10%氰氟草酯對(duì)‘張雜谷10號(hào)’葉片生理生化指標(biāo)的影響

翟旭濤 胡春艷 董淑琦,* 溫銀元 宋喜娥 郭平毅 原向陽

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,山西 太谷030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,山西 太谷030801)

谷子(SetariaitalicaL.),又稱粟,起源于中國,是世界上栽培最久的作物,也是我國北方主要栽培的旱作作物[1],谷子耐瘠、耐高溫、耐存儲(chǔ),營養(yǎng)豐富,含有多種維生素、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì),其秸稈可作為牲畜飼料,是一種糧飼兼?zhèn)涞淖魑?在我國的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。隨著我國居民對(duì)小雜糧需求量的增加,谷子作為主要雜糧[2],產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,谷子種植在發(fā)展畜牧業(yè)、維持農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡以及旱作農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[3]。近年來,谷田雜草危害成為制約谷子現(xiàn)代化生產(chǎn)的關(guān)鍵問題,谷田雜草種類較多,包括禾本科雜草稗草(Echinochloacrusgalli(L.) Beauv)、狗尾草(Setariaviridis(L.) Beauv)、馬唐(Digitariasanguinalis(L.)Scop.)和闊葉科雜草反枝莧(AmaranthusretroflexusL.)、馬齒莧(PortulacaoleraceaL.)、藜(ChenopodiumalbumL.)等,尤其是在降雨后,谷田雜草生長迅速,密度大,競(jìng)爭力強(qiáng),與谷子爭奪生長所需的物質(zhì)和養(yǎng)分,影響谷子幼苗的生長和發(fā)育,最終影響谷子產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5],嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)草荒甚至絕收。

谷子出苗時(shí)間多與北方干旱少雨時(shí)期重疊,土壤處理劑防除雜草效果不顯著,莖葉除草劑種類少,雜草防除困難,人工除草的成本較高,化學(xué)除草經(jīng)濟(jì)高效[6-8],但谷田登記的除草劑僅有6種,多為土壤處理劑或防除闊葉雜草,防除禾本科雜草的除草劑僅烯禾啶1種。而研發(fā)新農(nóng)藥的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本都很高[9],因此,選擇谷田可使用的除草劑最快捷的方法是從其他禾本科作物田登記的除草劑中去篩選。而除草劑易對(duì)植物產(chǎn)生藥害,為害植物的生長,對(duì)植物農(nóng)藝性狀、植物體內(nèi)酶活性、光合色素等方面產(chǎn)生不利的影響,且谷子對(duì)除草劑較為敏感[10-12]。王正貴等[13]研究結(jié)果表明,5種除草劑處理導(dǎo)致小麥葉片受到脅迫,光合色素含量顯著降低,葉片發(fā)生光抑制。李秉華等[14]研究表明,除草劑同劑量下苗后莖葉處理對(duì)‘豫谷18’谷子株高和鮮重的抑制程度均低于其土壤處理。因此,研究除草劑對(duì)谷田的安全性至關(guān)重要。

氰氟草酯(cyhalofop-butyl)是美國陶氏益農(nóng)公司于1987年開發(fā)生產(chǎn)的一種芳氧苯氧丙酸類除草劑,也是內(nèi)吸傳導(dǎo)性除草劑,通過抑制乙酰輔酶A羧化酶(ACCase),使脂肪酸合成停止,細(xì)胞的生長分裂不能正常進(jìn)行,膜系統(tǒng)等含脂結(jié)構(gòu)破壞,最后導(dǎo)致植物死亡,能夠有效防除水稻田稗草、千金子(Leptochloachinensis(L.) Nees)等雜草[15-16]。目前,關(guān)于氰氟草酯在谷田應(yīng)用安全性的研究鮮見報(bào)道。本研究擬通過設(shè)置不同劑量10%氰氟草酯水乳劑處理‘張雜谷10號(hào)’幼苗,測(cè)定其對(duì)‘張雜谷10號(hào)’谷子苗期農(nóng)藝性狀及葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合色素含量、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量等指標(biāo),旨在探究氰氟草酯對(duì)‘張雜谷10號(hào)’生產(chǎn)的安全性,以期為谷田雜草防除提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為‘張雜谷10號(hào)’由河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年5—10月在山西省晉中市太谷區(qū)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站(37°25′ N,112°34′ E)進(jìn)行,在5月份播種前1～2 d撒播復(fù)合肥、整地,借墑播種,在試驗(yàn)基地通過播種機(jī)播種‘張雜谷10號(hào)’谷子,試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每小區(qū)30 m2。噴施藥劑為10%氰氟草酯水乳劑,設(shè)置225(1/4×)、450(1/2×)、675(3/4×)、900(1×,推薦劑量)和1 800 mL/hm2(2×)5個(gè)劑量,以噴施清水作為對(duì)照(CK),每處理重復(fù)3次。在谷子苗期第3—5葉期噴施藥劑,分別于施藥后5、10、15、20、25、30和45 d對(duì)谷子各生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

