不同基質(zhì)對(duì)獸用四環(huán)素誘導(dǎo)玉米生長(zhǎng)的影響

不同基質(zhì)對(duì)獸用四環(huán)素誘導(dǎo)玉米生長(zhǎng)的影響

近年來(lái)，抗生素在動(dòng)物育種中得到了良好的治療效果和有益的促進(jìn)。目前,國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量關(guān)于四環(huán)素污染對(duì)植物生理影響方面的研究,但主要集中于對(duì)短周期蔬菜影響的研究,而對(duì)長(zhǎng)周期作物的研究較少。此外,國(guó)內(nèi)外關(guān)于通過某種基質(zhì)減少四環(huán)素對(duì)植物影響的探索不少,但同時(shí)采用多種減少四環(huán)素對(duì)植物生長(zhǎng)影響的基質(zhì)篩選研究較為罕見。因此,本研究選擇北方常見大田作物玉米作為試驗(yàn)材料,外源添加獸用四環(huán)素,探索添加不同基質(zhì)(單施蚯蚓糞、菌糠、菌劑和生物炭及其與菌劑配施)對(duì)玉米幼苗期生物量、抗氧化酶系統(tǒng)及其他抗性因子等的影響,并對(duì)各因子之間的相關(guān)性做出分析,以更全面地探究四環(huán)素對(duì)植物的生理毒性,篩選有效減少四環(huán)素對(duì)植物影響的基質(zhì)及其施用方式,同時(shí)為抗生素污染土壤中的農(nóng)作物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1試驗(yàn)材料1.1.1土壤基本理化性質(zhì)供試土壤采自山西省太谷縣農(nóng)田0—20cm的耕層土壤,為石灰性褐土,土壤風(fēng)干后過2mm和1mm篩,分別用于玉米盆栽試驗(yàn)和土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定。供試土壤的基本理化性質(zhì)為:全氮、全磷和全鉀含量分別為0.51,0.26,1.34g/kg,堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為37.75,22.39,143.42mg/kg,有機(jī)質(zhì)含量24.99g/kg,陽(yáng)離子交換量8.81cmol/kg,pH8.63,全鹽量0.0384%,土壤機(jī)械組成為黏粒(<0.001mm)占40.19%,粉粒(0.001～0.01mm)占40.33%,砂粒(>0.01mm)占19.48%。1.1.2試驗(yàn)中的玉米供試品種為“沃玉963號(hào)”,生育期為128天,種植前用去離子水沖洗和浸泡2～3h,選取10顆飽滿且均勻的種子進(jìn)行播種。1.1.3試驗(yàn)中使用的肥料和基質(zhì)盆栽所用底肥為腐殖酸復(fù)合肥,其配比濃度N∶P1.2基質(zhì)、樹高年制酸樹的土壤水分運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)于2018年4月18日在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行,采用玉米盆栽試驗(yàn),外源添加獸用四環(huán)素作為污染物,共設(shè)置9個(gè)處理,分別為CK處理(不添加四環(huán)素)、TC處理(添加四環(huán)素)、QY處理(添加四環(huán)素+蚯蚓糞)、JK處理(添加四環(huán)素+菌糠)、JF處理(添加四環(huán)素+菌劑)、S處理(添加四環(huán)素+生物炭)、JQ處理(添加四環(huán)素+菌劑+蚯蚓糞)、JJ處理(添加四環(huán)素+菌劑+菌糠)和JS處理(添加四環(huán)素+菌劑+生物炭),每個(gè)處理重復(fù)4次。其中四環(huán)素和菌劑施用量均為50mg/kg,蚯蚓糞、菌糠和生物炭施用量均為15g/kg。盆栽采用底部?jī)?nèi)徑14cm、上部?jī)?nèi)徑19cm、高25cm的塑料盆,每盆裝土12.5kg,并將上述底肥、四環(huán)素及各處理對(duì)應(yīng)添加的基質(zhì)與土壤充分混勻,裝盆之后各處理隨機(jī)排列。5月14日收集玉米根、莖和葉,分別裝入塑封袋中用于后續(xù)測(cè)定。1.3測(cè)量設(shè)計(jì)和方法葉綠素含量采用80%丙酮提取法1.4處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采用DPS7.0軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)分析和LSD多重比較,并用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖。