二甲戊灵对龙葵苗期主要生长发育和生理指标的影响

魏迎凤,张全成,查 慧,王小丽,王俊刚

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】龙葵(SolanumnigrumL.)是一年生草本茄科茄属植物,具有生长迅速,繁殖力强、生育期短、连续多实性等特点,广泛分布,一般多生长在田边、荒地以及村庄附近等肥沃的土壤中。二甲戊灵(pendimethal)是一种二硝基苯胺类土壤处理除草剂,其主要作用机理是微管的解聚,干扰有丝分裂纺锤体的形成和破坏有丝分裂周期[1,2]。该类除草剂对芽和根的伸长和发育有影响,会导致芽和根发育不良出现特有的尖端肿胀[3]。【前人研究进展】二甲戊灵主要用于防除棉花、甘蓝、谷子等地里的禾本科、阔叶类杂草和莎草,如稗草、牛筋草、马唐、苋、龙葵、苘麻、马齿苋等[4,5]。棉田在播种前使用土壤封闭剂来防除棉田杂草[6]。南北疆棉田杂草种类存在明显差异[7-9],近年来以龙葵为首的阔叶类已上升为为新疆北疆棉区的优势杂草[10-13],影响了棉花的产量、降低了棉花的品质[5,14],且对其他作物的危害也持续加重。【本研究切入点】目前,二甲戊灵多用于田间杂草的防效研究,对植物受到二甲戊灵后其体内生物量的具体变化还没有详细的分析和比较。需研究喷施二甲戊灵对龙葵苗期主要生长发育及其生理指标的影响。【拟解决的关键问题】采用温室盆栽法,喷施不同浓度(0、300、600、900、1 200、1 500 g.a.i/hm2)二甲戊灵,分析二甲戊灵对龙葵的生长发育和生理指标及其对龙葵的影响,为龙葵防治新技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 龙葵种子

龙葵种子采集于石河子大学教学实验场三连,将采集到的成熟种子放入自封袋内,拿回实验室置于纱网中,在流水下揉搓清洗至果肉果皮与种子分离,将种子置于室温条件下自然风干,挑选籽粒饱满、大小一致的种子置于4℃冰箱中进行保存,供后期试验使用。

1.1.2 供试药品

98%二甲戊灵原药(上海源叶生物科技有限公司),盐酸(HCl),乙醇、丙酮试剂均为分析纯。

1.1.3 供试仪器

电热恒温水浴锅(北京长安科学仪器厂);THERMO Varioskan Flash 全波长多功能酶标仪3001(上海继圣医疗器械有限公司);LI-3100C台式叶面积仪(北京力高泰科技有限公司北京力);电子数显卡尺(上海诺漾精密模具有限公司);SPX-250I-G型光照培养箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂);BAS124S电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司);日立CT15RE台式微量冷冻离心机(上海妙生科技有限公司);LQP-B-4型制冰机(上海安亭科学仪器厂)。

1.2 方 法

1.2.1 种子处理及幼苗培养

室温条件下将龙葵种子浸泡在200 mg/L赤霉素溶液中20 min以打破休眠[15]。在培养皿中铺一层直径为9 cm滤纸,后将打破休眠的种子放在滤纸上,每个培养皿中10粒龙葵种子,每处理重复3次。培养皿用保鲜薄膜包裹好,防止皿内的水分蒸发,且定期给培养皿中加入水以保持湿润。放入培养箱中进行催芽培养,设置培养条件为26℃光照、黑暗交替12 h,光照强度为10 000 lx,相对湿度50%。

将未施用过二甲戊灵除草剂的土壤与蛭石按3∶1混合均匀,将混合好的土装在塑料花盆中(直径23 cm,高17 cm),采用室内盆栽法培养,第1次用清水将土壤浇透,确保塑料花盆不积水。在每个托盘底部加水,使塑料花盆中的土壤达到饱和湿润状态。将催芽露白(约5 mm)的15粒龙葵种子均匀点播在土壤表面,后均匀覆上细土。

