《新型除草剂丙酯草醚对大麦幼苗生长发育.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型除草剂丙酯草醚对大麦幼苗生长发育.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、精品论文新型除草剂丙酯草醚对大麦幼苗生长发育和叶肉细胞的影响田甜1，金宗来2，张帆1，王尖1，周伟军15（1. 浙江大学农业与生物技术学院， 杭州 310058；2. 温州市农业局，温州 325000）摘要：新型除草剂对于大麦幼苗的干物质及形态性状，幼苗茎根生长发育情况和叶肉细胞结构进行测定，得出以下结论：高浓度丙酯草醚处理会显著抑制大麦的生长发育，且丙酯草醚 对大麦不定根数性状的影响较小，会随着时间的延长而减小，100mg/L 丙酯草醚处理会显著10抑制大麦叶绿体中的淀粉粒数量，并显著增加叶绿体中的嗜锇颗粒数量。关键词：作物生理； 丙酯草醚； 大麦； 幼苗生长发育； 叶肉细胞结构中图分类号：
2、S33215Effect of New Herbicide ZJ0273 on Seedling Growth andMesophyll Cells Structure of Hordeum vulgareTIAN Tian1, JIN Zonglai2, ZHANG Fan1, WANG Jian1, ZHOU Weijun1(1. College Agriculture and Biotechnology , Zhejiang University, Hangzhou 310058;2. Wenzhou Agriculture Bureau, Wenzhou 325000)20Abstra
3、ct: The article is based on the experiment of the new herbicide ZJ0273 to Hordeum vulgare. It is mainly about the dry mass, structure, the growth of the shoot and root and the mesophyll cells structure. It can be concluded that high concentration of the herbicide can control the growth of Hordeum vu
4、lgare significantly and the effects on the number of the adventitious roots is little which become less over time. At the same time ZJ0273 will control the number of starch granule in chloroplast of Hordeum25vulgare and increase the number of plastoglobuli significantly.Key words: crop physiology; Z
5、J0273; Hordeum vulgare; seedling growth; mesophyll cellsstructure0引言丙酯草醚是我国自主研发的新型除草剂13，对单双子叶的杂草都有很好的防治效果4。 现阶段该除草剂对油菜的生长发育和作用机理有一些研究，但对于油菜后茬作物大麦对丙酯 草醚处理的敏感性存在较大差异，且根与叶的敏感性也存在一定差异。根尖是萌发种子在土 壤中首先接触除草剂的器官，且根系的生长发育易被 ALS 抑制型除草剂抑制5；丙酯草醚（ZJ0273）是由 2-嘧啶氧基-N-芳基苄胺类衍生物中研发的拥有自主知识产权的新型高效除基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（2
