張新鳳 張國(guó) 于居龍 束兆林
摘要:為明確氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種后水稻種子萌發(fā)活力、植株防御酶含量變化及稻縱卷葉螟防治效果,研究水稻拌種后種子生理生化相關(guān)指標(biāo)及對(duì)田間稻縱卷葉螟的控制效果。用氯蟲苯甲酰胺和氯蟲苯甲酰胺加成膜劑(拜力膜)對(duì)水稻進(jìn)行拌種處理,調(diào)查苗期發(fā)芽率等指標(biāo)及對(duì)稻縱卷葉螟的控制效果,并測(cè)定不同時(shí)間點(diǎn)水稻4種酶的活性。結(jié)果表明,氯蟲苯甲酰胺與拜力膜復(fù)合拌種對(duì)發(fā)芽率無顯著影響;氯蟲苯甲酰胺與拜力膜復(fù)合拌種能提高后期葉綠素含量;氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜對(duì)稻縱卷葉螟防治的保葉效果優(yōu)于氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg 處理;氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg的多酚氧化酶活性僅播后15 d低于氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg處理,此后均顯著高于氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg處理;播后75 d稻縱卷葉螟危害較嚴(yán)重時(shí)4種酶活性均有顯著升高,且氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理后水稻的酶活性最高。1.5 g a.i./kg可以作為氯蟲苯甲酰胺種子處理的最佳用量,氯蟲苯甲酰胺+成膜劑拜力膜 2.0 mL/kg 能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)及對(duì)稻縱卷葉螟有更好的控制效果。
關(guān)鍵詞:氯蟲苯甲酰胺;成膜劑;拌種;簡(jiǎn)易活力指數(shù);酶活性
中圖分類號(hào):S482.3;S435.112+.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1002-1302(2024)05-0134-06[HT9.SS]
氯蟲苯甲酰胺不同于其他殺蟲劑,具有全新的殺蟲原理,對(duì)水稻、蔬菜等多種作物的鱗翅目害蟲(稻縱卷葉螟、斜紋夜蛾和小菜蛾等)和其他鞘翅目(稻水象甲、馬鈴薯甲蟲和綠金龜?shù)龋?、雙翅目(稻癭蚊和潛葉蠅等)和半翅目(白粉虱和煙粉虱等)害蟲具有良好的防治效果[1-4]。有研究表明,水稻經(jīng)過氯蟲苯甲酰胺拌種處理后,對(duì)稻縱卷葉螟控制效果好,持效期長(zhǎng),且對(duì)天敵安全[5]。種子處理可用于種傳、土傳及苗期病蟲害的防治,是有害生物綜合治理措施之一[6]。種子處理的優(yōu)點(diǎn)有用量精準(zhǔn)、持效期長(zhǎng)、有效降低農(nóng)藥用量、面源污染小等,因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[7]。種子上的藥劑與土壤接觸,勢(shì)必受到土壤水分含量、pH值、肥料性質(zhì)及種子生命活動(dòng)代謝物等的影響,根據(jù)藥劑和種子選用合適的成膜劑,成膜后透氣、透水性得到保障的同時(shí),能夠減緩藥劑的釋放,延長(zhǎng)藥劑持效期[8]。本研究中使用的成膜劑拜力膜009是拜耳公司的種衣劑產(chǎn)品,加入到種子后能增加流動(dòng)性和適播性,并且能夠減少藥劑流失,可以作為種子包衣的優(yōu)選成膜劑[9]。
農(nóng)藥脅迫下,植株體內(nèi)生理生化物質(zhì)含量或活性會(huì)發(fā)生變化[10-11]。有研究表明,水稻通過自身生化物質(zhì)的變化從而間接影響其對(duì)靶標(biāo)害蟲的抗性,水稻種子經(jīng)過氯蟲苯甲酰胺拌種處理,水稻植株生化物質(zhì)含量發(fā)生改變,進(jìn)而影響害蟲的取食能力[5]。從環(huán)評(píng)角度來講,葉綠素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來評(píng)價(jià)農(nóng)藥對(duì)植物生態(tài)的安全性,是一個(gè)簡(jiǎn)便可行、易操作的重要指標(biāo),有研究表明,氯蟲苯甲酰胺使煙草幼苗葉綠素總量上升[12]。
植物在遭受機(jī)械損傷、病蟲害等生物因子及干旱、鹽滲透、高低溫等非生物因子脅迫時(shí),會(huì)誘導(dǎo)一系列與抗性相關(guān)的形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)變化來防御或抗衡這種壓力,從而提高植物的抗性[13-16]。植物的這種抗性,其實(shí)是激發(fā)各種酶,如蛋白酶抑制劑、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和次生代謝產(chǎn)物等參與防御過程[17-18]。超氧化物歧化酶和過氧化物酶作為植物體活氧系統(tǒng)(reactive oxygen species,簡(jiǎn)稱ROS)調(diào)控的關(guān)鍵保護(hù)酶,在植物防御酶系十分重要[19];SOD是一種抗氧化金屬酶,能催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫,被稱為抗氧化系統(tǒng)的第一道防線;POD是一種廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物中的氧化酶,能夠?qū)⒀趸瘹滢D(zhuǎn)化為水,氧化還原底物[20]。多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶是植物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶,能夠促進(jìn)木質(zhì)素、醌類化合物和次生代謝物含量增加,有利于植株保護(hù)性屏障的形成,從而提高植株的抗逆性[21];PPO是一類含銅的氧化還原酶,其催化反應(yīng)的產(chǎn)物能提高植株對(duì)蟲害的防御力[22];PAL是植物體內(nèi)次生代謝反應(yīng)的關(guān)鍵酶和限速酶,其在植物抗病蟲害的過程中作用獨(dú)特[23-25]。為明確氯蟲苯甲酰胺加成膜劑復(fù)合拌種對(duì)水稻種子活力、植株體內(nèi)酶活性和稻縱卷葉螟的控制效果的影響,開展本試驗(yàn)以確定氯蟲苯甲酰胺和成膜劑的最佳藥膜配比,并為氯蟲苯甲酰胺拌種長(zhǎng)效控害提供理論基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)田基本情況
