除草剂与安全剂混用对杂草防效及糜子安全性的影响

林瑞嫦, 王 婉, 高小丽*,

(1. 西北农林科技大学 农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；2. 昆明市种子管理站，昆明 650100)

安全剂是一种可选择性地保护作物、降低作物对除草剂的敏感性而不降低除草剂活性的有机化合物[11]。研究表明，安全剂可通过抑制作物对除草剂的吸收转运或增强作物对除草剂的代谢而缓解除草剂对作物的不利影响[12]。但也有研究表明，安全剂通过代谢或降解产生一些产物，其毒性可能比本体更大，从而对环境可能带来更大风险[13]。提取自植物体的芸苔素内酯和赤霉素是植物生长调节剂，也有缓解除草剂药害起到安全剂的作用，与商品化安全剂相比，具有对环境友好、不易产生抗药性、促生长的优点[14]。芸苔素内酯 (brassinolide, BR) 是植物特异性甾体激素[15]，可控制气孔关闭进而提高作物的光合作用[16]，广泛参与其他生理过程并促进植株的生长发育[17]，可有效提高作物在多种逆境 (包括除草剂药害) 中的抗逆性[18]。周小毛等[19]发现，芸苔素内酯浸种能缓解胺苯磺隆对玉米的伤害，缓解效果与芸苔素内酯浓度与玉米的受药害程度密切相关。赤霉素 (gibberellic acid，GA) 是植物多种发育所必须的植物源生长调节剂，在打破种子休眠、促进种子发芽、促进胚轴伸长与叶片扩展等生长发育方面具有重要的调控作用[20]，在缓解多种逆境对作物的胁迫中发挥了重要作用[21]。曾勍等[22]发现，赤霉素能提高水稻幼苗谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferases, GSTs)活力，促进精异丙甲草胺与谷胱甘肽 (glutathione, GSH)的轭合作用，缓解精异丙甲草胺对水稻幼苗产生的药害，促进水稻幼苗的生长。目前，有关安全剂缓解糜子田除草剂药害方面的研究报道较少。因此，本文通过研究除草剂阔世玛 、锐超麦与安全剂芸苔素内酯和赤霉素混用后，糜子药害指数、杂草防效、叶绿素相对含量、叶片活性氧代谢、地上生物量与产量的变化，探究除草剂与安全剂混用对杂草防效及糜子安全性的影响，以期为糜子田除草剂的安全应用及利用植物生长调节剂芸苔素内酯、赤霉素缓解除草剂药害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与仪器

1.1.1 供试糜子品种 榆糜2 号，由西北农林科技大学小杂粮课题组提供。

1.1.2 供试药剂 3.6% 二磺 · 甲碘隆水分散粒剂(mesosulfuron-methyl + iodosulfuron-methyl-sodium 3.6% WG，商品名阔世玛，Sigma broad)，由德国拜耳作物科学有限公司生产；20% 双氟 · 氟氯酯可湿性粉剂 (halauxifen-methyl + florasulam 20%WP，商品名锐超麦，Quelex)，由美国陶氏益农公司生产；芸苔素内酯 (brassinolide, BR)和赤霉素(gibberellic acid，GA )，均为分析纯，由河南东立信生物工程有限公司生产。

1.1.3 主要仪器 SPAD-502 Plus 叶绿素测定仪(日本柯尼卡美能达有限公司)；BlueStar B 紫外可见分光光计 (北京莱伯泰科仪器股份有限公司)；5424R 艾本德离心机 (德国艾本德股份公司) 。

1.2 田间试验

1.2.1 试验地概况 试验于2018 年6—10 月在陕西省榆林市西北农林科技大学小杂粮综合试验示范站 (37°56′N，109°21′E) 进行，试验站所在区域属干旱半干旱大陆性季风气候，海拔1 229 m，年平均气温8.5 ℃，年平均日照数为2 815.8 h，年平均降水量为400 mm，降水主要集中在7—9 月。前茬作物为马铃薯，收获后翻耕，糜子播种日期为2018 年6 月8 日，人工撒播。糜子田主要目标杂草有藜Chenopodium albumL.、苋Amaranthus tricolorL.、马齿苋Portulaca oleraceaL.、地肤Kochia scopariaL.、牛筋草Eleusine indicaL.、小蓬草Erigeron canadensisL.、知风草Eragrostis ferrugineaL.、稗Echinochloa crusgalliL.、马唐Digitaria sanguinalisL.和狗尾草Setaria viridisL.等。

