素含量的影响 . 16 3.2 除草剂阿特拉津胁迫对皇竹草叶片中活性氧代谢的影响 . 17 3.2.1 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草叶片活性氧生成的影响 . 17 3.2.2 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草叶片 mda 含量和原生质膜透性的影 响 . 19 3.2.3 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草叶片抗氧化酶活性和抗氧化能力的影 响 . 21 3.2.4 不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草叶片抗氧化能力的影响 . 23 3.2.5 皇竹草叶片抗氧化能力与活性氧代谢指标的灰色关联度分析 . 24 4 讨论 . 26 4.1 阿特拉津胁迫对皇竹草生长的影响 . 26 4.2 阿特拉津胁迫对皇竹草活性氧代谢的影响 . 27 4.2.1 阿特拉津胁迫对皇竹草活性氧生成的影响 . 27 4.2.2 阿特拉津胁迫对皇竹草膜脂质过氧化与原生质膜透性的影响 . 28 4.2.3 阿特拉津胁迫对皇竹草抗氧化酶活性的影响 . 30 4.2.4 皇竹草抗氧化能力与活性氧代谢指标之间的联系. 31 5 结论 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 42 攻读硕士学位期间发表的学术论文 . 43 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 i 阿特拉津阿特拉津对对皇竹草生长和活性氧代谢皇竹草生长和活性氧代谢的影响的影响 摘要 通过盆栽试验研究了不同浓度（0、20、50、100、200、500 mg kg -1）阿特拉 津胁迫对皇竹草（pennisetum hydridum）株高、生物量、根冠比和叶绿素含量的影响， 初步了解阿特拉津胁迫对皇竹草生长的影响；通过水培试验研究了不同浓度（0、5、 10、20、40 mg l-1）阿特拉津胁迫对皇竹草叶片内 o2-生成速率、h2o2含量、超氧 化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、丙二醛含量、原生质膜透性和 抗氧化能力的影响。 20、50 mg kg -1的阿特拉津处理对皇竹草株高、生物量均无显著影响；100、200 mg kg -1的阿特拉津显著降低了皇竹草的生物量，分别降低了 34.1%和 36.4%，而对 株高无显著影响； 500 mg kg -1的阿特拉津对皇竹草生物量和株高均有显著降低的效 应，最大降幅分别为 40.6%和 20.0%；各浓度的阿特拉津对皇竹草根冠比和叶绿素含 量影响不显著。 5、10 mg l-1的阿特拉津胁迫使皇竹草叶片内 o2-生成速率和过氧化氢酶活性升 高，使 h2o2含量、抗氧化能力、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性降低，但随着培 养时间的延长，上述指标又有恢复到正常水平的趋势；而 40 mg l-1的阿特拉津胁迫 则使皇竹草叶片内 h2o2含量、抗氧化能力、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化 氢酶活性持续降低；在胁迫持续 10 d 后，各胁迫浓度下皇竹草叶片内丙二醛含量开 始逐渐升高，并且升高幅度随着胁迫浓度的提高而明显增加，而各胁迫浓度下，皇竹 草叶片原生质膜透性未见有明显的变化。 皇竹草活性氧代谢各指标与其抗氧化能力之 间的灰色关联度分析表明，阿特拉津胁迫状态下，皇竹草的超氧化物歧化酶活性、原 生质膜透性和 o2-生成速率与其抗氧化能力关系更为密切。 关键词：关键词：抗氧化酶；阿特拉津；脂质过氧化；皇竹草；活性氧 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 ii effects of atrazine on growth and reactive oxygen metabolism of pennisetum hydridum zhang kun (environmental science, college of resources and environment) directed by associate professor chen jian-jun abstract this study was to investigate the effect of atrazine stress on the growth of pennisetum hydridum. pot experiments