除草剂对花生生理特性的影响

蒋春艳，洪鹏翔，张双照，李春维，周美玲，李建彬，江巍

（1龙岩市农业科学研究所，福建龙岩 364000；2福建农林大学植物保护学院，福州 350002）

0 引言

除草剂是所有农药中的一个重要的组成成分，施用除草剂可使粮食增产10%以上，国际上常将除草剂在农药中所占的比例作为衡量国家农药市场的一个重要标准[1]。除了防控杂草的危害，除草剂在一定程度上也会影响农作物的生长，往往会出现农作物生理及生长不正常的现象，如叶片褪绿、植株矮化等，这也是广泛意义上的除草剂药害[2]。在花生生产中，农民缺乏除草剂使用知识和经验，为了尽早看到药效，经常用药过量，从而更容易导致除草剂药害的发生[3]，一般情况下对花生的产量和品质影响不大；但药害严重且不可恢复时对花生产量影响较大，甚至会造成绝产[4]。

作物出现除草剂药害后，往往会影响某些生理指标发生一系列变化，如酶活性和丙二醛含量等。磺酰脲类、咪唑啉酮类、三唑嘧啶磺酰胺、嘧啶醚类等除草剂作用靶标为乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase，ALS)，在植物体内主要催化亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸生物合成的第一阶段[5]，ALS活性受抑制后，植物体内支链氨基酸合成受阻，进而影响蛋白质合成，造成植物细胞分裂与生长停滞[6]。过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)是生物体内重要的保护酶，POD 存在于动植物体的细胞中，是一类以电子受体为过氧化氢的氧化还原酶，可以通过消除毒性物质和过氧化氢对细胞起到保护的作用[7]。CAT 是一种重要的机体保护酶，在生物演化的过程中可通过催化细胞内过氧化氢的分解而防止其过氧化，从而起到防御作用[7]。MDA是膜脂过氧化过程中的分解产物，表示膜脂过氧化程度和对逆境的反应，MDA含量越高损伤越大[8]。范志金等[9]研究了单嘧磺隆对玉米ALS 酶活性的影响，表明低浓度的单嘧磺隆对ALS酶无抑制作用，高浓度则具有抑制作用；杨涛等[10]研究了乐果胁迫对菠菜叶片中CAT、POD 活性影响，结果显示喷施乐果能够增加菠菜叶片中CAT、POD活性；张清智等[8]研究了氰戊菊酯胁迫对小白菜抗氧化酶活性的影响，结果显示施用不同浓度氰戊菊酯时小白菜体内过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性明显受到抑制，MDA含量显著增加，且存在一定的剂量效应关系；侯文焕等[11]研究了除草剂残留对菜用黄麻幼苗生理特性的影响，表明喷施不同浓度除草剂后，2 个菜用黄麻品种幼苗叶片的MDA含量、POD和CAT活性均高于对照；王雅情等[12]研究了除草剂使它隆不同兑水量对谷子生理生化指标的影响，使它隆处理初期谷子叶片的POD和CAT活性呈先升高后降低趋势，且均高于对照；王玉琴等[13]研究了“清橐1 号”复配除草剂防除黄帚橐吾生理特性，结果显示随着施药时间的推移，MDA 含量显著增加，抗氧化酶活性均呈先升高后降低趋势。钱兰娟等[14]研究表明，炔草酯可提高小麦幼苗期叶片的MDA 含量及POD 活性；丁超等[15]研究表明3 种除草剂均可使高粱的POD活性以及MDA含量升高；王正贵等[16]研究了5种常用除草剂对小麦生理生化特性的影响，结果表明POD和CAT活性表现为先升高后降低的趋势；叶亚新等[17]研究了除草剂对萝卜幼苗逆境生理指标的影响，结果显示随着除草剂浓度升高和胁迫时间的延长，萝卜幼苗MDA含量和POD活性都先上升后下降。

为了解施用除草剂出现药害症状后是否会对花生植株生理特性产生影响，本研究测定了施用丁草胺和草甘膦异丙胺盐后花生体内ALS、CAT和POD的活性和MDA的含量，对其变化情况进行了研究，并探讨除草剂与花生之间相互作用机理，旨在为寻找此类除草剂药害修复方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料所选花生品种为‘龙花172’（龙岩市农业科学研究所选育），试验于龙岩市农业科学研究所植保室大棚内进行，播种前土壤未喷施任何药剂，棚内温度白天(28±2)℃、夜间(22±2)℃，相对湿度75%±5%，在花生3片复叶时进行除草剂喷雾处理。