2結(jié)果與分析2.1不同處理對(duì)玉米生物量的影響2.1.1不同處理對(duì)玉米植株高度和根長(zhǎng)的影響由圖1可以看出,TC處理的玉米株高和根長(zhǎng)均顯著小于CK處理(2.1.2不同處理對(duì)玉米植物和根系的新鮮重量的影響由圖2可以看出,TC處理的玉米株鮮重顯著小于CK處理(2.1.3不同基質(zhì)對(duì)玉米葉面積的影響由圖3可以看出,TC處理的玉米葉面積小于CK處理,且差異不顯著,降幅為18.08%,表明四環(huán)素對(duì)玉米葉片生長(zhǎng)有一定的抑制作用,而添加不同基質(zhì)處理的玉米葉面積均大于TC處理,其中,JK、JQ、JJ和JS處理均顯著大于TC處理(2.2影響葉綠素含量的因素植物葉綠素會(huì)直接參與植物體的光合作用,其含量的高低可以反映植物生長(zhǎng)及受外界脅迫的狀況,同時(shí)葉綠素具有敏感性,當(dāng)植物體暴露于重金屬或有機(jī)污染時(shí),會(huì)通過影響葉綠素含量,進(jìn)而影響植物體生長(zhǎng)2.3清除活性氧植物在正常生長(zhǎng)條件下,體內(nèi)的活性氧與抗氧化酶系統(tǒng)保持著動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)植物遭受逆境脅迫時(shí),體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧,若多余的活性氧不能被及時(shí)清除,將對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生毒害作用SOD是植物體在清除活性氧的過程中首先發(fā)揮作用的,能夠清除植物體內(nèi)的超氧陰離子自由基,催化其發(fā)生歧化反應(yīng)CAT能夠清除代謝過程中產(chǎn)生的HPOD是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的一種保護(hù)酶,但它也具有雙重性,既能催化H2.4不同處理對(duì)其他玉米抗性因子的影響2.4.1脅迫對(duì)植物抗氧化能力的影響脯氨酸(proline,Pro)在植物體內(nèi)起重要的滲透調(diào)節(jié)作用,植物在正常生長(zhǎng)條件下,體內(nèi)游離的Pro含量較低,而在逆境脅迫條件下,Pro含量會(huì)顯著增加,因此可反映植物受脅迫的程度,也可作為植物抗逆能力的指標(biāo)。由圖5可知,TC處理的玉米葉片脯氨酸含量顯著大于CK處理(2.4.2胞膜脂過氧化的變化丙二醛(malondialdehyde,MDA)是細(xì)胞膜脂過氧化的重要產(chǎn)物,其含量高低可以反映植物遭受逆境脅迫程度和細(xì)胞膜脂過氧化程度。由圖6可知,玉米MDA含量的累積與Pro含量相似,TC處理的MDA含量顯著大于CK處理(2.4.3不同處理對(duì)玉米可溶性糖含量的影響植物在逆境脅迫下,體內(nèi)的可溶性糖會(huì)大量積累作為能量?jī)?chǔ)備,其次作為植物體內(nèi)主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),用于減少外界對(duì)植物造成的傷害。由圖7可以看出,TC處理的玉米可溶性糖含量大于CK處理,且不顯著,升幅為9.44%,說明四環(huán)素一定程度上可誘導(dǎo)可溶性糖合成,而添加不同基質(zhì)處理的玉米可溶性糖含量均低于TC處理,其中QY、JJ、JQ、S和JS處理的可溶性糖含量均顯著低于TC處理,降幅分別為42.01%,31.03%,26.53%,21.38%和10.40%,這也可反映出添加不同基質(zhì)對(duì)緩解TC脅迫有一定效果,且單施蚯蚓糞效果較好。2.4.4不同處理對(duì)玉米可溶性蛋白含量的影響可溶性蛋白含量可以反映植物體代謝過程中蛋白質(zhì)的損傷程度,也能反映細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、變性及降解等信息2.4.5抵抗外部脅迫的重要保護(hù)機(jī)制黃酮是一類重要的次生代謝產(chǎn)物,參與植物的抗逆過程,其合成、積累與植物的生長(zhǎng)環(huán)境關(guān)系密切,是植物抵抗外界脅迫的重要保護(hù)機(jī)制。