1.2.2 试验设计

采用室内盆栽法,按照田间推荐剂量,并根据等差稀释法在预试验的基础上将二甲戊灵配成以下5个浓度:300、600、900、1 200、1 500 g.a.i./hm2,待土壤完全湿润后放置24 h,喷施不同浓度的二甲戊灵药液,施药后置于室内培养(室内条件:白天26℃,晚上15℃)。以清水做对照,每处理3次重复。将塑料花盆置于托盘中,定期加入足够的水,保证塑料盆中土壤达到饱和湿润状态。在施药后5、10、15、20、25、30 d试验,测定相应的生物量及生理特性指标。

1.2.3 测定指标

在施药后不同时间随机调查10株龙葵,用电子数显卡尺测量株高、茎粗;用叶面积仪测量叶面积;用万分之一天平测量地上部分鲜重;用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量、用蒽酮比色法测定可溶性糖含量、用丙酮法测定叶绿素含量[16]。

1.3 数据处理

使用Excel 2010软件处理数据及作图,使用SPSS20.0软件进行方差分析并用Duncan’s新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 二甲戊灵对龙葵株高的影响

研究表明,二甲戊灵对龙葵株高有一定的抑制作用,且浓度越高对其抑制作用越强,各处理龙葵株高相比于对照均存在显著差异。当二甲戊灵浓度为300 g.a.i/hm2时,龙葵株高与其它浓度之间存在显著差异(P<0.05),而浓度≥600 g.a.i/hm2时,龙葵株高之间存在差异,但不显著(P>0.05)。在药后5 d浓度为1 500 g.a.i/hm2时株高最小为0.97 cm,相对于对照减少了79.23%。在药后30 d浓度为300 g.a.i/hm2时龙葵株高高于其他浓度处理下的株高为5.54 cm,相对于对照减少了72.48%。在施药期间,对照的龙葵株高增加了15.46 cm, 而二甲戊灵浓度为600 g.a.i/hm2时龙葵株高受到极大的抑制,株高仅增加了0.74 cm。随着施药时间的延长,其抑制作用越明显,在施药15 d后龙葵株高基本停止增长,且浓度为1 500 g.a.i/hm2时对龙葵株高抑制最强。表1

表1 不同浓度二甲戊灵下龙葵株高变化

2.2 二甲戊灵对龙葵茎粗的影响

研究表明,二甲戊灵会使龙葵茎粗出现膨大增粗现象,不同浓度对龙葵茎粗存在不同程度的影响,各处理组的龙葵茎粗相比于对照均存在显著差异。施药后5～15 d,各处理组茎粗均大于对照,且相比于对照存在显著差异(P<0.05)。在施药5 d时,对照龙葵茎粗最小为0.05 cm。龙葵施药后15～30 d,随着龙葵的正常生长各处理组的茎粗基本停止增长,且对照龙葵茎粗明显高于各处理组,存在显著差异(P<0.05),但各浓度之间差异不显著(P>0.05),二甲戊灵浓度为300 g.a.i/hm2时龙葵茎的横向生长严重受到抑制,茎粗并未发生变化。二甲戊灵在使用前期对龙葵茎的横向生长影响最大。图1,表2

注:A为施药后5 d龙葵的长势情况;B为施药后10 d龙葵的长势情况;C为施药后15 d龙葵的长势情况;D为施药后20 d龙葵的长势情况;E为施药后25 d龙葵的长势情况;F为施药后30 d龙葵的长势情况

表2 不同浓度二甲戊灵下龙葵茎粗变化

2.3 二甲戊灵对龙葵地上部分鲜重的影响

研究表明,二甲戊灵会使龙葵地上部分鲜重相对降低,且随浓度增高其降低程度越明显,各处理组的龙葵地上部分鲜重相比于对照均存在显著差异(P<0.05),其中,二甲戊灵浓度为1 500 g.a.i/hm2时,对龙葵地上部分鲜重影响最明显。当浓度≥900 g.a.i/hm2时,各浓度之间地上部分鲜重无显著差异(P>0.05),施药后5 d浓度为1 500 g.a.i/hm2时地上部分鲜重最小为0.13 g,相比于对照减少了50.00%。药后20～30 d时二甲戊灵对龙葵地上部分鲜重的影响很大,尤其是第25～30 d对龙葵地上部分鲜重影响最大。表3