1.2.2 试验设计 参照本课题组前期除草剂筛选试验结果[23]，两种除草剂浓度均设置一个低剂量和一个高剂量，两种安全剂参照推荐用量。设12 个药剂处理，供试药剂田间使用剂量见表1。每个小区面积20 m2，随机区组排列，每处理4 次重复。待糜子幼苗长至3 叶期时，采用阔世玛、锐超麦与芸苔素内酯或赤霉素混合喷施，使用气压式喷雾器均匀喷雾于整个土壤表面及所有植株的叶片和茎秆，药液施用量450 L/hm2。其中，CK1 为人工除草对照，分别于施药后15、30、45 和60 d 除草4 次；CK2 为喷施等量清水不除草对照。

表1 试验处理Table 1 Experimental treatments

1.3 药害指数调查

于药后10 d 在田间观察并记录糜子叶片药害及缓解情况，统计各处理的药害级别及株数，根据文献方法[23]按公式 (1)计算药害指数。之后每隔10 d 调查1 次，共调查3 次，求平均值，记为糜子平均药害指数。药害分级标准参考魏福香报道的方法[24]：植株正常生长发育，无明显伤害为0 级药害；0～20%的叶片枯黄或带斑点为1 级药害；＞20%～50% 的叶片变黄且卷曲为2 级药害；＞50%～70%的叶片卷曲枯黄为3 级药害；＞70%～90%叶片全部枯萎或20%死亡为4 级药害。

式中：Ip为药害指数；Gi为药害级数；Li为该药害等级的植株数；Ls为调查总株数；Gm为最高药害级数。

“初日照杨柳，玉楼含翠阴。啼春独鸟思，望远佳人心。幽怨贮瑶瑟，韶光凝碧林。所思曾不见，芳草意空深。”[5]

1.4 田间杂草防效调查

药后14 d，采用大小为0.25 m2的取样框随机取样，拔取各处理取样方的3 个重复小区的杂草并称重，之后以7 d 作为间隔开展调查，总计调查5 次。按公式 (2) 计算防治效果。

式中：C为鲜重防效，%；m1为对照CK2 的杂草鲜重，g；m2为处理杂草鲜重，g。

1.5 叶绿素含量测定

抽穗后每隔7 d 在各处理随机选取3 株糜子植株测定主茎顶三叶叶绿素含量。

1.6 SOD 酶活性和MDA 含量测定

抽穗后每隔7 d 采集糜子顶三叶新鲜叶片，放入液氮冷冻保存30 d，之后放入 -80 ℃低温冰箱中保存30 d，备用。采用连苯三酚自氧化法测定SOD 酶活性[25]，采用硫代巴比妥酸 (thiobarbituric acid, TBA) 法测定MDA 含量[26]。

1.7 生物量测定

抽穗后每隔7 d 随机拔取各处理的3 株糜子，将地上部器官装入牛皮纸袋内，放入80 ℃烘箱中烘干至恒重，称量其干重。

1.8 产量调查

待糜子成熟期对各处理重复小区未取样行糜子单收计产，并称量千粒重。

1.9 数据处理

利用SPSS22 统计软件分析不同处理小区数据，用Oringin 2017 绘图，采用Duncan 新复极差法进行差异性分析 (P＜ 0.05)。

2 结果与分析

2.1 除草剂与安全剂混用对除草剂防效及糜子药害的影响

由表2 可知，单施除草剂均会对糜子造成药害且随施药剂量的升高而增大，其中，单施高剂量锐超麦处理 (T10) 的药害最为严重，平均药害指数高达50.01，显著高于其他处理。阔世玛与安全剂混用后，处理T2 基本无药害，处理 T5 较T4 的平均药害指数下降了58.21%，而处理T6 较 T4 的平均药害指数上升了58.51%；锐超麦与安全剂混用后，处理T9 基本无药害，T8 较处理T7 的平均药害指数下降了47.39%，T11、T12 处理较T10 的平均药害指数分别显著下降了47.15%和81.74%。

表2 除草剂与安全剂混用对杂草鲜重防效及药害指数的影响Table 2 Effect of herbicides mixed with safeners on weeds’ fresh weight control efficacy and phytotoxicity index of herbicides

