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赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用對水稻安全性的生理生化機制

2023-07-10 23:10:24李光寧程文超胡榮娟強勝夏愛萍左嬌宋小玲張瑞萍
雜草學報 2023年1期
關鍵詞:水稻植物

李光寧 程文超 胡榮娟 強勝 夏愛萍 左嬌 宋小玲 張瑞萍

摘要:為明確赤·吲乙·蕓薹與除草劑氯氟吡啶酯混用對水稻安全性及生理生化的影響,以秈稻明恢63為研究對象,設置清水對照、0.136%赤·吲乙·蕓薹可濕性粉劑(WP)45 g/hm2、3%氯氟吡啶酯乳油(EC) 1 200 mL/hm2和0.136%赤·吲乙·蕓薹WP 45 g/hm2+3%氯氟吡啶酯EC 1 200 mL/hm2混用4個處理,觀察藥后水稻的生長狀況,測定葉綠素熒光參數、光合參數、糖代謝、氮代謝等生理指標。結果表明,盡管不同處理的水稻均無藥害癥狀,但與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后5 d,水稻的表觀電子傳遞效率(ETR)、光化學淬滅系數(qP)顯著提高;抗氧化酶活性、糖代謝和氮代謝等指標均明顯提高;水稻體內激素IAA、BR含量提高,ABA含量顯著降低。表明赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用后,能有效緩解氯氟吡啶酯對水稻光合生理的影響,提高葉片光能轉化率,促進水稻的光合作用;提高體內抗氧化水平,增強抗逆性;有利于水稻對營養物質的吸收、合成與運輸,從而調控水稻的生長。

關鍵詞:植物生長調節劑;赤·吲乙·蕓薹;除草劑;氯氟吡啶酯;水稻;安全性

中圖分類號:S451;S511.01文獻標志碼:A文章編號:1003-935X(2023)01-0066-08

Physiological and Biochemical Mechanism of GA·IAA·BR mixed with Florpyrauxifen-Benzyl on the Selectivity of Oryza sativa

LI Guang-ning1, CHENG Wen-chao1, HU Rong-juan2, QIANG Sheng1, XIA Ai-ping2, ZUO Jiao2, SONG Xiao-ling1, ZHANG Rui-ping2,3

(1.Weed Research Lab,College of Life Sciences,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;

2.Beijing Plum Agrochemical Trade Co.,Ltd.,Beijing 100025,China;

3.Jiangsu AgraForUm Soil Remediation Co.,Ltd.,Nantong 226300,China)

Abstract:It was the aim to define the effect of GA·IAA·BR mixed with florpyrauxifen-benzyl on the selectivity and physiology and biochemistry of Oryza sativa.Wetook indica rice “Minghui 63” astheresearchobject,and set up four mixture treatments,including water control,GA·IAA·BR 0.136% WP with the dosage of 45 g/hm2,florpyrauxifen-benzyl 3% EC with the dosage of 1 200 L/hm2and GA·IAA·BR 0.136% WP with the dosage of 45 g/hm2+florpyrauxifen-benzyl 3% EC with the dosage of 1 200 mL/hm2. Then,we also? observed the selectivity of O. sativa,and determined chlorophyll fluorescence parameters,photosynthetic parameters,glucose metabolism,nitrogen metabolism and so on. The results showed that there was no symptoms of herbicide damage under different treatments. Compared to the single applied with florpyrauxifen-benzyl,the apparent electron transport rate (ETR) and photochemical quenching coefficient (qP) of O. sativa significantly increased after 5 days applied with the mixed treatment of florpyrauxifen-benzyl+GA·IAA·BR;Antioxidant enzyme activity,glucose metabolism and nitrogen metabolism significantly increased;The contents of IAA and BR increased,while the content of ABA decreased significantly. In summary,GA·IAA·BR mixed with florpyrauxifen-benzyl could effectively alleviate the impact of florpyrauxifen-benzyl on photosynthetic physiology of O. sativa,improve the conversion rate of light energy in leaves,promote photosynthesis,the level of antioxidation and resistance of O. sativa. It was conducive to the absorption,synthesis and transportation of nutrients so as to regulate the growth of O. sativa.