were conducted to study the effects of atrazine stress (0, 20, 50, 100, 200, 500 mg kg-1) on plant height, biomass, root-shoot ratio and chlorophyll content of p. hydridum. hydroponics experiments were conducted to study the effects of atrazine stress (0, 5, 10, 20, 40 mg l-1) on o2- production rate, h2o2 content, activities of superoxide dismutase (sod) , catalase (cat) and peroxidase (pod), malondialdehyde (mda) content, plasma membrane permeability and antioxidant capacity in leaves of p. hydridum. 20 and 50 mg kg-1 of atrazine stress showed no significant effects on plant height and biomass of p. hydridum. 100 and 200 mg kg-1of atrazine stress did not show significant effect on plant height, but did on the biomass of p. hydridum. biomass of p. hydridum stressed by 100 and 200 mg kg-1 of atrazine was decreased by 34.1% and 36.4% compared with control, respectively. 500 mg kg-1 of atrazine stress brought significant decrease in plant height(by 40.6%) and biomass(20.0%) of p. hydridum. all levels of atrazine stress showed no significant effects on root-shoot ratio and chlorophyll content of p. hydridum. 5 and 10 mg l-1 of atrazine stress elevated o2- production rate and cat activities in leaves of p. hydridum, and decreased h2o2 content, antioxidant capacity, activities of sod and pod. with prolonging of culture time, the above indexes have returned to normal levels, but 40 mg l-1 of atrazine stress decreased h2o2 content, antioxidant capacity, activities of sod, cat and pod in leaves of p. hydridum continuously. after 10 days, mda content in leaves of p. hydridum treated by all levels of atrazine stress began to increasing. with the increasing of atrazine concentration, the increasing amplitude of mda content was significantly increased. all levels of atrazine stress showed no significant effects on plasma membrane permeability in leaves of p. hydridum. grey relational grade analysis between antioxidant capacity and reactive oxygen metabolism indices in leaves of p. hydridum indicated that the relationship of antioxidant capacity with