用直尺測(cè)量谷子的株高、葉長和葉寬,葉面積通過公式長×寬×0.75來計(jì)算[17],使用游標(biāo)卡尺測(cè)量谷子莖粗。

使用便攜式葉綠素?zé)晒鈨xMINI-PAM-II/B,用葉片夾將葉片暗處理30 min,測(cè)定各葉綠素?zé)晒鈪?shù)最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSII實(shí)際光合效率(Y(II))、表觀光合電子傳遞速率(ETR)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)等參數(shù)。

在試驗(yàn)田采集谷子倒二葉葉片后放入冰盒,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行取樣,取0.05 g進(jìn)行光合色素含量測(cè)定[18],剩余放入-80 ℃冰箱備用,用作SOD、POD、CAT活性和MDA含量的測(cè)定。SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[19]進(jìn)行測(cè)定,POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[20]測(cè)定,CAT活性采用紫外吸收法[21],MDA含量采用硫代巴比妥酸法[22]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0及Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理,應(yīng)用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可知,隨著氰氟草酯噴施劑量的增加,對(duì)‘張雜谷10號(hào)’谷子農(nóng)藝性狀的抑制作用不斷增強(qiáng)。噴藥后5 d,各處理谷子株高比CK降低2.07%～31.57%,2×與CK相比達(dá)到顯著差異水平,各處理葉面積與CK相比降低22.83%～67.97%,各處理莖粗與CK相比下降11.17%～52.83%。噴藥后第15—30天,谷子生長逐漸恢復(fù)。噴藥后45 d,各處理谷子株高比CK降低-4.78%～14.54%,葉面積比CK減少5.01%～21.91%,莖粗比CK減少9.60%～25.13%,由此,谷子的株高、葉面積、莖粗呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);隨時(shí)間的延長,對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的抑制作用逐漸減小,而3/4×、1×、2×的株高仍顯著低于CK,但谷子幼苗生長正常。

2.2 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片SOD活性的影響

由圖2可知,噴藥后 5 d,除1/4×外,其他各處理的谷子葉片的SOD活性與CK相比差異顯著,分別比CK增加13.55%(1/2×)、36.76%(3/4×)、15.26%(1×)、20.56%(2×);噴藥后10和20 d,各處理與CK間差異均未達(dá)到顯著水平。噴藥后25 d,各處理谷子葉片SOD活性再次升高,噴藥后45 d,不同劑量處理與對(duì)照相比存在不同程度的升高或降低,2×的葉片SOD活性比CK降低25.06%。

2.3 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片POD活性的影響

由圖3可知,噴藥后5 d,隨噴藥劑量的增加,各處理谷子葉片POD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),各處理葉片的POD活性均高于CK,1×的谷子葉片SOD活性最大,為209.17 U/g;噴藥后10 d,1×比CK增加62.06%;噴藥后15 d,1/4×、1/2×、1×、2×分別比CK增加65.95%、24.42%、29.28%、52.35%;噴藥后20 d,谷子恢復(fù)生長,1/2×比CK降低17.85%,其他各處理與CK無顯著差異;噴藥后25 d,3/4×、1×、2×分別比CK增加22.19%、36.24%、123.58%;噴藥后45 d,各處理與對(duì)照之間無顯著差異。

圖3 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片POD活性Fig.3 POD activity in foxtail millet leaves of ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl

2.4 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片CAT活性的影響

由圖4可知,噴藥后10 d,1×、2×的CAT活性分別比CK增高50.29%、53.47%;噴藥后15和25 d,隨噴藥劑量的增加,谷子葉片CAT活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),但各處理與CK無顯著差異;噴藥后30 d,CAT活性發(fā)生變化,3/4×、2×的谷子葉片CAT活性分別比CK降低22.28%、23.26%;噴藥后45 d,各處理葉片CAT活性與CK均無顯著差異。

圖4 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片CAT活性Fig.4 CAT activity in foxtail millet leaves of ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl

2.5 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片MDA含量的影響

由圖5可知,在氰氟草酯脅迫條件下,‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片MDA含量均增高,噴藥后5 d,MDA含量隨著噴藥劑量的增加而增加,2×比CK增加35.92%;噴藥后10 d,各處理MDA含量與CK之間無顯著差異;噴藥后15 d,2×比CK增加29.32%;噴藥后20 d,各處理與CK均無顯著差異;噴藥后25 d,3/4×、1×的MDA含量分別比CK增加38.75%和44.65%;噴藥后30 d開始,各處理MDA含量與CK均無顯著差異,谷子恢復(fù)正常生長。

