草甘膦对粉绿狐尾藻生长、光合色素和抗氧化酶系统的影响.pdf

基础研究 20191328 Modern Chemical Research 当代化工研究 草甘膦对粉绿狐尾藻生长、光合色素和抗氧化 酶系统的影响 ＊康龙麒1 冯维春2 （1.青岛科技大学化工学院 山东 266042 2.山东省化工研究院 山东 250014） 摘要草甘膦主要是一种有效的除草剂，在全国范围内有较为广泛的应用，主要应用在农业中，能够有效保护农作物的健康生长，但是 草甘膦在使用之后会在土壤中有一定的药物残留，不但会对土壤环境造成较大破坏，而且对地下水资源也会产生不同程度的污染，导致水 生态系统遭到破坏。本文主要选择粉绿狐尾藻，通过实验对不同浓度环境中的植物进行有效培养，以此对色素含量、氯化镁以及生长情况 等指标实施有效测定，以此观测草甘膦对粉绿狐尾藻生态毒理作用。 关键词草甘膦；粉绿狐尾藻；光合色素；抗氧化酶系统 中图分类号O 文献标识码A Effects of Glyphosate on Growth, Photosynthetic Pigment and Antioxidant Enzyme System of Myriophyllum viridis Kang Longqi1, Feng Weichun2 1.College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong, 266042 2. Shandong Institute of Chemical Industry, Shandong, 250014 AbstractGlyphosate is mainly an effective herbicide, which is widely used throughout the country. It is mainly used in agriculture and can effectively protect the healthy growth of crops. However, glyphosate will have certain drug residues in soil after use, which will not only cause great damage to the soil environment, but also pollute groundwater resources to varying degrees, resulting in the destruction of aquatic ecosystems. This paper, mainly selected photosynthetic pigment and effectively cultured plants in different concentration environments through experiments, so as to effectively measure the pigment content, magnesium chloride, growth and other indicators. Therefore, we can observe the ecotoxicological effect of glyphosate on photosynthetic pigment. Key wordsglyphosate；pink green foxtail algae；photosynthetic pigment；antioxidant enzyme system 前言 草甘膦是农业生产中的一种有效的农药，对杂草毒害 性具有相对非选择性，能够有效去除草本植物以及阔叶杂草 等，一般情况下应用在耕地除草中。此外，植物通过吸收草 甘膦，在分生组织中不断积累，能够有效抑制色氨酸、氨基 酸苯丙氨酸的合成，以此使植物无法合成芳香氨基酸，致使 蛋白合成对于次生代谢之间失去平衡，最终死亡。但是，草 甘膦使用后，残余成分会造成水系统不同程度的污染。本文 通过对粉绿狐尾藻进行不同浓度的培养，以此测定光合色 素、抗氧化酶系统，观察草甘膦对粉绿狐尾藻生理的影响， 以此达到对水系统治理的目的。 