0 引言
【研究意义】谷子（Setaria italica）是中国北方地区主要的粮食作物之一,具有营养丰富、抗逆性强等特点[1-2]。每年中国因草害造成作物减产约占20%以上,严重时甚至绝收[3-4]。目前,谷子田登记注册的除草剂品种极少。阔世玛（Sigma Broad）是一种可防除多种禾本科杂草和阔叶杂草的磺酰脲类除草剂,植物吸收该类除草剂后,乙酰乳酸合成酶（ALS）活性受到显著抑制,并导致生长点坏死或畸形,生长缓慢,叶片黄化失绿等[5]。油菜素内酯（brassinolide,BR）是一种新型植物甾醇类生长物质[6],可控制气孔开闭,提高光合作用[7],并广泛参与其他生理过程,促进植株的生长发育[8-9],在缓解多种逆境（包括除草剂）对作物的胁迫中发挥了重要作用[10-14]。研究油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片光合荧光特性及糖代谢的影响对谷子田磺酰脲类除草剂的安全应用和除草剂药害的缓解具有重要意义。【前人研究进展】研究表明阔世玛对小麦相对安全[15],而黄蕾等[16]发现,阔世玛对谷子极不安全,会显著降低其株高、叶面积、生物重和光合色素含量,提高丙二醛（MDA）含量和细胞膜相对透性。在3—5叶期喷施0.05—0.2 mg∙L-1的油菜素内酯可显著提高谷子的抗逆性,减少遭受各种胁迫的机率[17]。适宜浓度的表油菜素内酯（EBR）可提高玉米幼苗的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和叶绿素含量,降低脯氨酸含量,缓解铅的抑制与毒害作用[18]。周小毛等[19]发现天然油菜素内酯能缓解胺苯磺隆对水稻的药害,缓解效果与油菜素内酯浓度和水稻的受药害程度密切相关,油菜素内酯浸种也能提高水稻幼苗叶绿素含量和根系活力,促进甲磺隆在作物体内的代谢,缓解其对水稻根长的抑制作用,在甲黄隆浓度低于0.002 mg∙L-1的药害下恢复率可达到85%以上[20]。黄允才等[21]认为预先喷施芸苔素可促进水稻的光合作用,有效缓解和防止除草剂西草净的药害。适宜浓度的油菜素内酯还可增加谷子的株高,提高叶绿素含量,促进光合作用,增加有机物的积累,缓解2,4-D对幼苗的抑制作用[22]。【本研究切入点】阔世玛是一种杀草谱较广的优秀除草剂,但对谷子存在药害;而油菜素内酯能缓解相关除草剂对作物的药害。目前,未见到油菜素内酯在缓解谷子阔世玛药害方面的相关报道。【拟解决的关键问题】在谷子幼苗期经阔世玛处理后,叶面喷施不同浓度的油菜素内酯,研究其对谷子农艺性状、光合、叶绿素荧光特性及蔗糖代谢的影响,旨在从光合荧光和糖代谢等角度阐明油菜素内酯缓解谷子阔世玛药害的光合机理。1 材料与方法
试验于2015—2016年在山西农业大学化学除草与化学调控实验室进行。1.1 材料与试剂
供试谷子品种为普通优质谷子晋谷21号（山西省农业科学院经济作物研究所）和杂交高产谷子张杂5号（河北省张家口市农业科学院）。试剂为3.6%阔世玛水分散粒剂（拜耳作物科学有限公司）。0.01%芸苔素内酯可溶性粉剂（成都新朝阳作物科学有限公司）。
1.2 试验设计
采用完全随机设计,将张杂5号和晋谷21号的种子均匀播种于13 cm×15 cm装有沙土（土:沙=2:1）混合物的营养钵中。待幼苗长至3—5叶期时,选取整齐一致的幼苗进行7.5 mg∙L-1（1/4推荐剂量）的阔世玛处理（加助剂烷基乙基磺酸盐0.4%）。1 d后,叶面喷施不同浓度（0、0.05、0.1、0.2、0.4 mg∙L-1）的油菜素内酯进行缓解,以清水作为对照,每个处理重复3次。待7 d后,取样测定。
1.3 测定指标及方法
1.3.1 农艺性状的测定 选取生长一致的谷子幼苗,用直尺测量植株的株高（植株基部到旗叶的高度）、倒2叶的叶长和叶宽。叶面积按公式：叶面积=叶长×叶宽×0.75计算。用万分之一天平测量鲜重。1.3.2 光合色素含量的测定 采用96%的乙醇浸提法测定[23]。取谷子叶片（倒2叶）0.05 g,共3份,放入试管中,加入5 mL 96%乙醇浸提至叶片变白,测OD665、OD649、OD470,计算出相应的叶绿素a含量（Chla）、叶绿素b含量（Chlb）、类胡萝卜素含量（Car）和叶绿素总量（Chl (a+b)）。