試驗(yàn)田位于鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心(119°18′40″E,31°57′53″N)。地勢(shì)平整,灌溉排水方便。
1.2 拌種處理
試驗(yàn)中采用20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑(SC)(美國(guó)杜邦公司)和拜力膜009(成膜劑)[拜耳(中國(guó))有限公司]進(jìn)行水稻種子拌種。試驗(yàn)設(shè)置5種拌種處理:僅用20%氯蟲苯甲酰胺SC 1.5 g a.i./kg拌種,20%氯蟲苯甲酰胺SC 1.5 g a.i./kg+拜力膜0.5、1.0、2.0、4.0 mL/kg拌種,以及不使用任何藥劑拌種的清水對(duì)照(CK)。
供試水稻品種為南粳晶谷(粳稻),2021年5月30日浸種,6月2日拌種及播種。浸種和拌種方法為:按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別稱取藥劑并加入酸性大紅,清水浸種60 h后取出,置于陰涼處瀝干24 h,將瀝干的種子倒入拌種機(jī)中,攪拌過程中緩慢倒入藥液,使種子與藥液充分?jǐn)嚢杈鶆?,陰干備用?6月19日移栽至大田,栽種密度為 30 萬(wàn)穴/hm2左右,栽培條件均勻一致。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積為50 m2。
1.3 對(duì)水稻發(fā)育和防御酶活性的影響
種子發(fā)芽率測(cè)定:利用改進(jìn)后的濕紙床培養(yǎng)法[26]。每個(gè)處理選取100粒左右籽粒飽滿的稻種置于墊有吸水紙的培養(yǎng)皿中,置于培養(yǎng)箱中35 ℃培養(yǎng)24 h,之后調(diào)整為25 ℃繼續(xù)培養(yǎng),于培養(yǎng)后3 d記錄水稻中的發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽勢(shì),并取發(fā)芽水稻種子測(cè)定種子胚α-淀粉酶(α-amylase)活性[使用植物 α- 淀粉酶酶聯(lián)免疫分析(ELISA)試劑盒測(cè)定],于培養(yǎng)后 7 d 記錄水稻中的發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽率,測(cè)定種苗鮮重計(jì)算簡(jiǎn)易活力指數(shù),每個(gè)處理重復(fù)3次。發(fā)芽勢(shì)(率)計(jì)算公式如下:
簡(jiǎn)易活力指數(shù)=種子發(fā)芽率×7 d 種苗平均鮮重。
葉綠素含量測(cè)定:播種后15 d(6月17日)、45 d(7月17日)、75 d(8月16日)、90 d(8月31日)用手持葉綠素儀測(cè)定水稻植株倒二葉中間部位葉綠素含量,每個(gè)小區(qū)測(cè)定50株。
4種防御酶活性測(cè)定:播種后15 d(6月17日)、45 d(7月17日)、75 d(8月16日)、90 d(8月31日),采用五點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)10株水稻,取倒二葉,取樣后立即液氮處理,測(cè)定植株體內(nèi)4種防御酶的活性[酶活性用酶聯(lián)免疫分析(ELISA)試劑盒測(cè)定]。
1.4 對(duì)稻縱卷葉螟發(fā)生危害的影響
稻縱卷葉螟調(diào)查時(shí)間選擇8月16日和9月1日稻縱卷葉螟危害盛期。每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)調(diào)查200穴水稻,記錄各小區(qū)水稻分蘗數(shù)、白葉數(shù)和活蟲數(shù),按照以下公式計(jì)算白葉率和保葉效果:
1.5 統(tǒng)計(jì)分析
利用Excel 2010和SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并以單因素方差分析(One-way ANOVA)中的Duncans法對(duì)酶活性、稻縱卷葉螟防治效果和葉綠素含量等進(jìn)行差異性檢驗(yàn)。
2 結(jié)果與分析
2.1 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)水稻種子活力的影響
氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg加不同濃度拜力膜對(duì)水稻種子拌種處理后,經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知,水稻種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、簡(jiǎn)易活力指數(shù)和α-淀粉酶活性與對(duì)照均無顯著差異(表1)。
2.2 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)水稻葉綠素含量的影響
