王慶海，李 翠，陳 超，陳 潔，馬雪菊，卻曉娥

蘆葦對(duì)阿特拉津脅迫的生理響應(yīng)及其與耐受性的關(guān)系

王慶海1，李 翠1，陳 超1，陳 潔1，馬雪菊1，卻曉娥2*

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，北京 100097；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所，北京 100091）

為揭示阿特拉津脅迫下蘆葦?shù)纳眄憫?yīng)規(guī)律及其與蘆葦耐受性的關(guān)系，通過水培實(shí)驗(yàn)研究了阿特拉津?qū)μJ葦葉綠素含量、抗氧化酶（SOD和POD）活性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，并以植物相對(duì)生長率為耐受性指標(biāo)，利用逐步回歸法分析了各生理指標(biāo)與耐受性的關(guān)系。結(jié)果表明：≤8 mg·L-1阿特拉津脅迫1周，蘆葦雖可正常存活，但相對(duì)生長率受到顯著抑制；脅迫2周時(shí)，生長停止；葉綠素a（Chla）和葉綠素b（Chlb）隨處理濃度的增加而降低。POD活性脅迫1周時(shí)顯著增強(qiáng)，脅迫2周時(shí)最低和最高濃度處理（0.5、8 mg·L-1）較1周時(shí)有所下降，與對(duì)照無顯著差異；而SOD活性隨處理濃度增加無顯著變化。隨處理濃度的增加，F(xiàn)v/Fm和Fv/F0顯著降低，qN顯著增加，而脅迫2周較1周時(shí)qN顯著下降。研究表明，蘆葦對(duì)阿特拉津比較敏感，但在短期內(nèi)（1周）表現(xiàn)一定的耐受性，主要是通過增強(qiáng)非光化學(xué)淬滅能力來保護(hù)葉綠體，從而保持一定濃度的葉綠素來維持光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，抵抗來自阿特拉津的脅迫。

阿特拉津；蘆葦；生理特性；水污染；耐受性

阿特拉津是目前世界各國應(yīng)用最廣泛的化學(xué)除草劑之一，我國也有近40年的應(yīng)用歷史。阿特拉津具有較強(qiáng)的水溶性，很容易進(jìn)入地表徑流和地下水，是水體殘留檢出頻率最高的除草劑之一，曾經(jīng)大量使用阿特拉津的國家在地表水和地下水中均發(fā)現(xiàn)阿特拉津的殘留[1]。我國長江流域、黃河流域、太湖流域和松花江流域等重點(diǎn)流域地表水中阿特拉津的樣點(diǎn)檢出率為100%，具有潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2]。地表水的除草劑污染已成為繼水體富營養(yǎng)化之后，又一個(gè)導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)植物種群退化和消亡的主要因素[3]。

水生植物作為水生生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，在維持水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及生物多樣性方面具有不可替代的作用。挺水植物是水生植物的一種重要生活型，是通過長期適應(yīng)水環(huán)境而形成的趨同性生態(tài)適應(yīng)類型[4]。挺水植物種類繁多，景觀豐富，用于污染環(huán)境修復(fù)植物的篩選空間更為廣闊。已有研究表明，一些挺水植物對(duì)阿特拉津具有較強(qiáng)的耐受性[5-7]。黃花鳶尾（Iris pseudacorus）能在阿特拉津濃度高達(dá)32 mg·L-1的營養(yǎng)液中存活[8]，還能適應(yīng)干濕和中度蔭蔽的環(huán)境，可作為恢復(fù)濕地的先鋒植物[9]。香蒲（Typha latifolia）在阿特拉津濃度不超過3 mg·L-1時(shí)，種子萌發(fā)不受影響，而且胚芽鞘生長得更快[10]。水稻（Oryza sativa）則對(duì)阿特拉津較為敏感，苗期的安全濃度僅為0.5 mg·L-1[11-12]。一般而言，敏感植物在阿特拉津脅迫下，生物量累積會(huì)受到顯著抑制。因此，植物的相對(duì)生長率是反映植物耐受性的重要指標(biāo)之一[5]。研究發(fā)現(xiàn)阿特拉津可顯著降低水生植物的葉綠素含量[13]，但植物會(huì)通過改變?nèi)~綠素的組分比例來應(yīng)對(duì)脅迫。此外，植物還可以通過活性氧等信號(hào)分子調(diào)控自身超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）等抗氧化酶的活性來緩解阿特拉津造成的傷害，以增強(qiáng)對(duì)阿特拉津脅迫的耐受性[14]。耐受性不同的植物，抗氧化酶對(duì)污染物脅迫的響應(yīng)也有較大差異[15]。還有，測(cè)定葉綠素?zé)晒庖彩窃u(píng)價(jià)阿特拉津?qū)χ参锷鷳B(tài)毒性的快速、有效方法[16-17]。

