基于生理指標(biāo)早期診斷異丙隆對(duì)小麥藥害的研究

孟丹丹 范潔群 郭水良

摘要 為了早期診斷異丙隆對(duì)小麥的藥害，采用室內(nèi)生測(cè)的方法測(cè)定了不同劑量異丙隆作用下小麥株高、地上部鮮重、葉綠素、丙二醛（MDA）、可溶性糖、脯氨酸（Pro）含量和最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）。結(jié)果表明，除可溶性糖外，葉綠素、MDA、Pro、Fv/Fm均能快速響應(yīng)異丙隆對(duì)小麥的脅迫。當(dāng)50%異丙隆WP施用劑量≥3 000 g/hm2時(shí)，葉綠素a、b、總?cè)~綠素含量和Fv/Fm明顯下降，Pro含量明顯上升，與清水對(duì)照相比均達(dá)顯著水平，MDA含量隨著施藥劑量的增加而逐漸上升，當(dāng)劑量≥2 250 g/hm2時(shí)，小麥MDA含量顯著高于清水對(duì)照處理;葉綠素、MDA、Pro、Fv/Fm可作為診斷異丙隆對(duì)小麥藥害的敏感指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 異丙隆; 小麥; 藥害; 早期診斷; 最大光量子產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S 482.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ?DOI： 10.16688/j.zwbh.2018417

Abstract For early diagnosis of isoproturon phytotoxicity on wheat seedlings， the plant height， shoot fresh weight， chlorophyll， malondialdehyde （MDA）， soluble sugar， proline （Pro） content and Fv/Fm were measured by dose-response experiments in the glasshouse. The results showed that chlorophyll， MDA， Pro content and Fv/Fm except soluble sugar could rapidly respond to isoproturon stress in wheat seedlings. After being treated with isoproturon 50% WP at 3 000 g/hm2 or more， chlorophyll content and Fv/Fm decreased significantly and Pro content increased significantly. The MDA content gradually increased with the increase of isoproturon dosage， after being treated with isoproturon at 2 250 g/hm2 or more; the MDA content was significantly higher than the control. Chlorophyll， MDA， Pro， Fv/Fm can be used as sensitive indicators for early diagnosis of isoproturon phytotoxicity on wheat seedlings.

Key words isoproturon; wheat; phytotoxicity; early diagnosis; maximal photochemical efficiency

雜草管理是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中追求高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要措施。化學(xué)除草因具有方便、高效的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的雜草管理方法，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)必不可少的技術(shù)[1-2]。但是隨著化學(xué)除草面積、用量和殘留的增大，除草劑引起作物藥害的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了損失。除草劑藥害發(fā)生具有廣泛性和普遍性，已經(jīng)在水稻、小麥、玉米、棉花、大豆、西瓜、蔬菜和中藥材等不同作物田中發(fā)生，涉及幾乎所有的除草劑種類。作物發(fā)生除草劑藥害后，人們會(huì)通過洗田排毒、追施速效肥料、噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等來減輕藥害癥狀，降低產(chǎn)量損失。但是，這些補(bǔ)救措施的效果很大程度上依賴于對(duì)除草劑藥害的早期診斷[3-4]。如何有效地早期診斷除草劑對(duì)作物的藥害，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需解決的一個(gè)重要問題。劉德好等[5]研究了基于根系形態(tài)的除草劑藥害早期診斷技術(shù)，取得了較好的效果。伍琳[6]研究了異丙隆作用下小麥生理指標(biāo)的變化情況。利用生理指標(biāo)快速響應(yīng)來診斷除草劑藥害，尚沒有相關(guān)的研究報(bào)道。

異丙隆屬取代脲類內(nèi)吸傳導(dǎo)型除草劑，藥劑被雜草吸收后積累在葉片中，抑制光合作用，導(dǎo)致雜草死亡，是小麥田應(yīng)用最廣的除草劑品種之一[7]。據(jù)報(bào)道，施用50%異丙隆可濕性粉劑超過1 125 g/hm2時(shí)，10～15 d左右會(huì)導(dǎo)致小麥葉片發(fā)黃、植株矮化，施藥后如遇低溫條件，藥害癥狀更明顯[8]。本研究以小麥為對(duì)象，研究異丙隆作用下小麥形態(tài)特征、抗逆有關(guān)的生理指標(biāo)的變化特點(diǎn)，尋找出能快速反映異丙隆對(duì)小麥藥害的敏感指標(biāo)，為小麥田除草劑藥害的早期干預(yù)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試作物：小麥‘揚(yáng)麥11，購于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站。

供試藥劑：50%異丙隆可濕性粉劑（WP），江蘇快達(dá)農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)。

