草甘膦对粉绿狐尾藻和菱的生态毒理效应及水杨酸的缓解作用

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草甘膦具有杀草范围广、在植物中吸收和传导快和不易使植物产生抗性等特点,因此在世界范围内被广泛使用。草甘膦残留在水体中的检出率都很高,可能影响水生生物的正常生理生化过程,对水生生态系统带来风险。在植物受到环境中污染物带来的胁迫时,外源性解毒剂的加入可显著缓解植物的中毒症状,提高其在此种胁迫条件下的耐受能力。植物激素水杨酸作为次生代谢产物在植物的多个代谢活动中都发挥着重要的作用,另一方面,外源性水杨酸也已对多种污染物胁迫具有解毒效应。目前,关于水生植物对草甘膦的生理响应的相关研究较少,而还没有相关研究探讨草甘膦环境中加入外源性水杨酸,以及它们对植物的共同作用及水杨酸是否对草甘膦毒害具有缓解作用。本文选取水生植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菱(Trapa bispinosa)为研究对象,采用水培法研究它们在不同剂量的草甘膦环境中(0、0.05、0.1、0.3 mmol/L),处理14天后的生理生化响应,比较草甘膦对两种植物毒害作用的不同。同时,本文还研究了在上述胁迫条件下不同浓度水杨酸(0、0.2、0.4、0.8 mmol/L)的加入后对两种植物有何种影响,是否对草甘膦毒害具有缓解作用。研究结果如下:1.草甘膦显著抑制粉绿狐尾藻的生长,各浓度草甘膦处理后的植物相对生长率与对照组相比下降12.72%~15.42%。光合系统中,植物叶绿素a和叶绿素b在0.3 mmol/L草甘膦胁迫下含量显著下降,类胡萝卜素则未表现出显著差异。草甘膦对植物抗氧化系统影响相对较小。2.低浓度草甘膦对菱的生长具有毒物兴奋效应,0.05 mmol/L草甘膦环境中,菱的相对生长率显著提高,但这种应激效应随着草甘膦浓度的进一步上升值0.3mmol/L后消失而表现为抑制。植物体内光合色素含量与生长表现出一致性。草甘膦对菱的细胞膜脂带来较大损伤,在本实验设定的浓度范围内,植物丙二醛(MDA)含量与对照组相比均显著上升,抗氧化酶活性也受到明显影响。3.低浓度的单一水杨酸加入对其生长有显著的促进作用,相对生长率增长至对照组的5.13倍。而在低浓度草甘膦胁迫条件下,外源性水杨酸的加入可缓解它对植物生长的抑制作用,其中在0.2 mmol/L水杨酸加入时缓解效果最佳,与对照组相比相对生长率提高23.35%。当水体中草甘膦浓度不低于0.1 mmol/L时,中高浓度的水杨酸能够缓解草甘膦对植物生长产生的抑制作用。植物MDA和H2O2含量在单一水杨酸处理下均无显著差异,而水杨酸的加入对MDA含量的草甘膦缓解作用也仅表现为低中浓度草甘膦(≤0.1 mmol/L)+中高浓度水杨酸(≥0.04 mmol/L)时。同一草甘膦背景下,水杨酸的加入均可刺激植物抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性上升,并在0.4 mmol/L浓度下达到最大,且这种酶活性的上升在低/高浓度草甘膦胁迫条件下达到显著水平。4.中高浓度的水杨酸对菱的生长产生显著的抑制作用,且水杨酸的加入消除了草甘膦对菱产生的毒物兴奋效应,尤其在草甘膦存在的水体中加入的水杨酸浓度达到0.8 mmol/L时,造成植物死亡。与生长方面的响应相似,高浓度水杨酸引起菱的光合色素含量显著下降,外源性水杨酸的加入对草甘膦带来的色素含量下降也未见缓解效应。0.05 mmol/L草甘膦胁迫下,外源性水杨酸的加入能够显著降低菱体内MDA含量,缓解细胞膜脂损伤程度,这种缓解可能主要是该条件下植物的超氧化物歧化酶(SOD)活性的显著上升引起的。当环境中草甘膦浓度≥0.1 mmol/L时,水杨酸的加入能够是显著提高过氧化氢酶(CAT)和APX活性使植物体内H2O2含量处于较稳定水平。单一水杨酸处理后,菱的可溶性蛋白含量未产生较明显差异,而在草甘膦胁迫下,外源性水杨酸的加入显著提高了其可溶性蛋白和游离脯氨酸含量。研究结果表明:1.实验所选浓度范围内的草甘膦对水生植物粉绿狐尾藻的生长具有显著的抑制,且在高浓度条件下植物体内的叶绿素a和叶绿素b含量也显著下降。但是菱对草甘膦加入后则表现出完全不同的生理响应。低浓度草甘膦对菱的生长和植物体内各光合色素含量均有毒物兴奋效应。与此同时,菱的抗氧化系统对草甘膦的加入表现出更高的敏感性,其中MDA含量显著上升,各抗氧化酶含量也受到较大影响。2.粉绿狐尾藻在0.05 mmol/L草甘膦胁迫下,外源性水杨酸的加入能够缓解其带来的生长抑制,且在0.2 mmol/L浓度下效果最佳。在各浓度的草甘膦处理条件下,加入水杨酸后抗氧化酶系统中的APX活性均显著上升,以缓解除草剂带来的细胞损伤,此种酶活性的上升在0.4 mmol/L水杨酸处理中达到最大。不同于粉绿狐尾藻,中高浓度水杨酸的单一加入显著抑制菱的生长,且在水体中存在草甘膦的添加下,0.8 mmol/L水杨酸的加入后均造成了菱的死亡。低浓度草甘膦胁迫下,水杨酸的加入能够通过提高SOD活性,带来MDA含量的下降,从而缓解细胞膜脂的损伤。0.1 mmol/L草甘膦的环境中加入水杨酸,菱的抗氧化系统中CAT和APX活性显著提升,H2O2含量稳定,且植物体内非酶抗氧化系统中可溶性蛋白和游离脯氨酸的含量均显著上升以缓解草甘膦对菱带来的生态毒理效应。
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