Key words:plant growth regulator;GA·IAA·BR;herbicide;florpyrauxifen-benzyl;Oryza sativa;selectivity

收稿日期:2022-09-05

基金項目:江蘇省“雙創計劃”。

作者簡介:李光寧(1994—),男,山東濰坊人,碩士,研究方向為植調劑和除草劑應用。E-mail:2018816132@njau.edu.cn。

通信作者:宋小玲,博士,教授,博士生導師,研究方向為雜草生物生態學及其管理,E-mail:sxl@njau.edu.cn;張瑞萍,博士,高級農藝師,研究方向為植物保護與生態農業技術,E-mail:zhangrp2006@sina.com。

植物生長調節劑與除草劑混用能提高除草劑對目標雜草的防效,調控作物的生長,使作物在與雜草競爭中獲得優勢,達到提高經濟效益、保護生態環境的目的[1-2。0.136%赤·吲乙·蕓薹可濕性粉劑(碧護)是德國科學家依據植物化感和生態生化學原理,歷時30年研究開發的植物源新型復合平衡植物生長調節劑。它含有天然植物內源激素、黃酮類物質和氨基酸及抗逆誘導劑等30多種植物活性物質,能夠誘導作物提高抗逆性、增加產量、改善品質、緩解藥害[3。前期研究表明,赤·吲乙·蕓薹與雙草醚、五氟磺草胺、二氯喹啉酸混合施用,可以調節水稻的生長,增強除草劑對作物的安全性并能提高除草效果4;進一步研究發現其與五氟磺草胺混用顯著提高了五氟磺草胺對無芒稗的光合作用、糖代謝和氮代謝水平的抑制作用,提高了五氟磺草胺對無芒稗的防除效果;而且水稻的靶標酶乙酰乳酸合成酶活性,糖、氮代謝水平均比單用五氟磺草胺顯著提高,因此赤·吲乙·蕓薹能緩解五氟磺草胺對水稻的脅迫作用,促進水稻生長[5。但由于不同除草劑的作用機制不同,并非所有除草劑和植調劑混用的組合都能起到積極的作用6-8

氯氟吡啶酯是芳基吡啶甲酸酯類合成生長素類除草劑,因其作用靶標位點多,不易產生抗藥性,殺草譜廣,對各種抗性雜草防除效果優秀,在水稻田雜草防除中具有良好的應用前景[9。但不同的施藥時期以及水稻品種會影響氯氟吡啶酯對水稻的安全性10-11。前期研究表明,當氯氟吡啶酯的施用劑量(有效成分)≥22.5 g/hm2時,對敏感水稻品種的穗粒數和實粒數均產生了顯著的抑制作用,同時對穗質量和產量也產生了一定的抑制作用[12;赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用,對無芒稗光合作用、糖代謝和氮代謝受抑制程度加強,提高了氯氟吡啶酯對無芒稗的防治效果13,但是否能提高水稻對氯氟吡啶酯的抗脅迫作用尚不清楚。

本研究開展赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯的混用效果研究,以此評價赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用對水稻安全性及生理生化的影響,并明確赤·吲乙·蕓薹能否提高水稻對氯氟吡啶酯的抗脅迫作用及可能的原因,為赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用提供試驗依據,為稻田雜草安全、高效防除技術的推廣提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 供試地概況

供試作物水稻(Oryza sativa)為明恢63秈型常規水稻。試驗材料種植于南京農業大學牌樓試驗基地溫室內,采用水稻田土壤作為基質,所用土壤在采集時去掉了表層1 cm的土壤,經風干后,碾碎過篩,剔除石塊、雜草種子等雜物。試驗用塑料桶直徑為30 cm,高度為27 cm。水稻種子分別用清水浸泡2 d,每隔12 h換水1次。水稻葉綠素熒光動力學參數測定和生理代謝指標測定試驗中,每桶播種水稻種子30粒,出苗后間苗,每桶均勻保留20株。桶中沒有其他雜草長出。

1.2 供試藥劑

3%氯氟吡啶酯乳油(EC),科迪華農業科技有限責任公司產品,商品名為靈斯科·丹;0.136%赤·吲乙·蕓薹可濕性粉劑(WP),德國阿格福萊農林環境生物技術股份有限公司產品,商品名為碧護。

1.3 試驗處理及設計

試驗設4個處理:處理1為清水對照;處理2為0.136%赤·吲乙·蕓薹45 g/hm2;處理3為3%氯氟吡啶酯1 200 mL/hm2;處理4為0.136%赤·吲乙·蕓薹45 g/hm2+3%氯氟吡啶酯 1 200 mL/hm2。重復5次。

1.4 施藥時間及方法

于水稻3~4葉期,選擇晴朗無風天氣進行藥劑處理。為了確保噴藥的均勻度,預先用藍墨水代替除草劑在2 m2的范圍內進行預備反復噴施多次,直到藥液均勻分布。施藥時,種植水稻的塑料桶均勻擺放在2 m2的空地內,采用1.5 L手持式噴霧器(圓形銅噴嘴,市下牌,型號SX-574,市下控股有限公司)均勻噴霧,噴霧壓力約為0.2 MPa,不同處理使用獨立的噴霧器,藥液總量為45 mL/m2