6、0090101110102） 作者简介：田甜（1985-），女，博士研究生，主要从事作物生长发育与生理调控研究 通信联系人：周伟军（1962-），男， 博士， 教授， 主要从事作物生长发育与调控研究. E-mail:- 1 -精品论文中国科技论文在线http:/- 5 -草剂品种1,6。10丙酯草醚乳油在 22.575 g a.i./hm2 的剂量下，在植株内部以根茎吸收为主7；高浓度丙酯草醚抑制油菜幼苗根系 TTC 活力8；丙酯草醚属于不易移动农药，且其在 土壤表面的最大淋溶峰出现在 02cm 土表层，一方面说明 ZJ0273 的田间使用不易对地下 水造成污染，另一方面也说明该除草剂对后茬作
7、物及直播油菜的安全性评价问题迫在眉睫 9,10。目前的生理研究主要集中于丙酯草醚对不同植物 ALS 活力影响以及对移栽期油菜的安 全性与除草效果等方面，在对发芽期油菜和大麦的安全性评价方面尚无研究报道。本试验通 过生理生化方法探讨了丙酯草醚处理对发芽期油菜和大麦干物质、茎根长、侧根数、叶肉细 胞机构的影响。以评价该除草剂对发芽期油菜及大麦的安全性问题，同时也为进一步探讨其 作用机理及其开发应用提供依据。1材料与方法：1.1 试验材料：试验材料选用引进的大麦品种黄青裸（Hordeum vulgare L. cv. Huangqingluo）。试验用 种子收获于浙江大学华家池校区试验农田，保存于
8、4黑暗条件下。试验于 2008 年 6 月8 月在室内可控温光照培养箱中进行，试验时先在 15NaClO 溶液中灭菌 15min，用蒸馏水 冲洗后于干燥滤纸上吸干备用。10%丙酯草醚（乳液）由中科院上海有机化学研究所提供。1.2 试验设计：1.2.1种子萌发：在每个直径为 9 cm 的玻璃培养皿底部放入 2 层滤纸，加入 4 ml 蒸馏水（滤纸内无气 泡），用接种针蘸取灭菌后的油菜种子置于滤纸上，每皿 50 粒种子；用镊子夹取灭菌后的 大麦种子置于滤纸上，每皿 20 粒种子。培养皿置于 25黑暗培养箱中萌发 48h，待种子露 白后备用，此时油菜胚根长约 0.20.5cm，大麦胚根约为 0.50
9、.8cm。1.2.2除草剂处理： 采用改良的直板发芽法11。选择胚根长度一致的露白种子整齐排列于平铺了单层滤纸的玻板（208cm）上，胚根统一向下（每板 12 粒种子）；然后轻覆一层短滤纸以固定种子（短滤纸上边长以刚好靠着着种子顶端为宜，此法有利于种子透气）；玻板置于大号敞口 发芽盒（181210cm）中，每盒 2 板，未铺滤纸一面斜靠于发芽盒，与底面的倾斜角为80O。发芽盒中盛有 100ml 处理液，即含不同浓度丙酯草醚（0.0、0.1，1.0、10.0 和 100.0 mg/L） 的 1/2 霍格兰加微量元素水培液（MgSO4 7H2O，245 mg/L；NH4H2PO4，60 mg/L；
10、KNO3，305 mg/L；Ca(NO3)2 4H2O，475 mg/L；MnCl2 4H2O，0.905 mg/L；ZnSO4 7H2O，0.11 mg/L； CuSO4 5H2O，0.04 mg/L；H3BO3，1.45 mg/L；钼酸，0.045 mg/L；柠檬酸铁，2.5 mg/L）， 滤纸事先即以此处理液湿润。精品论文1.2.3培养条件：将所有发芽盒置于光照培养箱中。培养条件设定为白天 16 h，温度 25 ，光强为 140mol/m2/s1，湿度 60；黑夜 8h，温度 20 ，湿度 80。1.3 试验方法：1.3.1幼苗干物质及形态性状测定 首先测量幼苗的苗高和根长，同时统计每株