1.1.2 供试药剂及试剂50%丁草胺乳油（杭州颖泰生物科技有限公司），41%草甘膦异丙胺盐（江苏好收成韦恩农化股份有限公司），ALS、CAT、POD试剂盒（北京冬歌博业生物科技有限公司）和MDA试剂盒（苏州科铭生物技术有限公司），均采购于正规销售代理公司。

1.1.3 试验仪器EPOCH2 型酶标定量测定仪（美国伯腾仪器有限公司），F570型超低温冰箱（德国艾本德有限公司），scientz-IID 型超声波细胞破碎器（新芝公司），AF103AS型制冰机（斯科茨曼制冰系统（上海）有限公司），TGL-16gR 型高速冷冻离心机（上海安亭科学仪器厂），UPT-II-20T 型超纯水系统（上海优普公司），UV-5200 型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）。

1.2 试验方法

2 种除草剂均设置5 个浓度（编号为浓度1～浓度5），丁草胺乳油分别为2.55、5.10、10.20、20.40、40.80 L/hm2，草甘膦异丙胺盐水剂分别为3.00、6.00、12.00、24.00、48.00 mL/hm2，兑水至750 L/hm2，于花生3 片复叶时茎叶喷雾，以清水喷雾的植株作为对照。药后5、10、15、20 d分别拔出植株进行酶（ALS、CAT和POD）活性和MDA含量测定，测定方法步骤按照试剂盒使用说明进行。

1.3 数据处理

采用Excel 2007 对试验结果进行数据统计，以平均值±标准误差表示；使用DPS 数据处理系统进行方差分析和Tukey 法多重比较进行差异显著性分析，利用Excel 2007和WPS做图。

2 结果与分析

2.1 2种除草剂对花生ALS活性影响

由图1 可得出，2 种除草剂各浓度处理花生植株后，20 d 内ALS 活性出现先升高后降低的趋势，同一浓度在不同时间测得的ALS活性差异显著，20 d时活性达最低值，与对照一致。从图1A中可见，使用丁草胺各浓度处理后，浓度4 和浓度5 处理后5 d ALS 活性(395.87、399.10 U/L)和10 d ALS 活性(474.52、480.19 U/L)都显著高于对照，浓度5 处理活性高于浓度4 处理，15 d 时ALS 活性下降，分别为444.52、440.48 U/L，浓度5 处理活性低于浓度4 处理，显著低于对照(534.73 U/L)，到处理20 d时还是显著低于对照(P＜0.05)；其余各浓度处理对花生ALS 活性基本没有影响，与对照差异不显著或略低于对照。

图1 除草剂处理后花生植株ALS活性变化

使用草甘膦异丙胺盐各浓度处理后10 d 内，浓度3、浓度4和浓度5的ALS活性显著高于对照，与对照相比15 d时出现下降趋势且显著低于对照(534.73 U/L)，分别为494.76、449.38、459.92 U/L，20 d时ALS活性出现上升接近对照(237.35 U/L)，分别为230.13、222.90、213.29 U/L；20 d 内浓度1 处理与对照始终保持一致，差异不显著，浓度2 出现小幅波动，先升高再降低，到15和20 d时与对照无显著差异（图1B）。

2.2 2种除草剂对花生CAT活性影响

如图2 所示，20 d 内CAT 活性总的变化规律为先升高后降低，同一浓度在不同时间测得的CAT活性与对照变化规律一致，5 d 为CAT 活性最低值，15 d 活性达最高值。从图2A可得出，丁草胺对花生植株的CAT活性影响不大，各浓度处理后10 d内与对照保持一致，差异不显著；所有浓度处理15 d后CAT活性值与对照相比都出现下降，除浓度5处理显著低于对照外，其余处理与对照差异不显著；20 d时所有浓度处理CAT活性值接近对照，浓度5 处理(41.86 U/L)显著高于对照(36.97 U/L)，其余处理与对照保持一致。

图2 除草剂处理后花生植株CAT活性变化

草甘膦异丙胺盐对花生植株的CAT 活性影响见图2B，浓度5在20 d内CAT活性（分别为29.83、41.29、54.17、43.68 U/L）始终高于对照（分别为27.75、37.44、51.24、36.97 U/L）；浓度4 在处理5 d 后与对照差异不显著，10 d后出现上升，一直持续到20 d都显著高于对照；浓度1、浓度2和浓度3在处理后5 d与对照持平或低于对照，10 d 开始与对照相比处于下降直到20 d 才恢复至对照，与对照无显著差异或高于对照。