表3 不同浓度二甲戊灵下龙葵地上部分鲜重变化

2.4 二甲戊灵对龙葵叶面积的影响

研究表明,二甲戊灵对龙葵叶面积有抑制作用,且浓度越高对其抑制作用越强,各处理组的龙葵叶面积相比于对照均存在显著差异。在施药后15～30 d时,经二甲戊灵处理的龙葵叶面积基本停止增长,且各浓度之间叶面积差异不显著(P>0.05),其中二甲戊灵浓度为1 200 g.a.i/hm2时对龙葵叶面积抑制作用最明显,叶面积仅增加了0.11 cm2(对照叶面积增加了0.57 cm2)。在施药15 d之后龙葵叶面积基本停止生长。浓度为1 200 g.a.i/hm2时对龙葵叶面积抑制最强,在施药5 d后时龙葵叶面积最小为0.12 cm2,相比于对照减少了35.29%。在施药15 d之后龙葵叶面积基本停止生长。表4

表4 不同浓度二甲戊灵下龙葵叶面积变化

喷施不同浓度二甲戊灵后,随着时间的延长和药剂浓度的增长,龙葵形态指标发生明显变化,整体上出现株高变矮、茎秆变粗、叶面积变小、次生根生长受抑制。不同浓度的二甲戊灵均对龙葵的株高、茎粗、叶面积、叶片鲜重存在不同程度的影响,随着二甲戊灵药剂剂量的升高整体呈现出下降趋势,且在药剂处理15 d后龙葵基本停止生长并伴随着倒伏现象。图1,表4

2.5 二甲戊灵对龙葵叶绿素含量的影响

研究表明,二甲戊灵处理后会使龙葵叶绿素含量呈现出递减趋势,在不同时间段浓度为1 500 g.a.i/hm2时对龙葵叶绿素含量影响最严重;随着时间的推移叶绿素含量也出现大幅度下降,第30 d各浓度叶绿素含量相较于其他时间点都是最低的。对照龙葵中的叶绿素含量呈现出先增加后下降趋势,在施药后15 d达到最大3.74 mg/g,第10 d次之为3.60 mg/g。二甲戊灵处理的龙葵叶绿素含量均呈现不同程度的降低,第5～10 d尤其明显,出现大幅度下降。当浓度≥900 g.a.i/hm2时,龙葵叶绿素含量之间存在差异,但不显著(P>0.05)。施药后10和20 d时,二甲戊灵对龙葵叶绿素含量影响不明显,随二甲戊灵浓度的增加而减少,且均低于对照(P<0.05)。在施药后25 d和30 d浓度分别为1 200和1 500 g.a.i/hm2时,龙葵叶绿素含量均最小为0.62 mg/g,与对照分别减少了67.02%和62.87%。图2

注:2-1为二甲戊灵对龙葵叶绿素含量的影响;2-2为二甲戊灵对龙葵可溶性糖含量的影响;2-3为二甲戊灵对龙葵可溶性蛋白含量的影响。图中数值0、300、600、900、1 200、1 500分别表示喷施二甲戊灵浓度为0、300、600、900、1 200、1 500 g.a.i./hm2,小写字母表示在0.05水平下差异显著。

2.6 二甲戊灵对龙葵可溶性糖含量的影响

研究表明,二甲戊灵处理后龙葵可溶性糖含量均呈现出递减趋势,且随着药剂浓度的增加可溶性糖含量出现大幅度下降,在不同时间段二甲戊灵浓度为1 500 g.a.i/hm2时对龙葵可溶性糖含量影响最严重,第30 d各浓度可溶性糖含量相较于其他时间点都是最低的。对照龙葵的可溶性糖含量呈现出先增加后下降趋势,在施药后10 d达到最大为17.72 mg/g。二甲戊灵处理的龙葵可溶性糖含量均呈现不同程度的降低,且随着浓度增大降低越明显。除二甲戊灵浓度为1 500 g.a.i/hm2时,其他各浓度之间可溶性糖含量虽存在差异,但不显著(P>0.05)。用药5～10 d时二甲戊灵浓度对龙葵可溶性糖含量的影响很大。在药后30 d浓度为1 500 g.a.i/hm2时,龙葵可溶性糖含量最小为3.12 mg/g,与对照相比减少了71.48%。图2