11、幼苗的侧根数（大麦则统计不定根数）。大麦幼苗测定其幼叶长度（含胚芽鞘部分），根长则测定其所有须根（不定根）中最长的根长度，每处理统计 30 株以上幼苗。 形态指标测量完毕后的幼苗用于干物质测定：大麦幼苗需小心剥去种皮和残留的胚乳，以避免种子重量对干物质产生影响，10 株为一个测量单位。样品先于 105烘箱中杀青 30min 后在 80下烘干至恒重。干样用精确到 0.1mg 的万分之一天平称重，每个样本平行测 3 次 取均值，每处理设 10 次重复。1.3.2样品前处理及制片观察切片样品前处理固定：用锋利刀片切取幼苗叶片去叶脉切成 1 mm3 mm 的小片, 然后迅速放入 4%戊二 醛溶液中（叶
12、片需抽真空使样品沉入固定液底部），4 下固定 24 h；室温下用磷酸缓冲液（0.1 M，pH 7.0）冲洗 3 次，每次 15 min；用 1饿酸进行后固定 1 h。脱水：用磷酸缓冲液（0.1 M，pH 7.0）冲洗 3 次，每次 15 min。在 50%、70、80%、95%（2 次）、100 乙醇（2 次）中常温进行梯度脱水，每次 15 min。渗透：在 1:1 的 50% Spurr 包埋剂中渗透 1 h，在 3:1 的 70Spurr 包埋剂中渗透 3 h，在100Spurr 包埋剂中渗透过夜，最后在 70 聚合 16 h。1.3.3TEM 切片观察 制备好的样品先进行光学定位，然后用
13、钻石刀进行超薄切片并收集在镍网上，然后用醋酸双氧铀和柠檬酸铅进行双染色，在 JEM-1230EX 透射电镜下观察，并对叶绿体中的基粒、淀粉粒及嗜锇颗粒的数量进行统计分析。2结果与分析：2.1 丙酯草醚对大麦萌发期幼苗茎根生长发育的影响表1 丙酯草醚处理对大麦幼苗形态性状的影响Tab 1 Effect of herbicide ZJ0273 at various concentrations (0.1-100.0 mg/L) on different morphological characters of Hordeum vulgare seedlings测定性状处理浓度Concentratio
14、n处理时间2358.39a9.09a10.77a Treatment duration (day) Character(mg/L) 1苗高 0 (CK) 6.85 a*精品论文Shoot length 0.1 6.74 a 8.30 a 8.93 a 10.75 a6.10b7.15b7.56b8.81b5.32c6.67c6.82c8.43b3.61d5.24d5.31d6.88c5.76a6.19a6.46a8.06a5.79a5.94a6.16a8.07a5.16b5.37b5.92a6.98b3.98c4.02c4.15b4.35c2.19d2.46d2.62c2.84d1.20b1.
15、36c1.44bc1.35c1.17b1.40c1.45bc1.35c1.18b1.33c1.31c1.28c1.34b1.67b1.64b1.94b1.73a2.14a2.15a2.45a6.8a7.0a7.2a7.6a6.2ab6.8a7.0ab7.4ab6.0bc6.6b6.6ab7.2ab5.4cd6.0b6.4b7.0b5.2d6.0c6.4b7.0b(cm) 1.010.0100.0根长 0Root length 0.1 (cm)1.010.0100.0苗高/根长Shoot length/root length00.11.010.0100.0不定根数Number of latera
16、l roots (No.)00.11.010.0100.0低浓度处理对大麦幼苗苗高、根长等形态性状的影响比较小，高浓度处理则显著抑制大麦生长发育（表 1）。相比之下，最低浓度的 0.1 mg/L 丙酯草醚处理下大麦苗高、根长、 茎根比、不定根数四个形态性状始终与对照无显著差异。1 mg/L 处理对苗高、根长有显著 抑制，但对茎根比无显著影响，且在处理 3d 后对不定根数无显著影响。10 与 100mg/L 丙 酯草醚处理下大麦幼苗的苗高、根长等形态形状始终都与对照存在显著差异，且两处理浓度 间也存在显著差异：处理 1d 和 5d 后，10mg/L 处理下大麦苗高分别被抑制了 22.3和 21.
