土壤中殘留氯吡嘧磺隆對紅蕓豆幼苗光合作用的影響

趙麗娟 ，李 歡 ，張 洪 ，王創(chuàng)云

（1.忻州師范學院生物系，山西忻州034000；2.山西省分析科學研究院，山西太原030006；3.山西省農業(yè)科學院作物科學研究所，山西太原030031）

紅蕓豆（Red Kidney Bean）屬普通菜豆（Phaseoleae vulgaris L.）矮生直立型的一個品種，其籽粒顏色為紅色，營養(yǎng)價值、經(jīng)濟價值較高，為山西省雜糧出口的重要品種，在晉北一帶種植廣泛[1-2]。在紅蕓豆種植過程中，面臨各種惡性雜草防除的困難。為了節(jié)約人力成本，減少雜草給紅蕓豆帶來的產(chǎn)量、品質上的損失，通常采用化學除草劑來防除各種雜草。而除草劑的盲目使用會造成藥害，不僅降低作物的經(jīng)濟產(chǎn)量，還會對當季作物的安全性以及后茬作物的安全性造成影響[3-5]。

氯吡嘧磺隆（halosulfuron-methyl）是由日產(chǎn)化學工業(yè)株式會社與孟山都公司聯(lián)合發(fā)現(xiàn)并開發(fā)的一個新型磺酰脲類除草劑，其主要通過抑制植物的乙酰乳酸合成酶，阻止支鏈氨基酸的合成，最終導致植物死亡。目前，氯吡嘧磺隆主要用于小麥、玉米、水稻、高粱、草坪、甘蔗等作物田雜草的防除[6]。但是，氯吡嘧磺隆在進行雜草防治的過程中，殘留在土壤中的農藥也會對敏感作物造成藥害。潘東進[7]研究發(fā)現(xiàn)，氯吡嘧磺隆在種植甘蔗、大豆、花生、玉米田間的土壤中殘留期長，對敏感作物活性極高，即使少量的土壤殘留量也會對敏感作物造成嚴重的藥害，引起減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)等。黃春艷等[8]研究還發(fā)現(xiàn)，正常劑量的磺酰脲類除草劑對谷子、高粱藥害嚴重，造成苗期死亡。目前關于土壤中殘留氯吡嘧磺隆對豆科作物的光合作用影響研究較少。

為了探究氯吡嘧磺隆對后茬作物紅蕓豆的影響，本試驗采用葉綠素熒光分析儀，在無損傷的情況下，分析葉綠素熒光值的變化，進而得出殘留氯吡嘧磺隆對紅蕓豆幼苗光合作用的影響，以期為該類農藥的合理使用以及風險評估提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

氯吡嘧磺隆，購買自江蘇省農用激素工程技術研究中心有限公司；紅蕓豆種子由忻州市匯豐糧業(yè)有限公司提供；有機土由北京泓景尚藝商貿有限公司提供。

1.2 儀器

葉綠素熒光分析儀，連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Fluor-Pen 100，PSI，捷克），光照培養(yǎng)箱（LI15，美國SHELLAB有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 幼苗試驗 配制含量為0.005，0.008 mg/kg的氯吡嘧磺隆藥土，將配好的藥土均勻分裝到育苗缽中，另設空白對照組。每個育苗缽中放4粒紅蕓豆種子，置于（23±2）℃的光照培養(yǎng)箱中（光照培養(yǎng)箱保持12 h光照，12 h黑暗）。

1.3.2 熒光動力曲線的測定 當幼苗出土約0.5 cm時，設為出苗時間，當生長20 d時，紅蕓豆幼苗長出4～5片葉子，即開始試驗，試驗持續(xù)約30 d。取不同處理組植株葉片用于測定紅蕓豆幼苗葉綠素熒光參數(shù)，求出每組植株的平均值，作出不同處理下的紅蕓豆幼苗OJIP曲線。

紅蕓豆幼苗暗適應約6 h后，用連續(xù)激發(fā)式熒光儀測定快速葉綠素熒光上升動力學曲線。采用葉綠素熒光儀記錄2 000 ms內的葉綠素熒光強度變化，記錄速率為10萬次/s，每1 ms記錄一次熒光數(shù)據(jù)，由此所得的曲線反映PSII光化學變化[9-11]。通過快速上升動力學曲線，可以直接獲得以下數(shù)據(jù)：初始熒光值F0，PSII反應中心全部開放時的熒光水平；J點和I點的熒光強度Fj和Fi；Fm為最大熒光，PSII反應中心全部關閉時的熒光水平；Fv為最大熒光和初始熒光之差（Fv＝Fm-F0），為可變熒光；Fv/Fm表征的是反應初始時PSII的最大光能轉換效率，是當所有PSII反應均處于開放狀態(tài)時的量子產(chǎn)量[12]。同時計算得相關參數(shù)ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC，PIABS和 Fv/Fm的值。