activities of sod, plasma membrane 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 iii permeability and o2- production rate was more intimate than other indices. key word: antioxidant enzymes; atrazine; membrane lipid peroxidation; pennisetum hydridum; reactive oxygen species 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 1 1 前言 植物的环境胁迫（environmental stress）通常指不良的环境因素施加于植物，导 致植物代谢和生长发育受到影响 （王孟宇， 2009） ， 又被称为逆境 （stress environment） 。 而植物在长期与环境进行物质和能量的交换过程中，逐渐具备了抵抗环境胁迫的能 力，称为植物的抗逆性（stress resistance） ，这表现在植物对一定强度内的环境胁迫具 有适应与抵抗能力（李合生，2006） ，也被称为植物的抗性。植物的环境胁迫因素概 括起来主要有三大类，第一类是物理因素造成的，例如温度高低造成的冻害和热害， 水分盈亏造成的干旱和涝害， 光的强度造成的高光通量， 海拔地势造成的高山逆境等； 第二类是化学因素造成的，例如盐碱类胁迫、重金属胁迫、农药胁迫等，通常人类活 动造成的人为环境污染胁迫大都属于这一类；第三类是生物因素造成的，例如病虫害 的侵袭、杂草的竞争等。本研究主要围绕植物对农药胁迫的响应来开展。 随着人类社会经济水平的提高，人们对农产品的需求量也在不断增加，这就不可 避免地大量使用农药。然而据报道，在日常施用农药的过程中，仅有大约 1%的农药 作用于靶生物（沈国兴等，1999） ，其余的农药或残留于土壤，或通过径流进入周边 水体，进而通过其毒性效应影响土壤和周边水体中的生物。大量喷施农药会导致一系 列的问题，如破坏周边生态平衡，人畜食用农作物中毒，影响后茬作物生长等，而农 药的靶生物抗性不断提高又导致了农药的防治效果降低， 从而造成了农药被加大用量 的恶性循环。去除环境中农药的方法主要有三种，分别是物理化学降解法、微生物降 解法和植物降解法，从成本高低和是否带来二次污染等角度考虑，后两者要明显优于 前者，而从应用的难易程度来考虑，植物降解法又优于微生物降解法。因此，农药的 植物降解方法成为了近年来农药降解方法的研究热点之一。 应用植物来降解农药的前提之一是在农药胁迫下， 植物能够较好地进行其生长发 育和新陈代谢过程， 所以降解植物的必备条件之一就是对目标农药应当具有较强的抗 逆性。植物对环境胁迫的抗逆性机制主要包括两个大方面，第一是通过其生物学性状 和生理的变化来实现， 如逆境处理后植物的株高变化， 生物量变化， 叶片卷曲度变化， 叶绿素含量变化，光合作用和呼吸作用强度的变化等；第二是通过其体内代谢活动的 变化来实现（王孟宇，2009） ，如水分代谢，蛋白质脂类代谢，活性氧代谢等。 目前关于降解植物和其目标农药的研究主要集中在降解植物对目标农药的去除 效率和机理方面，而降解植物对目标农药的抗逆性方面的研究则相对较少。进行降解 植物的抗逆性研究不但能够为农药的植物降解研究提供理论的支持， 也能从农药胁迫 的角度进一步完善植物逆境生理相关理论，所以上述研究是亟待解决的问题。 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 2 1.1 农药胁迫对植物生长影响 农药胁迫对植物生长的影响主要体现在逆境处理后植物体的株高和生物量的变 化、根系活力、根冠比、叶绿素含量、光合速率等形态和生理指标中一种或多种的变 化，这些影响与很多因素有关。 首先，与农药种类和植物种类有关。有研究表明，许多农药对植物的生长和作物 产量有抑制作用（ferree，1979） ，如二嗪农、克螨特等杀虫剂可使苹果产量降低，但 是也有研究表明，农药对植物的生长有一定的促进作用，如拟除虫菊脂类杀虫剂对棉 花（岱字棉 15 号）有增产效应（龚荐等，1984） 。无论是抑制效应还是促进效应，这 些变化的趋势和程度与农药种类和植物种类都密切相关，如水稻（武育粳 3 号）的生 长对不同的茎叶处理除草剂的响应研究结果显示，用药后 15-25 d，2 甲 4 氯+灭草松 处理对水稻株高有显著降低的效应， 而其余除草剂处理下水稻株高则与对照无显著差 异（袁树忠等，2008） ，因为不同农药对植物的作用机理不同。 其次，农药胁迫对植物生长影响与农药浓度的高低有关。单甲脒浓度在 0.25 ml l-1浓度时， 对大豆植株的生长有促进作用， 总生物量和产量分别增加 20%左右， 当单甲脒浓度为 2.5 ml l-1时，大豆产量下降一半（林舜华等，1997） 。