1.3.3 气体交换参数的测定 用CI-340光合测定仪（美国思爱迪）,选择晴朗无云的天气,每个处理选取有生长一致且受光方向一致、叶位相同且完全展开的倒2叶,于上午9：00—11：00,测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间二氧化碳浓度（Ci）,测定时光强为（900±50）mmol∙m-2∙s-1,温度为（30±2）℃,CO2浓度为（380±50）mmol∙mol-1。
1.3.4 叶绿素荧光参数的测定 采用DUAL-PAM-100（德国WALZ公司）进行叶绿素荧光参数,叶片经30 min暗适应（光强低于1 mmol∙m-2∙s-1）,照射检验光（0.12 mmol∙m-2∙s-1,600 Hz）后,进行慢速动力学曲线测定。叶绿素荧光动力学参数包括初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大光化学产量（Fv/Fm）、表观光合电子传递速率（ETR）、非光化学淬灭系数（NPQ）、调节性能量耗散的量子产量（Y (NPQ)）及非调节性能量耗散的量子产量（Y (NO)）,参数测定时间为1 min。饱和脉冲光强度为4 000 mmol∙m-2 ∙s-1,脉冲时间为0.8 s。
1.3.5 蔗糖代谢酶活性的测定 根据梁建生等[24]的方法加以改进,称取0.2 g叶片置于遇冷的研钵中,分批加入2 mL的提取缓冲液（100 mmol∙L-1 Tris-HCl：内含5 mmol∙L-1 MgCl2、2 mmol EDTA-Na2、2%乙二醇、0.1%牛血清清蛋白（BSA）、2% PVP、5 mmol·L-1 DTT）冰浴研磨提取,2℃下10 000×g离心20 min,上清液为酶粗提液。
酸性转化酶（AI）和碱性转化酶（NI）活力测定：采用0.95 mL的酶反应液（pH 4.7和pH 7.5的80 mmol∙L-1乙酸-K3PO4缓冲液：内含50 mmol∙L-1蔗糖）加入200 mL的粗酶液,30℃水浴10 min,对照置于沸水浴10 min,用3, 5-二硝基水杨酸法测OD540。
蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活力测定：采用0.4 mL的酶反应液（100 mmol∙L-1 Tris-HCl缓冲液（pH 7.0）内含10 mmol∙L-1果糖（或10 mmol∙L-1果糖-6-磷酸）、5 mmol∙L-1醋酸、5mmol∙L-1 DTT）加入200 mL粗酶液和0.1 mL UDPG,定容至1 mL,对照为0.4 mL酶反应液内加入200 mL的酶反应液,并定容至1 mL。30℃水浴反应10 min后,再沸水浴3 min后中止反应。加入0.1 mL 2 mol∙L-1的NaOH后沸水浴10 min,待冷却至室温时,加入30% HCl 3.5 mL,0.1%间二苯酚1 mL,摇匀后置于80℃中水浴锅中保温10 min,冷却后测OD480。
1.3.6 糖含量的测定 称取0.1 g谷子叶片,快速研磨后,加入80%乙醇5 mL,混匀,放入80℃恒温水浴30 min,在此过程中均匀摇动数次,在3 500×g离心10 min,将上清液倒入25 mL容量瓶中,滤渣再用5 mL 80%乙醇二次提取,合并上清液,最后用80%乙醇定容,成为提取液。
向沉淀中加入2 mL蒸馏水,在沸水浴中糊化15 min冷却后加入2 mL 9.2 mol∙L-1 HClO4,搅拌15 min后加入4 mL蒸馏水,在4 000×g离心10 min,将上清液转入25 mL试管中,再向沉淀中加入2 mL 4.6 mol∙L-1 HClO4,在搅拌15 min后加入5 mL蒸馏水,离心后合并上清液,用蒸馏水反复洗涤沉淀后,定容至25 mL,成为淀粉提取液。
还原糖含量测定：加入2 mL提取液（对照为蒸馏水）和2 mL DNS于试管,在沸水浴中加热5 min后,立即冷却,测OD540。
蔗糖含量测定：取5 mL的提取液加入5 mL 6 mol∙L-1 HCl,在沸水浴加热10 min,待冷却后加入一滴酚酞,用10% NaOH中和至微红,定容至25 mL容量瓶中,成为待测液。取待测液（对照为蒸馏水）2 mL和2 mL DNS于试管中,在沸水浴中加热5 min,待冷却后测OD520。
