钙素对乙草胺胁迫下大蒜生长及产量的影响

王崇华，王喜枝，王志坚，李庆伟，孙 斌，张慎璞

（1.河南农业职业学院/河南省大蒜工程技术研究中心 郑州 451450；2.中牟县农业农村工作委员会 郑州 451450）

乙草胺是由美国孟山都公司开发的一种土壤处理除草剂，除草效果良好，已在大田上得到广泛应用，主要防除稗草、反枝苋等一年生禾本科和阔叶杂草[1]。其作用机制是通过抑制呼吸作用中α-淀粉酶活性及淀粉的水解，遏制能量的传递，从而抑制幼芽和根的生长。由于农户对乙草胺的过量施用现象普遍，作物受毒害症状严重，一般表现为叶片发黄、植株生长缓慢、根系糟烂，严重的甚至死亡[2]。钙是植物生长的大量元素，可作为第二信使与钙调蛋白（CaM）结合参与信号传导过程，参与植物对逆境的应答反应，孙百晔等[3-4]研究认为，钙素能全部或部分地缓解污染物胁迫对作物生长的抑制，能有效地缓解毒害，是一种安全的解毒物质，蒋廷惠等[5]研究认为，在根外追肥，喷洒生长调节剂、农药时，可增施过磷酸钙以发挥抗逆作用。目前，针对钙素解毒的研究主要集中在土壤重金属污染方面，关于其对除草剂毒害影响的研究还未见报道。本文针对这一问题，研究了钙素对乙草胺胁迫下大蒜生长特性的影响，以期为受除草剂污染土壤的科学利用以及钙素对乙草胺的解毒效果提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2014年9月至2015年6月在中牟县黄店镇农业技术推广站温室大棚进行，温度在0～25℃，选用20 cm×20 cm米氏盆，盆栽用土为壤质潮土，每盆装土5 kg，土壤pH 8.35，有机质含量 1.62%，土壤CaCO3含量5.3%，交换性钙含量5.78 g·kg-1。试验土壤为碱性，选用硫酸钙（生石膏，粒径小于0.1mm）作为钙素解毒物质。供试大蒜品种为‘宋城大蒜’。

1.2 试验方法

2014年9月14日播种，10月10日出苗，每盆一颗种子，其中CK1：常规施肥（不施用乙草胺和硫酸钙）；CK2：常规施肥+乙草胺；T1：常规施肥+乙草胺+硫酸钙300 kg·hm-2（乙草胺药害发现后即将硫酸钙随水施入，施入量以 42万株·hm-2计）；T2：常规施肥+乙草胺+硫酸钙300 kg·hm-2（乙草胺药害发现7 d后施入）。试验共用60个米氏盆，分为3个区组，每组20盆，区组内每个处理5盆，连续排列，区组内各处理随机排列。于10月15日出苗5 d后用KNAPSACK Hy-draulic Sprayer（背负式喷雾器，喷嘴型号为 TEEJET8002VS，喷液压力 20 psi）喷施90%乙草胺乳油4.5 L·hm-2（乙草胺已过量，一般大田乙草胺喷施量为 3.0～3.75 L·hm-2），喷药时将不同处理的盆搬至空地区域，统一分开施药，避免各处理间发生漏喷和重喷现象。乙草胺喷施2 d后，植株表现出药害现象。

1.3 分析测定方法

分别于2014年10月20日和10月27日，各处理取3株，用卷尺测定大蒜的植株高度、叶长度和叶宽度，用游标卡尺测定茎粗度（假茎基部的最大直径），并观察叶片颜色及根系状况，药害分级见表1；并于2014年10月20日和10月27日，各处理分别取1盆带回实验室，测定叶片过氧化物歧化酶（POD）活性、超氧化物酶歧化（SOD）活性和根系活力，分别采用愈创木酚法、氮蓝四唑（NBT）法和氯化三苯基四氮唑（TTC）法进行测定，叶绿素含量采用紫外吸收法进行测定，土壤CaCO3含量采用中和滴定法进行测定，交换性钙含量采用EDTA络合滴定法[6-7]。大蒜成熟后，每个处理取3株，于2015年6月10日对风干蒜头测定其风干质量。

表1 乙草胺药害分级标准[8]

1.4 数据处理

试验数据用Dps 7.05软件处理，并用新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对大蒜形态指标的影响

施用硫酸钙改善了乙草胺胁迫下大蒜的形态指标。由表2可知，药害表现3 d后，CK2和T2受除草剂毒害较重，叶片畸形并部分变黄，大蒜植株高度、叶长度、叶宽度分别比 CK1降低 2.19 cm、1.64 cm、0.10 cm 和 2.12 cm、1.70 cm、0.11 cm；T1恢复较快，只有轻度失绿，与CK2和T2相比，T1生长较快，植株高度、叶长度和叶宽度增加极显著，与CK1相比，植株高度、叶长度和叶宽度减少了1.24 cm、0.33 cm、0.02 cm。随着生长期推移，药害表现10 d后，CK2的生长缓慢，叶片大部分变黄，T1的乙草胺毒害症状已基本消失，大蒜形态指标接近CK1，植株高度、叶长度和叶宽度仅减少0.30、0.33、0.05 cm；T2施入硫酸钙较晚，但已开始恢复生长，症状较轻，与CK2相比，植株高度、叶长度、叶宽度增加了0.89、0.89、0.08 cm，且均达到显著水平，；T1与 T2相比，大蒜植株高度、叶长和叶宽增加均达到显著水平，分别为2.41、1.24、0.09 cm。这说明，在受到乙草胺毒害的情况下，施入硫酸钙对大蒜的形态指标有改善作用，施入越早，改善越明显。