但也有研究 结果显示，克百威所有剂量均能使大豆植株株高增加（mellors et al.，1984） ，其机制 为抑制吲哚-3-醋酸的酶的降解（高希武等，1998） 。 另外，胁迫时间是另一个造成农药胁迫对植物生长影响存在差异的因素。随着农 药胁迫时间的延长，伴随着农药的降解，其药效会降低，给植物带来的压力也比胁迫 初期小， 植物的生长响应也会随之变化， 和胁迫初期有明显的不同。 如玉带草 （phalaris arundinacea）在除草剂二甲戊乐灵处理后 7 d，生长速率极显著低于对照，而在 15 d 后与对照相比差异不显著（刘亚军等，2007） ，除草剂二甲戊乐灵的降解直接导致了 玉带草的响应结果不同。 1.2 环境胁迫对植物体内活性氧代谢的影响 针对植物活性氧代谢的研究始于 20 世纪 70 年代，harman 提出的自由基衰老学 说（1956）与 mccord 和 fridovich 提出的生物自由基伤害学说（1969） ，为植物抗逆 性的研究奠定了重要的理论基础。 环境胁迫对植物体内活性氧代谢的影响可以从活性 氧的产生，抗氧化酶对活性氧的清除，活性氧代谢的产物对细胞的伤害几个方面来阐 述。 1.2.1 活性氧的生成 活性氧（reactive oxygen species，ros）被认为是有氧代谢的副产物（asada， 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 3 1987） ， 主要以超氧阴离子 （o2-） 、 过氧化氢 （h2o2） 、 羟自由基 （ho-） 、 单线态氧 （o21） 等几种形式存在于生物体内，在一定条件下，各种活性氧能够自由地氧化各种细胞成 分，导致细胞被氧化破坏（dat et al.，2000；asada,1999；hammond- kosack et al.， 1996） 。正常情况下，植物体内活性氧的产生与清除会维持动态的平衡。目前关于植 物体内活性氧产生与农药胁迫之间关系的研究报道较少，研究表明，在农药胁迫过程 中，活性氧会大量产生。在乙草胺和氯嘧磺隆胁迫下，随着胁迫时间和胁迫浓度的增 长，皇冠草（echinodorus amazonicus）叶片中 o2-的产生速率和 h2o2的含量均明显 提高（翟淑美等，2009） ，说明活性氧的产生与清除的动态平衡被打破。从其他非生 物胁迫的例子来看，植物体内活性氧的产生与低温胁迫和水分胁迫的关系密切，许多 研究表明，随着胁迫时间延长， 非生物胁迫下植物 o2-和 h2o2的产生量会大大高于胁 迫之前（fridovich，1978；hodges et al.，1997；刘艳等，2004） 。随着近年来研究的 深入，结果显示，活性氧在非生物胁迫期间对细胞构成威胁的同时，也为胁迫的响应 和防御的途径的激活担当着传递信号的作用 （desikan et al.， 2001； knight et al.， 2001） ， 因此，活性氧既可以被看作细胞受胁迫的指示器，同样也可以被看作参与胁迫响应信 号传导的第二信使（inze et al.，1995） 。 1.2.2 活性氧的代谢产物对细胞的伤害 植物叶片中活性氧清除能力的下降是逆境胁迫下植物发生膜脂过氧化和氧化伤 害的原因（gamble et al.，1984） 。活性氧生成的增加与抗氧化酶活性的下降会导致植 物体内丙二醛（malondialdehyde，mda）的积累，而 mda 是原生质膜上不饱和脂 肪酸发生过氧化的降解产物，可以反映原生质膜脂质过氧化的程度。另外，mda 本 身可以与膜脂蛋白交联而使膜结构进一步损伤 （pauls et al.， 1984； rogers et al.， 1988） 。 原生质膜透性是用来衡量原生质膜受损程度的指标之一， 当原生质膜脂质过氧化严重 时，原生质膜内的电解质会外渗，渗出的电解质多少可以用来反映膜受损的程度。 有研究表明，分别用 10 mol l -1 和 100 mol l -1 的百草枯处理地黄（r. glutinosa） ， 3 h 内100 mol l -1处理组的 mda 含量显著高于10 mol l -1处理组 （朴 仁哲等，2008） ；用不同浓度氯氰菊酯处理小白菜（brassica campestris）的研究显示， 喷药浓度越高，小白菜 mda 含量越高（张清智等，2008） ，以上研究均表明胁迫强 度与 mda 含量符合剂量效应关系。植物的 mda 含量与原生质膜透性对不同环 境胁迫的响应不同。如高温胁迫（马玉华等，2010）与低温胁迫（赵梅等，2011）都 会导致植物 mda 含量升高的同时原生质膜透性增大， 而低强度的 uv-b 辐射胁迫 （高 潇潇等，2010）会导致水稻 mda 含量小幅降低的同时原生质膜透性小幅减小，旱柳 （salix matsudana）的 mda 含量与原生质膜透性对重金属镉胁迫无明显响应（杨卫 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 4 东等，2008） 。