李秀杰,孙慧慧,崔小伟,吴仁海,苏旺苍,薛 飞,徐洪乐,孙建伟
(河南省农业科学院 植物保护研究所/河南省农作物病虫害防治重点实验室,河南 郑州 450002)
化学除草已广泛应用于花生生产,但受人为、气候等因素影响,花生田除草剂药害频繁发生,部分受害田块减产甚至绝收,药害问题亟待解决。除草剂药害等各种胁迫均能导致植物细胞产生大量的活性氧[1-2],植物可以通过增加或激活抗氧化酶来防御活性氧物质对细胞造成的伤害[3]。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)是植物体内清除氧自由基的重要酶,其中,SOD可以催化氧自由基的歧化反应,生成H2O2,是植物体内清除活性氧系统的第一道防线,POD和CAT则是细胞内广泛存在并具有较高清除H2O2活性的酶[4],APX是抗坏血酸-谷胱甘肽循环中的关键酶,直接清除叶绿体内的H2O2,对保持体内代谢平衡起着重要的作用[1]。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的最终产物,是植物细胞膜脂过氧化程度的体现,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度[5]。可溶性糖含量是植物体内物质代谢的重要指标,可反映碳水化合物的合成和运输情况,同时与植物的抗性、衰老、光合作用和产量形成密切相关[6]。
为缓解除草剂药害,研究者做出了多种尝试,常用的方法是使用除草剂安全剂、增强植物营养和应用生长调节剂等,通过调节和促进作物生长,增加作物抗逆能力,从而加快作物从除草剂药害的损伤中恢复[7-9]。化学合成物质的应用不可避免地带来新的潜在环境污染风险,而开发植物源物质具有重大意义[10]。安融乐是南非尼勒思科882有限责任公司开发的农药、肥料喷雾助剂,主要有效成分为卵磷脂。卵磷脂从大豆中提取,多用于医药、食品领域。在田间生产方面,马菁平等[11]研究表明,叶面喷施卵磷脂减缓了MDA的产生速率及叶绿素的降解,降低了膜透性,提高了抗氧化酶CAT、APX、SOD的活性,从而提高了玉米幼苗的抗冷性。另有研究显示,安融乐在提高茶叶产量[12]、作为生物表面活性剂增加水溶肥润湿性能[13]、防治大白菜花叶病毒病[14]及马铃薯晚疫病[15]等方面具有积极作用。截至目前,未见将安融乐用于花生田抵抗除草剂胁迫的研究。因此,选取花生田常用的除草剂精喹禾灵+氟磺胺草醚、高效氟吡甲禾灵乳油+乙羧氟草醚、甲咪唑烟酸,分别与安融乐混合后茎叶喷施,研究安融乐对除草剂防治杂草效果、花生药害的影响及其生理机制,探讨安融乐在花生田与除草剂混用对药害的缓解作用,为花生田除草剂安全应用及推进安融乐的使用提供理论依据。
花生品种为豫花22,由河南省农业科学院经济作物研究所培育。
安融乐悬乳剂(有效成分为卵磷脂、维生素E)由南非尼勒思科882有限责任公司生产,推荐剂量5 000倍液;50 g/L精喹禾灵乳油由中农住商(天津)农用化学品有限公司生产,推荐剂量37.5~60 g/hm2;108 g/L高效氟吡甲禾灵乳油由美国陶氏益农公司生产,推荐剂量32.4~48.6 g/hm2; 25%氟磺胺草醚水剂由江苏长青农化股份有限公司生产,推荐剂量250.13~300 g/hm2;10%乙羧氟草醚乳油由江苏长青农化股份有限公司生产,推荐剂量75~90 g/hm2;240 g/L甲咪唑烟酸水剂由德国巴斯夫欧洲公司生产,推荐剂量72~108 g/hm2。
2017年7月11日在河南省农业科学院长垣分院试验田开展试验,花生有3~5片复叶,单双子叶杂草混生。
药剂有效成分剂量设计如下:50 g/L精喹禾灵+25%氟磺胺草醚为45+337.5(A1)、60+450(A2)(单位g/hm2,下同),50 g/L精喹禾灵+25%氟磺胺草醚+安融乐为45+337.5+5 000倍液(A1+)、60+450+5 000倍液(A2+),108 g/L高效氟吡甲禾灵+10%乙羧氟草醚为48.6+30(B1)、64.8+45(B2),108 g/L高效氟吡甲禾灵+10%乙羧氟草醚+安融乐为48.6+30+5 000倍液(B1+)、64.8+45+5 000倍液(B2+),240 g/L甲咪唑烟酸为72(C1)、108(C2),240 g/L甲咪唑烟酸+安融乐为72+5 000倍液(C1+)、108+5 000倍液(C2+)。设空白对照(CK),每个处理3次重复,随机排列,小区面积为3.5 m×6 m=21 m2。采用茎叶喷雾,施药液量为450 L/hm2。
分别于药后3、7、14、30 d测定杂草防效级别。药后7 d以SPAD-502 Plus仪器测定花生顶端已完全展开叶片的SPAD值(叶绿素含量),并采集顶端幼嫩叶片,迅速液氮冷冻保存,测定SOD、POD、CAT、APX的活性及MDA含量、可溶性糖含量等生理指标[16]。药后30 d测定杂草鲜质量防效,公式如下:
