芐嘧磺隆對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，王創云，原向陽

(1.山西省農業科學院 作物科學研究所， 太原 030031；2.山西農業大學 農學院，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[1]，是中國北方地區重要的雜糧作物[2]，也是中國的特色和優勢出口作物。谷子不僅具有很高的營養價值，且抗旱、耐瘠、適應性強，尤其在當今旱作可持續農業發展中具有重要的作用[3]。但田間雜草是作物生產中的重要限制因子，嚴重影響作物的產量和品質[4-5]。化學除草具有高效、快速、便捷等優點[6]，但在谷子田注冊的除草劑品種極少。因此，研究除草劑對谷子的安全性對谷子田的化學除草具有重要意義。高貞攀等[7]研究表明，推薦用量的單嘧磺隆和苯磺隆對‘張雜谷’相對安全，且單嘧磺隆的安全性高于苯磺隆。楊慧杰等[8]的結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谷子的安全性影響，未對莖葉除草劑進行篩選。李志華等[11]的結果表明，在所選的4種莖葉除草劑中，僅10%單嘧磺隆可濕性粉劑對谷子相對安全。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谷子相對安全[12]。磺酰脲類除草劑具有高效、廣譜、低毒、選擇性強等優點，是世界上應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吸傳導型除草劑，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用于谷子田，將對谷子田的化學除草具有重要意義，但目前尚無芐嘧磺隆對谷子安全性的報道。本研究以生產中大面積應用的常規優質品種‘晉谷21號’和雜交高產品種‘張雜谷10號’為試驗材料，設置不同芐嘧磺隆的噴施用量，以探究其對谷子的安全用量，并從農藝性狀、葉片氣體交換參數、膜脂過氧化程度和產量等角度探究芐嘧磺隆對谷子生長的影響，旨在為芐嘧磺隆在谷子田的安全使用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 試驗設計

試驗在山西省晉中市太谷縣申奉村試驗站進行。試驗田土壤是黃土狀母質上發育的碳酸鹽褐土。0～20 cm土層有機質質量分數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。試驗采用隨機完全區組設計，每個小區10 m2，共30個小區，芐嘧磺隆設置5個用量，分別為清水對照(CK)、T1(150 g/hm2)、T2(300 g/hm2)、T3(600 g/hm2)和T4(1 200 g/hm2)，于谷子3～5葉期晴朗無風的上午進行葉面噴施，兌水450 L/hm2，每個處理重復3次。施藥后沒有下雨，分別在噴藥后第3、7、15、30天取樣測定農藝和生理指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 農藝性狀 分別在用藥后第3、7、15、30天選取生長一致的谷子幼苗，用直尺測量植株高度(植株基部到最長葉拉直的高度)、倒 2 葉葉面積=葉長×葉寬×0.75，用游標卡尺測量莖粗。

1.3.2 光合色素質量分數 比色法測定葉綠素及類胡蘿卜素質量分數。取各處理谷子葉片(倒2 葉)，φ=96%乙醇浸提至葉片變白，測OD665、OD649、OD470，計算相應的葉綠素a質量分數(Chla)、葉綠素b質量分數(Chlb)、類胡蘿卜素質量分數(Car)和總葉綠素質量分數(Chl(a+b)。

1.3.3 氣體交換參數 用 CI-340 光合測定儀 (美國思愛迪)測定，選擇晴朗無云的天氣，每個處理選取生長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測定凈光合速率 (Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和胞間二氧化碳濃度(Ci)。

1.3.4 丙二醛(MDA)質量摩爾濃度 丙二醛(MDA)質量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸比色法進行測定。稱取0.4 g葉片于5 mL TCA溶液中進行研磨，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，轉入10 mL離心管離心15 min，取上清液并測量其體積，于532 nm和600 nm處測定吸光值。

1.3.5 產量及產量性狀 谷子成熟時，每個小區分開收獲，脫粒，風干后進行稱量，計產。穗質量、穗粒質量、穗數和千粒質量室內考種測定。

1.4 數據處理

利用 Excel 2010 和 DPS 6.5 軟件進行數據處理和分析。采用Duncan’s極差法進行多重比較。數據均表示為“平均值±標準誤”。

2 結果與分析

2.1 芐嘧磺隆對谷子農藝性狀的影響

研究結果表明，‘晉谷21號’和‘張雜谷10號’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3個農藝指標的抑制作用總體上隨時間的推移呈“輕-重-輕”的趨勢，且存在指標間和品種間的差異。對于‘晉谷21號’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天時差異達到顯著水平，而隨著時間的延長，到藥后第30天時與CK的差異未達到顯著水平；藥后第30天，所有處理的莖粗均差異不顯著。對于‘張雜谷10號’來說， T2處理的組株高在藥后第3天就顯著低于CK，第30天時恢復到與對照無顯著差異；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 芐嘧磺隆對谷子葉片光合色素質量分數的影響