水體農(nóng)藥污染對(duì)水生植物的生態(tài)毒性以及植物的耐受性報(bào)道較多。但現(xiàn)有研究未對(duì)這些能夠減輕植物毒害的途徑與植物耐受性的關(guān)系進(jìn)行分析，也就無法確定這些變化對(duì)耐受機(jī)制的重要性。這些信息的缺乏直接影響修復(fù)植物快速準(zhǔn)確的篩選，在一定程度上延長了修復(fù)周期，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。蘆葦（Phragmites australis）是禾本科多年生挺水草本植物，擴(kuò)繁能力強(qiáng)，分布廣泛，可在除森林生境外的各種有水源的空曠地帶形成連片的群落，對(duì)水體中的重金屬[18]、氨氮[19]和有機(jī)污染物[20]等具有較好的去除效果。本實(shí)驗(yàn)以蘆葦作為主要材料，研究了阿特拉津濃度和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)蘆葦葉綠素含量、抗氧化酶活性和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)等方面的影響，明確蘆葦對(duì)阿特拉津的生理響應(yīng)，并分析這些生理變化與植物耐受性的關(guān)系，為阿特拉津污染水體治理選擇修復(fù)植物提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用植物材料蘆葦為北京市農(nóng)林科學(xué)院溫室營養(yǎng)缽培育。挑選長勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行移栽（平均鮮重18.0±3.1 g），移栽前清洗幼苗根部泥土，置于10%Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)1周進(jìn)行緩苗，將預(yù)培養(yǎng)后的幼苗移入塑料培養(yǎng)桶（直徑30 cm，高26 cm）中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。塑料桶外用錫箔紙包裹遮光。每個(gè)培養(yǎng)桶中放入3株幼苗。實(shí)驗(yàn)所用阿特拉津?yàn)?80 g·L-1阿特拉津懸浮劑（山東濱農(nóng)科技有限公司生產(chǎn)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

阿特拉津在我國重點(diǎn)流域地表水中最高濃度為1 289.5 ng·L-1[2]，為保證阿特拉津?qū)μJ葦保持高濃度的逆境脅迫，快速得到阿特拉津?qū)μJ葦生理毒性效應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，按倍數(shù)法設(shè)置濃度梯度依次為0.5、1、2、4、8 mg·L-1，空白對(duì)照不添加阿特拉津。先利用 380 g·L-1阿特拉津懸浮劑配制16 mg·L-1母液，然后利用10%Hoagland營養(yǎng)液稀釋至目標(biāo)濃度，添加完后每桶培養(yǎng)液的總體積為10 L。培養(yǎng)液為保持水體中阿特拉津濃度的相對(duì)穩(wěn)定，在每個(gè)培養(yǎng)桶上標(biāo)記水位線，每日添加營養(yǎng)液至水位線。每周更換含有相應(yīng)阿特拉津濃度的培養(yǎng)液，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期阿特拉津?qū)μJ葦?shù)拿{迫濃度保持相對(duì)穩(wěn)定。每個(gè)處理設(shè)置6個(gè)重復(fù)（用于2次取樣，每次取3個(gè)重復(fù)），每個(gè)重復(fù)含有3株幼苗。所有處理均置于日光溫室培養(yǎng)，培養(yǎng)期間溫室內(nèi)溫度為21～35℃，光強(qiáng)約為自然光強(qiáng)的60%。試驗(yàn)共進(jìn)行2周，每周取一批植物樣，分為兩部分：一部分用于植物生理指標(biāo)測(cè)定，另一部分烘干至恒重，精確稱量后計(jì)算植物的相對(duì)生長率（Relative Growth Rate，RGR），公式如下：