1.实验 1实验材料 本实验主要使用了粉绿狐尾藻、双子叶植物纲、桃金娘 目以及小二仙草科，除此之外还有狐尾藻属的一年生水生腹 水草本植物。该实验所使用到的所有植物均来自于我国武汉 市东湖水域[1]。 2实验方法 ①实验处理。将得到的植物使用清水进行清洗，在清洗 的过程中需要将植物中蓝叶以及黄叶清除，使用霍格兰营养 液实施有效的驯化，其中霍格兰营养液需要确保自身浓度为 10，再使用生长良好、生长状态相近的植物根据实验浓度 进行有效设置，以此实施培养，半个月后对不同指标实施详 细测定，在此过程中采用的草甘膦应确保其纯度，一般情况 下纯度不能低于95。②植物鲜重测定。待实验结束后需要 及时对样品进行有效采集，再采用蒸馏水对其进行严格的清 洗，将样品表面赃物去除，随后应再将样品表面水分擦干， 最后使用专用天平对植株进行有效称量，验后鲜重。③叶绿 素含量测定。对叶绿素含量测定尤为重要，在测定的过程中 首先需要取植物叶片，并在此基础上将其剪碎，其中植物叶 片选择也较为重要，一般情况下选择0.1g植物，再放入试管 中，在试管中加入10ml乙醇，乙醇浓度为95，将其在黑暗 中密封24h，通过紫外分光度计对吸光值实施有效测定，对 470nm、649nm、665nm的吸光值实施详细测定，最后计算植 物叶片中的叶绿素、胡萝卜素含量。④MDA、H2O2、可溶性蛋 白含量测定。MDA含量在测定的过程中主要使用硫代巴比妥 酸方法实施测定；H2O2含量在测定的过程中，主要通过紫外 分光光度法进行测定；可溶性蛋白含量测定主要是使用考马 斯亮蓝G-250法进行测定，其中标准蛋白一般情况下以牛血 清蛋白为标准。⑤抗氧化酶活性测定。获取0.1g植物叶片， 并将PBS加入到其中，在冰浴中研磨，在冰冻离心机下10000g 离心10min，收集上清液，也就是粗酶液，将其放置在一定 基础研究 20191329 当代化工研究 Modern Chemical Research 温度的环境中，一般情况下将温度控制在4℃，主要能够为 后续测定奠定良好的基础。在对过氧化氢酶活性进行测定的 过程中，主要采用分光光度方法，其酶性单位主要是以1分 钟内吸光值减少0.1的酶量为主。此外，在对过氧化物歧化 酶活性测定主要使用氮蓝四唑光化还原方法，一般情况下应 在560nm处进行测定，其酶活性单元以抑制NBT光化还原的 50定义为一个SOD酶活性单位。抗坏血酸涡阳化物酶主要以 抗坏血酸作为电子供体，把H2O2还原为H2O，在测定的过程中 主要是以加入H2O2为起始点，在规定时间内反应液在290nm波 长下变化0.01为一个APX酶活性单位[2]。 2.实验结果 （1）植物生长率。生长在草甘膦的作用下，不同程度 的草甘膦会对粉绿狐尾藻生长产生不同程度的影响，植物鲜 重表现为负增长，并且在此基础上生长率在较大程度上有不 同程度的降低。此外，草甘膦浓度在提升的过程中，植物鲜 重为负增长，并且在此基础上生长率表现为下降，由此可以看 出，草甘膦由于浓度不同，鲜重以及生长率没有明显差异性。 （2）光合色素含量。粉绿狐尾藻在草甘膦处理后，叶 绿素含量会随着草甘膦浓度的不断下降逐渐降低，但是在此 基础上与植株体内光合色素含量相比没有较大差异性，此外 在高浓度草甘膦条件下含量有不同程度的降低，在此过程中 植株中胡萝卜素在经不同浓度草甘膦处理后含量逐渐降低， 但是在此基础上没有达到显著水平[3]。 （3）MDA含量。在草甘膦作用下进行培养，一般情况 下培养14d，得到粉绿狐尾藻在草甘膦浓度不大于0.1mmol/L 时，MDA含量差异性相对较小；若水体中草甘膦浓度在 0.3mol/L的基础上达到最高。此外，植物抗氧化酶活性水平 与粉绿狐尾藻浓度有较大关系，在实验中没有出现较为明显 的差异，并且在此基础上需要维持到一个稳定的水平；若草 甘膦浓度在0.1以下的情况下，SOD以及CAT活性有不同程度 的下降。粉绿狐尾藻可溶性蛋白在进行实验设定的过程中， 不同草甘膦浓度条件均有所提升；若草甘膦浓度高于0.1的 情况下，其含量有较大上升。 3.草甘膦对粉绿狐尾藻生长、光合色素和抗氧化酶系统 的影响 草甘膦在使用的过程中，会与植物内部营养产生一定 作用，该营养成分主要是事物合成期间重要构成部分，或者 具有酶促辅助因子作用的物质，能够对植物体内不同反应过 程，其中较为重要的是光合作用。