淀粉含量测定：取1 mL淀粉提取液（对照为蒸馏水）和5 mL蒽酮-H2SO4于试管中,沸水浴加热10 min,待冷却后测OD620。
1.4 数据处理
利用Excel 2003和DPS 6.5软件进行数据处理和分析。采用Duncan新复极差法进行多重比较。2 结果
2.1 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子幼苗农艺性状的影响
阔世玛胁迫下,张杂5号和晋谷21号的株高、叶面积和鲜重与对照相比显著下降了38.54%、38.66%、44.50%、32.89%和57.11%、59.33%。叶面喷施油菜素内酯后,谷子的株高、叶面积和鲜重呈先升高后降低趋势。张杂5号的株高在油菜素内酯浓度为0.1 mg∙L-1时达到最大值,比阔世玛处理显著增高了24.58%,叶面积与鲜重在油菜素内酯浓度为0.1和0.2 mg∙L-1时均达到最大值;晋谷21号的株高、叶面积和鲜重于油菜素内酯浓度为0.1 mg∙L-1时均达到最大,分别比阔世玛处理显著增加了43.12%、47.75%和79.41%（表1）。Table 1
表1
表1油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子幼苗农艺性状的影响
Table 1Effects of BR on the agronomic characteristics of foxtail millet under Sigma Broad stress
| 品种 Variety | 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 叶面积 Leaf area (cm2) | 鲜重 Fresh weight (g) |
|---|---|---|---|---|
| 张杂5号 Zhangza 5 | CK | 19.20±0.42a | 21.76±0.67a | 1.94±0.05a |
| S+0 | 11.80±0.14e | 12.08±1.17d | 0.83±0.03e | |
| S+0.05 | 13.40±0.14d | 14.28±0.46c | 1.20±0.08c | |
| S+0.1 | 14.70±0.14b | 18.69±0.32b | 1.44±0.01b | |
| S+0.2 | 14.10±0.14c | 18.28±0.77b | 1.39±0.01b | |
| S+0.4 | 13.50±0.14d | 15.69±0.25bc | 1.03±0.07d | |
| 晋谷21号 Jingu 21 | CK | 22.50±0.57a | 26.76±0.32a | 2.09±0.06a |
| S+0 | 13.80±0.42e | 17.97±0.47d | 0.85±0.04e | |
| S+0.05 | 15.30±0.14cd | 19.22±0.23c | 1.05±0.01cd | |
| S+0.1 | 19.75±0.92b | 26.55±0.32a | 1.53±0.05b | |
| S+0.2 | 16.05±0.35c | 23.27±0.45b | 1.17±0.04c | |
| S+0.4 | 14.70±0.28de | 17.72±0.33d | 0.99±0.07d |
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2.2 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片光合色素含量的影响
阔世玛胁迫下,谷子叶片中的光合色素含量显著下降。张杂5号的Chla、Chlb、Car和Chl (a+b)含量分别比对照降低了36.77%、37.55%、38.18%和36.91%;晋谷21号分别比对照降低24.77%、83.32%、26.65%和42.95%。油菜素内酯可显著提高两品种叶片的光合色素含量,且光合色素含量均随BR浓度的增大呈先升高后降低趋势,品种间存在差异。张杂5号的Chl (a+b)、Chla和Car含量均在0.1 mg∙L-1时最高,分别比阔世玛处理升高了44.30、38.50%和57.54%;而晋谷21号的Chla、Chlb、Car和Chl (a+b)含量在0.1和0.2 mg∙L-1处均达到最高,与阔世玛处理显著差异（表2）。Table 2
