基于生理指标早期诊断异丙隆对小麦药害的研究

孟丹丹 范洁群 郭水良

摘要 为了早期诊断异丙隆对小麦的药害，采用室内生测的方法测定了不同剂量异丙隆作用下小麦株高、地上部鲜重、叶绿素、丙二醛（MDA）、可溶性糖、脯氨酸（Pro）含量和最大光量子产量（Fv/Fm）。结果表明，除可溶性糖外，叶绿素、MDA、Pro、Fv/Fm均能快速响应异丙隆对小麦的胁迫。当50%异丙隆WP施用剂量≥3 000 g/hm2时，叶绿素a、b、总叶绿素含量和Fv/Fm明显下降，Pro含量明显上升，与清水对照相比均达显著水平，MDA含量随着施药剂量的增加而逐渐上升，当剂量≥2 250 g/hm2时，小麦MDA含量显著高于清水对照处理;叶绿素、MDA、Pro、Fv/Fm可作为诊断异丙隆对小麦药害的敏感指标。

关键词 异丙隆; 小麦; 药害; 早期诊断; 最大光量子产量

中图分类号： S 482.4  文献标识码： A  DOI： 10.16688/j.zwbh.2018417

Abstract For early diagnosis of isoproturon phytotoxicity on wheat seedlings， the plant height， shoot fresh weight， chlorophyll， malondialdehyde （MDA）， soluble sugar， proline （Pro） content and Fv/Fm were measured by dose-response experiments in the glasshouse. The results showed that chlorophyll， MDA， Pro content and Fv/Fm except soluble sugar could rapidly respond to isoproturon stress in wheat seedlings. After being treated with isoproturon 50% WP at 3 000 g/hm2 or more， chlorophyll content and Fv/Fm decreased significantly and Pro content increased significantly. The MDA content gradually increased with the increase of isoproturon dosage， after being treated with isoproturon at 2 250 g/hm2 or more; the MDA content was significantly higher than the control. Chlorophyll， MDA， Pro， Fv/Fm can be used as sensitive indicators for early diagnosis of isoproturon phytotoxicity on wheat seedlings.

Key words isoproturon; wheat; phytotoxicity; early diagnosis; maximal photochemical efficiency

杂草管理是农业生产系统中追求高产和优质的重要措施。化学除草因具有方便、高效的优点，是目前应用最广泛的杂草管理方法，是现代化农业必不可少的技术[1-2]。但是随着化学除草面积、用量和残留的增大，除草剂引起作物药害的现象时有发生，给农业生产带来了损失。除草剂药害发生具有广泛性和普遍性，已经在水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、西瓜、蔬菜和中药材等不同作物田中发生，涉及几乎所有的除草剂种类。作物发生除草剂药害后，人们会通过洗田排毒、追施速效肥料、喷施生长调节剂等来减轻药害症状，降低产量损失。但是，这些补救措施的效果很大程度上依赖于对除草剂药害的早期诊断[3-4]。如何有效地早期诊断除草剂对作物的药害，是当前农业生产中急需解决的一个重要问题。刘德好等[5]研究了基于根系形态的除草剂药害早期诊断技术，取得了较好的效果。伍琳[6]研究了异丙隆作用下小麦生理指标的变化情况。利用生理指标快速响应来诊断除草剂药害，尚没有相关的研究报道。

异丙隆属取代脲类内吸传导型除草剂，药剂被杂草吸收后积累在叶片中，抑制光合作用，导致杂草死亡，是小麦田应用最广的除草剂品种之一[7]。据报道，施用50%异丙隆可湿性粉剂超过1 125 g/hm2时，10～15 d左右会导致小麦叶片发黄、植株矮化，施药后如遇低温条件，药害症状更明显[8]。本研究以小麦为对象，研究异丙隆作用下小麦形态特征、抗逆有关的生理指标的变化特点，寻找出能快速反映异丙隆对小麦药害的敏感指标，为小麦田除草剂药害的早期干预提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试作物：小麦‘扬麦11，购于上海市农业科学院庄行综合试验站。