試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明,播種后15 d,拌種處理的葉綠素含量顯著高于對(duì)照;播種后45、75 d,各處理葉綠素含量與對(duì)照無顯著差異;播種后90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜1.0、2.0、 4.0 mL/kg 處理葉綠素含量顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺拌種、氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜0.5 mL/kg處理和對(duì)照。
2.3 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)稻縱卷葉螟的控制效果
不同種子處理播種75 d后,對(duì)照田間出現(xiàn)稻縱卷葉螟危害癥狀,白葉率為2.50%;氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜的4個(gè)處理的保葉效果均顯著高于氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg拌種處理;播種后90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜0.5、1.0、2.0 mL/kg 3個(gè)處理的保葉效果均顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg 拌種處理(表3)。
2.4 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)水稻4種酶活性的影響
2.4.1 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)水稻活性氧系統(tǒng)關(guān)鍵酶的影響
超氧化物歧化酶活性檢測(cè)結(jié)果(圖1)顯示,播后15 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜1.0 mL/kg和氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg 2個(gè)處理SOD活性顯著低于其他3個(gè)拌種處理,處理組SOD活性均顯著高于對(duì)照;播后45 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理SOD活性顯著高于其他處理,各處理組SOD活性顯著高于對(duì)照;播后75 d的SOD活性較播后45 d均有一定幅度的提高,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理SOD活性最高,與氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜 4.0 mL/kg 處理無顯著差異,但顯著高于其他3個(gè)處理,各處理組SOD活性均顯著高于對(duì)照;播后 90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理SOD活性最高,加成膜劑處理SOD活性均顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg拌種處理,各處理的SOD活性均顯著高于對(duì)照。
過氧化物酶活性檢測(cè)結(jié)果(圖2)顯示,播后 15 d,各處理組POD活性與對(duì)照無顯著差異;播后45 d,各處理組POD活性均顯著高于對(duì)照;播后 75 d POD活性較播后 45 d 有很大幅度的升高,且加成膜劑的4個(gè)處理POD活性均顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg拌種處理和對(duì)照,其中氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理的POD活性顯著高于其他處理及對(duì)照;播后90 d,氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg +拜力膜2.0 mL/kg處理的POD活性最高,與氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜4.0 mL/kg處理無顯著差異,但顯著高于其他3個(gè)處理及對(duì)照。
2.4.2 拜力膜不同用量與氯蟲苯甲酰胺混合拌種對(duì)水稻防御酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶的影響
多酚氧化酶活性檢測(cè)結(jié)果(圖3)顯示,播后15 d,各處理組PPO活性顯著高于對(duì)照;播后45 d,各處理組PPO活性顯著高于對(duì)照,其中,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理的PPO活性最高,且顯著高于其他處理;播后75 d PPO活性較播后45 d均有升高,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜1.0、2.0、4.0 mL/kg 3個(gè)處理PPO活性顯著高于其他處理及對(duì)照;播后90 d,氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg+拜力膜的4個(gè)處理PPO活性顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg拌種處理及對(duì)照,其中氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理PPO活性最高,且顯著高于其他3個(gè)加成膜劑的處理。
苯丙氨酸解氨酶活性檢測(cè)結(jié)果(圖4)顯示,播后15、45 d,各處理組間PAL活性均無顯著差異,但顯著高于對(duì)照;播后75 d PAL活性較播后45 d均有升高,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜4個(gè)處理PAL活性顯著高于僅用氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg 拌種處理,各處理組PAL活性顯著高于對(duì)照;播后90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜2.0 mL/kg處理PAL活性最高,顯著高于其他處理及對(duì)照。
