基于叶绿素荧光比较草铵膦和草甘膦对柑橘的安全性

张泰劼 程保平 田兴山

摘要：比較了低于推荐浓度的草铵膦和草甘膦喷雾对柑橘叶片叶绿素荧光参数和叶绿素含量的影响。结果表明，喷施0.1、1.0 mmol/L草铵膦和草甘膦后，柑橘叶片的荧光参数Y（Ⅱ）、Y（Ⅰ）、Y（NA）均较对照呈现不同程度降低趋势，且总体随着处理时间的延长下降幅度增大;Y（ND）较对照呈现上升趋势，随着处理时间的延长上升幅度增大;Y（NPQ）保持相对稳定，但始终大于对照。喷施1.0 mmol/L草铵膦7 d后，柑橘叶片荧光参数Fv/Fm、Pm、Y（Ⅱ）、Y（Ⅰ）及叶绿素含量（SPAD值）小于喷施相同浓度的草甘膦，表明柑橘叶片对草铵膦耐药性弱于草甘膦。因此，橘园施用草铵膦通过茎叶途径对柑橘造成的药害风险高于草甘膦。

关键词：草铵膦;草甘膦;叶绿素荧光;柑橘

中图分类号：S451.2文献标志码：A文章编号：1003-935X（2019）02-0051-06

Toxicity of glufosinate and glyphosate to citrus assessed by chlorophyll a fluorescence

ZHANG Taijie，CHENG Baoping，TIAN Xingshan

（Institute of Plant Protection，Guangdong Academy of Agricultural Sciences /Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection，Guangzhou 510640，China）

Abstract：The changes of chlorophyll fluorescence parameters and chlorophyll content in citrus leaves after being sprayed with glufosinate and glyphosate at sublethal concentrations were measured and compared. After treatment with 0.1 and 1.0 mmol/L glufosinate or glyphosate，while the fluorescence parameters Fv/Fm，Pm，Y（Ⅱ），Y（Ⅰ） and Y（NA） of citrus leaves gradually decreased with the extension of time，Y（NO） and Y（ND） gradually increased with the extension of time. Y（NPQ） remained relatively steady，but was always greater than the control. The fluorescence parameters Fv/Fm，Pm，Y（Ⅱ），Y（Ⅰ） and chlorophyll content （SPAD value） of citrus leaves at seven days after treatment with 1 mmol/L glufosinate were significantly lower than when treated with glyphosate at the same concentration，indicating that toxicity of glufosinate to citrus leaves was greater than that of glyphosate. Therefore，the safety risk by the shoot pathway of application of glufosinate in citrus orchards is higher than that of glyphosate.

Key words：glufosinate; glyphosate; Chlorophyll fluorescence; citrus

收稿日期：2018-10-15

基金项目：广东省重大科技计划（编号：2014B020203003）。

作者简介：张泰劼（1985—），男，广西平南人，博士，助理研究员，研究方向为植物生理生态及除草剂安全使用技术。E-mail：miner08@126.com。

通信作者：田兴山，博士，研究员，研究方向为杂草防控与除草剂安全使用技术。E-mail：1070470768@qq.com。

柑橘是世界第一大水果品类，而我国是世界第一大柑橘生产国，柑橘产业是产区农业的重要支柱和农民增收的重要途径，主产区果农高达80%的收人来自于柑橘生产[1]。我国的柑橘产区主要分布在南方亚热带地区，这些地区气温高、降水多，导致杂草种类繁多、群落类型丰富，柑橘园杂草主要依赖化学防治的手段进行治理。目前，用于防治柑橘园杂草的除草剂类别主要是草甘膦和草铵膦。草甘膦和草铵膦为非选择性除草剂，对常见的禾本科杂草及阔叶杂草有较好的防除效果[2-5]。除草剂对敏感的非靶标作物通常具有一定的药害风险，尤其是非选择性除草剂。除草剂药害的鉴定及补救已经成为广大农民和相关管理部门普遍关注的问题。叶绿素荧光检测是目前植物生理生态研究的重要手段，被广泛应用于植物对逆境的适应和响应机制研究[6]，包括除草剂胁迫[7]。本研究以叶绿素荧光特征及叶绿素含量作为定量指标，比较草铵膦和草甘膦对柑橘的安全性，旨在为果园除草剂的安全使用及药害鉴定提供部分科学依据。

1 材料与方法

1.1 植物材料

以酸橘作为供试材料，幼苗购自华南农业大学园艺学院，在自然光照条件下，以河沙为基质，用容积为1 L的塑料盆培养1年。培养过程中每天浇适量的水，保持基质湿润，每4个月施1次肥，每盆约施0.5 g复合肥。