2 結果與分析

2.1 對紅蕓豆葉片葉綠素熒光產(chǎn)量的影響

不同含量的氯吡嘧磺隆脅迫，紅蕓豆幼苗OJIP曲線結果如圖1所示，低含量氯吡嘧磺隆脅迫下，紅蕓豆幼苗葉片熒光強度與空白對照組相比，沒有發(fā)生顯著變化（P＞0.05）；隨著氯吡嘧磺隆含量升高，紅蕓豆幼苗葉片熒光強度在J-P段顯著下降（P＜0.05）。結果表明，氯吡嘧磺隆脅迫會導致紅蕓豆幼苗熒光產(chǎn)量下降，阻礙PSII中QA，QB和質體醌之間的電子傳遞。

2.2 對紅蕓豆幼苗葉片PSII反應中心活性的影響

植物的Fv/Fm在正常生存環(huán)境中變化幅度小，但當植物在逆境或者受到脅迫時會顯著下降[13-17]，因此，可作為研究各種環(huán)境脅迫對光合作用系統(tǒng)影響的重要指標。表1顯示，F(xiàn)v/Fm隨著土壤中的氯吡嘧磺隆含量的升高呈現(xiàn)下降趨勢，推測其原因可能是：植物葉片的光化學系統(tǒng)受到氯吡嘧磺隆的脅迫，導致部分參與光反應的蛋白復合體結構和PSII損壞，從而導致Fv/Fm值下降。

隨著氯吡嘧磺隆含量的升高，ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC升高（表 1），推測其原因可能是：植物葉片中的PSII受到損壞，單位面積有活性的反應中心數(shù)目減少，植物為了完成正常的生理活動從而致使單個反應中心的效率增強。在此過程中，ET0/RC（表示用于單位面積傳遞電子的能量）無顯著性變化，但是TR0/RC（表示用于捕獲的光能）卻顯著增加，這說明反應中心吸收的光能只有一部分用于電子傳遞，用于類囊體構建電化學勢，而其余的能量均以放熱的形式向外耗散，這可能是植物在逆境下的自我保護狀態(tài)。能量的傳遞失衡更進一步影響電子在QA，QB和質體醌之間的電子傳遞[18]。

表1 紅蕓豆幼苗葉綠素熒光參數(shù)的變化

2.3 對紅蕓豆幼苗葉片整體光合性能的影響

PIABS表示光合作用性能指數(shù)，此性能指數(shù)可以更準確地反映生物PSII的生理活性狀態(tài)，能夠較準確合理地反映脅迫對光系統(tǒng)的影響[19-20]。從表1可以看出，隨著氯吡嘧磺隆含量的增加，PIABS值降低，當土壤含量達到0.008 mg/kg時，光合作用性能顯著下降。其原因可能是：在較低含量的氯吡嘧磺隆脅迫下，紅蕓豆幼苗葉片PSII電子傳遞已經(jīng)受阻，但尚未發(fā)生大規(guī)模的葉綠素降解，但隨著農藥含量的升高，植物葉片中PSII的結構和生理狀態(tài)受到破壞，所以，PIABS顯著下降。在此含量范圍內，F(xiàn)v/Fm值也已經(jīng)下降，但下降幅度遠低于PIABS，還未產(chǎn)生顯著性差異，所以，PIABS較Fv/Fm更為靈敏，也更適宜作紅蕓豆幼苗受到氯吡嘧磺隆脅迫的指標。

3 結論

葉綠素熒光測定方法是一種快速且不會傷害作物研究逆境光合生理的理想方法。紅蕓豆幼苗在受到土壤中的氯吡嘧磺隆脅迫時，葉片中的QA，QB和質體醌之間的電子傳遞受阻，PSⅡ活性受到抑制。Fv/Fm和PIABS都可以反映植物葉片受到氯吡嘧磺隆脅迫下的損傷程度，但PIABS更為靈敏。