另外，不同植物品种间的原生质膜透性对相同环境胁迫的响应也有区 别， 盐胁迫对转基因苜蓿 （medicago sativa） 原生质膜透性的影响要小于保定苜蓿 （王 玉祥等，2009） ，说明转基因苜蓿对盐胁迫的抗性要大于保定苜蓿。除草剂 2-甲-4-氯 钠胁迫两种茭白（zizania caduciflora）的研究中，蒋墅茭原生质膜透性升高的幅度大 于葑红早（黄凯丰等，2011） ，蒋墅茭比葑红早对除草剂 2-甲-4-氯钠更敏感。另有研 究表明， 对胁迫存在抗性的植物体内 mda 含量变化符合弹性理论， 即当胁迫存在时， mda 含量增加，胁迫逐渐消失时，mda 含量降低，抗冻白三叶（trifolium repens） 体内 mda 含量在反复融冻冻融胁迫下即符合这一理论（赵梅等，2011） 。当多 种胁迫一起作用于植物时，植物的响应机理会复杂许多，杀菌剂甲基托布津处理可以 降低中国水仙（narcissus tazetta l.var.chinensis roem）切花花瓣的膜透性增大幅度， 延缓中国水仙的衰老（黄木花，2011） ，说明中国水仙对微生物胁迫比杀菌剂胁迫更 为敏感，杀菌剂有效地缓解了微生物胁迫对水仙的压力，杀菌剂胁迫与微生物胁迫之 间存在拮抗作用。而常温与低温下，铁皇冠（microsorium pteropus）mda 含量对草 甘膦胁迫的响应不同， 常温下呈波动性变化， 低温下 mda 含量逐渐增加 （张静潮等， 2010） ，说明除草剂胁迫与低温胁迫之间存在协同作用。 1.2.3 抗氧化酶对活性氧的清除 高等植物体内活性氧的清除主要由抗氧化酶和抗氧化剂来完成， 抗氧化酶尤其重 要。植物体内抗氧化酶有很多种，比较重要的有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，sod） 、过氧化氢酶（catalase，cat） 、过氧化物酶（peroxidase，pod） 。 sod 是植物体内活性氧清除系统清除活性氧的起点，sod 可以催化 o2-转化为 o2与 h2o2（mccord et al.，1969；rabinowitch et al.，1983） ，生成的 h2o2再进一步 被 cat 和 pod 逐步转化为 h2o 与 o2。 植物体内的 sod 由于辅基部位结合的金属离 子不同，主要分为三种，mn-sod、fe-sod 和 cu/zn-sod（bowler et al.，1992） ， mn-sod、fe-sod 一般存在于线粒体和叶绿体中，而 cu/zn-sod 存在于细胞质和叶 绿体中（郑荣梁，1992；van camp et al.，1996） 。研究表明，盐胁迫下，小麦和玉米 的 sod 活性会明显升高（stepien et al.，2005） 。但是也有研究表明，sod 的响应也 与胁迫强度有关，即强度低的胁迫有利于小麦 sod 活性的提高，强度高的胁迫会使 小麦 sod 活性降低（jiang et al.，2009） 。另外，sod 与植物抗病也有密切联系，李 痘病毒（plum pox virus）胁迫下，易感病的杏树种子 sod 活性显著降低，而抗病的 杏树种子 sod 活性提高近 100%（diaz-vivancos et al.，2006） 。 cat 是植物体内一种可以催化分解多余的 h2o2， 从而把 h2o2含量维持在正常水 平的酶，首先在烟草中发现（loew，1900） 。由于 cat 可以把 h2o2分解为 h2o 和 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 5 o2，这对于防止 h2o2对膜的氧化有决定性的意义。由于有较高的光敏性，cat 只存 在于过氧化物酶体中，对活性氧的清除有重要意义。研究表明，非生物胁迫期间，过 氧化物酶体会大量增加 （lopez-huertas et al.， 2000） ， 就意味着高浓度的 cat 的存在， 这对于活性氧的清除是非常有效的，特别对于从细胞质扩散入过氧化物酶体中的 h2o2（mittler，2002） 。研究表明，过氧化氢酶是 c3植物中 h2o2清除的关键酶，因 而是 c3植物耐受环境胁迫的关键因素 （willekens et al.， 1994&1997） 。 在环境胁迫中， 当 h2o2的浓度大大超出 cat 的清除能力时，cat 的活性会被大量的 h2o2所抑制 （kono et al.，1982） ，其结果就是有可能会出现程序性细胞凋亡。 pod 是植物体内普遍存在的一类氧化还原酶，催化有 h2o2参与的各种还原剂的 氧化反应，对各种环境胁迫极敏感，暴露于环境胁迫下，其活性在 1 h 内即出现升高 （saad et al.