供试药剂：50%异丙隆可湿性粉剂（WP），江苏快达农化股份有限公司生产。

仪器：ASS-4型生测喷雾台，北京农业信息技术研究中心;DU-800核酸蛋白分析仪，美国BECKMAN公司;冷冻研磨仪，上海必盛生物科技有限公司;恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司;5427 R台式高速离心机，德国Eppendorf公司;MINI-PAM便携式叶绿素荧光仪，德国WALZ公司。

1.2 试验设计

采用室内盆栽试验，在口径9 cm的黑色塑料盆钵内装入5 cm深的消毒土，然后放入装有水的搪瓷盘中，让水逐渐渗入，待土吸足水分，每盆播种小麦15粒，覆土0.5～1 cm，置于温室内培养，温度15～20℃，相对湿度65%～85%，待小麦长至2～3叶期，间去弱小苗，每盆定苗至10株，然后进行茎叶喷雾处理。50%异丙隆WP设750、1 500、2 250、3 000、3 750 g/hm2（有效成分，下同）共5个剂量，另设清水对照处理，每处理重复4次。施药工具为北京农业信息技术研究中心生产的ASS-4型生测喷雾台，扇形喷头，喷雾压力0.275 MPa，噴液量450 L/hm2。

1.3 测定方法

药后5 d，测定小麦倒二叶的最大光量子产量（Fv/Fm）或采集小麦倒二叶测定叶绿素、丙二醛（MDA）、可溶性糖和脯氨酸（Pro）含量。叶绿素采用95%乙醇提取，利用比色法测定其含量[9-10];MDA采用三氯乙酸（TCA）提取，利用硫代巴比妥酸显色法测定含量，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，Pro采用磺基水杨酸提取，利用酸性茚三酮比色法测定含量[11];Fv/Fm采用MINI-PAM便携式叶绿素荧光仪测定，测定前让小麦暗适应30 min。药后10 d，测量小麦株高，并称量地上部鲜重，计算平均值。

1.4 数据处理方法

试验数据运用Microsoft Excel 2010软件进行绘图，并采用IBM SPSS Statistics 19统计软件对数据进行方差分析，应用Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 50%异丙隆WP对小麦株高和地上部鲜重的影响

药后5 d目测观察，50%异丙隆WP 750～3 750 g/hm2处理区小麦生长正常，株高、叶色等指标与清水对照处理相比没有明显差异。随着时间的推移，药后10 d调查时，50%异丙隆WP 750、1 500 g/hm2处理区小麦生长正常，未见异常，但2 250、3 000、3 750 g/hm2处理区小麦叶片发黄，植株明显矮化，小麦的株高和地上部鲜重比清水对照处理分别下降了43.96%、46.70%、50.55%和43.57%、47.14%、52.14%，药害明显（图1～2）。

2.2 50%异丙隆WP对小麦叶绿素含量的影响

从图3可以看出，经光合作用抑制剂50%异丙隆WP 750～3 750 g/hm2处理后，小麦叶片的叶绿素a、b和总叶绿素含量均有不同程度的下降，当剂量≥3 000 g/hm2时，叶绿素a、b和总叶绿素含量均显著低于清水对照处理（图3）。

2.3 50%异丙隆WP对小麦Fv/Fm的影响

图4表明，清水对照处理区小麦具有最大的潜在光合能力，经50%异丙隆WP处理后，Fv/Fm随着施药剂量的增加而逐渐下降。50%异丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2处理区小麦Fv/Fm比清水对照处理分别下降了1.30%和1.58%，达极显著水平（图4）。

2.4 50%异丙隆WP对小麦MDA含量的影响

从图5可以看出，小麦MDA含量随着异丙隆施药剂量的增加而逐渐上升。50%异丙隆WP 750～3 750 g/hm2处理区小麦MDA含量比清水对照处理分别增加了2.67%、3.15%、51.7%、65.4%和64.7%，当剂量≥2 250 g/hm2时，达极显著水平（图5）。

2.5 50%异丙隆WP对小麦可溶性糖含量的影响

图6表明，经50%异丙隆WP 750～3 750 g/hm2处理后，小麦可溶性糖含量变化较小，各供试剂量处理与清水对照处理之间均无显著差异（图6）。

2.6 50%异丙隆WP对小麦Pro含量的影响

由图7可以看出，经50%异丙隆WP 750～3 750 g/hm2处理后，小麦Pro含量随着施药剂量的增加而上升。50%异丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2处理区小麦的Pro含量比清水对照处理分别增加了90.1%和86.6%，达极显著水平（图7）。