各处理的杂草鲜重防效随生育进程的推进呈逐渐减弱的趋势。单施高剂量阔世玛和单施锐超麦对杂草鲜重的防效最高，各生育时期均达80%以上，添加安全剂后，其对杂草的防效较单施除草剂降低1.7%～18.0%，但总体防效较好。

2.2 除草剂与安全剂混用对糜子功能叶片叶绿素含量的影响

由表3 数据可以看出，糜子叶片中叶绿素含量随糜子生长表现为先增加后减少的变化趋势。单施除草剂及除草剂与安全剂混用，糜子叶片叶绿素含量均较对照CK1 有所下降，但差异不显著；除草剂与安全剂混用能部分提高糜子叶片叶绿素含量，其中，低剂量阔世玛与安全剂混用的叶绿素含量略高于单施低剂量阔世玛；锐超麦与芸苔素内酯、赤霉素混用的糜子叶片叶绿素含量较单施锐超麦明显增加。

表3 除草剂与安全剂混用对糜子叶片叶绿素含量的影响Table 3 Effect of herbicides mixed with safeners on the chlorophyll content of proso millet leaves

2.3 除草剂与安全剂混用对糜子叶片活性氧代谢的影响

由图1 可知，各处理的糜子叶片SOD 活性随生育进程的推进呈先降低后升高的变化趋势。单施除草剂的糜子，在抽穗至成熟期时叶片SOD 活性均显著高于CK1。阔世玛与安全剂混用后，处理T2、T3 在抽穗当天和28 d 时SOD 活性显著高于处理T1，14～21 d 时显著低于处理T1；处理T5 在抽穗后28 d 内、T6 在抽穗当天和28 d 时叶片SOD 活性显著高于处理T4，7～21 d 时显著低于处理T4。锐超麦与安全剂混用后，处理T8、T9 在抽穗后7 d 时叶片SOD 活性显著高于处理T7，14～28 d 时显著低于处理T7；处理T11、T12在抽穗后7 d 内的SOD 活性均显著高于处理T10，14～28 d 时显著低于处理T10。

图1 除草剂与安全剂混用对糜子叶片SOD 活性的影响Fig. 1 Effect of herbicides mixed with safeners on the SOD activity of proso millet leaves

由图2 可知，各处理的糜子叶片MDA 含量随生育进程的推进呈逐渐增加的变化趋势。单施除草剂及其与安全剂混用处理的叶片MDA 含量均显著高于CK1。阔世玛与安全剂混用，处理T2、T3 在抽穗后28 d 内叶片MDA 含量显著低于处理T1，处理T5 在抽穗后28 d 内、T6 在抽穗后14 d内叶片MDA 含量显著低于处理T4；锐超麦与安全剂混用，处理T8、T9 在抽穗后7～28 d 时叶片MDA 含量显著低于处理T7，处理T11、T12 在抽穗后7～28 d 时叶片MDA 含量显著低于处理T10。

图2 除草剂与安全剂混用对糜子叶片MDA 含量的影响Fig. 2 Effect of herbicides mixed with safeners on the MDA content of proso millet leaves

2.4 除草剂与安全剂混用对糜子地上部生物量的影响

由图3 可知，糜子地上部生物量随生育进程的推进呈逐渐增加的变化趋势。单施除草剂及其与安全剂混用处理的地上生物量均显著高于清水对照CK2。阔世玛与安全剂混用，处理T2 在抽穗后21～28 d、T3 在抽穗后28 d 内地上生物量均显著高于处理T1，处理T5 在抽穗后14～28 d、T6在21～28 d 时地上生物量均显著大于处理T4；锐超麦与安全剂混用，处理T8 在抽穗后14 d 内地上生物量显著大于处理T7，处理T12 在抽穗后28 d内显著大于处理T10。

图3 除草剂与安全剂混用对糜子地上部生物量的影响Fig. 3 Effect of herbicides mixed with safeners on the shoot biomass of proso millet

2.5 除草剂与安全剂混用对糜子产量的影响

由表4 所示，除草剂及其混用安全剂喷施对糜子千粒重无显著影响，但对产量影响较大，与CK1 相比均有一定减产，与CK2 相比均有不同程度增产。与单施除草剂相比，添加安全剂后糜子产量显著增加，其中，高剂量阔世玛与芸苔素内酯混用 (T5) 、高剂量锐超麦与赤霉素混用 (T12) 对糜子有较好的增产效果，较CK2 分别显著增产了26.1% 和27.9%， 较单施除草剂分别增产了4.6%和11.6%。