2.3 2种除草剂对花生POD活性影响

2 种除草剂处理花生植株后20 d 内，POD 活性总体变化规律为先升高再降低，15 d达最高（图3），与对照变化趋势保持一致。从图3A可得出，除草剂丁草胺处理花生植株后，浓度4和浓度5在处理5 d时POD活性显著低于对照，10 d 时与对照一致，15～20 d 时与对照相比显著升高；其余浓度处理15 d 后与对照持平，20 d 时相比对照POD 活性出现上升，显著高于对照(P＜0.05)。

图3 除草剂处理后花生植株POD活性变化

草甘膦异丙胺盐处理花生后POD 活性变化如图3B。处理10 d后，除浓度1处理与对照一致外，其余浓度处理POD 活性值都低于对照；处理15 d 后，所有浓度处理POD 活性都升高达到20 d 内最大值，分别为255.57、253.81、245.02、269.63、265.76 U/L，且显著高于对照的237.77 U/L；处理20 d后，各处理POD活性值下降，浓度1和浓度2处理POD活性(218.32、224.63 U/L)显著高于对照(210.92 U/L)，浓度3、浓度4 和浓度5 处理低于对照，但差异不显著。

2.4 2种除草剂对花生MDA含量影响

MDA是膜脂过氧化的主要产物之一，其含量可作为植物受到胁迫时的标记物。由图4A可知，使用丁草胺可引起花生植株MDA含量增加，各浓度在处理20 d后均高于对照，不同浓度处理在相同天数时随着浓度的增加MDA 含量升高。药后5 d，除浓度1 处理和浓度2处理MDA含量与对照差异不显著外，其余浓度处理显著高于对照(P＜0.05)，其中浓度5 处理MDA 含量为对照组的1.42 倍；各浓度处理20 d 后MDA 含量有所下降，仍显著高于对照（除浓度1处理外）。

图4 除草剂处理后花生植株MDA含量变化

如图4B 所示，草甘膦异丙胺盐处理花生后MDA含量呈波动性变化，所有浓度处理10 d 内MDA 含量都高于对照，在10 d时上升到最大值，浓度4、5处理分别为393.28、397.58 nmol(g·FW)，显著高于对照(P＜0.05)，随后下降，药后15 d 时浓度4、5 降至对照水平，其余处理显著低于对照，药后20 d 浓度4、5 继续下降达最低值，其余浓度处理与对照保持一致。喷药相同天数时，浓度1、2、3处理间差异不显著，处理10 d内与对照持平，浓度4、5 显著高于对照。丁草胺和草甘膦异丙胺盐处理浓度相同时，随处理后天数增加出现先升高后降低的趋势，基本与对照一致。结果显示，花生MDA含量的变化不仅受浓度的影响，除草剂种类也对其产生影响，同一种除草剂高浓度对花生MDA 含量影响较大。

3 结论

常用除草剂丁草胺和草甘膦异丙胺盐对花生植株生长方面存在不同程度的影响。测定2种除草剂不同浓度处理后花生体内的乙酰乳酸合成酶(ALS)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性以及丙二醛(MDA)含量，结果表明处理浓度对花生植株影响呈正相关，高浓度处理对花生的生长胁迫作用最明显。与对照处理相比，2种除草剂浓度4和5处理后ALS活性先升高后降低；丁草胺浓度5 处理15 d 时CAT 活性显著低于对照，而后有所上升，甘膦异丙胺盐浓度5在处理20 d 内CAT 活性均显著高于对照；丁草胺浓度4 和5处理花生植株后，POD活性先降低后升高，草甘膦异丙胺盐各浓度处理后POD 活性先升高后降低，处理15 d时达最大值；丁草胺处理后MDA含量20 d内均高于对照，草甘膦异丙胺盐处理后MDA 含量先升高后降低。由此分析得出花生植株受到除草剂胁迫时做出了不同防御响应，以维持植株正常生理功能。