儀器：ASS-4型生測(cè)噴霧臺(tái)，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心;DU-800核酸蛋白分析儀，美國BECKMAN公司;冷凍研磨儀，上海必盛生物科技有限公司;恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;5427 R臺(tái)式高速離心機(jī)，德國Eppendorf公司;MINI-PAM便攜式葉綠素?zé)晒鈨x，德國WALZ公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，在口徑9 cm的黑色塑料盆缽內(nèi)裝入5 cm深的消毒土，然后放入裝有水的搪瓷盤中，讓水逐漸滲入，待土吸足水分，每盆播種小麥15粒，覆土0.5～1 cm，置于溫室內(nèi)培養(yǎng)，溫度15～20℃，相對(duì)濕度65%～85%，待小麥長(zhǎng)至2～3葉期，間去弱小苗，每盆定苗至10株，然后進(jìn)行莖葉噴霧處理。50%異丙隆WP設(shè)750、1 500、2 250、3 000、3 750 g/hm2（有效成分，下同）共5個(gè)劑量，另設(shè)清水對(duì)照處理，每處理重復(fù)4次。施藥工具為北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心生產(chǎn)的ASS-4型生測(cè)噴霧臺(tái)，扇形噴頭，噴霧壓力0.275 MPa，噴液量450 L/hm2。

1.3 測(cè)定方法

藥后5 d，測(cè)定小麥倒二葉的最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）或采集小麥倒二葉測(cè)定葉綠素、丙二醛（MDA）、可溶性糖和脯氨酸（Pro）含量。葉綠素采用95%乙醇提取，利用比色法測(cè)定其含量[9-10];MDA采用三氯乙酸（TCA）提取，利用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定含量，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，Pro采用磺基水楊酸提取，利用酸性茚三酮比色法測(cè)定含量[11];Fv/Fm采用MINI-PAM便攜式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定，測(cè)定前讓小麥暗適應(yīng)30 min。藥后10 d，測(cè)量小麥株高，并稱量地上部鮮重，計(jì)算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行繪圖，并采用IBM SPSS Statistics 19統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，應(yīng)用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 50%異丙隆WP對(duì)小麥株高和地上部鮮重的影響

藥后5 d目測(cè)觀察，50%異丙隆WP 750～3 750 g/hm2處理區(qū)小麥生長(zhǎng)正常，株高、葉色等指標(biāo)與清水對(duì)照處理相比沒有明顯差異。隨著時(shí)間的推移，藥后10 d調(diào)查時(shí)，50%異丙隆WP 750、1 500 g/hm2處理區(qū)小麥生長(zhǎng)正常，未見異常，但2 250、3 000、3 750 g/hm2處理區(qū)小麥葉片發(fā)黃，植株明顯矮化，小麥的株高和地上部鮮重比清水對(duì)照處理分別下降了43.96%、46.70%、50.55%和43.57%、47.14%、52.14%，藥害明顯（圖1～2）。

2.2 50%異丙隆WP對(duì)小麥葉綠素含量的影響

從圖3可以看出，經(jīng)光合作用抑制劑50%異丙隆WP 750～3 750 g/hm2處理后，小麥葉片的葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量均有不同程度的下降，當(dāng)劑量≥3 000 g/hm2時(shí)，葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量均顯著低于清水對(duì)照處理（圖3）。

2.3 50%異丙隆WP對(duì)小麥Fv/Fm的影響

圖4表明，清水對(duì)照處理區(qū)小麥具有最大的潛在光合能力，經(jīng)50%異丙隆WP處理后，F(xiàn)v/Fm隨著施藥劑量的增加而逐漸下降。50%異丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2處理區(qū)小麥Fv/Fm比清水對(duì)照處理分別下降了1.30%和1.58%，達(dá)極顯著水平（圖4）。

2.4 50%異丙隆WP對(duì)小麥MDA含量的影響

從圖5可以看出，小麥MDA含量隨著異丙隆施藥劑量的增加而逐漸上升。50%異丙隆WP 750～3 750 g/hm2處理區(qū)小麥MDA含量比清水對(duì)照處理分別增加了2.67%、3.15%、51.7%、65.4%和64.7%，當(dāng)劑量≥2 250 g/hm2時(shí)，達(dá)極顯著水平（圖5）。

2.5 50%異丙隆WP對(duì)小麥可溶性糖含量的影響

圖6表明，經(jīng)50%異丙隆WP 750～3 750 g/hm2處理后，小麥可溶性糖含量變化較小，各供試劑量處理與清水對(duì)照處理之間均無顯著差異（圖6）。

2.6 50%異丙隆WP對(duì)小麥Pro含量的影響

由圖7可以看出，經(jīng)50%異丙隆WP 750～3 750 g/hm2處理后，小麥Pro含量隨著施藥劑量的增加而上升。50%異丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2處理區(qū)小麥的Pro含量比清水對(duì)照處理分別增加了90.1%和86.6%，達(dá)極顯著水平（圖7）。