，1993） 。pod 与植物的抗病性联系紧密，植物对于生物胁迫的响应，如 木质素的合成，活性氧的爆发等防卫反应都与植物体内 pod 的合成和被诱导密切相 关（quiroga et al.，2000） 。对于非生物胁迫，pod 主要参与清除植物光呼吸过程中 产生的 h2o2这一过程，其主要作用是保护叶绿体的功能（bolwell et al.，1997） 近年来，关于植物体内抗氧化酶活性对环境胁迫响应的研究覆盖重金属（许丽璇 等，2010） 、光（许岳飞等，2009） 、水分（罗明华等，2010） 、温度（吴锦程等，2010） 、 盐（王喜艳等，2009） 、放射性物质（陈云飞等，2006） 、复合污染（计勇等，2009） 等，关于农药胁迫方面的研究报道较少。研究表明，在甲胺磷胁迫下，水稻幼苗体内 的 sod 活性随着甲胺磷浓度的增大先升高再降低（党元林等，2004） ，在乙草胺和氯 嘧磺隆胁迫下，皇冠草（e. amazonicus）体内 sod 和 cat 的活性先升高再降低（翟 淑美等，2009） ，这些例子都说明了低浓度的农药胁迫有利于抗氧化酶活性的升高， 而高浓度的农药胁迫则会使抗氧化酶的活性降低。 在百草枯胁迫下， 地黄 （rehmannia glutinosa）的 sod 活性随着反应时间和百草枯浓度的增加而升高（赵洪颜，2007） ， 但是百草枯却能明显降低马铃薯中 sod 活性（peixoto et al.，2004） ，以上研究表明 不同植物的抗氧化酶对同一种农药的响应并不一定相同， 这可能与不同植物对农药胁 迫的抗性机理不同有关。在植物体内，不同抗氧化酶对农药胁迫的响应并不一定符合 正相关关系，如毒死蜱胁迫对青菜（中白梗）sod 有一定的激活效应，对其 cat 却 有一定的抑制效应（蒋新宇等，2010） 。 1.3 除草剂阿特拉津概述 阿特拉津（atrazine），化学名 2-氯-4-乙氨基-6-异丙氨基-1, 3, 5-三嗪，别名莠去 津，是农药问世以来第一种三氮苯类除草剂。从 1959 年投产并推广以来（solomon et al.，1996），至今已有 52 年的使用历史。阿特拉津主要施用于玉米、高粱、甘蔗、 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 6 果园与林地，可防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草，对某些多年生杂草也有一定的抑 制作用。阿特拉津是世界上使用最广泛的除草剂之一，1997 年美国阿特拉津的使用 量就超过了 37 000 t （agency for toxic substances and disease registry，2003），在 中国，其使用量自 2000 年来，以每年 20%的速度递增（李清波等，2002）。阿特拉 津的结构稳定，被微生物矿化的过程十分缓慢，因而难以降解，其在土壤中半衰期为 8 52 周（assaf et al.，1994）。由于阿特拉津水溶性相对较强，容易通过地表径流， 淋溶等方式从土壤中迁移到地表水和地下水中，因此其在水体中残留量也很高，已成 为美国地表水和地下水的主要污染物（kolpin et al.，1998）。除了影响下茬作物的产 量外，阿特拉津还具有很强的生态毒性，可抑制藻类的光合作用和生长（ei-sheekh et al.，1994），破坏人的淋巴细胞染色体（roloff et al.，1992），可造成哺乳动物睾酮 分泌减少，性成熟时间改变，体内雄激素含量的降低，雌激素提高等不良反应（陈建 军等，2010），对生物体内分泌系统产生干扰，被国际环境保护组织内分泌干扰物筛 选测试咨询委员会列为环境内分泌干扰物（eeds）。 目前去除环境中阿特拉津的方法主要有三种，分别是物理化学修复法、微生物修 复法、植物修复法。目前国内外对阿特拉津污染的修复研究主要集中于物理化学修复 法和微生物修复法，植物修复法的研究报道较少。与化学修复和微生物修复相比，植 物修复兼具成本低、不破坏土壤结构、不带来二次污染等优点，植物去除环境中阿特 拉津污染主要通过植物直接吸收并在植物组织中代谢解毒，如玉米、高粱、甘蔗等利 用体内的谷胱甘肽 s-转移酶促进吸收的阿特拉津与谷胱甘肽生成可溶于水的结合体， 使阿特拉津在这些植物体内失去活性（司友斌等，2007）。研究报道，湿地植物灯芯 草、 芦苇、 黄叶尾、 舌黄对阿特拉津均有一定的降解能力 （schwitzgu bel et al.， 2006） 。 另外，转基因杨树对阿特拉津也有一定的降解能力（姚斌等，2009），但机理尚不明 确。由于阿特拉津在土壤中的迁移方式和特点，在施用阿特拉津的农田与其周边水体 之间建立植物缓冲带可以有效吸收阿特拉津， 防止大量阿特拉津进入水体造成的生态 破坏和环境污染。 