不同環(huán)境因子對ThaxtominA防除田旋花和尚麻藥效的影響

0 引言

【研究意義】相對于化學(xué)除草劑，生物除草劑具有高效、安全低毒和不易引起抗藥性等特點，在綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和有機農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。環(huán)境因子在影響作物生長的同時，也會影響除草劑的藥效和除草劑與植物之間的相互作用。光照、 CO₂ 濃度、溫度、土壤濕度、相對濕度、降雨、風(fēng)等環(huán)境因子可以通過改變除草劑在植物體內(nèi)的滲透和轉(zhuǎn)運直接影響除草劑藥效，也可以通過改變植物的生長和生理特性間接影響除草劑藥效[2]。因此了解環(huán)境因子對除草劑藥效的影響，可以提高除草劑的利用率，使除草劑的使用達到最佳的效果?！厩叭搜芯窟M展】氣候變化可能會導(dǎo)致雜草植被地理范圍擴大，生長密度上升，生命周期延長以及種群多樣性的變化[3]。相對于農(nóng)作物，雜草具有更頑強的生命力，抗逆能力更強，因此更容易在不同生境下生長[2]。研究發(fā)現(xiàn)，僅1^°C 的溫度變化就可以促進植物種子的萌發(fā)[4];溫度的升高可以促進暖季作物田中雜草的生長，平均溫度每升高 3^°C ，筒軸茅（Rottboelliiaco-chinchinensis）的生物量和葉面積分別增加 88% 和

68%^[5] ;全球變暖導(dǎo)致的氣溫升高極易引起雜草的遷移和種群的擴大[6.7]。田旋花和苘麻具有耐瘠薄、耐旱、耐鹽堿的特性，且具有強大的繁殖和再生能力，是世界惡性雜草[8.9]，其中田旋花在新疆分布廣泛，形成了單一的優(yōu)勢群落，嚴重危害新疆農(nóng)田、果園的生態(tài)平衡[10]。Thaxtomins 是由馬鈴薯瘡痂病致病鏈霉菌產(chǎn)生的具有獨特的2，5-二酮哌嗪結(jié)構(gòu)的化合物[11，12]，其中Thaxtomin A（TA）具有抑制纖維素合成的作用，在植物體內(nèi)典型表現(xiàn)為減緩幼苗生長，引起細胞腫大，導(dǎo)致細胞壁木質(zhì)化，以及顯著的抑制纖維素生成[13，14]。作為一種天然無毒化合物，TA對玉米、小麥、水稻、草坪草和牧草中的常見雜草均有防除效果；還可用于控制藻類污染[13]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，對于TA防除田旋花和苘麻的作用特性未見報道，除草劑作用特性的研究有利于除草劑的高效使用，田旋花和苘麻是新疆農(nóng)田惡性雜草，需研究提高田旋花和苘麻防除效果的方法?！緮M解決的關(guān)鍵問題探究不同氣候因子（溫度、濕度、施藥后降雨）及土壤因子（土壤有機質(zhì)含量、土壤pH值）對TA防除田旋花和苘麻藥效的影響，獲得TA防除田旋花和苘麻的最適條件，提高TA的實際防除效率，為TA的實際應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

一 材料與方法

1.1 材料

1. 1. 1 供試雜草及土壤

田旋花（ConvolvulusarvensisL.）苘麻（Abuti-lontheophrastiMedicus）;普通栽培土（有機質(zhì)含量為 7.8% ）、育苗基質(zhì)（品氏托普園藝（上海）有限公司）在明珠花卉市場購買。

1. 1.2 TA提取

參照張振鑫等[13方法。將瘡痂鏈霉菌單菌落接種在OBB培養(yǎng)基中 28^°C 、200r/min 的條件下震蕩培養(yǎng) 7d 。將發(fā)酵液 4^qC8000r/min 離心10min ，上清液經(jīng) 0.22μm 細菌濾器真空抽濾后，用等體積的乙酸乙酯反復(fù)萃取2次，合并有機相并通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，用色譜級甲醇溶解樣品，即得毒素粗提液。圖1

1.2 方法

1.2.1TA對田旋花和苘麻除草活性測定

參考文獻[15]方法，配制不同濃度（17.5、35、70、140、280和 350μm/mL 的TA溶液，以清水和10% 甲醇噴霧為對照，將雜草種子播種于土壤

水分飽和的花盆中，每個花盆10粒種子，并覆上1～2cm 的細土，播后保持土壤濕潤，播種后 ³h 進行土壤噴霧。每個花盆噴施 20mL ，放入溫室培養(yǎng)（模擬田間生長環(huán)境），需要時從底部澆水以保持土壤濕潤，每個處理3個重復(fù)。記錄萌發(fā)個數(shù)，施藥7d后，將雜草分離測定鮮重及根長計算抑制率。