式中：W1和W2分別是在時(shí)間T1和T2時(shí)植物樣的干重。

1.3 取樣和生理指標(biāo)的測(cè)定

分別于培養(yǎng)1周和2周后進(jìn)行取樣。第1周每個(gè)處理隨機(jī)取3個(gè)重復(fù)，共計(jì)18個(gè)樣（6處理×3重復(fù)）；第2周取剩下的3個(gè)重復(fù)。每次取樣先原位測(cè)定葉綠素?zé)晒夂?，再將幼苗從培養(yǎng)液中取出，用自來水沖洗后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。葉綠素a（Chla）和葉綠素b（Chlb）含量測(cè)定采用丙酮-乙醇浸泡提取法[21]；超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍(lán)四唑法，過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法[22]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用IMAGING-PAM（Walz，德國）測(cè)定，測(cè)定前先將葉片暗適應(yīng)20 min，照射檢測(cè)光后測(cè)得初始熒光F0，照射飽和激發(fā)光后測(cè)得Fm。每個(gè)重復(fù)選取蘆葦3株，每株選擇倒數(shù)第5片功能葉片中部進(jìn)行測(cè)定，則每個(gè)處理共計(jì)9個(gè)測(cè)定位點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)期間，每天從培養(yǎng)容器中取100 mL水樣，按照Wang等[23]的方法測(cè)定阿特拉津殘留水平。水樣由乙酸乙酯提取并經(jīng)弗羅里硅土柱凈化。凈化后樣品采用島津GC2010氣相色譜儀結(jié)合ECD檢測(cè)器及石英毛細(xì)管柱RTX 1701 AOC 20i（30.0 m×0.32 mm×0.25 μm）檢測(cè)。柱溫采用變溫程序：初始溫度100℃保持3 min，以30℃·min-1的速率升至230℃，保持5 min。載氣為氮?dú)猓魉贋?.09 mL·min-1。檢出限為0.001 mg·L-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，不同阿特拉津濃度處理間差異顯著性檢驗(yàn)采用新復(fù)極差法（Duncan’s法），脅迫1周和2周間差異顯著性檢驗(yàn)采用t檢驗(yàn)法；以RGR為依變量，對(duì)應(yīng)的生理指標(biāo)（Chla，Chlb，POD、SOD 活性，F(xiàn)0，F(xiàn)m和 qN） 為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析。采用Origin9.2繪圖，圖中誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)液中阿特拉津的濃度變化

培養(yǎng)液中阿特拉津殘留濃度隨時(shí)間延長而下降。初始濃度為 0.5、1、2、4、8 mg·L-1時(shí)，有植物處理濃度開始出現(xiàn)顯著低于無植物對(duì)照的時(shí)間分別為4、2、5、7、7 d。至第7 d，有植物處理的濃度均顯著低于無植物對(duì)照。各處理培養(yǎng)液中阿特拉津殘留濃度與時(shí)間的關(guān)系，可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程y=ae-Kx（y為阿特拉津殘留濃度，x為時(shí)間，a為阿特拉津初始濃度，K為消除速率常數(shù)）很好地?cái)M合（圖1A～圖1E）；阿特拉津在水培系統(tǒng)中的消除速率，隨其濃度的升高而降低（圖1F）。有植物條件下，8 mg·L-1處理顯著低于0.5、1、2 mg·L-1處理，與 4 mg·L-1處理差異不顯著；無植物條件下，8 mg·L-1處理則顯著低于其他各濃度處理。有植物的大于無植物的，這種差異除0.5 mg·L-1處理外，其他濃度處理均達(dá)到顯著水平（p＜0.05），可見植物有助于培養(yǎng)液中阿特拉津的去除。研究表明大須芒草（Andropogon gerardii）和柳枝稷（Panicum vergatum）21 d可吸收培養(yǎng)液中約40%的阿特拉津[24]；而且在植物修復(fù)系統(tǒng)中，阿特拉津的半衰期明顯縮短，植物的去除貢獻(xiàn)占主導(dǎo)作用[23]。