表2
表2油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片光合色素含量的影响
Table 2Effects of BR on photosynthetic pigment contents of foxtail millet under Sigma Broad stress
| 品种 Variety | 处理 Treatment | 叶绿素a Chla (mg∙g-1 FW) | 叶绿素b Chlb (mg∙g-1 FW) | 类胡萝卜素 Car (mg∙g-1 FW) | 总叶绿素 Chl (a+b) (mg∙g-1 FW) |
|---|---|---|---|---|---|
| 张杂5号 Zhangza 5 | CK | 18.03±0.52a | 3.70±0.20a | 3.56±0.01a | 21.74±0.72a |
| S+0 | 11.40±0.69b | 2.31±0.08b | 2.20±0.16c | 13.71±0.76b | |
| S+0.05 | 12.02±0.00b | 4.34±0.00a | 2.79±0.00b | 16.37±0.00b | |
| S+0.1 | 15.79±1.95a | 4.00±0.49a | 3.47±0.25a | 19.79±1.46a | |
| S+0.2 | 10.25±0.26b | 2.12±0.03b | 2.61±0.02b | 12.46±0.29c | |
| S+0.4 | 6.94±2.01c | 1.28±0.44c | 2.07±0.28c | 8.22±2.45d | |
| 晋谷21号 Jingu 21 | CK | 9.32±0.42a | 4.19±0.05a | 2.49±0.10a | 13.51±0.37a |
| S+0 | 7.01±0.37b | 0.70±0.01d | 1.83±0.04b | 7.71±0.36c | |
| S+0.05 | 6.34±0.43bc | 1.58±0.03c | 1.41±0.03c | 7.65±0.16c | |
| S+0.1 | 8.36±0.06a | 2.05±0.28b | 2.39±0.38a | 10.41±0.34b | |
| S+0.2 | 9.33±1.05a | 2.03±0.13b | 2.13±0.08ab | 11.36±1.18b | |
| S+0.4 | 5.57±0.14c | 1.31±0.02c | 1.89±0.01b | 7.14±0.44c |
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2.3 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片气体交换参数的影响
阔世玛胁迫下,张杂5号和晋谷21号的Pn、Tr、Gs分别比对照显著降低35.76%、45.32%、54.73%、47.75%和39.29%、31.65%;而Ci分别比CK显著升高了31.95%和21.27%,与Pn呈相反的趋势。叶面喷施不同浓度的油菜素内酯在一定程度上可缓解阔世玛的药害,张杂5号和晋谷21号的Pn、Tr和Gs均随着油菜素内酯浓度的增大呈先升高后降低的趋势,其中张杂谷5号的Pn、Tr和Gs均在0.1 mg∙L-1处达到最大,分别比阔世玛处理增加了46.81%、113.23%和67.64%,与对照差异不显著;对于晋谷21号,油菜素内酯在0.1 mg∙L-1时Pn和Tr值最大,分别比阔世玛处理增加56.08%和81.90%,Gs在0.1和0.2 mg∙L-1时均达到最大值。叶面喷施油菜素内酯可以降低阔世玛对Ci的影响Ci随BR浓度的增大呈先降低后升高的趋势,张杂谷5号与晋谷21号均在0.1和0.2 mg∙L-1降至最低,与阔世玛处理显著差异,但与对照差异不显著（图1）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片气体交换参数的影响
