戴玲玲,邓海玲,强 胜,宋小玲,张瑞萍,夏爱萍
碧护对小麦异丙隆低温药害的缓解作用
戴玲玲1,邓海玲1,强 胜1,*宋小玲1,*张瑞萍2,3,夏爱萍3
(1.南京农业大学生命科学学院,江苏,南京 210095;2.江苏省爱佳福如土壤修复有限公司江苏省研究生工作站,江苏,南通 226300;3.北京成禾佳信农资贸易有限公司,北京 100025)
用异丙隆6000 g/hm2喷施9个对异丙隆耐药性不同的小麦品种,确定其低温药害程度。用3000 g/hm2和6000 g/hm2异丙隆处理对异丙隆低温药害最重的品种‘镇麦15’,并于处理前后1 d喷施碧护5000-10000倍液,测定低温条件下‘镇麦15’的生理指标。结果表明:异丙隆高度敏感小麦品种较耐药性小麦品种在低温胁迫下更容易出现低温药害。在低温胁迫下,异丙隆显著降低小麦地上生物量,并显著影响光合作用、细胞膜系统以及抗氧化系统。在异丙隆处理前后喷施碧护5000-7500倍液显著提高小麦地上生物量、最大光化学效率Fv/Fm、脯氨酸含量,显著降低相对电导率和丙二醛含量。综上,碧护在低温胁迫下能有效缓解小麦异丙隆低温药害。
小麦;异丙隆;低温药害;碧护
异丙隆(isoproturon)属取代脲类内吸收传导型土壤处理兼茎叶处理除草剂,药剂被杂草吸收后结合植株细胞中类囊体膜内侧的DI蛋白,阻碍光系统吸收短波红光,抑制杂草光合作用,导致脂质、蛋白和其他细胞成分的氧化损伤,阻碍有机物合成,使杂草叶片褪绿、发黄、枯死[1-2]。异丙隆是我国应用最广、施药量最大的麦田除草剂之一,对看麦娘(Sobol.)、野燕麦(L.)、早熟禾(L.)、菵草((Steud.) Fern.)、耿氏硬草((Ohwi) Tzvel.)等禾本科杂草和牛繁缕((L.) Scop.)、麦家公(L.)等阔叶杂草防除效果较好。但是施用异丙隆前后若遭遇低温会产生严重的药害,对小麦(L.)的产量和品质造成会严重影响[3-4]。2008年小麦越冬期前后江苏出现大面积小麦异丙隆“冻药害”,药害严重田块出现大量黄苗死苗现象[5]。2020年山东省聊城喷施异丙隆的小麦田块遭遇明显降温后出现一定程度的冻害,之后两轮强寒潮天气导致冻害进一步加重[6]。小麦经异丙隆处理后遭遇低温,其株高、干重、叶面积、最大根长以及根数都会受到明显抑制;PSⅡ遭到破坏,最大光化学效率Fv/Fm和实际光化学效率ΦPSⅡ显著下降;叶片细胞膜受损且胞液外渗,导致相对电导率值增大,抗氧化酶系统受到破坏,进而加重了异丙隆对小麦的伤害[7-8]。
0.136%浓度的赤·吲哚·芸苔可湿性粉剂(GA·IAA·BR WP,商品名“碧护”)是纯天然植物源生长调节剂,内含赤霉素、芸薹素内酯、吲哚乙酸、脱落酸、茉莉酮酸等8种天然植物内源激素和近20种氨基酸及抗逆诱导剂等[9]。碧护能增强作物抗逆性,提高作物的产量,目前已在多种农作物如小麦[10-11]、水稻(L.)[12]、大豆((L.) Merr.)[13]、以及经济作物如棉花(L.)[14]、花生(L.)[15]与果蔬如苹果(Mill.)[16-17]、葡萄(L.)[18-19]、马铃薯(L.)[20]、黄瓜(L.)[21]、番茄(L.)[22]等得到广泛应用。碧护能缓解低温胁迫对桃树(L.)、猕猴桃树(Planch.)、花椒(Maxim.)、草坪草等造成的伤害,提高其抗寒能力[23-24]。碧护还能减轻除草剂对作物产生的药害,如高粱((L.) Moench)使用碧护拌种可缓解前茬莠去津(atrazine)药害作用[25];在花生苗期喷施碧护可减轻二氯喹啉酸(quinclorac)药害,且有较好的增产作用[26]。此外碧护与除草剂混用能有效提高除草效果,如碧护与双草醚(bispyribac-sodium)或碧护与五氟磺草胺(penoxsulam)和二氯喹啉酸混合施用,不但能提高杂草防除效果,还能调节水稻生长,增强除草剂对水稻的安全性[27]。碧护与五氟磺草胺混用加重了无芒稗(var. mitis)的药害症状,提高了五氟磺草胺的药效[28]。碧护与氯氟吡啶酯(florpyrauxifen-benzyl)混用,对无芒稗光合作用及糖代谢和氮代谢的抑制加强,提高了氯氟吡啶酯对无芒稗的防除效果[29]。