由圖9可以看出,與CK處理相比,TC處理的玉米總黃酮含量略高,升幅為10.33%,說明四環(huán)素脅迫使總黃酮含量增加,黃酮類物質(zhì)積累在一定程度上能緩解四環(huán)素污染脅迫導(dǎo)致的膜脂過氧化作用,從而降低對(duì)玉米幼苗的傷害,而添加不同基質(zhì)處理的總黃酮含量均顯著低于TC處理(2.5玉米體內(nèi)pod活性、玉米丙二醛、可溶性糖、脯氨酸、總黃酮的相關(guān)性分析由表3可知,玉米SOD活性與其他指標(biāo)均無(wú)顯著相關(guān)性;CAT活性與玉米脯氨酸、丙二醛及總黃酮均呈負(fù)相關(guān),且不顯著,與可溶性糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān);POD活性與玉米丙二醛、可溶性糖均呈極顯著負(fù)相關(guān),與總黃酮呈顯著負(fù)相關(guān),這可能是由于玉米在四環(huán)素脅迫條件下,POD活性越高,抵御脅迫的能力就越強(qiáng),其體內(nèi)的丙二醛、可溶性糖及總黃酮含量就越低;玉米脯氨酸與丙二醛呈顯著正相關(guān),且二者與可溶性蛋白、總黃酮的相關(guān)性呈現(xiàn)一致規(guī)律,均為極顯著正相關(guān);玉米可溶性糖與總黃酮呈顯著正相關(guān),與可溶性蛋白呈負(fù)相關(guān),且不顯著。此外,研究發(fā)現(xiàn),玉米POD活性與可溶性糖、丙二醛與總黃酮相關(guān)性最強(qiáng)(3不同基質(zhì)對(duì)玉米抗菌材質(zhì)的影響本研究結(jié)果表明,四環(huán)素對(duì)玉米根長(zhǎng)的抑制作用顯著大于株高,可能與四環(huán)素在植物根部的蓄積量有關(guān),且四環(huán)素可被根吸收并運(yùn)輸?shù)脚咛?進(jìn)而影響植株生長(zhǎng),這與Liu等植物的脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白和總黃酮等抗性因子均能反映植物體遭受逆境脅迫的程度,四環(huán)素使玉米體內(nèi)抗性因子含量顯著增加,可能是玉米生長(zhǎng)條件遭受四環(huán)素污染時(shí),誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的脯氨酸和丙二醛,促進(jìn)玉米可溶性糖及可溶性蛋白的合成,并通過黃酮類物質(zhì)的積累緩解四環(huán)素污染脅迫導(dǎo)致的膜脂抗氧化作用,這與Xie等本研究發(fā)現(xiàn),玉米抗氧化酶系統(tǒng)、抗性因子及生物量間存在著密切的聯(lián)系,在四環(huán)素污染脅迫條件下,添加不同基質(zhì)能夠促進(jìn)抗氧化酶系統(tǒng)的平衡,減少其對(duì)細(xì)胞膜脂的傷害,為玉米生長(zhǎng)提供良好的條件,進(jìn)而提高玉米生物量水平;且對(duì)玉米抗氧化酶系統(tǒng)與其他抗性因子的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn),SOD活性與其他指標(biāo)均無(wú)顯著相關(guān)性,這與蘇丹等4不同處理對(duì)玉米抗氧化酶系統(tǒng)的影響(1)四環(huán)素對(duì)玉米生物量及葉綠素均產(chǎn)生了抑制作用,且對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用顯著大于株高,而添加不同基質(zhì)均能緩解四環(huán)素對(duì)玉米株高、根長(zhǎng)和葉綠素的抑制作用,JK、JJ處理分別對(duì)株高和根長(zhǎng)的緩解效果最顯著,升幅依次為17.29%和30.08%,S處理對(duì)玉米葉綠素合成的促進(jìn)作用最顯著,升幅為190.64%。(2)四環(huán)素對(duì)玉米抗氧化酶系統(tǒng)的影響呈現(xiàn)不同趨勢(shì),會(huì)顯著誘導(dǎo)玉米SOD活性上升,升幅為3.34%,會(huì)抑制CAT和POD活性,降幅依次為10.98%,46.68%,而添加不同基質(zhì)均可在一定程度上緩解四環(huán)素對(duì)3種酶活性的不良影響,QY處理對(duì)促進(jìn)抗氧化酶系統(tǒng)平衡的效果最顯著。(3)四環(huán)素對(duì)玉米其他抗性因子的影響均呈一致變化趨勢(shì),增加玉米脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白及總黃酮含量,而添加不同基質(zhì)均能在一定程度上減少其含量,且減少效果最好的依次為JK、JJ、QY、S和JK處理,降幅分別為29.09%,50.8