3 討論

施用除草劑控制雜草的同時(shí)往往對(duì)作物產(chǎn)生一定程度的逆境脅迫，導(dǎo)致作物形態(tài)特征、生理、生化和光合指標(biāo)的變化[12-13]。株高和地上部鮮重是評(píng)價(jià)除草劑藥害的重要指標(biāo)[14]。葉綠素是植物光合作用重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量高低在一定程度上反映了光合作用水平，作物受到逆境脅迫時(shí)，可導(dǎo)致葉綠素的破壞與降解[15-16]。Fv/Fm反映了植物潛在的最大光合能力，在逆境條件下，植物的Fv/Fm下降[17-19]。MDA含量直接反映了細(xì)胞膜脂過氧化程度，是藥害的重要標(biāo)志，MDA含量增高說明藥害加重[20]。可溶性糖是光合作用的重要產(chǎn)物之一，植物在逆境條件下會(huì)主動(dòng)積累一些可溶性糖，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化[21-22]。Pro是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它的積累有著對(duì)逆境適應(yīng)的意義[23-24]。本試驗(yàn)中，50%異丙隆WP 施用劑量為2 250、3 000、3 750 g/hm2時(shí)，小麥的株高和地上部鮮重被顯著抑制，藥害癥狀明顯。葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量隨著50%異丙隆WP施藥劑量的增加，呈現(xiàn)出不同程度的下降，當(dāng)劑量≥3 000 g/hm2時(shí)，葉綠素a、b以及總?cè)~綠素含量均顯著低于清水對(duì)照處理，這可能是因?yàn)楦邉┝康漠惐√幚砥茐幕蚪到饬诵←湹娜~綠素，抑制了小麥的光合作用。Fv/Fm也具有類似的結(jié)果，清水對(duì)照處理區(qū)的小麥具有最大的潛在光能轉(zhuǎn)化效率，隨著50%異丙隆WP劑量的增加，F(xiàn)v/Fm值逐漸降低，當(dāng)劑量≥3 000 g/hm2時(shí)，達(dá)極顯著水平，顯著降低了小麥的潛在光能轉(zhuǎn)化效率。MDA含量隨著50%異丙隆WP施用劑量的增加而呈現(xiàn)出不同程度的上升，當(dāng)劑量≥2 250 g/hm2時(shí)達(dá)極顯著水平，表明細(xì)胞發(fā)生了較嚴(yán)重的膜脂過氧化反應(yīng)。可溶性糖含量對(duì)異丙隆的脅迫響應(yīng)不敏感，各供試劑量處理區(qū)小麥的可溶性糖含量與清水對(duì)照處理之間沒有顯著差異。Pro含量隨著施藥劑量的增加而上升，當(dāng)劑量≥3 000 g/hm2時(shí)，達(dá)極顯著水平，表明小麥?zhǔn)艿搅溯^嚴(yán)重的逆境脅迫。

作物受除草劑藥害后首先會(huì)發(fā)生生理變化，隨后才發(fā)生形態(tài)變化。本試驗(yàn)中，施用50%異丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2后10 d小麥才表現(xiàn)出植株矮化，葉片發(fā)黃等藥害癥狀，但葉綠素含量、Fv/Fm、MDA、Pro含量在藥后5 d已表現(xiàn)出顯著的變化。表明，葉綠素、Fv/Fm、MDA、Pro均能快速響應(yīng)異丙隆對(duì)小麥的脅迫，可作為早期診斷異丙隆對(duì)小麥藥害的敏感指標(biāo)。可溶性糖含量與異丙隆施用劑量之間相關(guān)性不顯著，說明不同的指標(biāo)在診斷除草劑早期藥害時(shí)敏感性不同。篩選能夠指示除草劑藥害的敏感生理、光合指標(biāo)，對(duì)于構(gòu)建早期診斷除草劑藥害的技術(shù)體系至關(guān)重要。

篩選出能夠指示除草劑藥害的敏感生理指標(biāo)后，如何對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行快速的測(cè)定，是早期診斷除草劑藥害的關(guān)鍵。便攜式測(cè)定儀器的出現(xiàn)為快速測(cè)定相關(guān)指標(biāo)提供了可能，如便攜式葉綠素?zé)晒鈨x和葉綠素測(cè)定儀可快速、高效、無損地檢測(cè)植物的Fv/Fm和葉綠素含量。此外，除草劑藥害引起作物的生理變化可應(yīng)用光譜技術(shù)進(jìn)行定量檢測(cè)。孔汶汶等[25]應(yīng)用光譜技術(shù)檢測(cè)了除草劑作用下大麥葉片中MDA含量的變化;郭翔[26]發(fā)現(xiàn)大麥植株的MDA、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸總量等與丙酯草醚處理濃度呈明顯的劑量關(guān)系，并能夠用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行建模。本文初步篩選出了快速診斷異丙隆對(duì)小麥藥害的生理指標(biāo)。今后將進(jìn)一步開展研究，尋找出反映異丙隆作用下小麥植株生理指標(biāo)變化相關(guān)的光譜波段和特征參數(shù)，為更加快速、便攜式診斷異丙隆對(duì)小麥藥害提供技術(shù)參數(shù)。

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（責(zé)任編輯： 田 喆）