本研究以9个对异丙隆敏感性不同的小麦品种为试验材料,测定低温下异丙隆的药害程度,初步分析小麦品种对异丙隆的耐药性与低温药害的关系,探究碧护缓解小麦异丙隆低温药害的效果,为异丙隆低温药害提供有效缓解措施,同时为推广碧护与异丙隆混用提供试验依据和理论基础。
供试小麦:前期通过整株生测法测定了供试小麦对异丙隆的敏感性差异,选用对异丙隆耐药性较强的‘瑞华218’、‘淮麦44’、‘明麦133’;敏感的‘谷神28’、‘伟隆302’;高度敏感的‘扬麦25’、‘镇麦15’、‘西农979’和‘百农365’为试验材料。在50%异丙隆可湿性粉剂推荐剂量(3000 g/hm2)的12倍(36000 g/hm2)下,耐药性较强的小麦品种鲜重抑制率为39.26% ~ 53.20%;敏感品种鲜重抑制率为62.45% ~ 68.57%;高度敏感品种为71.60% ~ 85.69%。挑选籽粒饱满均一的小麦种子,于25℃培养箱(黑暗)中进行催芽至露白,将露白的小麦种子均匀播种于装有营养土:蛭石=1:1的塑料盆钵(180 mm×151 mm)中,每盆50粒,表面覆土1 cm,保持土壤湿润,待小麦生长至2-4叶期进行施药处理。
供试药剂:50%异丙隆可湿性粉剂,江苏省快达农化股份有限公司;0.136%赤·吲乙·芸苔可湿性粉剂(碧护),北京成禾佳信农资贸易有限公司。
仪器:测定相对电导率的便捷式电导率仪(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司);测定最大光化学效率的植物效率仪(Handy-PEA, Hansatech公司,英国);光照培养箱(E-36HO, PERCIVAL公司,美国);测定吸光度的酶标仪(SpectraMax ID5,美谷分子仪器(上海)有限公司)。
1.2.1 低温药害程度测定
使用50%异丙隆可湿性粉剂6000 g/hm2(推荐剂量的2倍)对9种小麦均匀喷施,兑水量为1000 L/ hm2。施药前已进行反复练习,确保施药均匀。将供试小麦随机均匀排放在2 m2的空地上,采用0.8 L手持式喷雾器(市下牌,中国市下控股有限公司)均匀喷雾,喷雾压力约为0.2 MPa,使用独立的喷雾器,以防止相互干扰。试验在南京农业大学牌楼科研基地进行。于施药2 d后放入- 4℃培养箱中培养5 d,之后测量小麦地上生物量、相对电导率和最大光化学效率Fv/Fm,选择低温药害最严重小麦品种进行碧护缓解低温药害试验。
地上生物量测定:每处理随机选取10株小麦测定其地上部株高、鲜重和干重。株高测量为小麦根茎基部到顶部的距离,地上部干重在50℃烘箱中烘5 d后测定。
相对电导率测定:每处理随机取10株小麦的倒二叶叶片,分别称取0.1 g叶片,用去离子水洗净后剪成1.0 cm的小段置于10 mL离心管中,在室温条件下振荡24 h后,测外渗液电导值(L1),然后水浴煮沸30 min,重新放在摇床上24 h后测定外渗液电导值L2。
叶绿素荧光参数(Fv/Fm)测定:每处理取10株小麦的倒二叶片10 cm,并置于黑暗环境中暗适应30 min,用植物效率仪Handy-PEA进行测定。上述试验均重复4次。
1.2.2 碧护对小麦低温药害的缓解效果