圖5 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片MDA含量Fig.5 MDA content in foxtail millet leaves of ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl

2.6 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片光合色素含量的影響

由表1可知,‘張雜谷10號(hào)’谷子經(jīng)氰氟草酯處理5 d后,Chla含量從0.688升至0.600 mg/g再升高到0.924 mg/g,最終降低到0.674 mg/g,Chlb含量從0.233升至0.222 mg/g再升高到0.386 mg/g,最終降低到0.280 mg/g,Car含量從0.281升至0.243再升高到0.393 mg/g,最終下降到0.305 mg/g,均在1/4×后達(dá)到最低值,在1×下達(dá)到最高,呈現(xiàn)下降-上升-下降的趨勢(shì);噴藥后10和15 d,Chla、Chlb、Car與CK均無顯著差異;噴藥后20 d,3/4×和2×的Chla含量均顯著高于CK,但Chlb和Car與CK均無顯著差異,谷子已基本恢復(fù)生長,噴藥后25 d,除2×外,其余各處理的Chla、Chlb、Car含量與CK均無顯著差異,2×的Chla、Chlb、Car含量分別降低12.84%、14.54%和10.29%;噴藥后30 d光合色素含量再次產(chǎn)生了變化,隨氰氟草酯劑量增加,光合色素含量呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì),在1/2×達(dá)到最低值,但與CK差異不顯著,3/4×的Chla、Chlb、Car含量分別比CK提升27.18%、35.96%和16.52%;噴藥后45 d,1/4×和1/2×葉片的光合色素含量與CK均無顯著差異,高濃度處理(3/4×、1×、2×)的光合色素含量均高于對(duì)照,但3/4×與1×與CK相比也未達(dá)到顯著差異水平,2×的Chla、Chlb、Car和Chla+b含量卻顯著高于CK,分別提高29.69%、32.66%、20.17%和30.52%。

表1 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片光合色素含量Table 1 Photosynthetic pigment content in foxtail millet leaves of ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl mg/g

2.7 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表2可知,噴藥后5 d,Fv/Fm、ETR、Y(II)、qP均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì),1/4×處理時(shí)達(dá)到最大值,但與CK相比無顯著差異,2×的谷子葉片F(xiàn)v/Fm比CK降低了19.72%,Y(II)比CK降低30%,1/4×的谷子葉片qP比CK增高22.03%;噴藥后10 d,1×和2×谷子葉片的Fv/Fm比CK分別降低6.25%和5.00%,3/4×的ETR比CK增加36.77%,1×的Y(II)和qP分別比CK增加25.00%和57.14%;噴藥后15 d,1/4×的Fv/Fm比CK降低2.56%,2×比CK增加2.56%,2×的谷子葉片的ETR比CK降低24.68%,1×和2×谷子葉片的qP均比CK降低28.57%,1/4×的NPQ比CK增加25.80%;噴藥后20 d,各處理葉片的Fv/Fm和Y(II)與CK之間均無顯著差異,2×的ETR和qP分別比CK增加21.96%和18.18%,NPQ比CK降低19.67%;噴藥后25 d,2×的谷子葉片F(xiàn)v/Fm比CK降低2.53%,1/2×、1×、2×的葉片Y(II)分別比CK下降5.76%、3.85%、3.85%;噴藥后30 d,3/4×葉片的Fv/Fm比CK降低7.50%,1/2×的ETR比CK降低5.85%;噴藥后45 d,谷子葉片的Fv/Fm、ETR、Y(II)、qP恢復(fù)至與CK無顯著差異的水平,而2×的NPQ比CK升高19.50%。

表2 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 2 Chlorophyll fluorescence parameters of foxtail millet leaves of ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl

2.8 不同劑量氰氟草酯對(duì)谷子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表3可知,不同劑量氰氟草酯處理谷子的穗長、千粒重、產(chǎn)量與CK相比均無顯著差異。1/2×、3/4×的穗粗與CK相比分別降低24.26%、15.85%,1.0×與CK相比增加2.05%;2.0×的穗重與CK相比降低27.09%;3/4×、1.0×的穗粒重與CK相比分別增加37.73%、43.12%。

表3 不同劑量氰氟草酯處理的‘張雜谷10號(hào)’谷子產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量Table 3 Yield components and yield of foxtail millet ‘Zhangzagu 10’ under different doses of cyhalofop-butyl

3 討 論

雜草危害谷子生長是限制谷子高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵問題,化學(xué)除草仍然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最快捷、經(jīng)濟(jì)、有效的雜草治理措施,而除草劑在進(jìn)行田間雜草防除的同時(shí),也會(huì)對(duì)作物造成一定傷害,影響作物的正常生長發(fā)育。農(nóng)藝性狀能直觀地反映作物受到脅迫之后的影響,同時(shí)除草劑脅迫會(huì)影響作物光合色素含量、生理代謝過程[23-24],除草劑應(yīng)用到谷田,不僅要達(dá)到防除雜草的目的,還需要考慮對(duì)谷子生長的安全性,因此,明確除草劑對(duì)谷子的安全性至關(guān)重要。