1.4 皇竹草概述 皇竹草（pennisetum hydridum） ，多年生禾本科植物，由非洲象草（pennisetum purpureum）和美洲狼尾草（pennisetum typhoideum）杂交选育而成，属 c4 植物。有 报道其在植物界中的确切分类应当为单子叶植物纲/禾本目/禾本科/狼尾草属（张辉 等，2003） 。皇竹草根系可达 3 m，植株高达 5 m，每株茎节数 20-30 个，每节有一个 由叶片包裹的腋芽。皇竹草适宜在热带、亚热带以及我国南方栽种，在热带可通过种 子繁殖，而在我国南方自然环境下较难抽穗，通常采用腋芽进行无性繁殖。皇竹草具 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 7 有生长快、生物量大、适应性强、营养丰富、可多年收获等特点，目前我国很多地区 都有引种栽种。皇竹草用途广泛，从经济效益来看，因其营养丰富且适口性好，可作 为食草动物的饲料（彭乃木等，2010；邵智骅等，2011） ；其纤维形态特点适宜制浆 造纸（张辉等，2004） ，制造纤维素膜（翟蔚等，2007）。从生态和环境效益的角度 出发，因其根系发达，是优良的水土保持植物（马云等，2011） ，可以考虑作为三峡 库区消落带的绿化植物（廖晓勇等，2003） ；皇竹草还有很高的能源利用价值，可以 将其收获后的干草直接作为燃料（滕海鹏等，2011） ，也可以经过厌氧发酵后将产生 的沼气作为燃料（罗艳等，2010） ；由于其根系分泌物能促进根际微生物的活性和生 物转化作用，皇竹草也可以作为降解植物来修复土壤的阿特拉津污染， （陈建军等， 2011） 。 由于皇竹草在农田中难以被阿特拉津除去， 并且可以用来修复土壤的阿特拉津污 染，说明皇竹草对阿特拉津胁迫可能存在较强的抗性。植物对环境胁迫的抗性都存在 一个阈值，若超出此阈值，则抗性降低，皇竹草对阿特拉津胁迫的抗性阈值是否大于 通常环境中阿特拉津存在的浓度， 这是能否用皇竹草修复阿特拉津污染的另一个关键 之处。 1.5 研究内容与技术路线 目前阿特拉津对植物的形态和生理的影响研究大多是为了评估阿特拉津药性或 生态毒性，从植物抗性的角度来研究植物对环境胁迫响应的报道较少，同时也不够系 统。有研究通过水培方法研究了 cd2+胁迫下旱柳根叶原生质膜渗透情况和抗氧化酶 活性，探讨了 cd2+胁迫后，旱柳根叶的响应及抗氧化酶在旱柳防御 cd2+胁迫中的作 用，旨在为 cd2+的植物修复提供理论基础（杨卫东等，2008） 。基于上述的研究情况， 本文试图从植物抗性的角度来研究除草剂阿特拉津胁迫对皇竹草的影响， 并引入抗氧 化能力这个指标综合考量皇竹草的活性氧代谢系统中， 哪些因子与皇竹草对阿特拉津 胁迫的抗性有密切关系，从农药的角度为植物的逆境生理研究提供理论依据，同时也 为农药污染环境的植物修复提供参考。 本研究主要研究内容如下： （一）研究不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草生长的影响，分析阿特拉津浓度与皇 竹草生长的相关性，分析皇竹草对阿特拉津胁迫的抗性能力。 （二）分别从活性氧的产生，活性氧代谢的产物对细胞的伤害，抗氧化酶对活性 氧的清除三个方面研究不同浓度阿特拉津胁迫对皇竹草活性氧代谢的影响， 围绕剂量 效应和暴露时间效应两个基本点来分析阿特拉津胁迫与皇竹草活性氧代谢 的关系。 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 8 （三） 分析上述活性氧代谢三个方面之间的相关性， 并把抗氧化能力作为母序列， 其他活性氧代谢指标作为子因素进行灰色关联度分析， 按关联程度为活性氧代谢指标 排序，探讨皇竹草活性氧代谢对阿特拉津胁迫的响应机理。 阿特拉津对皇竹草生长和活性氧代谢的影响 9 2 材料与方法 2.1 供试材料 供试植物：皇竹草（p. hydridum），采于云南省德宏州芒市甘蔗种植地，移栽至 云南农业大学农场，采 2 米以上的皇竹草，取地上部分，用刀将皇竹草按茎节削成小 段，每段保留一个腋芽。将小段放入改良 hoagland 配方配制的营养液中利用腋芽育 苗，待苗长至 50 cm 左右用于试验。 供试营养液： 改良 hoagland 营养液， 配方如下： 945 mg l-1的 ca(no3)2 4h2o， 506 mg l-1的 kno3，80 mg l-1的 nh4no3，136 mg l-1的 kh2po4，493 mg l-1 的 mgso4，2.5 ml l-1的铁盐溶液（2.78 g feso4 7h2o，3.73 g edta-2na，蒸馏水 500 ml 混合） ，5 ml l-1的微量元素液（0.83 mg l-1的 ki，6.2 mg l-1的 h3bo3， 22.3 mg l-1的m