2.2 阿特拉津?qū)μJ葦生長的影響

蘆葦用含有阿特拉津的培養(yǎng)液培養(yǎng)2周內(nèi)，各濃度處理較初始生物量均在增加，增加的量隨濃度的增加而下降；但培養(yǎng)2周時(shí)，阿特拉津各濃度處理蘆葦部分葉片失綠發(fā)黃，并出現(xiàn)枯斑，生物量較培養(yǎng)1周時(shí)下降（表1）。阿特拉津各濃度處理蘆葦?shù)南鄬?duì)生長率（RGR）均顯著低于空白對(duì)照。培養(yǎng)1周，最高濃度8 mg·L-1處理的RGR顯著低于其他濃度處理；培養(yǎng)2周，4 mg·L-1處理亦與8 mg·L-1處理處于同一水平。與培養(yǎng)1周相比，培養(yǎng)2周各處理的RGR均下降?？梢姲⑻乩蛎{迫會(huì)顯著抑制蘆葦生物量的增加，而且隨著脅迫時(shí)間的延長，阿特拉津?qū)μJ葦生物量的抑制作用加強(qiáng)。特別是脅迫2周時(shí)蘆葦部分葉片枯落，生物量下降，生長停止。葉片失綠變黃，產(chǎn)生大面積銹色枯斑，繼而全葉枯死脫落，生長受抑制，是敏感植物產(chǎn)生的典型藥害特征[25]。由此可見，此時(shí)蘆葦已處于嚴(yán)重脅迫狀態(tài)。研究表明美人蕉（Canna indica）在0.1～15 mg·L-1的阿特拉津中暴露14 d，生物量增加也受到抑制，而且具有明顯的劑量效應(yīng)[26]；但是菖蒲（A-corus calamus）在30 mg·L-1阿特拉津脅迫下生物量仍可增加。綜合這些研究結(jié)果可以看出蘆葦對(duì)阿特拉津比較敏感。另有研究表明，阿特拉津脅迫早期植物的生長變化顯著，是植物耐受性評(píng)價(jià)的合適指標(biāo)[5]。

圖1 培養(yǎng)液中阿特拉津1周內(nèi)的濃度變化[0.5mg·L-1（A），1mg·L-1（B），2mg·L-1（C），4mg·L-1（D），and8mg·L-1（E）]及消除速率常數(shù)（F）Figure 1 Atrazine disappearance in culture solution at the level of 0.5 mg·L-1（A），1 mg·L-1（B），2 mg·L-1（C），4 mg·L-1（D），and 8 mg·L-1（E），and its disappearance rate constant（F）during the experimental period

2.3 阿特拉津?qū)μJ葦葉綠素含量的影響

蘆葦葉綠素 a（Chla）和葉綠素 b（Chlb）含量隨阿特拉津劑量的升高而降低（圖2）。各濃度處理脅迫1周，Chla 含量均顯著低于對(duì)照，2、4、8 mg·L-1處理Chlb亦顯著（p＜0.05）低于對(duì)照（圖2A）；脅迫2周，除0.5 mg·L-1處理外，其他濃度處理Chla和Chlb均顯著低于對(duì)照。與脅迫1周相比，脅迫2周Chlb無顯著變化，而Chla包括對(duì)照在內(nèi)的各個(gè)處理均顯著下降（圖2B）。由此可見，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，除阿特拉津脅迫外，還有其他原因引起Chla下降。研究證實(shí)類囊體膜的完整性受損、葉綠素合成途徑中關(guān)鍵酶活性的降低和降解途徑中酶活性的升高等是葉綠素濃度降低的主要原因[27]。阿特拉津脅迫 1 周后，0.5、1、2、4 mg·L-1處理 Chla/b 顯著降低（p＜0.05），8 mg·L-1處理與對(duì)照處于同一水平。然而，脅迫2周后（圖2C），各濃度處理Chla/b與對(duì)照差異不顯著（P＞0.05）。葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，許多研究表明阿特拉津能夠使植物葉綠素含量下降，并使其組分發(fā)生改變[13，26]。但 Schwarzschild 等[28]發(fā)現(xiàn)阿特拉津?qū)Τ了参颶osteru marina的葉綠素含量無顯著影響?？梢?，阿特拉津?qū)θ~綠素含量的影響因水生植物的生態(tài)型不同而不同。一般來說，對(duì)阿特拉津耐受的植物的Chla/b比值較低[29]。阿特拉津脅迫后期，在葉綠素含量降低的情況下，植株通過調(diào)整Chla/b比值來提高葉片的光合能力，這也是其對(duì)阿特拉津脅迫的一種適應(yīng)性保護(hù)機(jī)制。對(duì)阿特拉津敏感的植物由于葉綠素含量降低，光合作用受到抑制而表現(xiàn)出葉片黃萎，因此Lytle等[30]認(rèn)為葉綠素含量可作為評(píng)價(jià)植物對(duì)阿特拉津脅迫的耐受性的一個(gè)生理指標(biāo)。