黃蕾[25]研究發(fā)現(xiàn),除草劑‘闊世瑪’顯著影響‘張雜谷10號(hào)’的株高、葉面積,劉丹等[26]研究發(fā)現(xiàn),噴施高劑量‘烯禾啶’也顯著抑制‘張雜谷10號(hào)’谷子的株高、葉面積。本研究結(jié)果顯示,隨著氰氟草酯用量的增加,對(duì)‘張雜谷10號(hào)’谷子的株高、葉面積、莖粗的抑制作用逐漸增強(qiáng),隨著噴藥后時(shí)間的增加,藥后20 d,谷子的農(nóng)藝性狀得到緩解,藥后30 d,谷子生長完全得到恢復(fù),1/4×的株高、葉面積分別比CK升高9.15%、18.81%,1/2×的莖粗比CK升高28.23%。氰氟草酯不同劑量處理后,‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片光合色素含量與CK相比無顯著差異,高劑量處理的谷子葉片光合色素含量反而高于CK。

植物體內(nèi)的酶系統(tǒng)可以清除代謝過程中產(chǎn)生的自由基和活性氧,保護(hù)細(xì)胞免受傷害[27]。植物體內(nèi)的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性受到除草劑脅迫后會(huì)發(fā)生一定的變化,以減輕除草劑脅迫產(chǎn)生的藥害[28],黃蕾[25]研究顯示,噴施‘闊世瑪’使谷子葉片的SOD活性、POD活性、MDA含量顯著升高,王雅情等[29]研究顯示,‘使它隆’處理初期,谷子葉片的SOD、POD、CAT活性均顯著高于對(duì)照。本研究結(jié)果顯示,噴施氰氟草酯后,進(jìn)入谷子體內(nèi),誘導(dǎo)酶活性升高以保護(hù)谷子免受侵害,使谷子葉片SOD、POD、CAT活性與CK相比有不同程度的升高,隨著噴藥時(shí)間的延長,抗氧化酶活性開始下降,在15～20 d后逐漸恢復(fù)。MDA含量是植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn),逆境脅迫程度越高,膜質(zhì)過氧化越嚴(yán)重,MDA含量就越高,本研究中,噴施氰氟草酯后,對(duì)谷子葉片產(chǎn)生藥害,隨噴施劑量增加,MDA含量逐漸上升,隨噴藥時(shí)間的延長,在藥后30 d逐漸恢復(fù),與CK間無顯著差異。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是衡量植物葉片光化學(xué)活性高低的重要指標(biāo)之一,反映了葉片光系統(tǒng)的“內(nèi)在性”[30],保證了光合電子的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和協(xié)調(diào)傳遞,Fv/Fm代表PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)的光能轉(zhuǎn)換效率,一般植物遭受脅迫時(shí)Fv/Fm下降[31]。噴藥后5 d開始,‘張雜谷10號(hào)’谷子葉片的Fv/Fm低于CK,2×葉片的Fv/Fm顯著低于CK(表2),表明噴藥后谷子葉片發(fā)生一定的光抑制作用。在噴藥后前10 d,ETR、Y(II)、qP呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì),噴藥后45 d,除2×的NPQ高于CK,其余各處理谷子葉片的Fv/Fm、ETR、Y(II)、qP不再受到氰氟草酯的影響,生長得到恢復(fù),達(dá)到與CK無顯著差異的水平。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成是衡量除草劑安全性的重要指標(biāo),使用不當(dāng)會(huì)造成糧食減產(chǎn)[32],直觀地反映出該除草劑能否應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。本研究結(jié)果顯示,1×的穗粒重顯著高于CK,谷子穗長、千粒重、產(chǎn)量與CK相比無顯著差異。可見,各處理對(duì)最終產(chǎn)量無較大影響,可進(jìn)一步結(jié)合田間雜草防除效果確定合適用量。

4 結(jié) 論

噴施氰氟草酯后,谷子株高、葉面積、莖粗受到強(qiáng)烈的抑制作用,SOD活性、CAT活性和MDA含量均顯著增加,Fv/Fm、Y(II)、qP降低,光化學(xué)活性也受到抑制;噴藥后45 d,2×的仍對(duì)谷子株高、葉面積有抑制作用,產(chǎn)量與CK間無著差異,但其產(chǎn)量最低。因此,推薦使用900 mL/hm2(推薦劑量)氰氟草酯除草劑應(yīng)用于‘張雜谷10號(hào)’谷田生產(chǎn)。