根長抑制率 Σ=Σ [對照組根長－處理組根長]/對照組根長 ×100% ;

鮮重抑制率 σ=σ ［對照組鮮重-處理組鮮重]對照組鮮重 ×100% 。

1.2.2 溫度對TA防除田旋花和苘麻的影響

參考文獻[16.17]方法，通過盆栽種植田旋花和商麻種子，采用單因素試驗測定不同變溫條件下TA對2種雜草防效的影響。施用防效中等濃度140μm/mL TA 溶液試驗，將2種雜草種子播種于土壤水分飽和的花盆中，每個花盆10粒種子，并覆上 1～2cm 的細土，播后保持土壤濕潤，播種后 ^3h 進行TA土壤噴霧，每個花盆噴施 20mL ，以清水為對照，每個處理3個重復(fù)；設(shè)置 35^°C/30^°C 、 30% 25°C.25°C/20°C 三個不同變溫區(qū)間，其他條件一致：光照和黑暗比 ，空氣濕度 60% ，置于人工氣候箱中培養(yǎng)，根據(jù)情況補充水分，7d后測定根長、鮮重，并計算根長和鮮重抑制率。

1.2.3 濕度對TA防除田旋花和苘麻的影響

參考文獻[16.17]方法，每個處理3個重復(fù)。施藥后置于人工氣候箱中培養(yǎng)，分別設(shè)置 50% ！60% 和 70% 三個濕度梯度，其他條件一致：光照和黑暗比 12h：12h ，溫度為 30^°C/25^°C ，根據(jù)情況補充水分，7d后測定根長、鮮重，并計算根長和鮮重抑制率。

1. 2.4 模擬降雨對TA防除田旋花和苘麻的影響

參考文獻[18]方法，每個處理3個重復(fù)。分別于藥后 0.5，1.2，3 和 ^4h 模擬人工降雨（降雨強度為 34mm/h ，降雨量 12mm ），同時設(shè)無降雨對照處理，每處理3個重復(fù)。處理后置于人工氣候箱中培養(yǎng)，其他條件一致：溫度為 30^°C/25^°C ，濕度為60% ，光照和黑暗比 ，根據(jù)情況補充水分，7d后測定根長、鮮重，并計算根長和鮮重抑制率。

1. 2.5 土壤有機質(zhì)含量對TA防除田旋花和苘 麻的影響

參考文獻18方法，在花卉市場購買普通栽培土（有機質(zhì)含量為 7.8% ）備用。將普通栽培土與育苗基質(zhì)（品氏托普園藝（上海）有限公司）放在材料里按體積比 1：1、1：2、1：3、2：1 和3：1混合配制，將上述5中不同有機質(zhì)含量的土壤供試，每個處理3個重復(fù)，處理后置于人工氣候箱培養(yǎng)，其他條件一致：溫度 30^°C/25^°C ，濕度 60% ，光照和黑暗比12：12，根據(jù)情況補充水分，7d后測定根長、鮮重，并計算根長和鮮重抑制率。

1.2.6土壤 pH 值對TA防除田旋花和苘麻影響

參考文獻[18.19]方法，在花卉市場購買普通栽培土（ pH 值為6.89）備用。于種植前 15d 左右開始，使用硫酸溶液、氫氧化鈉溶液和水調(diào)節(jié)土壤pH 值，獲得 pH=8.0，pH=8.5，pH=9.0 的3種土壤，待其基本穩(wěn)定后用相對應(yīng) pH 值的硫酸（或氫氧化鈉）溶液澆灌，以保持土壤酸堿度的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)酸堿度的用水均采用無污染自來水。每個處理3個重復(fù)，處理后置于人工氣候箱培養(yǎng)，其他條件一致：光/暗溫度為 30^°C/25^°C ，濕度為 60% ，光照和黑暗比 （L：D）12h：12h ，根據(jù)情況補充水分，補水使用對應(yīng) pH 值的溶液，7d后測定根長、鮮重，并計算根長和鮮重抑制率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗均重復(fù)3次，采用SPSS軟件（27.0.1）對結(jié)果進行ANOVA單因素分析，通過Origin軟件（2021）作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 TA對田旋花和苘麻的除草活性測定

研究表明，在TA濃度低于 140μm/mL 時，對田旋花無生長抑制活性，而在濃度高于 280μm mL時，抑制效果較佳；苘麻根長及鮮重抑制率隨著TA濃度的升高而明顯下降，田旋花種子由于其較優(yōu)的抗逆性。表1＼～2，圖2