葉片葉綠素的質量分數與光合作用密切相關。由表2可知，隨著芐嘧磺隆用量的增加，兩個品種谷子的總葉綠素質量分數均呈下降趨勢，葉綠素b質量分數的降低程度大于葉綠素a； T2處理的‘晉谷21號’的總葉綠素質量分數在藥后第3天就顯著低于CK，隨著時間的推移，第7天和第30天均恢復到與CK差異不顯著；而T2處理的‘張雜谷10號’的總葉綠素質量分數在藥后第7天才顯著低于CK，藥后第30天時才恢復到與CK差異不顯著。煙嘧磺隆對兩個谷子品種葉片類胡蘿卜素質量分數的影響均不顯著(P> 0.05)。

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

注：同列數據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量分數Table 2 Photosynthetic pigment in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

2.3 芐嘧磺隆對谷子葉片氣體交換參數的影響

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’和‘張雜谷10號’葉片的Pn均隨芐嘧磺隆用量的增大而降低，隨施藥后時間的延長而升高；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度隨除草劑用量增大的變化趨勢與凈光合速率相似；蒸騰速率隨施藥后時間的延長呈先增加后降低趨勢，兩個品種均在藥后第7天值最大；氣孔導度隨施藥后時間的延長呈緩慢上升趨勢。胞間CO2濃度則隨芐嘧磺隆施用后時間的推移而增大。‘晉谷21號’的Ci值在藥后7 d內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，T3處理的Ci值最高，但T3與T1、T2、T4間均無顯著差異。‘張雜谷10號’的Ci值變化規律與‘晉谷21號’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。

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

2.4 芐嘧磺隆對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，兩個品種谷子葉片的MDA質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谷子葉片的細胞完整性造成傷害。隨除草劑施用后時間的延長而降低，說明隨著生育進程的推進，谷子的藥害程度有所緩解。藥后第30天，兩個品種所有除草劑處理的MDA質量摩爾濃度均差異不顯著。

2.5 不同用量芐嘧磺隆對谷子產量的影響

由圖2可知，隨著芐嘧磺隆用量的增大，兩個品種谷子的產量均呈下降趨勢，但品種間存在差異。T2、T1和CK處理間均差異不顯著，而T3處理的產量則顯著低于CK。各處理下，‘張雜谷10號’的產量分別比‘晉谷21號’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量Fig.2 Yield of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

3 討論與結論

作為非生物脅迫，除草劑在防除田間雜草的同時，會對作物造成一定傷害，影響作物的正常生長發育。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，兩個谷子品種的株高、葉面積均呈下降趨勢，與前人研究結果[8,17]相似。但是隨著生長發育的進程，芐嘧磺隆對株高和葉面積的抑制作用減緩，第30天時‘晉谷21號’的T2處理與對照差異不顯著，初步說明芐嘧磺隆對谷子相對安全。300 g/hm2芐嘧磺隆處理下，兩個品種的產量均與對照無顯著差異，說明推薦用量的芐嘧磺隆對谷子安全，可用于谷子田的化學除草。

除草劑也會明顯降低植物葉片中的色素質量分數[8,18-19]，影響光合作用的正常進行。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量分數、凈光合速率和PSⅡ光化學效率，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’和‘張雜谷10號’的光合色素質量分數和光合速率[7-8]，最終影響產量。在本試驗中，谷子葉片的葉綠素質量分數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質量分數的降低快于葉綠素a，與王正貴等[21]的研究結果相似。300 g/hm2芐嘧磺隆處理使葉綠素質量分數在藥后第3、7天時降低，15 d后與對照無差異，即谷子葉片葉綠素質量分數在≤300 g/hm2用量處理下能夠隨時間的推移而恢復。兩個品種幼苗的Pn、Tr和Gs的變化趨勢與葉綠素質量分數相似，但在品種間存在差異，可能與‘張雜谷’的雜種優勢、抗性和分蘗的特性有關。谷子葉片胞間CO2濃度的變化趨勢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，Gs減小，Ci卻上升，說明芐嘧磺隆降低了谷子葉片葉肉細胞對CO2的同化能力[2]。隨著時間的推移，谷子葉片的Pn上升，說明芐嘧磺隆對谷子光合作用的抑制有所緩解。

植物在受到除草劑脅迫時通常會生成活性氧ROS, ROS能氧化脂質形成MDA，因而MDA質量摩爾濃度反映細胞膜受傷害的程度[22]。本研究發現，施藥后7天內，MDA質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，說明芐嘧磺隆對細胞膜的損傷并不嚴重。藥后第30天，所有處理的MDA質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谷子造成的藥害會隨時間的推移而緩解，最終產量與對照無顯著差異，基本可用于谷子田的雜草防除。