1.5 測定方法

1.5.1 安全性測定

于用藥后1、3、5、7 d連續觀察并記錄不同處理水稻的生長狀況,目測其安全性。

1.5.2 葉綠素熒光動力學參數測定

于用藥后1、3、5、7 d選取各處理的每次重復中水稻生長一致的倒2葉葉片共3張,材料暗適應30 min后,用Imaging-PAM測定葉綠素熒光動力學參數,獲取原初光能轉化率(Fv/Fm)、光合電子傳遞速率(ETR)、光化學淬滅系數(qP)、非光學淬滅系數(qN)等參數。

1.5.3 生理生化指標測定

于用藥后1、3、5、7 d從每個處理的4桶中隨機取生長基本一致的5個植株,選取水稻葉片的倒2葉,每張葉片去葉脈,并根據測定指標具體要求進行剪碎、混勻磨樣,作為1次重復,每個處理重復3次。

超氧化物岐化酶(SOD)活性采用超氧化物岐化酶試劑盒(100管/96樣,微量法)測定;可溶性糖含量采用植物可溶性糖含量試劑盒(100管/96樣,微量法)測定;還原糖含量采用還原糖含量試劑盒(100管/48樣,微量法)測定;全氮含量采用凱氏定氮法測定(南京卡文思檢測技術有限公司提供試劑盒);硝酸還原酶(NR)活性采用硝酸還原酶活性測定試劑盒(100管/48樣,微量法)測定;谷氨酰胺合成酶(GS)活性采用谷氨酰胺合成酶試劑盒(100管/48樣,微量法)測定;谷氨酸合酶(GOGAT)活性采用谷氨酸合成酶活性測定試劑盒(100管/96樣,微量法)測定。以上試劑盒均購自蘇州科銘生物技術有限公司。過氧化物酶(POD)活性采用過氧化物酶活性測試盒(100管/48樣)測定;過氧化氫酶(CAT)活性采用過氧化氫酶活性測試盒(100管/96樣)測定;蔗糖合成酶(SuS)活性采用蔗糖合成酶活性測定試劑盒(100管/48樣)測定;蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性采用蔗糖磷酸合成酶活性測定試劑盒(100管/48樣)測定。以上試劑盒均購自南京建成生物工程研究所。

1.5.4 植物激素測定

使用南京邁博昊成生物科技有限公司提供的植物吲哚乙酸(IAA)、油菜素內酯(BR)、脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)酶聯免疫吸附(ELISA)試劑盒測定各激素的含量。

1.6 數據分析

試驗結果用Excel、SPSS 25.0等軟件進行統計和方差分析,采用Duncan's 新復極差法進行方差分析和比較,數值為各重復的平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 水稻安全性測定結果

試驗設計的各處理水稻在肉眼觀察下均未發現有任何藥害癥狀,對水稻安全。

2.2 對水稻葉綠素熒光參數的影響

氯氟吡啶酯單用處理后1~7 d,與清水對照相比,水稻的Fv/Fm藥后1、5、7 d無顯著差異,藥后3 d下降5.6%;ETR、qP、qN藥后1~7 d無顯著差異,說明氯氟吡啶酯藥后3 d對水稻產生了非生物脅迫導致Fv/Fm降低,之后通過自身生理調節恢復正常水平。氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后1~7 d,與氯氟吡啶酯單用相比,水稻的Fv/Fm藥后1、5、7 d無顯著差異,藥后3 d提高2.9%;ETR和qP藥后1、3 d無顯著差異,藥后5、7 d ETR分別提高14.0%、18.2%,qP分別提高9.7%、10.9%;藥后1、5、7 d qN差異不顯著,說明在水稻受氯氟吡啶酯脅迫后,赤·吲乙·蕓薹能有效緩解氯氟吡啶酯對水稻葉綠素熒光參數的影響,并提高水稻的光合作用(表1)。

2.3 對水稻抗氧化酶活性的影響

與清水對照相比,氯氟吡啶酯處理后,SOD活性在藥后1、3、5 d分別顯著提高52.3%、34.8%和15.8%,藥后7 d SOD活性無顯著差異,POD活性藥后7 d顯著降低19.4%,CAT活性無顯著差異,這說明在藥后1~3 d水稻受到氯氟吡啶酯的脅迫,激發其體內自身的防御系統,水稻的SOD活性增強。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后,SOD活性在藥后1、3 d分別顯著降低27.3%和17.7%,在藥后7 d SOD、POD和CAT活性分別提高35.2%、40.3%和31.0%。說明在水稻受氯氟吡啶酯脅迫時,赤·吲乙·蕓薹解除了氯氟吡啶酯對水稻體內抗氧化酶系統的影響,通過增強水稻的SOD、POD、CAT活性來消除體內多余的自由基,保護植物膜系統,緩解氯氟吡啶酯對水稻的影響(表2)。

