芐嘧磺隆對(duì)谷子的安全性及葉片生理特性的影響

張麗光，張偉莉，趙 麗，鄧 妍，郭虹霞，裴成成，王創(chuàng)云，原向陽

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物科學(xué)研究所， 太原 030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801)

谷子(Setariaitalica)又稱粟，為禾本科1a生草本植物，起源于中國(guó)[1]，是中國(guó)北方地區(qū)重要的雜糧作物[2]，也是中國(guó)的特色和優(yōu)勢(shì)出口作物。谷子不僅具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且抗旱、耐瘠、適應(yīng)性強(qiáng)，尤其在當(dāng)今旱作可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重要的作用[3]。但田間雜草是作物生產(chǎn)中的重要限制因子，嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5]?；瘜W(xué)除草具有高效、快速、便捷等優(yōu)點(diǎn)[6]，但在谷子田注冊(cè)的除草劑品種極少。因此，研究除草劑對(duì)谷子的安全性對(duì)谷子田的化學(xué)除草具有重要意義。高貞攀等[7]研究表明，推薦用量的單嘧磺隆和苯磺隆對(duì)‘張雜谷’相對(duì)安全，且單嘧磺隆的安全性高于苯磺隆。楊慧杰等[8]的結(jié)果卻表明磺酰脲類除草劑3.6%甲基碘磺隆鈉鹽·甲基二磺隆水分散粒劑對(duì)谷子極不安全。王麗霞等[9]、吳仁海等[10]研究了常用的土壤處理劑對(duì)谷子的安全性影響，未對(duì)莖葉除草劑進(jìn)行篩選。李志華等[11]的結(jié)果表明，在所選的4種莖葉除草劑中，僅10%單嘧磺隆可濕性粉劑對(duì)谷子相對(duì)安全。在雜草2～4葉期葉面噴施1500g/hm2的25%辛酰溴苯腈乳油既有較好的雜草防效還對(duì)谷子相對(duì)安全[12]。磺酰脲類除草劑具有高效、廣譜、低毒、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是世界上應(yīng)用范圍最廣的一類除草劑[13-14]。芐嘧磺隆是一種高效的磺酰脲類內(nèi)吸傳導(dǎo)型除草劑，適用于稻田防除闊葉雜草和莎草[15]。芐嘧磺隆和苯磺隆組合能有效防除小麥田闊葉雜草并對(duì)小麥具有較好的安全性[16]。谷子和小麥、水稻同屬禾本科作物，如果能將芐嘧磺隆安全應(yīng)用于谷子田，將對(duì)谷子田的化學(xué)除草具有重要意義，但目前尚無芐嘧磺隆對(duì)谷子安全性的報(bào)道。本研究以生產(chǎn)中大面積應(yīng)用的常規(guī)優(yōu)質(zhì)品種‘晉谷21號(hào)’和雜交高產(chǎn)品種‘張雜谷10號(hào)’為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同芐嘧磺隆的噴施用量，以探究其對(duì)谷子的安全用量，并從農(nóng)藝性狀、葉片氣體交換參數(shù)、膜脂過氧化程度和產(chǎn)量等角度探究芐嘧磺隆對(duì)谷子生長(zhǎng)的影響，旨在為芐嘧磺隆在谷子田的安全使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試谷子品種為‘晉谷21號(hào)’(山西農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供)和‘張雜谷10號(hào)’(河北省張家口市農(nóng)科院提供)。除草劑為10%芐嘧磺隆可濕性粉劑(江蘇快達(dá)農(nóng)化股份有限公司)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在山西省晉中市太谷縣申奉村試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤是黃土狀母質(zhì)上發(fā)育的碳酸鹽褐土。0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.09 g/kg，速效氮37.54 mg/kg，速效磷24.5 mg/kg，速效鉀94.03 mg/kg。試驗(yàn)采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)10 m2，共30個(gè)小區(qū)，芐嘧磺隆設(shè)置5個(gè)用量，分別為清水對(duì)照(CK)、T1(150 g/hm2)、T2(300 g/hm2)、T3(600 g/hm2)和T4(1 200 g/hm2)，于谷子3～5葉期晴朗無風(fēng)的上午進(jìn)行葉面噴施，兌水450 L/hm2，每個(gè)處理重復(fù)3次。施藥后沒有下雨，分別在噴藥后第3、7、15、30天取樣測(cè)定農(nóng)藝和生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀 分別在用藥后第3、7、15、30天選取生長(zhǎng)一致的谷子幼苗，用直尺測(cè)量植株高度(植株基部到最長(zhǎng)葉拉直的高度)、倒 2 葉葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.75，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗。

1.3.2 光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù) 比色法測(cè)定葉綠素及類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。取各處理谷子葉片(倒2 葉)，φ=96%乙醇浸提至葉片變白，測(cè)OD665、OD649、OD470，計(jì)算相應(yīng)的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Chla)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Chlb)、類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Car)和總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Chl(a+b)。