参照刘学等[17]编著的《农药生物活性测试标准操作规范:除草剂卷》评价除草剂对杂草防效级别和对花生药害级别并略有调整。杂草防效级别为:0级,中毒程度0,无活性;1~3级,中毒程度10%~30%,活性小;4~6级,中毒程度40%~60%,活性一般;7级,中毒程度70%,活性好;8级,中毒程度80%,活性较好;9级,中毒程度90%~100%,活性很好至完全死亡。花生叶片药害级别为:0级,中毒程度0,很安全;1级,中毒程度10%,安全;2级,中毒程度20%~30%,轻微药害;3级,中毒程度40%~50%,有药害;4级,中毒程度60%~80%,严重药害;5级,中毒程度90%~100%,植株死亡。
试验数据采用IBM SPSS Statistics 19 软件进行分析,应用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。
2.1.1 对花生叶片药害的影响 试验剂量下,精喹禾灵+氟磺胺草醚处理药后短期即可对花生产生严重药害(表1),加入安融乐对其低剂量[(45+337.5)g/hm2]下药害有一定缓解,药害级别降低1~2级,对其高剂量[(60+450)g/hm2]下花生药害无缓解作用。高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚药后短期对花生叶片有轻微药害,加入安融乐无明显缓解作用,药后7 d调查时,药害症状已消失。而甲咪唑烟酸对花生相对安全,药后14 d调查时高剂量下有轻微药害发生,加入安融乐药害症状得到有效缓解。
对花生叶片SPAD值测定结果表明,除草剂处理均不同程度降低花生叶片的SPAD值(表1),其中精喹禾灵+氟磺胺草醚处理、甲咪唑烟酸处理达显著水平。加入安融乐,精喹禾灵+氟磺胺草醚处理花生叶片SPAD值有一定程度升高,但不显著,而甲咪唑烟酸处理加入安融乐SPAD值进一步降低,与除草剂处理之间无显著差异,但与空白对照差异显著。
除草剂处理均不同程度提高花生叶片数(表1),其中高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚(48.6+30)g/hm2处理达显著水平。加入安融乐后,精喹禾灵+氟磺胺草醚(45+337.5)g/hm2处理,甲咪唑烟酸72、108 g/hm2处理花生叶片数均有一定程度增多,但不显著。
表1 安融乐对除草剂药后14 d内花生药害的影响
注:同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
2.1.2 对药后3 d杂草防效级别的影响 药后3 d内除草剂对杂草表观防效明显(表2),以精喹禾灵+氟磺胺草醚处理防效级别最高,可达7~9级,高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚次之,可达5~8级,甲咪唑烟酸最差,可达3~6级。
表2 安融乐对除草剂药后3 d杂草防效级别的影响
安融乐多表现为保持或升高除草剂对杂草的防效级别;可使高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚(48.6+30)g/hm2处理控制莎草的防效提高2级,使甲咪唑烟酸72、108 g/hm2处理控制禾本科杂草、莎草的防效提高2级。
2.1.3 对药后7 d杂草防效级别的影响 药后7 d精喹禾灵+氟磺胺草醚处理、高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对莎草防效较差,防效级别介于3~4级,甲咪唑烟酸主要对打碗花防效较差,对苘麻、反枝苋、马泡瓜及莎草的活性较前期调查数据有明显上升,其余处理对杂草防效级别多数可达5~9级(表3)。加入安融乐混合使用多降低除草剂对莎草的活性,尤其对甲咪唑烟酸影响较大,防效级别降低2~3级;安融乐可使精喹禾灵+氟磺胺草醚对苘麻、马唐的防效级别降低1~2级;同时安融乐可使甲咪唑烟酸对苘麻、马唐的防效级别提高1级。
表3 安融乐对除草剂药后7 d杂草防效级别的影响
2.1.4 对药后14 d杂草防效级别的影响 药后14 d高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对苘麻、马唐,甲咪唑烟酸对反枝苋活性略低,其余除草剂处理对杂草均有明显防效,防效级别可达6~9级,但精喹禾灵+氟磺胺草醚处理、高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对杂草防效较药后7 d数据有下降趋势,尤其对苘麻、马泡瓜、马唐及狗尾草的防效降低明显(表4)。
表4 安融乐对除草剂药后14 d杂草防效级别的影响