表1 阿特拉津脅迫對(duì)蘆葦生物量和相對(duì)生長率的影響Table 1 Effect of atrazine stress on the biomass and relative growth rate of P.australis

2.4 阿特拉津?qū)μJ葦葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

蘆葦葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化與阿特拉津濃度密切相關(guān)。初始熒光（F0）隨阿特拉津濃度升高而升高，其中 2、4、8 mg·L-1處理顯著高于空白對(duì)照（圖 3A）；最大熒光產(chǎn)量（Fm）則隨濃度的升高而下降，各濃度處理均顯著（p＜0.05）低于空白對(duì)照（圖3B）。葉綠體光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）潛在活性（Fv/F0）和最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）隨阿特拉津濃度的增加而降低（圖3C，圖3D），各濃度處理顯著低于空白對(duì)照，而且濃度間也表現(xiàn)出顯著差異（p＜0.05）。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）脅迫1周時(shí)隨阿特拉津濃度的增加而增加，脅迫2周時(shí)隨阿特拉津濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)；整個(gè)脅迫期間各濃度處理均顯著（p＜0.05）高于空白對(duì)照（圖3E）。可以看出，阿特拉津?qū)μJ葦PSⅡ的影響隨阿特拉津劑量的增加而加劇。這與阿特拉津的作用機(jī)理是一致的，該除草劑正是通過阻礙光合作用中光系統(tǒng)Ⅱ中的電子轉(zhuǎn)移而抑制植物的光化合成反應(yīng)[31]。qN是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分，及時(shí)地耗散過量的光能是對(duì)光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)[32]。蘆葦qN值顯著升高，表明其對(duì)阿特拉津具有一定的耐受性，蘆葦植株可以通過增大熱耗散來減輕過剩光能對(duì)PSⅡ的影響。但脅迫2周較1周時(shí)qN值的顯著降低表明蘆葦對(duì)阿特拉津僅是短期耐受。

蘆葦葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化也受阿特拉津脅迫時(shí)間的影響。脅迫2周后，各濃度處理的F0顯著高于1周（圖 3A）；0.5、1 mg·L-1和 2 mg·L-1處理的 Fm顯著低于1周，而高濃度處理4 mg·L-1和8 mg·L-1則與1周無顯著差異（圖3B）；Fv/F0和Fv/Fm較脅迫1周也顯著降低（圖 3C，圖 3D）；1、2、4 mg·L-1和 8 mg·L-1處理的qN顯著低于1周，而低濃度處理0.5 mg·L-1則與1周無顯著差異（圖3E）。qN值2周后的顯著降低，說明持續(xù)的阿特拉津脅迫已造成光合機(jī)構(gòu)失活或破壞?？梢?，隨著脅迫時(shí)間延長，阿特拉津?qū)μJ葦?shù)囊种谱饔眠M(jìn)一步增強(qiáng)。脅迫1周，0.5 mg·L-1處理Fv/F0和Fv/Fm分別降低了33%和5%，而8 mg·L-1處理降幅達(dá)到95%和65%（圖4）。脅迫1周和2周期間，F(xiàn)v/F0和Fv/Fm均隨著阿特拉津濃度的增加而下降，F(xiàn)v/F0和Fv/Fm抑制率與阿特拉津濃度的對(duì)數(shù)有很好的劑量效應(yīng)關(guān)系。Fv/F0和Fv/Fm下降主要是由于Fm下降，高濃度處理光合效率急劇下降的原因還有F0升高。F0與葉片葉綠素濃度有關(guān)，而Fm則反映通過PSⅡ的電子傳遞情況[32]。F0增加和Fm下降也表明植物在阿特拉津脅迫下電子傳遞鏈?zhǔn)茏?，光合機(jī)構(gòu)被破壞，葉綠素含量降低。2.5阿特拉津?qū)μJ葦過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

圖2 阿特拉津脅迫下蘆葦葉綠素含量的變化Figure 2 Effects of atrazine at different levels on chlorophyll content of P.australis