1.3.3 氣體交換參數(shù) 用 CI-340 光合測(cè)定儀 (美國(guó)思愛迪)測(cè)定，選擇晴朗無云的天氣，每個(gè)處理選取生長(zhǎng)一致且受光方向一致、葉位相同且完全展開的倒 2 葉，于9：00-11：00測(cè)定凈光合速率 (Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間二氧化碳濃度(Ci)。

1.3.4 丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度 丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸比色法進(jìn)行測(cè)定。稱取0.4 g葉片于5 mL TCA溶液中進(jìn)行研磨，并加入5 mLw=0.5%的硫代巴比妥酸，搖勻。將試管放入沸水中顯色15 min，取出后冷卻至室溫，轉(zhuǎn)入10 mL離心管離心15 min，取上清液并測(cè)量其體積，于532 nm和600 nm處測(cè)定吸光值。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 谷子成熟時(shí)，每個(gè)小區(qū)分開收獲，脫粒，風(fēng)干后進(jìn)行稱量，計(jì)產(chǎn)。穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、穗數(shù)和千粒質(zhì)量室內(nèi)考種測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用 Excel 2010 和 DPS 6.5 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。采用Duncan’s極差法進(jìn)行多重比較。數(shù)據(jù)均表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。

2 結(jié)果與分析

2.1 芐嘧磺隆對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響

研究結(jié)果表明，‘晉谷21號(hào)’和‘張雜谷10號(hào)’的株高、葉面積和莖粗均隨芐嘧磺隆用量的增大而降低，芐嘧磺隆對(duì)3個(gè)農(nóng)藝指標(biāo)的抑制作用總體上隨時(shí)間的推移呈“輕-重-輕”的趨勢(shì)，且存在指標(biāo)間和品種間的差異。對(duì)于‘晉谷21號(hào)’來說， T2處理(推薦用量)的株高和葉面積在施藥后第3天與CK差異不顯著，第7天時(shí)差異達(dá)到顯著水平，而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，到藥后第30天時(shí)與CK的差異未達(dá)到顯著水平；藥后第30天，所有處理的莖粗均差異不顯著。對(duì)于‘張雜谷10號(hào)’來說， T2處理的組株高在藥后第3天就顯著低于CK，第30天時(shí)恢復(fù)到與對(duì)照無顯著差異；T2處理的葉面積在藥后第30天仍顯著低于CK；藥后第30天，只有T4處理的莖粗顯著小于CK，其他處理間差異不顯著(表1)。

2.2 芐嘧磺隆對(duì)谷子葉片光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

葉片葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與光合作用密切相關(guān)。由表2可知，隨著芐嘧磺隆用量的增加，兩個(gè)品種谷子的總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈下降趨勢(shì)，葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低程度大于葉綠素a； T2處理的‘晉谷21號(hào)’的總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在藥后第3天就顯著低于CK，隨著時(shí)間的推移，第7天和第30天均恢復(fù)到與CK差異不顯著；而T2處理的‘張雜谷10號(hào)’的總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在藥后第7天才顯著低于CK，藥后第30天時(shí)才恢復(fù)到與CK差異不顯著。煙嘧磺隆對(duì)兩個(gè)谷子品種葉片類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響均不顯著(P> 0.05)。

表1 不同用量芐嘧磺隆處理下谷子的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic characters of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note:Different letters in the same columns indicate significant difference(P<0.05) among treatments.The same below.

表2 不同用量芐嘧磺隆下谷子葉片光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Photosynthetic pigment in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

2.3 芐嘧磺隆對(duì)谷子葉片氣體交換參數(shù)的影響

葉片的凈光合速率(Pn)反映谷子的光合能力。由表3可以看出，‘晉谷21號(hào)’和‘張雜谷10號(hào)’葉片的Pn均隨芐嘧磺隆用量的增大而降低，隨施藥后時(shí)間的延長(zhǎng)而升高；藥后第30天，T2處理的Pn分別比CK降低12.6%和16.9%。谷子葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度隨除草劑用量增大的變化趨勢(shì)與凈光合速率相似；蒸騰速率隨施藥后時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增加后降低趨勢(shì)，兩個(gè)品種均在藥后第7天值最大；氣孔導(dǎo)度隨施藥后時(shí)間的延長(zhǎng)呈緩慢上升趨勢(shì)。胞間CO2濃度則隨芐嘧磺隆施用后時(shí)間的推移而增大?！畷x谷21號(hào)’的Ci值在藥后7 d內(nèi)隨除草劑用量的增大而增大；藥后第15～30天開始，Ci呈先升高后降低趨勢(shì)，T3處理的Ci值最高，但T3與T1、T2、T4間均無顯著差異?！畯堧s谷10號(hào)’的Ci值變化規(guī)律與‘晉谷21號(hào)’相似，只是在藥后第7天開始就隨除草劑用量的增大呈先升高后降低趨勢(shì)。

表3 芐嘧磺隆處理下谷子的葉片氣體交換參數(shù)Table 3 Gas exchange parameters in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