-->Fig. 1Effects of BR on gas exchange parameters of foxtail millet under Sigma Broad stress
-->
2.4 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片荧光参数的影响
阔世玛使张杂5号和晋谷21号的Fo和NPQ分别升高了13.72%、14.63%和31.58%、37.84%;而Fm、Fv/Fm、ETR分别显著降低9.07%、11.03%,9.18%、11.03%和40.61%、41.59%。叶面喷施BR后,张杂5号的Fo和NPQ呈先降低后升高趋势,均在0.1、0.2 mg∙L-1处达到最小值;而Fm、Fv/Fm、ETR均呈先升高后降低的趋势,均在0.1 mg∙L-1处达到最大值,分别比阔世玛处理升高了12.93%、12.85%、60.20%。晋谷21号的Fo随BR浓度的增加无明显差异,Fm、Fv/Fm、ETR随BR浓度的增加呈先增大后降低的趋势,而NPQ呈先降低后升高的趋势,均在0.1 mg∙L-1达到最大值,与对照相比无显著差异（表3）。Table 3
表3
表3油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片叶绿素荧光参数的影响
Table 3Effects of BR on chlorophyll fluorescence parameters of foxtail millet under Sigma Broad stress
| 品种 Variety | 处理 Treatment | 初始荧光 Fo | 最大荧光 Fm | 最大光化学产量 Fv/Fm | 表观光合电子传递速率 ETR (mmol∙m-2∙s-1) | 非光化学淬灭系数 NPQ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 张杂5号 Zhangza 5 | CK | 0.28±0.00bc | 1.04±0.00a | 0.74±0.00ab | 75.95±0.92a | 1.71±0.02c |
| S+0 | 0.32±0.00a | 0.95±0.00b | 0.67±0.01c | 44.35±1.20d | 2.25±0.02a | |
| S+0.05 | 0.31±0.01a | 0.95±0.00b | 0.68±0.01c | 40.75±1.63e | 1.88±0.00b | |
| S+0.1 | 0.26±0.01c | 1.07±0.03a | 0.75±0.00a | 71.05±0.92b | 1.58±0.06c | |
| S+0.2 | 0.27±0.02c | 0.89±0.03b | 0.70±0.03bc | 53.75±1.48c | 1.70±0.01c | |
| S+0.4 | 0.30±0.00a | 0.75±0.05c | 0.60±0.03d | 53.15±0.50c | 1.76±0.04d | |
| 晋谷21号 Jingu 21 | CK | 0.29±0.00a | 1.03±0.00a | 0.72±0.00a | 69.25±0.35a | 1.74±0.20bc |
| S+0 | 0.33±0.00a | 0.92±0.01c | 0.64±0.00b | 40.45±1.34c | 2.02±0.02a | |
| S+0.05 | 0.31±0.00a | 1.00±0.03ab | 0.69±0.01ab | 45.75±1.62b | 1.92±0.02abc | |
| S+0.1 | 0.29±0.03a | 1.02±0.02ab | 0.72±0.02a | 67.60±2.55a | 1.71±0.06c | |
| S+0.2 | 0.30±0.03a | 0.98±0.02b | 0.69±0.04ab | 48.35±0.50b | 1.75±0.04bc | |
| S+0.4 | 0.31±0.03a | 0.89±0.02c | 0.65±0.04b | 45.95±1.06b | 1.94±0.05ab |