3 結(jié)論與討論
有文獻(xiàn)報(bào)道,種衣劑對(duì)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)有一定的影響,種衣劑能延緩種子萌發(fā)或降低種子的萌發(fā)率,對(duì)幼苗生長(zhǎng)的根系活力等指標(biāo)也有影響[27-28]。本研究中,成膜劑加入對(duì)水稻種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和種子簡(jiǎn)易活力指數(shù)和α-淀粉酶活性無顯著影響,表明成膜劑不會(huì)對(duì)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。姚晨濤等研究不同成膜劑對(duì)玉米發(fā)芽的影響,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中的2種成膜劑中的噻蟲啉種衣劑對(duì)玉米種子出苗時(shí)間無影響[29],本研究結(jié)果與之類似。
葉綠素含量能夠反映植物光合作用能力強(qiáng)弱[30],可作為藥劑對(duì)水稻幼苗生態(tài)安全性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究中氯蟲苯甲酰胺或氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種,播后15 d水稻苗葉綠素含量上升且顯著高于不拌種(CK)水稻苗;播后90 d,氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg 加1.0 mL/kg以上拜力膜成膜劑水稻葉片中葉綠素含量顯著高于未加成膜劑及加 0.5 mL/kg 成膜劑處理,表明氯蟲苯甲酰胺能夠提高葉綠素含量,且一定量的成膜劑能夠保持葉綠素含量。
成膜劑包裹著活性成分等物質(zhì)在水稻種子表面形成一層保護(hù)膜,伴隨種子萌發(fā),活性成分逐漸釋放到環(huán)境中或被植物吸收,延長(zhǎng)藥劑防治病害蟲的時(shí)長(zhǎng)同時(shí)也提高了中后期對(duì)病蟲害的控制效果[31]。本研究中氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg加拜力膜對(duì)稻縱卷葉螟防治的保葉效果比氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg處理更高,這是因?yàn)槌赡┠軌驕p緩氯蟲苯甲酰胺的流失,增強(qiáng)其對(duì)稻縱卷葉螟的控制效果。
植物中與抗蟲性關(guān)系密切的保護(hù)性酶SOD、POD和防御酶PPO、PAL易受光照、溫度、水分等許多因子的影響[32-33]。針對(duì)保護(hù)性酶,本研究發(fā)現(xiàn)播后75 d,氯蟲苯甲酰胺或氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種的POD、SOD活性顯著高于對(duì)照;播種后45~90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜 2.0 mL/kg 種子處理的POD、SOD活性最高,加成膜劑可延長(zhǎng)拌種藥劑對(duì)靶標(biāo)病蟲害的控制效果。針對(duì)防御酶,本研究發(fā)現(xiàn)播后75 d稻縱卷葉螟危害最嚴(yán)重,植物遭受蟲害時(shí),其組織的腔室結(jié)構(gòu)釋放出PPO[22],稻縱卷葉螟取食水稻刺激水稻植株防御酶系統(tǒng)的啟動(dòng),氯蟲苯甲酰胺或氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種處理的防御酶(PAL和PPO)活性均為播后75 d最高,且顯著高于對(duì)照;其中,播后45~90 d,氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg+拜力膜 2.0 mL/kg 處理的PAL、PPO活性最高。
綜上所述,氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種對(duì)水稻發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、簡(jiǎn)易活力指數(shù)和α-淀粉酶活性均無顯著影響;1.5 g a.i./kg氯蟲苯甲酰胺加拜力膜1.0、2.0、4.0 mL/kg拌種處理能提高后期水稻中葉綠素含量;氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg及氯蟲苯甲酰胺1.5 g a.i./kg加成膜劑后處理能夠提高水稻活性氧系統(tǒng)關(guān)鍵酶(SOD和POD)和防御系統(tǒng)關(guān)鍵酶(PPO和PAL)活性,有利于提高水稻的抗逆性,且氯蟲苯甲酰胺 1.5 g a.i./kg +拜力膜2.0 mL/kg處理的效果最好,可作為水稻種子處理的最佳配比。
本研究中發(fā)現(xiàn),個(gè)別氯蟲苯甲酰胺加成膜劑拌種處理的酶活性會(huì)低于同濃度氯蟲苯甲酰胺拌種處理的酶活性,初步考慮是由于水稻植株對(duì)藥劑或成膜劑的反應(yīng)機(jī)制不一樣,相互之間存在一定影響,導(dǎo)致加入成膜劑后酶活性不升反降,詳細(xì)作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。另外,關(guān)于氯蟲苯甲酰胺和成膜劑對(duì)水稻植株生長(zhǎng)和生理生化過程調(diào)控的分子機(jī)制還需要做進(jìn)一步深入探索。
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