选用异丙隆低温药害最严重的小麦品种,设置8个处理和1个对照,分别为清水对照、异丙隆推荐剂量、异丙隆推荐剂量+碧护5000倍、异丙隆推荐剂量+碧护7500倍、异丙隆推荐剂量+碧护10000倍、异丙隆2倍推荐剂量、异丙隆2倍推荐剂量+碧护5000倍、异丙隆2倍推荐剂量+碧护7500倍和异丙隆2倍推荐剂量+碧护10000倍。在喷施异丙隆前后1 d施用碧护,最后一次施药2 d后将麦苗置于低温(昼夜-4℃/-4℃)光照培养箱内培养,5 d后测定小麦地上生物量、相对电导率和最大光化学效率Fv/Fm、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量。
低温处理5 d后,每处理随机取10株小麦倒二叶叶片,称取剪碎混匀后叶片0.1 g用于实验。利用硫代巴比妥酸法(南京建成生物工程研究所丙二醛MDA测试盒,规格:50管/48样)测定小麦叶片MDA含量;采用南京建成超氧化物岐化酶(Superoxide Dismutase,SOD)试剂盒(规格:100管/96样;微量法)测定小麦叶片SOD活力;采用酸性茚三酮法(南京建成脯氨酸PRO测试盒,规格:50管/48样)测定小麦叶片PRO含量。地上部生物量、相对电导率和最大光化学效率Fv/Fm测定方法同1.2.1。上述试验均重复4次。
用Excel处理试验数据,并用SPSS25.0对数据进行统计分析,采用Duncan氏新复极差法进行方差分析和比较,数据为各重复的平均值。
2.1.1 对不同小麦品种地上生物量的影响
低温条件下,CK的9个小麦品种地上部鲜重和干重均无显著性差异;‘瑞华麦218’株高显著高于‘淮麦44’,但两者与其余小麦品种以及其余小麦品种间的株高均无显著性差异。不同小麦品种喷施异丙隆后在低温胁迫下的生长均受到影响,小麦的株高、鲜重和干重均呈现下降趋势(表1)。
异丙隆低温处理不同小麦品种间株高无显著性差异。与CK相比,对异丙隆耐药性较强‘瑞华麦218’‘淮麦44’和‘明麦133’的地上部鲜重抑制率为17.61% ~ 28.05%,干重抑制率为31.17% ~ 34.62%;对异丙隆敏感‘谷神28’和‘伟隆302’的地上部鲜重抑制率为43.73%和28.48%,干重抑制率为36.36%和30.56%;对异丙隆高度敏感的‘扬麦25’‘西农979’‘镇麦15’和‘百农365’的地上部鲜重抑制率为39.12% ~ 51.10%,干重抑制率为50.67% ~ 61.11%。对异丙隆耐药性较强‘瑞华麦218’‘淮麦44’和‘明麦133’地上部鲜重抑制率和干重抑制率显著低于‘西农979’‘镇麦15’‘扬麦25’和‘百农365’。结果说明对异丙隆耐药性较强小麦品种,其低温药害较轻。
表1 异丙隆低温胁迫下对9个不同小麦品种地上部生物量的影响
Table 1 Effect of isoproturon on aboveground biomass of 9 different wheat varieties at low temperature stress
注:同列不同小写字母表示经邓肯氏新复极差法检验差异显著(< 0.05),下同
2.1.2 对不同小麦品种相对电导率和最大光化学效率Fv/Fm的影响
低温条件CK的9个小麦品种相对电导率无显著性差异。异丙隆处理的小麦相对电导率与CK相比明显增大,其中‘瑞华麦218’、‘淮麦44’和‘明麦133’相对电导率增加了52.16% ~ 80.01%;‘谷神28’和‘伟隆302’相对电导率分别增加了75.47%和98.80%;‘扬麦25’、‘西农979’、‘镇麦15’和‘百农365’相对电导率增加了101.52% ~ 153.54%。且异丙隆处理后不同品种间相对电导率存在差异。其中‘镇麦15’和‘西农979’的相对电导率显著高于其他品种;‘瑞华麦218’、‘淮麦44’和‘明麦133’的相对电导率显著低于‘扬麦25’、‘西农979’、‘镇麦15’和‘百农365’(表2)。