安融乐对除草剂杂草防效有一定影响(表4),降低精喹禾灵+氟磺胺草醚(60+450)g/hm2、高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对莎草的防效,分别可降低3级、2~3级;使精喹禾灵+氟磺胺草醚处理对苘麻、马泡瓜的防效级别降低1~2级;但可使高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对禾本科杂草马唐、狗尾草的防效升高1~3级,对苘麻的活性升高,但总体防效级别仍较低;使甲咪唑烟酸对马唐的防效级别升高2级,对苘麻、马泡瓜及反枝苋的防效可提高1级。
2.1.5 对药后30 d杂草防效级别的影响 药后30 d,试验剂量下,精喹禾灵+氟磺胺草醚处理、高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对苘麻、马泡瓜防效进一步降低(表5),尤其是后者对苘麻的防效,仅介于1~2级,其余除草剂处理对杂草均有明显活性。
添加安融乐混合喷施对除草剂活性有一定影响。可使精喹禾灵+氟磺胺草醚低剂量处理[(45+337.5)g/hm2]对苘麻的防效降低4级,对硬草的防效降低3级。使高剂量处理[(60+450)g/hm2]对苘麻的防效降低1级,对马齿苋的防效升高1级,对牛筋草的防效升高2级。
安融乐可使高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚(48.6+30)g/hm2处理对马泡瓜的防效降低3级,对稗草的防效提高2级,对牛筋草的防效提高1级。使高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚(64.8+45)g/hm2处理对马泡瓜的防效降低4级,对马齿苋的防效降低1级,对马唐的防效升高2级。
安融乐可使甲咪唑烟酸对苘麻、马泡瓜及马唐的防效级别升高1级,对反枝苋、马齿苋的防效降低2~3级。
表5 安融乐对除草剂药后30 d杂草防效级别的影响
2.1.6 对药后30 d杂草防效的影响 对鲜质量防效测定结果表明,精喹禾灵+氟磺胺草醚处理对4种主要杂草苘麻、马泡瓜、马唐及狗尾草的活性均较差(表6),加入安融乐混合喷施,对苘麻、马唐的防效明显降低,对狗尾草的防效有一定程度提高;高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理对苘麻、马唐及狗尾草活性较差,对马泡瓜的活性较好,其低剂量[(48.6+30)g/hm2]加入安融乐对苘麻、马泡瓜的防效降低,对马唐的防效明显提高,其高剂量[(64.8+45)g/hm2]加入安融乐提高对杂草的防效,尤其对禾本科杂草的防效,从基本无防效提高至43.21%~100%;甲咪唑烟酸对苘麻、马泡瓜有较高的防效,但对禾本科杂草马唐、狗尾草,仅能一定程度抑制其生长,不能有效防除,加入安融乐混合喷施提高对4种杂草的防效,尤其阔叶杂草均得到有效防治。
表6 安融乐对除草剂药后30 d杂草 鲜质量防效的影响 %
2.2.1 对抗氧化酶活性的影响 与空白对照比,除草剂处理多表现为不同程度升高花生叶片的抗氧化酶活性(图1—4),其中精喹禾灵+氟磺胺草醚(45+337.5)、(60+450)g/hm2处理POD、APX活性均显著上升,低剂量下CAT活性显著升高,加入安融乐其POD、APX活性保持显著升高状态,可使低剂量下CAT活性降至空白对照水平,高剂量下SOD、CAT活性显著高于对照;高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理及甲咪唑烟酸处理均为高剂量下APX活性显著升高,高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚低剂量处理[(48.6+30)g/hm2]加入安融乐后POD、CAT、APX活性显著升高,而其高剂量处理[(64.8+45)g/hm2] 加入安融乐后APX活性降至空白对照水平,甲咪唑烟酸108 g/hm2处理加入安融乐后APX活性保持显著升高水平。
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同图1 安融乐对除草剂药后7 d SOD活性的影响
图2 安融乐对除草剂药后7 d POD活性的影响
图3 安融乐对除草剂药后7 d CAT活性的影响
图4 安融乐对除草剂药后7 d APX活性的影响
2.2.2 对MDA和可溶性糖含量的影响 MDA是具有细胞毒性的物质,主要破坏细胞膜系统,植物在遇逆境伤害时含量增加[18]。除草剂处理MDA含量变化均不显著(图5)。其中,甲咪唑烟酸72、108 g/hm2处理MDA含量有一定程度升高,分别升高17.89%、10.04%,加入安融乐后花生叶片MDA含量低于空白对照,表明甲咪唑烟酸对花生叶片有一定药害,加入安融乐可以有效抑制甲咪唑烟酸胁迫造成的膜脂过氧化发生;安融乐对精喹禾灵+氟磺胺草醚处理MDA含量影响较小;加入安融乐后高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚(48.6+30)、(64.8+45)g/hm2处理MDA含量有一定程度升高,其中低剂量下较空白对照水平提高30.78%。