表2 不同处理对大蒜形态指标的影响

2.2 不同处理对大蒜叶绿素含量的影响

施用硫酸钙可有效改善乙草胺胁迫下大蒜叶片的叶绿素含量。由表3可知，乙草胺药害表现3 d后，没有施用硫酸钙的CK2和T2，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）含量均比T1低，差异极显著，乙草胺药害表现10 d后，CK2和T2的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）含量也显著低于T1；随时间的推移，除CK2因受到乙草胺毒害呈下降趋势外，其它各处理均呈现上升趋势，药害表现10 d后，T1叶绿素a、叶绿素 b、叶绿素（a+b）含量已接近 CK1水平，T2叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）含量显著低于CK1。

表3 不同处理对大蒜叶绿素含量的影响ω（mg·g-1）

这说明，硫酸钙能提高大蒜叶片的叶绿素含量，大蒜受到乙草胺毒害后，叶绿素含量需要10 d以上才可恢复到正常水平。

2.3 不同处理对大蒜根系活力及酶活性的影响

施用硫酸钙可有效提高根系活力以及酶活性。由表4可知，CK2随时间推移，其根系活力、POD活性、SOD活性均呈现下降的趋势，T1与T2均呈现逐渐上升的趋势，T1为发现药害即施入硫酸钙，钙素作用时间较长，其根系活力、POD活性、SOD活性均达到CK1水平，T2为发现药害1周后施入硫酸钙，钙素作用时间较短，根系活力、POD活性、SOD活性均显著低于CK1。这说明硫酸钙能有效提高乙草胺胁迫下大蒜根系活力及酶活性，且作用时间越长，效果越明显。

表4 不同处理对大蒜根系活力及酶活性的影响

2.4 不同处理对蒜头产量和钙含量的影响

施用硫酸钙提高了大蒜产量及钙含量。由表5可知，T1与CK1、CK2相比产量分别增加了3 024、7 560 kg·hm-2，增产率分别为 12.24%、37.5%，增产达极显著水平，T2与CK1、CK2相比，产量分别增加了378、4 914 kg·hm-2，增产率分别为 1.53%、24.4%，增产极显著，T1与T2相比，增产亦达到极显著水平；蒜头钙含量 T1＞T2＞CK1＞CK2，且 T1、T2与 CK1和 CK2相比，钙含量均增加极显著，T1与T2相比，增加显著。这说明，增施硫酸钙能缓解乙草胺胁迫对大蒜的毒害作用，同时促进植株对钙素的吸收，提高了大蒜抗病能力。

表5 不同处理对大蒜产量及钙含量的影响

3 讨论与结论

钙是植物生长必需的中量元素，与植物抗逆能力有密切关系[9]。它不仅作为细胞的结构物质，而且作为第二信使，调节植物对环境变化的响应过程。环境因子的变化引起细胞质中游离Ca2+浓度升高，进而调节酶的活性，特别是在抗逆防病过程中表现明显[10]。试验土壤为壤质潮土，pH值偏碱性，钙素主要以CaCO3的形式存在，施入硫酸钙，降低了土壤pH值，为土壤提供了足量且稳定的速效钙[11-12]。试验表明，增施钙素对乙草胺胁迫下大蒜的病害有明显的缓解作用，并促进大蒜生长发育，植株高度、叶长度和叶宽度在硫酸钙施入10 d后恢复到正常水平，这可能与钙具有稳定细胞膜、稳固细胞壁、促进细胞伸长等营养功能有关。增施钙素提高了叶片叶绿素含量，因为钙能结合CaM（钙调蛋白），形成Ca-CaM复合体，从而活化了依赖于Ca-CaM的NAD激酶，促使NADP合成，另外CaM可能还影响了光合放氧过程中的电子传递并参与了气孔开闭的生理过程[13-15]。钙是细胞分裂所必需的成分，果胶酸钙就是中胶层的组成成分，因此施入硫酸钙增强了根系活力。POD、SOD是清除细胞活性氧等自由基的主要保护酶，研究得出硫酸钙能使POD和SOD活性增强，这可能是Ca2+具有对细胞膜透性的调节作用，Ca-CaM复合体可与它所调节的酶结合而使酶活化。大蒜钙含量的高低是植物对环境胁迫的抗逆能力强弱的标志，试验表明施钙处理钙含量显著高于不施钙处理，这说明偏碱性土壤上施用硫酸钙能为植株提供充足的速效钙源，施钙处理蒜头产量显著高于不施钙处理，表明硫酸钙不但对乙草胺的胁迫有缓解作用，而且对乙草胺降解后大蒜的后期生长有促进作用，这与李贺，高素玲等[7，16-17]研究结果一致。发现乙草胺毒害即施入硫酸钙与发现1周后施入相比，产量显著增加，说明大蒜一旦发生乙草胺毒害，处理越早越好。另外，钙素能提高生物膜的稳定性和疏水性，增加细胞膜对K+、Na+和Mg2+等离子的吸收选择性，促进了土壤中微生物的生长，从而加速了乙草胺在土壤中的降解，也可能是造成乙草胺毒性缓解的原因[18]。

综上，偏碱性土壤上施用硫酸钙肥料，能有效缓解乙草胺对大蒜的毒害作用，提高抗逆能力，并印证了“石灰性土壤含碳酸钙高，不缺钙，不需要施钙”的错误学术观点[19]。已有研究表明，盐碱土上施用硫酸钙对土壤有明显的改良作用，有助于土壤团粒结构的形成，不会造成土壤板结[20]。因此，在大蒜生产中，利用钙素缓解乙草胺毒害的影响，具有很好的应用推广价值。但本试验仅在碱性土壤上对大蒜进行了研究，土壤上施用钙素对其它除草剂毒害的缓解效果还需进一步研究。