1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体对油菜幼苗生长的影响分析

宋焕鸽 曹小勇 夏冬辉

摘 要 采用Hogland营养液水培法，研究了不同浓度1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体（HM）对油菜幼苗生长和部分生理生化指标的影响。随着HM浓度的增大，油菜幼苗根长、茎长均呈现出“低促高抑”的现象;根部SOD活性受到抑制而持续下降，根部CAT、POD活性和叶片的SOD、CAT和POD活性先上升后下降，根部、叶片中丙二醛含量持续增加。结果表明，低浓度下HM对油菜幼苗生长发育会产生一定的促进作用，而高浓度下HM通过氧化胁迫对油菜幼苗的生长发育会产生毒害作用。

关键词 离子液体;油菜;幼苗生长;氧化胁迫

中图分类号：TQ645 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.069

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的低熔点盐，在室温时呈液态具有蒸汽压低、不易燃、导电性强、性质稳定等特点，被认为是替代传统有机溶剂的绿色溶剂[1]。但近年来生态毒性试验研究表明，离子液体对藻类、微生物、动物、高等植物的生长发育有不同程度的毒性[2-4]。本实验选用油菜为试验材料，采用Hogland营养液水培法，研究1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体（[HMIM][BF4]，HM）在不同浓度下对油菜幼苗生长、抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响，以期为离子液体对农作物生长发育的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

油菜品种为甘蓝型油菜秦优10号，购自陕西荣华杂交油菜种子有限公司。1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐购自上海成捷化学有限公司，以Hogland培养液为溶剂，配制成一系列不同HM浓度的处理液备用。

1.2 幼苗培养

选取籽粒饱满、大小均一的油菜种子，用5%的NaC1O溶液表面消毒10 min，蒸馏水冲洗干净后用湿润的脱脂纱布包裹好置于玻璃培养皿中，25 ℃下暗处催芽48 h。各取露白一致的油菜种子50颗，均匀铺于裹有一层脱脂纱布的不锈钢细网上，并悬挂于盛有250 mL不同HM浓度[0 mmol·L-1（CK）、0.1 mmol·L-1、0.2 mmol·L-1、0.4 mmol·L-1、0.8 mmol·L-1、1.6 mmol·L-1]处理液的500 mL烧杯中，使种子刚好浸入处理液，置于恒温光照培养箱中培养5 d，每天光照16 h，光照/黑暗温度为25 ℃/20 ℃，光强为4 500 lx。每个浓度重复3次。

1.3 指标测试

取不同HM浓度处理液培养5 d的油菜幼苗各20株，用直尺分别测量幼苗根长、茎长。参照Xue等[5]的方法测定油菜幼苗根、叶中的超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛含量。实验数据均采用平均值±标准误差形式表示，并用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 HM对油菜幼苗生长形态的影响

从图1可以看出，经过5 d培养，不同浓度HM处理的油菜幼苗生长形态存在一定的差异，且呈现出“低促高抑”现象。与对照相比，在0.1 mmol·L-1HM处理下，幼苗根长和茎长分别增长了1.34倍和1.02倍;而随HM浓度的增加，油菜幼苗根长和茎长均逐渐下降，最高处理浓度下根长和茎长抑制率分别为78.6%和61.9%。实验结果与离子液体对水稻幼苗生长的影响[6]相一致，低浓度HM与植物激素在植物体内的作用机制相类似[7]。

2.2 HM对油菜幼苗生理生化的影响

不同浓度HM对油菜幼苗根部、叶片中SOD、CAT和POD活性影响如图2（A、B、C）所示。经过不同浓度HM处理后，油菜幼苗根部SOD活性随HM浓度的升高逐渐下降，而根部CAT和POD活性在低浓度下有小幅度的上升，之后随HM浓度的增加而下降。油菜幼苗叶片中的3种抗氧化酶活性均呈现出先增加后下降的趋势。不同浓度HM对油菜幼苗根、叶丙二醛含量的影响如图2（D）所示。经不同浓度HM处理后，油菜幼苗根、叶中的丙二醛含量均随HM浓度的增加而持续显著上升。

实验结果表明，经HM处理后，油菜幼苗产生氧化应激反应，HM处理浓度越大，油菜幼苗受伤害程度越大。在HM胁迫下，油菜幼苗根部组织细胞应激响应胁迫，产生大量的O2-.，破坏了根部细胞，导致SOD活性降低;而O2-.在SOD的作用下一部分转化为H2O2，导致根部细胞中的CAT和POD活性响应激活;当产生的H2O2总量超过根部细胞调节范围之后，导致CAT和POD活性降低。而低浓度HM处理组中运送到叶片的HM较少，因此叶片中产生的O2-.相对较少，导致叶片中SOD活性增加将O2-.转化为H2O2，以抵抗HM的胁迫，而叶片中H2O2将随之大幅增加，导致CAT和POD活性被激活。随着HM浓度的增加，叶片中SOD逐渐消耗，最后导致清除活性氧自由基（ROS）的速度低于产生的速度，导致酶活性降低，而H2O2在葉片中大量积累，导致CAT和POD活性降低。而在HM的胁迫下，油菜幼苗抗氧化酶活性调节能力有限，导致幼苗体内积累了过剩的氧自由基，引起膜脂过氧化，从而产生大量丙二醛，导致幼苗根部和叶片中丙二醛含量均上升。

3 结语

经不同浓度HM处理后，油菜幼苗根长、茎长呈现“低促高抑”现象;油菜幼苗对HM产生氧化应激反应，根部SOD活性受到抑制而持续下降，而根部CAT和POD活性和叶片的SOD、CAT和POD活性先上升后下降，从而降低了抗氧化酶对ROS的清除能力，增加了细胞受伤害的程度，导致幼苗根、叶中的MDA含量持续增高。结果表明，低浓度下HM对油菜幼苗生长发育会产生一定的促进作用，而高浓度下HM通过氧化胁迫对油菜幼苗的生长发育产生毒害作用。

参考文献：

[1] 吴波，张玉梅，王华平.离子液体的安全性研究进展[J].化工进展，2008，27（6）：814-818.

[2] 葛泰根，郭燕婷，刘莉云，等.离子液体对水生生物的毒性作用研究进展[J].江苏农业科学，2017，45（4）：13-17.

[3] 杨艺晓，赵继红，张宏忠.离子液体对高等植物的毒性及其生物降解性研究综述[J].郑州轻工业学院学报：自然科学版，2013，28（6）：35-38.

[4] 许晓霞，薛永来，杜道林.离子液体毒性及对环境影响研究进展[J].广东农业科学，2013，40（1）：170-173.

[5] Xue Y F， Liu L， Liu Z P， et al.Protective Role of ca Against Nacl Toxicity in Jerusalem Artichoke by Up-regulation of Antioxidant Enzymes[J].Pedosphere，

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[6] Liu H， Zhang S， Hu X， et al.Phytotoxicity and Oxidative Stress Effect of 1-octyl-3-methylimidazolium Chloride Ionic Liquid on Rice Seedlings[J].Environmental Pollution，2013，181（6）：242-249.

[7] Wang L S， Wang L， Wang L， et al.Effect of 1-butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate on the Wheat （Triticum Aestivum L.） Seedlings.[J].Environmental Toxicology，2009，24（3）：296-303.