1.2 供试药剂

以41%草甘膦异丙胺盐水剂（商品名为农达，由孟山都公司生产）和200 g/L草铵膦水剂（由苏州佳辉化工有限公司生产）作为供试药剂。

1.3 试验时间和地点

试验时间为2018年7—8月，试验地点位于广东省农业科学院植物保护研究所。

1.4 处理方法

41%草甘膦异丙胺盐水剂（推荐有效成分用量为900～1 350 g/hm2）、200 g/L草铵膦水剂（推荐有效成分用量600～900 g/hm2）按有效成分用量 900 g/hm2，兑水30 L算，可折算出药液中有效成分的浓度分别为11.8、10.1 mmol/L。为方便比较研究，针对草铵膦和草甘膦2种药剂分别配制1.0 mmol/L（约为推荐浓度的1/10）和0.1 mmol/L（约为推荐浓度的1/100）2个不同浓度进行试验。另设置只喷施清水的空白对照组（CK）。利用 ASS-4 型自动喷雾系统（由国家农业信息化工程技术研究中心研发）采用扇形喷头对盆栽柑橘进行均匀喷雾，1 m2喷药量为45 mL。

1.5 叶绿素荧光的测定

在处理后第1、3、5、7天分别利用Dual-PAM-100双通道叶绿素仪（Walz，Germany）测定柑橘叶片光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）的叶绿素荧光参数。将柑橘材料放在黑暗环境中适应 30 min 以上，每个处理取5盆柑橘选取叶龄和叶位一致的最新成熟叶进行测定。先测定暗适应荧光参数，包括PSⅡ的最小荧光Fo、最大荧光Fm和PSⅠ的最大荧光Pm，紧接着在光照度为 550 μmol/（m2·s） 的光化光下适应4 min，然后测定光适应后PSⅡ的稳态荧光Fs、最大荧光Fm′和 PSⅠ的最大荧光Pm′。测定过程中的饱和光脉冲强度为10 000 μmol/（m2·s）。采用Dual-PAM软件自动计算出PSⅠ和PSⅡ的叶绿素荧光参数。本研究选取4个PSⅠ和4个PSⅡ的荧光参数进行分析。PSⅡ的参数包括最大量子产量（Fv/Fm）、有效量子产量Y（Ⅱ）、调节性耗散量子产量Y（NPQ）和非调节性耗散量子产量Y（NO），其中Y（Ⅱ）+Y（NO）+Y（NPQ）=1[8]。PSⅠ的参数包括最大荧光信号变化Pm、有效量子产量Y（Ⅰ）、由于供体侧限制引起的PSⅠ处非光化学能量耗散的量子产量Y（ND）和由于受体侧限制引起的PSⅠ处非光化学能量耗散的量子产量Y（NA），其中Y（Ⅰ）+Y（ND）+Y（NA）=1[9]。

1.6 叶绿素含量的测定

在处理后第7天和第15天利用SPDA-520型叶绿素计测量柑橘叶片中的叶绿素含量，每个处理取5盆柑橘选取2张叶龄和叶位一致的最新成熟叶进行测定。

1.7 数据统计分析

利用PASW18.0进行数据统计分析，Duncans新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 2个光系统最大量子转化潜力的变化

从图1可以看出，0.1 mmol/L草铵膦和0.1、1.0 mmol/L草甘膦处理后7 d内对Fv/Fm无明显影响，Fv/Fm始终保持在0.80左右，与对照大体一致。1.0 mmol/L草铵膦处理后5 d内，Fv/Fm略有降低，变化速度较为缓慢;处理后5～7 d，Fv/Fm从0.78降低至0.70以下，降低速度明显加快。在试验浓度范围内，草铵膦和草甘膦处理对Pm均有不同程度的影响。低浓度（0.1 mmol/L）草銨膦和草甘膦处理后5～7 d，Pm略低于对照。高浓度（1.0 mmol/L）草甘膦处理后7 d，Pm略低于其低浓度（0.1 mmol/L）处理。相比之下，高浓度（1.0 mmol/L）草铵膦处理后7 d，Pm明显低于其低浓度（0.1 mmol/L）处理。

2.2 2个光系统吸收光量子分配的变化

从图2可以看出，草铵膦和草甘膦在各浓度处理下PSⅡ有效量子产量Y（Ⅱ）均总体随时间的延长呈下降的趋势，降低幅度最大的是1.0 mmol/L草铵膦处理;非调节性耗散量子产量Y（NO）则总体随时间的延长呈上升的趋势，上升幅度最大的也是1.0 mmol/L草铵膦处理，而调节性耗散量子产量Y（NPQ）则保持相对稳定状态。在各浓度草铵膦和草甘膦处理后1～7 d，Y（Ⅱ）均明显低于对照，Y（NO）与对照的差异较小，而Y（NPQ）均明显大于对照。PSⅠ荧光参数的变化趋势与PSⅡ不同，在各浓度草铵膦和草甘膦处理后，PSⅠ有效量子产量Y（Ⅰ）和受体侧限制耗散的量子产量Y（NA）均总体随时间的延长呈下降趋势，降低幅度最大的是1.0 mmol/L草铵膦处理，供体侧限制耗散的量子产量Y（ND）总体呈上升趋势，上升幅度最大的仍是1.0 mmol/L草铵膦处理。在各浓度草铵膦和草甘膦处理后1～5 d，Y（Ⅰ）与对照无明显差异，而1.0 mmol/L草铵膦和草甘膦处理后 7 d，Y（Ⅰ）均明显小于对照。在各浓度草铵膦和草甘膦处理后7 d，Y（ND）均大于对照，而Y（NA）则均小于对照。通过进一步相关性分析发现，Y（ND） 受Y（Ⅱ）的影响较大，P值为0.059，接近统计学显著性水平（图3）。

