高锰胁迫下空心莲子草的生长特性与耐草甘膦机理研究

摘要

空心莲子草Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.是我国危害最为严重的外来入侵杂草之一,本试验研究了高锰胁迫下空心莲子草的生长特性及对草甘膦的耐性机理,可为高锰胁迫地区恶性杂草空心莲子草的治理和草甘膦高效使用提供理论依据。
　　 1.水培条件下次高锰(0.31mmol/L)、高锰(2.45mmol/L)处理120天后空心莲子草叶片中的锰含量分别是常规锰浓度处理(0.0091mmol/L,对照,2.65mg/g)的7.09倍和16.81倍。高锰处理的空心莲子草叶片用乙醇溶液、去离子水、氯化钠溶液、乙酸溶液和盐酸五种溶液分级提取的锰含量分别是对照的10.32、23.30、22.41、63.94和11.84倍,在叶片内主要以氯化钠和乙醇可提取态锰赋存,两种可提取态的锰占全锰的85％以上。这表明空心莲子草体内锰与高亲和性的配体结合成螯合物,可能是空心莲子草耐锰的机制之一;鉴于高锰胁迫下空心莲子草中水溶性锰含量升高,在该草体内草甘膦很可能与锰离子结合,从而产生拮抗作用,这可能是高锰胁迫下空心莲子草对草甘膦产生耐药性的主要原因之一。
　　 2.土壤中锰添加量在8～128mg/kg范围内,空心莲子草培养20天后分枝数比不添加锰处理(对照,4.43个/株)增加了22.57％～48.31％,主茎长度比对照(23.85cm)增长了16.60％～19.87％,地下根茎数比对照(1.54个/株)增加了29.87％～47.40％:全株干重分别比对照(0.23g)增加了22.45％～27.00％。植株叶面积在锰添加量32～128mg/kg范围内也高出对照(50.99cm2)10.53％～11.10％。这表明土壤高锰条件下空心莲子草的生长和繁殖能力增强,这可能是土壤酸化背景下空心莲子草蔓延加剧的重要原因。
　　 3.用草甘膦(有效成分按草甘膦酸计)68、102和136g/hm2分别进行茎叶处理后21天,土壤中锰添加量为128mg/kg的处理,空心莲子草鲜重抑制率与不添加锰处理(NMA)比分别下降了27.39％、24.57％和30.06％。全株干重抑制率分别比NMA下降了9.54％、34.37％和36.37％。土壤高锰条件下生长的空心莲子草对草甘膦的耐性显著增强。
　　 4.常规锰、次高锰和高锰三种锰浓度培养的空心莲子草体内草甘膦靶标酶EPSPS的比活性变化不大。在68gae/hm2草甘膦茎叶处理后,三种锰浓度培养的空心莲子草体内EPSPS比活性有所降低,但在常规锰处理降低幅度最大。药后2-6d高锰处理的EPSPS比活性为常规锰处理的1.22～1.39倍,差异显著。次高锰和高锰的处理,在离体条件下草甘膦抑制EPSPS活性50％的浓度(IC50)为常规锰处理(36.60μmol/L)的1.35和2.43倍。说明高锰条件下空心莲子草体内EPSPS活性变化不大,但对草甘膦的敏感性降低。
　　 5.次高锰培养的空心莲子草在体内的GSTs活性和GSH含量与常规锰处理(1.007mmol/min·mg,0.056mg/g)相当,但高锰处理两者分别比对照降低了26.63％和26.33％。草甘膦(68gae/hm2)茎叶处理后,GSTs活性和GSH含量均呈升高趋势,药后4天时常规锰、次高锰和高锰处理的GSTs活性分别为药剂处理前的1.64、1.63和1.71倍,GSH含量分别为药剂处理前的1.36、1.40和1.47倍。高锰环境中生长的空心莲子草对草甘膦产生耐药性可能与GSTs活性和GSH含量关系不大。
　　 6.草甘膦(68gae/hm2)茎叶处理后,常规锰、次高锰和高锰处理的空心莲子草鲜重抑制率分别为80.63％、68.11％和57.80％。当CytP450酶抑制剂胡椒基丁醚(800gai/hm2)与草甘膦混合茎叶处理后,三种处理的空心莲子草鲜重抑制率分别提高了12.57％、19.89％和35.49％。在抑制CytP450活性的情况下,草甘膦对高锰培养的空心莲子草的敏感性显著提高,说明在高锰条件下CytP450活性的差异可能是空心莲子草对草甘膦产生耐药性的原因之一。