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阔世玛胁迫使张杂5号和晋谷21号的Y(NO)下降,Y(NPQ)上升,表明光化学能量转换不足以将植物吸收的光能完全消耗掉,谷子通过保护性的调节机制（如热耗散）避免受到损伤。喷施油菜素内酯后,张杂5号和晋谷21号叶片的Y(NO)呈现出先升高后降低的趋势,0.1 mg∙L-1处理比阔世玛胁迫处理分别显著提高了29.22%和5.35%,达到最大值;而Y(NPQ)随油菜素内酯浓度的增大呈现出先降低后升高的趋势,在0.1 mg∙L-1处比阔世玛胁迫处理分别显著降低了12.15%和7.88%（图2）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片Y(NO)和Y(NPQ)的影响
-->Fig. 2Effects of BR on the Y (NO) and Y (NPQ) of foxtail millet under Sigma Broad stress
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2.5 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片糖含量的影响
阔世玛胁迫提高了张杂谷5号和晋谷21号叶片中的还原性糖、蔗糖和淀粉含量,分别比对照显著升高了42.35%、46.21%,100.84%、57.70%和50.23%、89.70%。叶面喷施油菜素内酯后,3种糖含量随浓度的增大均呈先降低后升高趋势。对于张杂谷5号,0.1 mg∙L-1油菜素内酯处理还原性糖和蔗糖含量最低,比阔世玛处理降低了9.56%和47.36%,而淀粉则是在0.2 mg∙L-1处达到最低,比阔世玛处理降低了28.09%和43.35%。对于晋谷21号,0.05 mg∙L-1 BR处理的还原性糖含量最低,比阔世玛胁迫显著降低了33.42%;蔗糖含量则在0.1 mg∙L-1处降至最低,与阔世玛处理相比显著降低了47.36%和36.70%（图3）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片糖含量的影响
-->Fig. 3Effects of BR on sugar content of foxtail millet under Sigma Broad stress
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2.6 油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片蔗糖代谢关键酶活性的影响
在阔世玛胁迫下,谷子叶片中的AI活性显著提高,而NI、SS、SPS活性显著降低。张杂谷5号和晋谷21号中的AI活性比对照分别升高了23.53%和73.86%,而NI、SS和SPS活性分别降低了86.82%、71.86%,47.29%、44.04%和44.52%和55.08%。喷施油菜素内酯后,AI随油菜素内酯浓度的增大呈先降低后升高趋势,张杂5号和晋谷21号均在0.1 mg∙L-1降至最低,比阔世玛处理分别显著降低了49.20%和49.10%;而NI、SS、SPS均随油菜素内酯浓度的增大呈先升高后降低的趋势,在0.1 mg∙L-1时达到最大值,分别比阔世玛胁迫显著升高603.77%、129.93%,59.80%、227.87%和44.15%、115.02%（图4）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片蔗糖代谢关键酶活性的影响
-->Fig. 4Effects of BR on the key enzyme activities of sucrose of foxtail millet under Sigma Broad stress
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3 讨论