2.3 叶绿素含量的变化

如表1所示，低浓度草铵膦和低浓度、高浓度草甘膦处理7～15 d对柑橘叶绿素含量无显著影响;高浓度草铵膦处理7～15d，柑橘叶绿素含量显著降低，降低幅度为9.50%～12.08%。

3 讨论

叶绿素荧光是光合作用的活体探针，通过对荧光参数的测定和分析，可以得到光系统适应调节及光能利用途径的信息[6]。草铵膦和草甘膦均不属于光合作用抑制剂，但在试验浓度范围内对柑橘叶片PSⅠ和PSⅡ荧光参数均产生了不同程度的影响，说明草铵膦和草甘膦胁迫均可对柑橘的光合作用产生影响。供试柑橘叶片光系统的Y（Ⅱ）、Y（Ⅰ）、Y（NA）总体随着施用草铵膦和草甘膦剂量的增加呈现不同程度降低趋势，且随着处理时间的延长下降幅度总体增大。相反，Y（ND） 在草铵膦和草甘膦处理后呈上升趋势，随着处理时间的延长上升幅度增大。而Y（NPQ）在2种药剂处理后1～7 d保持在相对稳定的水平，但始终大于对照。上述研究结果表明，施用草铵膦和草甘膦均可在不同程度上对柑橘叶片光系统的光能捕获及其分配途径产生不利影响。喷施高浓度（1.0 mmol/L）草铵膦对上述荧光参数及叶绿素含量的影响总体大于喷施同等浓度的草甘膦，表明柑橘园喷施草铵膦的安全风险高于草甘膦。

暗适应叶片的Fv/Fm大小是判断植物是否受到光抑制的主要指标，在没有环境胁迫的条件下，Fv/Fm一般在0.75～0.85之间，植物对不同环境胁迫的敏感度不同，对应Fv/Fm的下降幅度也有所差异[10-11]。1.0 mmol/L草铵膦处理7 d后，柑橘Fv/Fm明显降低，而1.0 mmol/L草甘膦处理的Fv/Fm没有受到明显的影响，可能原因是柑橘叶片对草铵膦的吸收能力大于草甘膦，而非柑橘的光系统对草甘膦胁迫不敏感。在以前的研究中已经普遍观察到，在草甘膦胁迫下敏感植物Fv/Fm呈下降趋势[12-13]。

Y（Ⅱ）代表PSII的有效量子产量，在本研究中，Y（Ⅱ）是柑橘叶片中对草铵膦和草甘膦胁迫最敏感的叶绿素荧光参数之一。2种除草剂处理1 d后，Y（Ⅱ）已经明显降低。Y（Ⅱ）的降低导致柑橘叶片光能分配途径发生变化。叶片通过提高Y（NPQ）的分配途径，将过剩的光能以热的方式释放到周边环境中，进而有效避免光系统遭到更严重的光氧化性损伤。这与前人在草甘膦胁迫下在葡萄叶片中观测到的结果一致[14]。前人对野生大豆进行研究发现，叶片热耗散能量分配随着草甘膦剂量的增加呈现先上升后下降的趋势[13]。本研究中草甘膦的喷施浓度为0.1～1.0 mmol/L，处理后柑橘的Y（NPQ）高于对照，与在低剂量草甘膦胁迫下野生大豆中观测结果一致。

在植物光合机构中，PSⅡ和PSⅠ是2个具有密切联系的复合体，PSⅡ产生的电子向PSⅠ传递，因此PSⅡ受到抑制时会影响PSI的参数。在2种除草剂胁迫下，柑橘叶片Y（Ⅱ）相对降低幅度大于Y（Ⅰ），在一定程度上导致PSⅠ受到了供体侧限制，表现为Y（ND）上升。由于Y（ND）上升的幅度较大，导致Y（NA）呈现下降趋势。作为受体侧限制指标，Y（NA）也会受到光合作用碳固定阶段生化过程的影响。关于草铵膦和草甘膦对光合作用碳固定影响的区别仍需进一步研究。

草铵膦在橘园使用不当，如误喷或飘移到柑橘叶片上会给柑橘的光合作用造成较大影响。但这仅是除草剂通过地上途径对柑橘的影响。此外，除草剂也可以通过地下途径如土壤和根系对果树带来不利的影响。草铵膦和草甘膦通过地下途径对柑橘产生的安全风险大小仍有待进一步研究和比较。

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