Fig.2Changesof different concentrations of TA on the growth of Convolvulus arvensisand Abutilontheophrasti

2.2 溫度對TA除草活性的影響

研究表明，田旋花，在 35^°C/30^°C 溫度條件下，除草活性最高，根長抑制率達到 59%～85% ，鮮重抑制率為 22.5%～50% ，隨著溫度的降低，TA對田旋花了抑制活性明顯降低；苘麻在 30/

25^°C 溫度條件下，TA對苘麻抑制活性最強，根長抑制率為 45%～86% 。使用TA防除田旋花時，高溫效果最佳，低溫條件施用時需提高劑量；防除苘麻時， 30/25^°C 為最適施用溫度，更高或更低溫度時應(yīng)提高劑量。圖3

Notes：Aiateoftlgthofoouseduiothsti；BFeshhtoateofou andAbutilontheophrasti；thesameasbelow

2.3 濕度對TA除草活性的影響

研究表明，在 50% 濕度條件下TA對田旋花的除草活性最高，根長抑制率為 18% ，鮮重抑制率為 16% ，隨著濕度的增高，對苘麻的除草活性明顯降低；在 70% 濕度條件下TA對苘麻的除草活性最高，根長抑制率達到 78% ，鮮重抑制率達到 55% ，隨著濕度的降低除草活性明顯降低。使用TA防除田旋花時，在較低濕度條件施藥時防除效果更佳；防除商麻時在濕度較高條件下施藥效果更佳。圖4

2.4 模擬降雨對TA除草活性的影響

研究表明，在施藥后 0.5h 降雨，TA對田旋花的防效完全喪失，在 ¹h 或大于1h后降雨，則不會影響TA對田旋花的防效；在施藥后 0.5～1 h降雨，TA對苘麻會喪失藥效，大于1h后降雨不會影響防效。在施藥后1h內(nèi)降雨，會影響TA對雜草的防除，因此應(yīng)再次施藥，以確保對雜草的防除。圖5

2.5 王壤有機質(zhì)含量對TA除草活性的影響

研究表明，隨著土壤有機質(zhì)含量的增多，TA防除田旋花的效果增強，在土壤無機質(zhì)和有機質(zhì)比為2：1和3：1時，對田旋花失去抑制活性；有機質(zhì)含量越高，TA對苘麻藥效越差，在無機質(zhì)和有機質(zhì)比為2：1時，TA對苘麻的抑制活性最高，根長抑制率達到 40% ，鮮重抑制率為 20% 。TA防除田旋花時，在有機質(zhì)含量高的土壤條件藥效更佳，在有機質(zhì)含量低的土壤應(yīng)提高濃度；相反，在防除苘麻時，高有機質(zhì)含量土壤會影響TA的藥效，應(yīng)提高施用濃度。圖6

2.6 土壤 pH 值對TA除草活性的影響

研究表明，土壤 pH=9.0 時TA對田旋花的防效最佳，根長抑制率達到 50% ，鮮重抑制率為30% ！ pH 值 ?8.5 時TA的防效較差;在土壤pH=8.0 時，TA對苘麻防效最佳，根長抑制率為20% ，鮮重抑制率為 20% ，在土壤 pH 值 gt;8.0 或pHlt;8.0 時，對TA的防效均有一定影響，在土壤pH=6.8 時，基本無抑制活性。略堿性土壤（ ΔpH =9 ）更適宜TA防除田旋花，在土壤 pHlt;9 的情況下，應(yīng)增加施藥濃度；防除苘麻最適土壤 pH 值為8.0，在其他土壤 pH 值對TA的藥效均有影響，應(yīng)提高施藥濃度。圖7

3討論

3.1除草劑對雜草的防除效果，在很大程度上取決于其與大氣、土壤和土壤－大氣界面的相互作用[7]。環(huán)境因素，如溫度、濕度、光照時長等，都會影響植物的生理狀態(tài)和對除草劑的敏感性，同時也會影響除草劑的揮發(fā)。因此，了解氣候變化對除草劑活性的影響，對于優(yōu)化除草劑的使用，有效的雜草控制至關(guān)重要[7]