17、7，100mg/L 处理下大麦苗高则分别被抑制了 47.3和 36.1；同样处理 1d 和 5d 后，10mg/L处理下大麦根长分别被抑制了 30.9和 46，100mg/L 处理下大麦苗高则分别被抑制了 62和 65。丙酯草醚处理对大麦不定根数性状的影响较小，且处理间差异随处理时间的延 长而减小；茎根比则简单表现为随处理浓度增大而增大的趋势。2.2 丙酯草醚对大麦萌发期幼苗干物质积累的影响表 2 丙酯草醚处理对大麦幼苗干物重的影响Tab 2 Effect of herbicide ZJ0273 at different concentrations (0.1-100.0 mg/L) on d
18、ry matter of Hordeum vulgareseedlings种Species大麦 Hordeum vulgare (mg/10 plants)处理浓度Concentration1235154.2a178.1a208.4a256.2a145.3b179.8a208.0a253.5a143.7b165.1b175.1b236.8b115.0c146.6c150.6c226.0c105.3d112.2d122.0d147.7d(mg/L)0 (CK)0.11.010.0100.0处理时间Treatment duration (day)处理前 3d， 0.1 mg/L 丙酯草醚从处理 2
19、d 后开始对大麦干物质无显著影响，1 mg/L 以上浓度处理始终显著抑制大麦干物质积累，10 与 100 mg/L 处理间存在显著差异且差异随处 理时间的延长而增大（表 2）。处理 1d 及 5d 后，100 mg/L 丙酯草醚处理对大麦干物质则 分别抑制 31.8和 42.6。2.3 丙酯草醚对大麦叶肉细胞超微结构的影响丙酯草醚处理较明显地影响了大麦叶肉细胞的发育，表现为：处理细胞中的液泡较小， 细胞间隙较大，细胞排列不如对照紧密规则。丙酯草醚处理对大麦叶肉细胞的细胞壁无显著 影响，处理与对照一样具有典型而清晰的细胞壁结构；丙酯草醚处理下大麦叶肉细胞中存在 微粒，而对照中并未发现这一结构。丙
20、酯草醚处理抑制了大麦叶肉细胞中淀粉粒的发育：正 常发育的叶肉细胞叶绿体中存在一定数量的淀粉粒，但处理细胞的叶绿体中几乎无淀粉粒存 在，且出现了嗜锇颗粒大量积累的现象。丙酯草醚处理对叶肉细胞的细胞核也无明显影响， 处理细胞核膜双层结构完整清晰，核仁正常，核质均匀，染色质分布无异常；丙酯草醚处理 对线粒体外膜结构造成了一定程度的破坏，处理细胞的线粒体中出现了嗜锇颗粒，内膜折叠 形成的嵴数量与对照相比较少。表 3 丙酯草醚处理对大麦叶肉细胞叶绿体中基粒、淀粉粒及嗜锇颗粒数量的影响Tab 3 Effect of 100 mg/L ZJ0273 on numbers of grana, starch g
21、ranule and plastoglobuli per chloroplast ofHordeum vulgare mesophyll cells种Species处理浓度Concentration(mg/L)基粒Grana淀粉粒Starch granule嗜锇颗粒Plastoglobuli大麦 0 (CK) 32.5 a 5.0 a 15.7 bHordeum vulgare 100.0 28.8 a 0.7 b 36.7 a5对大麦叶肉细胞叶绿体中基粒、淀粉粒及嗜锇颗粒数的统计结果表明（表 3）：100mg/L丙酯草醚处理对大麦叶肉细胞叶绿体中的基粒数也有抑制作用但统计上与对照无显著差异；
22、 相比之下，处理显著抑制大麦叶绿体中的淀粉粒数量，处理仅为对照的 14；另外，大麦 处理细胞叶绿体中的嗜锇颗粒数量显著增加，高达对照的 2.3 倍。3讨论与结论：10新型除草剂丙酯草醚是一种作用效果类似于 ALS 抑制剂的前体农药12,13。ALS 抑制型 除草剂如磺酰脲类、嘧啶磺酰胺类和嘧啶水杨酸类除草剂等均属于这种类型，它们通过抑制 ALS 的活性而使支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）的生物合成受阻，导致细胞有 丝分裂和蛋白质合成异常，受害的敏感杂草不能正常生长而死亡1416。已有研究报道表明 丙酯草醚主要以根茎吸收为主7，且具有运输性差等特点9；根尖是萌发种子在土壤中首先15接触除草
23、剂的器官，根系的生长发育易被 ALS 抑制型除草剂抑制5。本研究结果表明，丙 酯草醚处理并不阻止正常种子的萌发，但随着处理浓度的升高和处理时间的延长，其造成的 蛋白质合成受阻、有丝分裂指数下降等影响积累并显现，使得发芽期大麦幼苗的生长发育受 到了抑制，这与 ALS 抑制型除草剂的作用效果类似。此外，该除草剂对幼苗地下部的影响 大于地上部，推测可能是胚根最先接触处理液因而受影响较显著。20丙酯草醚处理对大麦叶肉细胞叶绿体超微结构影响的差别可能与材料本身的差异有关。 本试验中用于制片的大麦第一展开叶。大麦在萌发期主要靠胚乳提供养分，其幼叶是新生的 组织器官，在丙酯草醚处理抑制其氨基酸及蛋白质合成后