4 讨论

使用除草剂给作物带来了不适宜的生长环境[18]。植物体内靶标酶、保护酶活性和丙二醛含量等在逆境胁迫下会发生相应变化，目前已把这种变化量作为评价逆境伤害程度和植物适应性的指标而广泛应用。相关研究表明，在除草剂胁迫下植物体内乙酰乳酸合成酶(ALS)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性以及丙二醛(MDA)含量等会发生相应变化来应对胁迫[19-20]。乙酰乳酸合成酶(ALS)的活性受到抑制时，干扰生理代谢，破坏蛋白质合成，使植物细胞有丝分裂停止，造成生长停滞，最终导致植株死亡[21]。在逆境的胁迫下，一些植物能够激活体内的抗氧化防卫系统，清除受到逆境胁迫而产生的自由基和过氧化物，防止膜脂过氧化，为了保护自身，植物在进化过程中形成了一系列清除自由基的酶，这些酶被统称为抗氧化酶[4]，过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)属于已知的抗氧化酶[22]。植物在遭受逆境胁迫时，首先是植物的细胞膜遭到破坏[13]，会产生丙二醛(MDA)与活性氧发生过氧化反应来保护细胞膜[13]，MDA 含量越高，其产生的活性氧自由基越多，膜脂过氧化反应越大，对细胞膜的伤害越大[23]。

高剂量的除草剂使用后会对当茬及后茬作物造成明显药害，同时也会对其生理生化指标产生明显影响[24]。本试验中，药剂处理花生后，低浓度对花生植株ALS 活性基本没有影响，处理后20 d 内与对照持平，这可能是植株可以通过自身调控使其达到平衡；高浓度处理（浓度4和浓度5）对花生植株的影响较大，处理后10 d内都处在ALS活性大幅升高的状态，这可能是植株受到高浓度除草剂的侵入使机体生理代谢平衡遭破坏，蛋白质不能正常合成，从而激发体内ALS合成，ALS活性迅速增加，来平衡生理代谢以减轻药物的侵害，到15 d时，由于植株吸收到大量除草剂生理代谢减弱，ALS 合成受阻导致活性下降，20 d 时ALS 活性上升，与对照差距缩小。使用丁草胺各浓度处理后，只对最高浓度5 处理的CAT 活性影响较大，能使其活性增加，这可能是除草剂浓度太高使其机体抵抗激烈，导致CAT活性始终处于一种高水平，以减轻药剂对它的伤害，其余处理浓度对植株还不足以达到促使此类酶活性发生较大变化，机体能正常运转；使用草甘膦异丙胺盐各浓度处理后，对花生都能产生一定的影响，植株受到低浓度草甘膦异丙胺盐侵入后，CAT活性受到抑制先出现下降，后能恢复正常生长使其活性能恢复至对照水平；高浓度5 处理使花生植株CAT 活性始终处于较高水平，说明植株启动免疫系统抵抗除草剂入侵导致正常生长的恢复能力弱。除草剂丁草胺处理花生植株后，浓度4 和浓度5 在处理5 d 时POD 活性降低，可能是受到大剂量药剂侵入后，机体还不能立刻产生有力的抵抗，使保护酶POD合成受阻，随着时间的增加，机体增强POD合成来抵抗除草剂的入侵，所以10 d时POD活性增强至对照水平，高浓度处理植株恢复能力较弱，使其20 d 时POD 活性还处于较高值；草甘膦异丙胺盐处理花生植株后，各浓度5 d时由于刚受到药剂入侵，POD 合成受阻低于对照，10 d 时高剂量处理仍然处于降低状态，处理15 d后开始恢复正常生长。喷施2种除草剂后，增加了花生植株体内的活性氧，导致MDA含量增加，促进了花生叶片膜脂过氧化作用。丁草胺各浓度处理MDA含量在20 d内始终维持在高于对照状态，说植株一直受到药剂的伤害，促使叶片MDA含量增加以保护花生植株不受丁草胺侵害[11]；草甘膦异丙胺盐浓度1、2、3 处理后对MDA 含量影响不是特别明显，浓度4、浓度5在处理后10 d内MDA含量一直处于高位，以保护植株不受除草剂伤害，处理15 d后出现下降，说明除草剂胁迫促进了细胞的膜脂过氧化作用，植株受到更进一步的伤害，MDA 含量无法增加，呈下降趋势。

喷施不同浓度丁草胺和草甘膦异丙胺盐对花生的ALS、CAT、POD 活性和MDA 含量都造成了不同程度的影响，高浓度处理短时间内很难恢复至对照水平。因此，合理使用除草剂对花生的安全生产至关重要，本研究对农作物安全生产具有一定的指导意义，至于除草剂对其产量方面的影响还有待进一步研究。