阿特拉津脅迫1周后，各濃度處理蘆葦POD活性顯著高于空白對(duì)照。其中0.5～4 mg·L-1處理，POD活性隨阿特拉津濃度的升高而呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)；但8 mg·L-1處理與4 mg·L-1處理相比，又出現(xiàn)顯著下降（圖5A）。脅迫2周后，蘆葦POD活性隨阿特拉津濃度的升高而呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。1、2、4 mg·L-1處理的 POD 活性顯著高于對(duì)照；0.5、4、8 mg·L-1處理的POD活性顯著低于脅迫1周。POD是植物抗氧化系統(tǒng)中重要的酶，可催化植物體內(nèi)自由基、活性氧等的氧化分解，是一種對(duì)環(huán)境因子比較敏感的酶。本研究中，阿特拉津脅迫下植物體內(nèi)POD活性呈增加趨勢(shì)，POD活性隨阿特拉津濃度變化存在先揚(yáng)后抑的過程：即在輕度脅迫下，植物體本身能提高POD等保護(hù)酶的活性，以清除有害物質(zhì)；但隨著脅迫的加強(qiáng)，植物受害加重，POD活性下降。張坤等[14]發(fā)現(xiàn)皇竹草葉片POD活性在阿特拉津脅迫下也呈現(xiàn)出類似的變化，脅迫持續(xù)時(shí)間是影響POD活性的最主要因素。但蘆葦SOD活性隨阿特拉津濃度和脅迫時(shí)間的變化與POD活性有較大差異。各濃度阿特拉津脅迫1周和2周，蘆葦SOD活性均與空白對(duì)照無顯著差異（圖5B），但 1、2、4 mg·L-1處理的 SOD 活性脅迫 2 周顯著高于脅迫1周。這種差異可能體現(xiàn)了植物在逆境條件下對(duì)不同抗氧化酶應(yīng)對(duì)脅迫的調(diào)控。

2.6 蘆葦RGR與各生理指標(biāo)的回歸分析

植物的生長狀況是植物在逆境脅迫下的綜合反映，而且生長指標(biāo)（生物量、株高、根長等）直觀、易得，因此常用來作為耐受性判斷的依據(jù)。在此，以RGR為依變量，對(duì)應(yīng)的生理指標(biāo)（Chla、Chlb、POD、SOD、F0、Fm和qN）為自變量，利用逐步回歸分析方法分別篩選脅迫1周和2周對(duì)蘆葦RGR影響較大的變量（α=0.10水平進(jìn)入模型），分析生理指標(biāo)與植物耐受性的關(guān)系。分析結(jié)果顯示回歸方程均達(dá)到極顯著水平（表2）。脅迫1周，Chlb和F0對(duì)蘆葦RGR的影響較大而被引入方程；脅迫2周，Chla和F0對(duì)蘆葦RGR的影響較大而被引入方程。由此可見，在脅迫的不同階段，植物生理響應(yīng)與生長發(fā)育的關(guān)系存在差異。脅迫早期，除了F0與RGR關(guān)系密切外，植物的Chlb也對(duì)RGR有較大影響；從標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)可以看出，Chlb對(duì)RGR的直接作用大于F0。Chlb不僅具有吸收和傳遞光能的作用，而且在調(diào)控光合機(jī)構(gòu)天線的大小、維持捕光天線復(fù)合體的穩(wěn)定性及對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)等過程中都起作用[33]。可見脅迫早期，植物對(duì)阿特拉津的耐受性主要體現(xiàn)為Chlb在植物維持天線系統(tǒng)大小和捕光效率方面的功能。隨著脅迫時(shí)間的延長，Chlb對(duì)RGR的影響減弱，Chla成為影響RGR的主要因素。F0在脅迫的2個(gè)時(shí)間段均為RGR的重要影響因素。這說明在整個(gè)脅迫期間，葉綠素濃度與蘆葦響應(yīng)阿特拉津脅迫的關(guān)系均較為密切，植物通過多種調(diào)節(jié)方式耗散多余的能量，以減少活性氧的累積及其對(duì)葉綠體膜的氧化傷害，進(jìn)而減少了葉綠素降解，這樣就可以保持一定濃度的葉綠素來保證對(duì)光能的利用，維持必要的光合效率。

3 結(jié)論

（1）阿特拉津濃度≤8 mg·L-1時(shí)，暴露1周時(shí)蘆葦仍能生長，但相對(duì)生長率受到顯著抑制；暴露2周時(shí)蘆葦生長停止并出現(xiàn)了營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，處于嚴(yán)重脅迫狀態(tài)。

圖4 阿特拉津?qū)v/F0和Fv/Fm的抑制作用Figure 4 Linear regression relation of atrazine concentrations to Fv/F0and Fv/Fminhibition percent