此外，在植物内进行光合 作用的有叶绿素与类胡萝卜素，其中类胡萝卜素具有一定的 辅助功能，其光合作用效率以及速率与光合色素含量有较大 关系。高浓度草甘膦在一定程度上使粉绿狐尾藻叶绿素含量 有不同程度的降低，然而叶绿素与类胡萝卜素在草甘膦的作 用下有较大差异性[4-5]。草甘膦在作用的过程中，可以有效 对光合作用效率全面抑制，使一些必须物质无法有效合成， 比如类胡萝卜素、叶绿素以及氨基酸等。除此之外，草甘膦 可将莽草酸合成途径有效阻断，并且在此基础上对次生代谢 物合成造成不同程度的影响。 在实验的过程中，草甘膦抑制粉绿狐尾藻中的类胡萝卜 素含量的抑制能力相对较低。研究表明，草甘膦组织光合作 用主要是干扰叶绿素合成来实现；草甘膦在土壤与草甘膦氧 化酶作用下，易被降解为AMPA，能够使植物中丝氨酸以及甘 氨酸含量有不同程度的降低，在此过程中氨基酸是合成ALA 所需的原材料，若氨基酸合成量降低，会在较大程度上对叶 绿素合成产生一定影响。 水体环境受到污染，会使水生植物细胞内ROS的产生， 并在此过程中也会使清除能力出现不同程度的失衡，致使植 物ROS积累，引起膜脂过氧化水平逐渐提升，以此使细胞膜 透性不断增加，导致生理代谢变化，但是植物能够有效合成 抗氧化酶消除氧化作用，从而使多余ROS消除。其中，H2O2 能够对植物受胁迫程度进行有效衡量，在草甘膦的作用下， 会使H2O2含量相对较高，由此可以看出，在此浓度中草甘膦 会使植物出现氧化应激反应[6-7]。此外，H2O2是一种较强氧化 剂，导致氧化损伤，比如在农作物玉米、水稻中也会出现新 的墨脂过氧化程度不断提高的情况，膜脂过氧化物含量与植 物氧化应激水平有较大关系，以此可对植物氧化应激水平指 标有较好的评价。此外，植物在草甘膦的作用下，粉绿狐尾 藻中的MDA含量只在高浓度环境中有一定的提升，在长期进 化期间，植物体内产生了非酶的调节系统以此应对不同浓度 下的胁迫，其中抗氧化酶系统主要有不同酶构成，CAT、SOD 以及APX等，其中SOD是植物体内面对ROS第一道防线，是超 秧自由基的主要清除剂，以此使植物体内超氧自由基维持在 一个相对正常的水平。 结语 我国农业在发展的过程中，农药在其中尤为重要，能 够确保植物健康生长，其中草甘膦是农植物健康生长中较为 重要的除草剂，能够对植物中不同代谢过程产生不同程度的 影响。本文在实验的过程中，通过草甘膦的作用，粉绿狐尾 藻的生长率有较大减缓，并且在此基础上一些不利农作物生 长的植物生长率呈现出负增长趋势。此外，在草甘膦的影响 下，碳叶片与交换气孔导度逐渐降低，在此基础上，限制了 二氧化碳同化能力，致使二氧化碳逐渐积累，致使生长率下 降，由此可以看出，草甘膦在杀灭有害植物方面具有较好的 效果，能够有效对水资源实施全面保护。 【参考文献】 [1]王霁虹,任鹏,马娜,等.铵态氮对粉绿狐尾藻抗氧化系统的 影响研究[J].生物化工,2018384-85. [2]马永飞,杨小珍,赵小虎,等.污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮 能力的影响[J].环境科学,201731093-1101. [3]陈佳月,解静芳,姜洪进,等.草甘膦与镉复合胁迫对玉米幼 苗抗氧化酶活性及光合作用的影响[J].生态毒理学报,20181 219-228. [4]王芳,杨广学.草甘膦毒性的临床研究进展[J].环境与职业 医学,20182175-179. [5]黄晓露,蓝金宣,李宝财,等.不同光质处理对多穗柯幼苗光 合色素及抗氧化酶的影响[J].广西林业科学,20174354-359. [6]文唤成,孙学明,武广元,等.超高效液相色谱-串联质谱法 测定土壤中草甘膦的残留量[J].理化检验化学分册,20174 479-481. [7]罗娅,黄翔鹄,李长玲.Hg-Cd复合胁迫对卵叶喜盐草光合 色素和丙二醛含量及抗氧化酶活性的影响[J].广东海洋大学学报, 2017434-40. 【作者简介】 康龙麒（1995-），男，青岛科技大学化工学院；研究方向 精细化工。 冯维春（1964-），男，山东省化工研究院；研究方向精细 化工；水相有机合成；清洁化工；环保溯源等。