表4 除草剂与安全剂混用对糜子产量的影响Table 4 Effect of herbicides mixed with safeners on the yield of proso millet

3 结论与讨论

植物生长调节剂可调节植物体内的物质运输与新陈代谢，与除草剂混用可促进植物体内除草剂的代谢及杂草对除草剂的吸收，进而达到缓解除草剂对作物产生的药害并提高除草剂杂草防效，提升经济效益[27]。冯煜等[28]研究发现，芸苔素内酯、赤霉素可显著减轻除草剂单嘧磺隆对糜子产生的药害并增加糜子产量。本研究表明，芸苔素内酯可以消除低剂量阔世玛药害，显著减轻高剂量阔世玛对糜子产生的药害，赤霉素能消除低剂量锐超麦药害，显著降低高剂量锐超麦对糜子产生的药害，但高剂量阔世玛与赤霉素混用后反而加重了阔世玛对糜子的药害，这与武婷婷[29]的研究结果一致，说明安全剂对除草剂具有解毒作用，与除草剂混合使用能显著提高糜子对除草剂的耐药性，但这种作用具有较强的选择性，随着除草剂种类的不同缓解效果存在较大差异，使用不当可能会加重除草剂对作物的药害[30-31]。

植物在正常生长条件下活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 的产生与消除处于动态平衡，除草剂胁迫可导致植物体内产生大量ROS，过多的活性氧打破了平衡状态，导致细胞膜质过氧化作用增强，活性氧清除酶结构受到破坏，致使细胞膜相对透性提高、生理代谢紊乱等不良反应[32]。此时，植物可通过激活体内的抗逆体系诱导超氧化物歧化酶 (SOD) 活性升高来抑制活性氧对膜质的过氧化作用[33]。本研究表明，单施除草剂后糜子叶片SOD 活性显著升高，添加安全剂可显著提高糜子叶片SOD 活性，其中，除草剂锐超麦与两种安全剂混用后，在抽穗7 d 内SOD 活性较单施除草剂显著升高，在14 d 后SOD 活性有所下降而后趋于平稳，阔世玛与芸苔素内酯混用后SOD 活性显著提高，而后平稳增加，这与陶波等[34]研究结果一致，这可能与抽穗期除草剂在糜子体内代谢较快有关。丙二醛 (MDA) 是衡量植物细胞膜质过氧化的重要指标[35]。本研究结果表明，在除草剂阔世玛、锐超麦胁迫下，糜子叶片MDA 含量显著增加，添加安全剂芸苔素内酯、赤霉素后较单施除草剂MDA 含量显著下降，其中，阔世玛与芸苔素内酯混用在抽穗后0～28 d 时的叶片MDA含量均显著低于单施阔世玛，锐超麦与芸苔素内酯、赤霉素混用后在抽穗后7～28 d 时的叶片MDA 含量较单施锐超麦显著减小，与郝红丹等[36]的研究结果一致。叶绿素含量反映了作物光合能力的大小及同化产物积累的多少，研究表明，活性氧与叶绿素含量相关，胁迫条件下活性氧攻击叶绿素四吡咯环导致卟啉大环裂解，加速了叶绿素的降解和含量的降低[37]。本研究表明，单施除草剂会导致糜子功能叶片叶绿素含量不同程度地下降，添加安全剂后能部分提高糜子功能叶片叶绿素含量，其中，除草剂锐超麦与两种安全剂混用后均能显著提高糜子叶片叶绿素含量，这与杨艳君等[38]的研究结果相近。可见，除草剂中添加安全剂芸苔素内酯或赤霉素可提高糜子叶片SOD活性并降低MDA 含量，缓解除草剂胁迫造成的膜脂过氧化作用，减小细胞膜系统的损伤，延缓糜子叶片叶绿素的分解，减轻了除草剂对糜子叶片光合作用及生长发育的抑制作用，最终促进了糜子地上生物量与产量的增加。其中600 g/hm2的阔世玛与0.015 g/hm2的芸苔素内酯混用、100 g/hm2的锐超麦与14.7 g/hm2的赤霉素混用的效果较好，在缓解除草剂药害的同时也能促进糜子的生长发育，提高糜子产量。