2.4 對水稻糖代謝相關指標的影響

與清水對照相比,氯氟吡啶酯單用處理后1~7 d,水稻的可溶性糖含量、還原糖含量、SuS和SPS活性呈下降趨勢;藥后7 d,各指標分別下降16.9%、13.5%、17.4%和7.4%,這說明氯氟吡啶酯影響了水稻體內糖代謝水平。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后可溶性糖含量藥后1、3 d無顯著差異,藥后5、7 d 分別顯著升高25.2%、32.5%;還原糖含量藥后1、3 d無顯著差異,藥后5、7 d分別顯著升高28.1%、29.6%;藥后3~7 d,SuS活性顯著升高20.7%~30.9%,藥后5、7 d SPS活性分別顯著升高17.9%、18.2%。說明在水稻受氯氟吡啶酯脅迫下,赤·吲乙·蕓薹解除了氯氟吡啶酯對水稻糖代謝的影響,其中可溶性糖含量提高能維持水稻體內的滲透調節,提高水稻的抗逆性,還原糖含量、SuS和SPS活性提高能增強水稻的糖代謝能力,利于水稻的生長發育(表3)。

2.5 對水稻氮代謝相關指標的影響

與清水對照相比,氯氟吡啶酯單用處理藥后5、7 d全氮含量分別下降9.8%、18.5%;藥后1、7 d NR活性分別下降13.5%、15.7%;藥后5、7 d GS活性分別下降14.8%、16.6%;藥后5、7 d GOGAT活性分別下降9.8%、14.4%。說明在氯氟吡啶酯作用下水稻體內的氮同化和氮代謝水平受到抑制。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后全氮含量顯著提高6.9%~23.8%,NR活性提高5.1%~39.8%,GS活性提高9.8%~39.0%,GOGAT活性提高16.4%~28.6%(藥后3~7 d)。上述結果說明在水稻受氯氟吡啶酯的脅迫下,赤·吲乙·蕓薹解除了氯氟吡啶酯對水稻氮代謝的影響,促進水稻對氮元素的吸收轉運,顯著提高了水稻的全氮含量、NR活性、GOGAT活性和GS活性,對水稻氮代謝相關酶起到調控作用,顯著增強了水稻體內的氮代謝水平(表4)。

2.6 對水稻內源激素的影響

與清水對照相比,氯氟吡啶酯單用處理5 d后IAA、BR、GA含量差異不顯著,ABA含量顯著上升19.8%。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理藥后5 d IAA、BR含量分別提高35.4%、41.5%,ABA含量顯著降低13.6%。說明加入赤·吲乙·蕓薹有利于水稻的生長發育,增強了其抗逆性,提高了水稻的生產潛能(表5)。

3 結論與討論

無論是氯氟吡啶酯單用,還是氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用,使用3%氯氟吡啶酯乳油產品登記的最大使用劑量(1 200 mL/hm2),于水稻 3~4葉期噴施,未觀察到對水稻的藥害癥狀,說明氯氟吡啶酯對明恢63秈型常規水稻安全。這與范潔群等在水稻4~5葉期噴施氯氟吡啶酯對供試的8個水稻品種有較好安全性的研究結果[11一致。添加赤·吲乙·蕓薹的處理水稻長勢更優異,這與魏佳峰等的研究結果4-5一致。

植物生長調節劑有促進作物光合作用、生理代謝、提高產量及品質的積極作用[14-15。葉綠素熒光動力學參數能夠靈敏反映光合作用的變化情況,為植物抗逆生理、作物增產潛力預測等方面的研究提供了極大方便,是研究作物光合生理的有力工具16。近年來,葉綠素熒光動力學參數已經廣泛應用于干旱、水澇、高溫、低溫、重金屬、鹽漬等逆境脅迫研究中[17-18