在本研究中,阔世玛胁迫显著降低了谷子的株高、叶面积和生物重,严重影响谷子的生长发育,与黄蕾等[16]的研究结果一致。及时喷施0.1 mg∙L-1的油菜素内酯能部分缓解阔世玛对谷子的伤害,使谷子的株高、叶面积和生物重增大,促进其正常生长。喷施除草剂后植物叶片中的色素含量会明显降低[25-27],影响光合作用的正常进行。磺酰脲类除草剂中苯磺隆和单嘧磺隆会降低张杂谷10号的光合色素含量和光合速率[1],最终影响产量。本试验中,7.5 mg∙L-1的阔世玛显著降低谷子的光合色素含量（Chla、Chlb和Car）、Gs、Tr及Pn,却增加了Ci。Pn和Tr的降低与Gs的减小有关;而Gs的减小伴随Ci的增加,说明叶肉细胞对CO2的同化能力降低[26];并且Pn下降伴随着光合色素含量的减少及Ci的升高,说明光合色素含量及非气孔因素共同影响谷子叶片的净光合速率,与高贞攀等[1]的研究结果相似。叶面喷施一定浓度范围的油菜素内酯能提高谷子叶片的光合色素含量,降低Ci,从而提高Pn,说明适宜的油菜素内酯能降低阔世玛对谷子叶绿体的伤害,并解除阔世玛对谷子非气孔因素的限制,有效提高光合作用[28]。
Fo代表光系统Ⅱ反应中心全部开放,原初电子受体（QA）全部氧化时的荧光[29-30]。Fm代表PSⅡ反应中心原初电子受体全部还原时的荧光。阔世玛胁迫下,谷子Fo升高,Fm降低,说明光合机构（PSⅡ反应中心）可逆失活,甚至遭到了破坏。Fv/Fm用于度量植物叶片PSⅡ原初光能转换效率,ETR用于度量光化学反应导致碳固定的电子传递效率,NPQ反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分。阔世玛胁迫下Fv/Fm和ETR降低,NPQ升高,说明PSⅡ利用光能的能力降低,导致碳固定的电子传递效率降低,过剩的光能主要以热的形式耗散掉。Y(NPQ)反映了植物耗散过剩光能为热的能力,是光保护能力的重要指标,而Y(NO)则是光损伤的重要指标。阔世玛胁迫下,Y(NO)显著降低,Y(NPQ)显著升高,表明植物接受的光强过剩,需要通过热耗散等调节方式来保护自身。喷施低浓度的油菜素内酯有利于缓解阔世玛药害,提高Fm、Fv/Fm、ETR和Y(NO),降低Fo、NPQ和Y(NPQ),但高浓度的油菜素内酯可能造成谷子光合机构的破坏。
碳水化合物是植物的基础代谢之一。在植物体内,蔗糖是碳水化合物运输的主要形式,淀粉是主要的能量贮存物质,蔗糖水解后生成果糖和葡萄糖,都属于还原性糖,它们在植物体内合成、运输及含量的变化都受到AI、NI和SS、SPS的共同调节[31]。其中AI在酸性环境下（pH为4.5—5.0）将液泡中蔗糖分解产生果糖和葡萄糖,而NI是在中性条件下对细胞质中的蔗糖进行分解;而SS和SPS途径能可逆的分解和合成蔗糖,对保持植物体内的代谢平衡有重要意义。在逆境胁迫下,植物体内的糖被大量积累,对于调节渗透、维持细胞酶活性具有重要作用[32-33]。DE SOUSA等[34]指出,光合作用的降低不仅仅是由于叶绿素含量和气孔导度的降低,还有可能是因为光合作用酶活性及库需求的减少导致光合产物输出能力降低而造成的。在7.5 mg∙L-1的阔世玛胁迫下,谷子叶片中的淀粉含量显著升高,可能是由光合同化产物的运输能力降低所致[31,35]。当淀粉、果糖和葡萄糖不能及时转化为蔗糖时,同化产物由叶片向根部的运输受到抑制,导致叶片中还原性糖、淀粉、蔗糖含量升高。蔗糖的积累导致SPS活性降低,减少了蔗糖的合成,又促进了其分解。在分解蔗糖的3种酶中,AI活性升高,NI和SS活性下降,说明阔世玛对谷子胁迫作用主要集中于细胞质中。糖在叶片中的积累产生的负反馈抑制作用也是光合作用下降的主要原因之一,在逆境胁迫条件下,油菜素内酯能够刺激糖信号,改变植物中糖的含量[36]。叶面喷施油菜素内酯后,在一定浓度范围内显著降低谷子叶片中的还原性糖、蔗糖和淀粉含量,激活了AI活性,抑制了NI、SS、SPS活性,这表明油菜素内酯能够促进碳水化合物由叶片向根部的运输,调节AI、NI、SS和SPS活性,保证谷子幼苗光合同化产物合成和代谢间的平衡,消除负反馈抑制,提高了阔世玛胁迫下谷子幼苗的光合能力,为谷子进一步生长分化提供更多的有机物,这与前人[35,37]研究结果相一致。
4 结论
0.1 mg∙L-1的油菜素内酯可部分缓解7.5 mg∙L-1阔世玛对谷子的伤害,且缓解效果在品种间存在差异。油菜素内酯缓解谷子阔世玛药害的部分机理在于增加了叶片气孔导度和光合色素的含量,提高了PSⅡ的活性,维持了蔗糖代谢平衡,促进了碳水化合物从“源”的卸出。The authors have declared that no competing interests exist.