植物受到干旱等逆境影响会提高自身可溶性糖含量,以提高自身的渗透调节能力抵御外界胁迫[19]。除草剂处理对花生叶片可溶性糖含量有一定影响(图6),精喹禾灵+氟磺胺草醚(45+337.5)、(60+450)g/hm2处理升高花生叶片可溶性糖含量,分别较空白对照升高13.34%、32.07%,高剂量下达显著水平。加入安融乐后低剂量处理可溶性糖含量进一步升高,2个处理分别较空白对照升高62.21%、20.29%,均达显著水平。高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理、甲咪唑烟酸处理可溶性糖含量均接近空白对照水平。加入安融乐对高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理花生叶片可溶性糖含量影响较小,对甲咪唑烟酸72、108 g/hm2处理可溶性糖含量有一定程度提高,分别较空白对照升高12.24%、19.31%,但均不显著。
图5 安融乐对除草剂药后7 d MDA含量的影响
图6 安融乐对除草剂药后7 d可溶性糖含量的影响
甲咪唑烟酸对杂草活性较慢,早期防效差,但后期显示出良好的禾阔双除作用,加入安融乐对其防治花生田阔叶及禾本科杂草的活性均有明显提高,且对于甲咪唑烟酸高剂量造成的轻微药害有明显缓解效果。精喹禾灵+氟磺胺草醚处理、高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理早期对苘麻防效明显,但后期苘麻大苗重新长出嫩叶,防效较差,加入安融乐对精喹禾灵+氟磺胺草醚控制狗尾草的活性有明显提高,对高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚高剂量处理控制阔叶及禾本科杂草活性均有提高,同时加入安融乐对精喹禾灵+氟磺胺草醚处理药害有一定缓解作用。
植物在逆境胁迫下一般表现为抗氧化酶活性上升和MDA含量增加,但当胁迫超过一定范围或持续一定时间后抗氧化酶活性便会下降,而MDA含量则持续上升[11,20-21]。精喹禾灵+氟磺胺草醚处理药害状态下,花生叶片内部抗氧化酶活性及胁迫指标多不同程度升高,其中POD活性、APX活性、低剂量下CAT活性、高剂量下可溶性糖含量均显著升高,高剂量下MDA含量略有升高但不显著。加入安融乐,仅可使低剂量下药害降低1~2级,对高剂量下药害无明显缓解,POD、APX活性保持显著升高水平,对于CAT活性的调节,低剂量下降至空白对照水平,高剂量下显著升高,可溶性糖含量均显著高于空白对照水平,而MDA含量与空白对照无显著差异。因此,POD、CAT、APX活性及可溶性糖含量的显著升高揭示了花生叶片持续受胁迫的状态,抗氧化酶活性变化及MDA的调节表明安融乐在缓解精喹禾灵+氟磺胺草醚处理花生药害和维护膜结构方面起到了一定的保护作用。
高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理后短期内造成轻微药害,药后7 d药害症状已消失,数据显示高剂量下APX活性显著升高,加入安融乐混合喷施则降至空白对照水平,使低剂量下POD、CAT、APX活性显著升高,对SOD活性、MDA含量及可溶性糖含量影响较小,由此推测,在高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚处理后,花生叶片内部APX最先预警,POD、CAT、APX活性的变化反映安融乐在清除花生体内过多氧自由基,调节花生免受高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚药害方面起到积极作用。
花生在高剂量甲咪唑烟酸处理后14 d有轻微药害,加入安融乐药害得到有效缓解。药后7 d生理指标测定结果显示,仅高剂量下APX活性显著升高,加入安融乐其活性保持显著升高状态,POD活性、可溶性糖含量有一定程度升高,CAT活性、MDA含量有一定程度降低,但变化均不显著,与空白对照水平相当,对SOD活性影响较小。推测花生受到甲咪唑烟酸胁迫后APX最先预警,而POD、CAT活性及MDA含量的变化表明安融乐在清除花生体内过多自由基,调节花生免受甲咪唑烟酸药害方面起积极作用。
根据本研究结果,推荐甲咪唑烟酸加入安融乐混合喷施用于花生田杂草防除,鉴于精喹禾灵+氟磺胺草醚在花生田杂草上的表现,不建议安融乐与其混合喷施使用,以狗尾草为主的花生田可考虑高效氟吡甲禾灵+乙羧氟草醚在(64.8+45)g/hm2剂量下加入安融乐混合使用。