本研究顯示,氯氟吡啶酯單用處理后,與清水對照相比,水稻的Fv/Fm藥后3 d顯著下降,說明在氯氟吡啶酯作用下藥后3 d對水稻產生了非生物脅迫;氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后,與氯氟吡啶酯單用相比,水稻的Fv/Fm藥后 3 d 提高2.9%;ETR、qP藥后5、7 d顯著提高。由此表明,赤·吲乙·蕓薹的加入能有效緩解氯氟吡啶酯對水稻葉綠素熒光參數的影響。水稻葉片的PSⅡ原初光能轉化效率和潛在活性增強,PSⅡ潛在光合作用活力提高,光合電子傳遞及光合磷酸化能力增強,從而增強了水稻的光合作用。這一結果與赤·吲乙·蕓薹和五氟磺草胺混用對水稻光合指數的影響結果[5一致。

除草劑處理會對植物產生脅迫,引起抗氧化酶系統、糖代謝、氮代謝以及植物體內激素水平的響應。SOD、POD、CAT等均是重要的質膜保護酶類,逆境脅迫會使植物體內活性氧增加,同時植物體內SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性增加。本試驗結果顯示,與清水對照相比,單用氯氟吡啶酯處理后水稻的SOD活性在藥后1~5 d顯著提高,可能的原因是水稻在藥后受到氯氟吡啶酯的脅迫,其體內自身的防御系統被激發,SOD活性增強,此時啟動水稻自身抗逆體系,以抵抗非生物脅迫造成的損傷。與單用氯氟吡啶酯相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后7 d,水稻的SOD、POD、CAT活性顯著提高,說明赤·吲乙·蕓薹與氯氟吡啶酯混用后,提高了水稻體內的抗氧化水平,消除了體內多余的自由基,增強了水稻的抗逆能力,解除了氯氟吡啶酯對水稻體內抗氧化酶系統的影響,防止自由基對自身產生的毒害作用。

糖在植物的代謝、生長、發育中扮演著重要的角色[19-21。與清水對照相比,氯氟吡啶酯單用處理后1~7 d,水稻的可溶性糖含量、還原糖含量、SuS和SPS活性呈下降趨勢,這說明氯氟吡啶酯影響了水稻體內的糖代謝水平,與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后水稻的可溶性糖含量、還原糖含量以及SuS和SPS活性在藥后明顯升高。說明赤·吲乙·蕓薹解除了氯氟吡啶酯對水稻糖代謝的影響,其中可溶性糖含量提高能維持水稻體內的滲透調節,提高水稻的抗逆性,還原糖含量、SuS和SPS活性提高能增強水稻的糖代謝能力,利于水稻的生長發育。楊慧杰等研究油菜素內酯對闊世瑪脅迫下谷子葉片糖代謝的影響也有類似結果[22

氮素不但是植物生長發育所必需的第一大營養元素,對器官構建、物質代謝等也具有不可替代的作用[23-24。本研究中,與清水對照相比,水稻在氯氟吡啶酯單用處理不同天數后全氮含量、NR活性、GS活性、GOGAT活性均顯著下降。說明在氯氟吡啶酯作用下水稻體內的氮同化和氮代謝水平受到抑制。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理后全氮含量、NR活性、GS活性、GOGAT活性均顯著提高。上述結果說明,赤·吲乙·蕓薹解除了氯氟吡啶酯對水稻氮代謝的影響,促進了水稻對氮元素的吸收轉運,對水稻氮代謝相關酶起到調控作用,顯著增強了水稻體內的氮代謝水平。

與清水對照相比,水稻在氯氟吡啶酯單用處理5 d后IAA、BR、GA含量差異不顯著,ABA含量顯著上升19.8%。ABA是脅迫應激激素,是對環境因素反應最強烈的激素之一。ABA含量顯著上升,說明氯氟吡啶酯單用處理對水稻生長產生了一定的脅迫,激發了水稻自身的抗逆能力。與氯氟吡啶酯單用相比,氯氟吡啶酯+赤·吲乙·蕓薹混用處理藥后5 d IAA、BR含量顯著提高,而ABA含量顯著降低。說明加入赤·吲乙·蕓薹增強了水稻的抗逆性,幫助水稻抵抗了氯氟吡啶酯單用造成的生長脅迫,并促進水稻向利于生長的方向轉變。赤·吲乙·蕓薹作為植物生長調節劑內含赤霉酸、蕓薹素內酯、吲哚乙酸、脫落酸、茉莉酮酸等多種天然植物內源激素,研究表明赤·吲乙·蕓薹能夠誘導作物提高抗逆性、緩解藥害、活化細胞等功效[25-26。而植物激素包括多種激素,在促進植物的細胞生長和組織生長,延緩葉片衰老,增強抗逆性等方面都起著至關重要的作用,本研究中赤·吲乙·蕓薹的加入提高了水稻的IAA、BR、ABA、GA含量,及水稻的生理代謝水平,增強了水稻的抗逆性,促進了水稻的生長發育。

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