3 讨论

施用除草剂控制杂草的同时往往对作物产生一定程度的逆境胁迫，导致作物形态特征、生理、生化和光合指标的变化[12-13]。株高和地上部鲜重是评价除草剂药害的重要指标[14]。叶绿素是植物光合作用重要的物质基础，其含量高低在一定程度上反映了光合作用水平，作物受到逆境胁迫时，可导致叶绿素的破坏与降解[15-16]。Fv/Fm反映了植物潜在的最大光合能力，在逆境条件下，植物的Fv/Fm下降[17-19]。MDA含量直接反映了细胞膜脂过氧化程度，是药害的重要标志，MDA含量增高说明药害加重[20]。可溶性糖是光合作用的重要产物之一，植物在逆境条件下会主动积累一些可溶性糖，以适应外界环境条件的变化[21-22]。Pro是植物重要的渗透调节物质，它的积累有着对逆境适应的意义[23-24]。本试验中，50%异丙隆WP 施用剂量为2 250、3 000、3 750 g/hm2时，小麦的株高和地上部鲜重被显著抑制，药害症状明显。叶绿素a、b和总叶绿素含量随着50%异丙隆WP施药剂量的增加，呈现出不同程度的下降，当剂量≥3 000 g/hm2时，叶绿素a、b以及总叶绿素含量均显著低于清水对照处理，这可能是因为高剂量的异丙隆处理破坏或降解了小麦的叶绿素，抑制了小麦的光合作用。Fv/Fm也具有类似的结果，清水对照处理区的小麦具有最大的潜在光能转化效率，随着50%异丙隆WP剂量的增加，Fv/Fm值逐渐降低，当剂量≥3 000 g/hm2时，达极显著水平，显著降低了小麦的潜在光能转化效率。MDA含量随着50%异丙隆WP施用剂量的增加而呈现出不同程度的上升，当剂量≥2 250 g/hm2时达极显著水平，表明细胞发生了较严重的膜脂过氧化反应。可溶性糖含量对异丙隆的胁迫响应不敏感，各供试剂量处理区小麦的可溶性糖含量与清水对照处理之间没有显著差异。Pro含量随着施药剂量的增加而上升，当剂量≥3 000 g/hm2时，达极显著水平，表明小麦受到了较严重的逆境胁迫。

作物受除草剂药害后首先会发生生理变化，随后才发生形态变化。本试验中，施用50%异丙隆WP 3 000、3 750 g/hm2后10 d小麦才表现出植株矮化，叶片发黄等药害症状，但叶绿素含量、Fv/Fm、MDA、Pro含量在药后5 d已表现出显著的变化。表明，叶绿素、Fv/Fm、MDA、Pro均能快速响应异丙隆对小麦的胁迫，可作为早期诊断异丙隆对小麦药害的敏感指标。可溶性糖含量与异丙隆施用剂量之间相关性不显著，说明不同的指标在诊断除草剂早期药害时敏感性不同。筛选能够指示除草剂药害的敏感生理、光合指标，对于构建早期诊断除草劑药害的技术体系至关重要。

筛选出能够指示除草剂药害的敏感生理指标后，如何对这些指标进行快速的测定，是早期诊断除草剂药害的关键。便携式测定仪器的出现为快速测定相关指标提供了可能，如便携式叶绿素荧光仪和叶绿素测定仪可快速、高效、无损地检测植物的Fv/Fm和叶绿素含量。此外，除草剂药害引起作物的生理变化可应用光谱技术进行定量检测。孔汶汶等[25]应用光谱技术检测了除草剂作用下大麦叶片中MDA含量的变化;郭翔[26]发现大麦植株的MDA、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸总量等与丙酯草醚处理浓度呈明显的剂量关系，并能够用红外光谱技术进行建模。本文初步筛选出了快速诊断异丙隆对小麦药害的生理指标。今后将进一步开展研究，寻找出反映异丙隆作用下小麦植株生理指标变化相关的光谱波段和特征参数，为更加快速、便携式诊断异丙隆对小麦药害提供技术参数。

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（責任编辑： 田 喆）