圖5 阿特拉津脅迫對(duì)蘆葦POD（A）和SOD（B）活性的影響Figure 5 Effects of atrazine at different levels on POD（A）and SOD（B）activities of P.australis

表2 各生理指標(biāo)對(duì)RGR影響的線性回歸關(guān)系Table 2 Linear regression relation of physiology indicators to RGR

（2）阿特拉津?qū)μJ葦生理指標(biāo)的影響具有明顯的劑量效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)。蘆葦葉綠素含量、Fm、Fv/F0和Fv/Fm隨阿特拉津劑量的升高而降低，F(xiàn)0隨阿特拉津濃度升高而升高。暴露2周時(shí)高濃度處理qN的顯著下降表明蘆葦耐受阿特拉津脅迫的短期性。

（3）蘆葦對(duì)阿特拉津比較敏感，F(xiàn)0與其響應(yīng)脅迫的關(guān)系最為密切。植物通過增加耗散多余能量減小葉綠體損傷，從而保持一定濃度的葉綠素來維持必要的光合作用，應(yīng)對(duì)阿特拉津脅迫。

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Physiological responses of Phragmites australis to atrazine exposure and their relevance for tolerance

WANG Qing-hai1,LI Cui1,CHEN Chao1,CHEN Jie1,MA Xue-ju1,QUE Xiao-e2*
（1.Beijing Research and Development Center for Grass and Environment,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Beijing 100097,China;2.Institute of Desertification Studies,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China）

To determine the physiological responses of Phragmites australis to atrazine stress and the relationships between these responses and the tolerance of the plant,P.australis was exposed to atrazine（0.5,1,2,4,8 mg·L-1）for 1 or 2 weeks in a hydroponic system.The effects were evaluated by measuring chlorophyll content,peroxidase（POD）and superoxide dismutase（SOD）activities,and chlorophyll fluorescence kinetics parameters.Moreover,plant relative growth rates based on plant dry biomass were determined for quantitative evaluation of plant tolerance.The relationships of the above-mentioned indexes with plant tolerance were explored by stepwise regression analysis.P.australis survived in culture solution with atrazine concentrations of 8 mg·L-1or less after 1-week exposure;however,the relative growth rates decreased significantly,and the plant stopped growing when the exposure time reached 2 weeks.Plant chlorophyll a and chlorophyll b in leaves were reduced as the atrazine concentration increased.POD increased significantly with increasing atrazine concentrations after a 1-week exposure.However,this marked increase disappeared after a 2-week exposure to minimum and maximum atrazine concentrations（0.5 and 8 mg·L-1）.There were no significant differences in SOD expression compared with the control during the entire cultivation period.As the atrazine concentration increased,Fv/Fmand Fv/F0ratios were significantly reduced,and qN was markedly increased.The value of qN de-creased notably after a 2-week exposure compared with that after a 1-week exposure.Stepwise regression analysis showed that F0was more closely correlated with the tolerance of P.australis to atrazine than to other physiological parameters.These results indicated that P.australis was relatively sensitive to atrazine but developed tolerance up to 1 week after exposure to atrazine,mainly protecting chloroplasts fromdamage by enhancing the development of nonphotochemical quenching for the dissipation of excess energy.Thus,acertain concentration of chlorophyll was maintained for necessary photosynthesis against atrazine stress.

atrazine;Phragmites australis;physiological index;water pollution;tolerance

X171.5

A

1672-2043（2017）10-1968-10

10.11654/jaes.2017-0461

王慶海，李 翠，陳 超，等.蘆葦對(duì)阿特拉津脅迫的生理響應(yīng)及其與耐受性的關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（10）：1968-1977.

WANG Qing-hai,LI Cui,CHEN Chao,et al.Physiological responses of Phragmites australis to atrazine exposure and their relevance for tolerance[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（10）：1968-1977.

2017-03-29 錄用日期：2017-06-21

王慶海（1973—），男，河北張家口人，博士，研究員，主要從事植物生理生態(tài)學(xué)、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建研究。E-mail：qinghaiw@sina.com

*通信作者：卻曉娥 E-mail：quexiaoe@sina.com

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31370540）；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)（KJCX20161502-1）

Project supported：The National Natural Science Foundation of China（31370540）；Special-funds Project for Construction of Sci-tech Innovation Capacity of BAAFS（KJCX20161502-1）