2.4 芐嘧磺隆對(duì)谷子葉片膜脂過氧化作用的影響

如圖1所示，在藥后7 d內(nèi)，兩個(gè)品種谷子葉片的MDA質(zhì)量摩爾濃度均隨芐嘧磺隆用量的增大而上升。除T4處理外，其他處理均與CK差異不顯著，說明最高用量的芐嘧磺隆對(duì)谷子葉片的細(xì)胞完整性造成傷害。隨除草劑施用后時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，說明隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，谷子的藥害程度有所緩解。藥后第30天，兩個(gè)品種所有除草劑處理的MDA質(zhì)量摩爾濃度均差異不顯著。

2.5 不同用量芐嘧磺隆對(duì)谷子產(chǎn)量的影響

由圖2可知，隨著芐嘧磺隆用量的增大，兩個(gè)品種谷子的產(chǎn)量均呈下降趨勢(shì)，但品種間存在差異。T2、T1和CK處理間均差異不顯著，而T3處理的產(chǎn)量則顯著低于CK。各處理下，‘張雜谷10號(hào)’的產(chǎn)量分別比‘晉谷21號(hào)’高9.28%、 9.92%、10.82%、15.22%和6.19%。

圖1 芐嘧磺隆處理后谷子葉片MDA質(zhì)量摩爾濃度Fig.1 The molality of MDA in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

圖2 不同用量芐嘧磺隆處理下谷子的產(chǎn)量Fig.2 Yield of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

3 討論與結(jié)論

作為非生物脅迫，除草劑在防除田間雜草的同時(shí)，會(huì)對(duì)作物造成一定傷害，影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。氯吡嘧磺隆可影響一些玉米品種的株高[17]，闊世瑪也可顯著抑制谷子[8]的株高。在本研究中，隨著芐嘧磺隆用量的增大，兩個(gè)谷子品種的株高、葉面積均呈下降趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果[8,17]相似。但是隨著生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)程，芐嘧磺隆對(duì)株高和葉面積的抑制作用減緩，第30天時(shí)‘晉谷21號(hào)’的T2處理與對(duì)照差異不顯著，初步說明芐嘧磺隆對(duì)谷子相對(duì)安全。300 g/hm2芐嘧磺隆處理下，兩個(gè)品種的產(chǎn)量均與對(duì)照無顯著差異，說明推薦用量的芐嘧磺隆對(duì)谷子安全，可用于谷子田的化學(xué)除草。

除草劑也會(huì)明顯降低植物葉片中的色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8,18-19]，影響光合作用的正常進(jìn)行。煙嘧磺隆除草劑處理不同程度地降低玉米葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、凈光合速率和PSⅡ光化學(xué)效率，增加胞間CO2濃度[19-20]；闊世瑪和單嘧磺隆也顯著降低‘晉谷21’‘張雜谷5號(hào)’和‘張雜谷10號(hào)’的光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和光合速率[7-8]，最終影響產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中，谷子葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨芐嘧磺隆用量增大而降低，葉綠素a/b卻隨除草劑用量的增大而升高，說明葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低快于葉綠素a，與王正貴等[21]的研究結(jié)果相似。300 g/hm2芐嘧磺隆處理使葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在藥后第3、7天時(shí)降低，15 d后與對(duì)照無差異，即谷子葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在≤300 g/hm2用量處理下能夠隨時(shí)間的推移而恢復(fù)。兩個(gè)品種幼苗的Pn、Tr和Gs的變化趨勢(shì)與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相似，但在品種間存在差異，可能與‘張雜谷’的雜種優(yōu)勢(shì)、抗性和分蘗的特性有關(guān)。谷子葉片胞間CO2濃度的變化趨勢(shì)卻隨芐嘧磺隆用量的增大而升高(表3)。光合速率降低的同時(shí)，Gs減小，Ci卻上升，說明芐嘧磺隆降低了谷子葉片葉肉細(xì)胞對(duì)CO2的同化能力[2]。隨著時(shí)間的推移，谷子葉片的Pn上升，說明芐嘧磺隆對(duì)谷子光合作用的抑制有所緩解。

植物在受到除草劑脅迫時(shí)通常會(huì)生成活性氧ROS, ROS能氧化脂質(zhì)形成MDA，因而MDA質(zhì)量摩爾濃度反映細(xì)胞膜受傷害的程度[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，施藥后7天內(nèi)，MDA質(zhì)量摩爾濃度隨芐嘧磺隆用量的增大而增大，但除T4處理與對(duì)照差異顯著外，其他各處理間均差異不顯著，說明芐嘧磺隆對(duì)細(xì)胞膜的損傷并不嚴(yán)重。藥后第30天，所有處理的MDA質(zhì)量摩爾濃度均下降到較低水平，所有處理間均無顯著差異，說明芐嘧磺隆對(duì)膜脂的傷害均已緩解。

綜上所述，推薦用量的芐嘧磺隆在施藥初期對(duì)谷子造成的藥害會(huì)隨時(shí)間的推移而緩解，最終產(chǎn)量與對(duì)照無顯著差異，基本可用于谷子田的雜草防除。