3.2溫度對芽前除草劑藥效的影響，首先是較高溫度會提高雜草的吸收和傳導(dǎo)能力，除草劑容易在雜草的敏感部位起作用發(fā)揮良好的除草效果；其次一些除草劑在溫度過高時易揮發(fā)、飄移[20.21];研究中由于田旋花和苘麻種子生理結(jié)構(gòu)的不同，因此產(chǎn)生了不同的結(jié)果，田旋花種子種皮較松軟，溫度升高會可以增加種皮的透氣性[22]除草劑可以更好的進入種子發(fā)揮作用，因此在高溫時藥效更佳；但苘麻種子種皮較硬，高溫并不會增加種皮通透程度，較低溫可以有效打破苘麻種子休眠[23]，但是高溫引起了TA更快的揮發(fā)，因此較高溫度條件下，反而使TA對苘麻的防效降低。3.3濕度的增加則有可能對除草劑進行稀釋，同時部分除草劑因為其易水解性質(zhì)，濕度的增加會導(dǎo)致除草劑的分解。濕度的增加對苘麻種子有促進作用[21]，當(dāng)種子開始萌發(fā)，除草劑更好的進入種子內(nèi)部，使得藥效更好的發(fā)揮，因此在試驗研究中，防除田旋花時，在較低濕度條件施藥時防除效果更佳；防除商麻時在濕度較高條件下施藥效果更佳。

3.4施藥后降雨也會稀釋除草劑濃度，造成其水解[24]，田旋花種子由于種子結(jié)構(gòu)，除草劑更易進入種子，所以 0.5h 之后降雨對藥效的影響就會變小;而苘麻種子由于種皮較硬，種子吸收除草劑需要更久時間，因此在施藥后1h內(nèi)降雨均會影響藥效。

土壤因素對芽前除草劑藥效的影響相較于環(huán)境因子更大，土壤有機質(zhì)含量越高，土壤顆粒表面的吸附能力越強，吸附后形成一個相對非極性的環(huán)境，供試藥劑在該介質(zhì)環(huán)境中可避免與水分子競爭而隱藏于土壤中，從而發(fā)揮更好的除草活性[]，不同種子由于生理結(jié)構(gòu)不同，對土壤有機質(zhì)的要求也不同；試驗中，防除田旋花時，在有機質(zhì)含量高的土壤條件藥效更佳，在防除苘麻時，高有機質(zhì)含量土壤會影響TA的藥效，應(yīng)提高施用濃度。

土壤pH值對除草劑活性的影響，主要是由于不同除草劑在不同 ΔpH 值條件下的穩(wěn)定性不同引起的，在本研究中，略堿性土壤（ pH=9 ）更適宜TA防除田旋花；防除苘麻最適土壤 ΔpH 值為8.0。TA藥效受各種因素影響較大，因此在如何增加TA藥效的穩(wěn)定性方面還有待進一步研究。

4結(jié)論

TA在不同土壤環(huán)境條件下除草活性差異顯著，不同溫度、濕度、光照時長、施藥后降雨、土壤有機質(zhì)和土壤 pH 值對TA除草活性均有一定影響。田旋花在 35^°C/30^°C （20 50% 濕度、土壤 pH=9 ！有機質(zhì)含量較高時，TA對其防除效果最佳，但是在施藥后 0.5h 降雨，會明顯降低防效，應(yīng)再次噴施;苘麻在 30%/25%.70% 濕度、土壤 pH=8.0 、土壤有機質(zhì)含量較低時，TA對其防效最佳，在施藥后1h內(nèi)降雨，均會降低其防效，應(yīng)適量補施藥劑。

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Abstract：【Objective】 This project aims toclarify the action characteristics of the new biological herbicide Thaxtomin A（TA） in Convolulus arvensis L. and Abutilon theophrasti Medicus.Finding from which provides aresearch basis for the practical application of TA.【Methods】The effectsof different environmental factors （temperature，humidityand rainfall after application）and soil factors（soil organic mater content and soil pH）on the herbicidal activity of TA against Convolulus arvensis L. and Abutilon theophrasti Medicus were studied by indoor bioassay method.【Results】 The results showed that at ， 50% humidity，soil pH=9 and high organic matter content，TA had the best control effect on Convolvulus arvensis. However， （ 0.5 h rainfall after application would significantly reduce the control efect and should be sprayed again. At （20 30%/ 25‰ ， 70% humidity，soil pH=8.0 ，and low soil organic matter content，TA had the best control effect on Abutilon theophrasti.Rainfall within1 h afterapplication would reduce its control effect，and appropriateamount of pesticide should be applied.【Conclusion】Diferent climatic factors and soil factors have significant effects on the efficacy ofTA，At the same time，fordiferent weeds，the changes of environmental factors have different ffectson the efficacy of TA.Different temperatures，humidity，duration of light exposure， rainfall after pesticide application，soil organic matter and soil pH value has a certain impact on the herbicidal activity of TA.

Key words：TA；herbicidal activity；environmental factors；Convolulus arvensis L. ；Abutilon theophrasti Medicus