2.7 二甲戊灵对龙葵可溶性蛋白的影响

研究表明,在二甲戊灵处理后龙葵中的可溶性蛋白含量呈现出递减趋势,且随着二甲戊灵浓度的增加下降趋势越大,在第30 d各处理组可溶性蛋白含量相较于其他时间点都是最低的。对照龙葵中的可溶性蛋白含量呈现出先增加后下降趋势,在药后10 d达到最大为0.31 mg/g,第15 d次之为0.28 mg/g。当浓度≥1 200 a.i/hm2时,龙葵可溶性蛋白含量之间存在差异,但不显著(P>0.05)。在药后5 d浓度为300 g.a.i/hm2时,龙葵可溶性蛋白含量最大为0.20 mg/g,与对照相比减少了13.04%。在药后30 d浓度为1 500 g.a.i/hm2时,龙葵可溶性蛋白含量最小为0.06 mg/g,与对照相比减少了45.45%。图2

3 讨 论

植物在受到外界不利环境胁迫时直接以生长受抑表现出来[17]。除草剂处理后会对植物的株高、叶面积等形态指标产生不同程度的影响[18]。植物的鲜重是区分其长势的一个重要指标,植物鲜重越大,植株长的越好,受药害的影响越小,相反当药害大面积发生时会对植株鲜重的增加产生抑制作用[17,19]。二甲戊灵会抑制分生组织细胞的正常分裂,但不影响种子的萌发,进一步会造成植株畸形、矮小粗壮,最终导致其死亡[20]。张少逸等[21]研究发现,二甲戊灵对刺萼龙葵株高的抑制作用较强,用药后5 d最高剂量抑制率高达84.6%,施药后30 d抑制作用仍较强。刘韶光[22]研究发现,谷子的株高、叶面积、鲜重均随二甲戊灵剂量升高呈下降趋势。试验结果显示,不同剂量的二甲戊灵对龙葵的株高、茎粗、叶面积、叶片鲜重有不同程度的影响。随喷施二甲戊灵剂量升高整体呈下降趋势,当浓度为1 500 g.a.i/hm2时对龙葵形态指标影响最严重。二甲戊灵处理后对龙葵的株高、叶面积、叶片鲜重均存在着一定的抑制作用;随着生育期的推进,施药时间的延长,各处理的龙葵株高、叶面积、地上部分鲜重在施药后30 d时相比于对照分别减少了89.97%、77.14%、95.33%;施药15 d之后龙葵株高、叶面积基本停止增长。二甲戊灵处理的前15 d龙葵茎秆相比对照明显加粗,随着植株的正常生长后期处理组的龙葵茎粗基本停止增长,且对照植株茎粗明显高于各处理组约为0.25 cm。

可溶性糖作为植物体内重要的能源物质,在维持植物蛋白质稳定方面起着重要作用[23]。可溶性蛋白参与植物生理生化代谢的调控,与植物抗病性、抗逆性密切相关并且是植物体内一种重要的生理生化指标[24]。叶绿素作为光合作用的物质基础,在吸收、转化和传递光能等方面起着巨大作用[25],植物体内叶绿素含量的高低可以有效地反映出该植物的光合作用强弱[26]。彭俊等[27]研究发现,在除草剂的作用下,随着处理浓度的升高,叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白活性均呈现下降趋势。朱诗禹等[28]研究发现大豆叶片叶绿素含量随药剂浓度的增加而降低。试验结果显示,随着二甲戊灵浓度的增加可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素含量均出现大幅度下降。随着生育期的推进,施药时间的延长,在第30 d时浓度为1 500 g.a.i/hm2可溶性糖可溶性蛋白、叶绿素含量达到最小值分别为3.12、0.06、0.62 mg/g。与钱兰娟等[29]研究结果一致。试验中二甲戊灵的相关测定为温室盆栽试验,但药剂在田间的使用效果,有待于进一步验证。

4 结 论

喷施不同剂量药剂在不同时间段内都会对龙葵的生物量和生理特性出现一定的影响,其中在处理第30 d时龙葵株高、叶面积、地上部分鲜重最小,分别为2.02 cm、0.32 cm2、0.47 g。在处理前15 d时茎粗相比对照明显增粗,随着龙葵后期的生长对照茎粗明显高于各处理。与对照相比,可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素含量在第30 d时达到最小值3.12、0.06、0.62 mg/g,且分别减少了7.82、0.05、1.05 mg/g。经二甲戊灵处理后龙葵形态指标会出现矮小粗壮、叶面积及叶片鲜重降低;生理方面会出现可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素显著下降。