24、，产生发育滞缓的现象，这与 ALS精品论文抑制剂的作用方式相符17。综上，丙酯草醚具有双重的作用性质，对较成熟的组织会导致 其老化，而对幼嫩的新生组织则延缓其发育。故从另一角度看，可考虑将丙酯草醚作为一种25生长调节剂来开发使用。参考文献 (References)1 吕 龙,陈杰,吴军.2-嘧啶氧基-N-芳基苄胺衍生物制备方法及应用.世界 PCT 专利,2002:WO 02/34724 Al. 2 吕 龙,陈杰,吴军.2-嘧啶氧基-N-芳基苄基取代苯基胺类衍生物.中国专利,2003:ZL 00130735 5.303 Lu L,Chen J,Wu J.2-Pyrimidinyloxy-n-ar
25、yl-benzylamine derivatives,their processes and uses.US Patent,2004:6,800,590 B2.4 陈仕高,谢雪梅,蒲正国,刘 春,肖晓华,谯青春,朱明华.10%丙酯草醚 EC 防除油菜杂草效果及要害分析.农药,2007,46(3):199-201.5 Fayez KA, Kristen U. 1996. The influence of herbicides on the growth and proline content of primary roots and35on the ultrastructure of root
26、caps. Environ. Exp. Bot. 36, 71-816 Lu L, Chen J, Wu J. 2004. 2-Pyrimidinyloxy-n-aryl-benzylamine derivatives, their processes and uses. US Patent 6,800,590 B27 唐庆红, 陈杰, 吕龙. 2005. 新型高效油菜田除草剂丙酯草醚创制研究. 农药, 44(11): 496-5028 Zhang WF, Zhang F, Raziuddin R, et al. 2008. Effects of 5-aminolevulinic acid o
27、n oilseed40rape seedling growth under herbicide toxicity stress. J. Plant Growth Regul. 27, 159-1699 王伟，岳玲，丁炜, 等. 2007. A 环-U-14C丙酯草醚在土壤中的迁移和淋溶. 核农学报, 21(3): 283-286 10 余志扬, 岳玲, 汪海燕, 等. 2008. A 环-U-14C-丙酯草醚在土壤中的吸附与解吸特性研究. 核农学报,22 (3): 324-3284511 颜启传. 2000. 种子检验原理和技术. 杭州: 浙江大学出版社, pp. 56-5712 付群梅, 陈
28、杰, 王静华, 等. 10%丙酯草醚悬浮剂防除油菜田杂草试验. 农药, 2005, 44 (7): 331-333 13 陈杰, 袁军, 刘继东, 等. 新型除草剂丙酯草醚的作用机理. 植物保护学报, 2005, 32 (1): 48-5214 Cobb AH, Kirkwood RC. 2000. Herbicides and their mechanism of action, Sheffield Academic Press, Sheffield, pp. 73-825015 Leyval D, Uy D, Delaunay S, et al. 2003. Characterisatio
29、n of the enzyme activities involved in the valine biosynthetic pathway in a valine-producing strain of Corynebacterium glutamicum. J. Biotechnol. 104, 241-252 16 Zhou QY, Liu WP, Zhang YS, et al. 2007. Action mechanisms of acetolactate synthase-inhibiting herbicides. Pestic. Biochem. Physiol. 89, 89-9617 Preston C, Stone LM, Rieger M.A, et al. 2006. Multiple effects of a naturally occurring proline to threonine55substitution within acetolactate synthase in two herbicide-resistant populations of Lactuca serriola. Pestic.Biochem. Physiol. 84, 227-235- 6 -