低温条件CK的‘瑞华麦218’最大光化学效率Fv/Fm显著高于‘伟隆302’、‘扬麦25’、‘西农979’、‘镇麦15’、和‘百农365’,‘西农979’的最大光化学效率Fv/Fm与其他品种相比较低。异丙隆处理后9个小麦品种最大光化学效率Fv/Fm与CK相比均明显降低,其中‘瑞华麦218’、‘淮麦44’和‘明麦133’降低30.71% ~ 34.31%;‘谷神28’和‘伟隆302’分别降低37.61%和38.71%;‘扬麦25’、‘西农979’、‘镇麦15’和‘百农365’降低38.38% ~ 41.24%。
表2 异丙隆低温胁迫对9个不同小麦品种相对电导率和Fv/Fm的影响
Table 2 Effects of isoprolon on the relative conductivity and Fv/Fm of 9 different wheat varieties at low temperature stress
2.2.1 对小麦地上生物量的影响
选用异丙隆低温药害最明显的‘镇麦15’作为研究碧护缓解异丙隆低温药害对象,结果显示:低温胁迫下,‘镇麦15’叶面喷施3000 g/hm2和6000 g/hm2异丙隆与CK相比株高显著降低18.68%和19.01%,鲜重显著降低12.41%和36.52%,干重显著降低24.00%和50.67%。异丙隆两种剂量单用处理间株高无显著差异,但6000 g/hm2剂量下的鲜重及干重与3000 g/hm2剂量下相比均极显著降低27.53%和35.09%(表3)。
‘镇麦15’在异丙隆处理前后叶面喷施碧护,其株高、鲜重、干重与单用异丙隆相比均有提高,其中异丙隆3000 g/hm2+碧护5000 ~ 10000倍液处理后‘镇麦15’的株高与异丙隆3000 g/hm2单用相比显著增加了7.74% ~ 16.42%;异丙隆6000 g/hm2+碧护5000-7500倍液处理后‘镇麦15’的株高、鲜重、干重与异丙隆6000 g/hm2单用相比分别显著增加了6.20% ~ 7.35%、28.49% ~ 35.20%和48.65% ~ 54.05%。说明碧护能有效缓解异丙隆低温对小麦的抑制作用,且加入碧护5000-7500倍液下效果较好。
表3 ‘镇麦15’叶面喷施不同剂量异丙隆和碧护后在低温下的株高、鲜重和干重
Table 3 Plant height, fresh weight and dry weight at the low-temperature after foliar spraying of different doses of isoproturon and VitaCat® in ‘Zhenmai 15’
注:**表示‘镇麦15’叶面喷施相同稀释倍数碧护后,异丙隆两个剂量间的差异极显著(<0.01),下同
2.2.2 对小麦叶片生理指标的影响
低温胁迫施用异丙隆3000 g/hm2和6000 g/hm2后小麦的最大光化学效率Fv/Fm与CK相比显著降低13.70%和35.98%;相对电导率均显著提高94.65%和151.51%(表4);脯氨酸含量均显著降低37.96%和63.03%;丙二醛含量均显著提高58.71%和69.72%;超氧化物歧化酶含量均显著提高3.99%和15.96%(表5)。且‘镇麦15’的各生理指标在异丙隆两种剂量处理下均具有显著差异。
‘镇麦15’在异丙隆处理前后叶面喷施碧护,各生理指标与单用异丙隆相比均有差异,其中异丙隆3000 g/hm2+碧护5000-10000倍液处理后,与异丙隆3000 g/hm2单用相比,‘镇麦15’的相对电导率显著降低18.28% ~ 32.23%;丙二醛含量显著降低17.80% ~ 29.92%;脯氨酸含量显著提高16.60% ~ 24.34%。异丙隆3000 g/hm2+碧护5000-7500倍液处理后Fv/Fm显著提高3.23% ~ 7.33%;超氧化物歧化酶含量显著提高13.70% ~ 16.22%。异丙隆6000 g/hm2+碧护5000-10000倍液处理后,与异丙隆6000 g/hm2单用相比,‘镇麦15’的Fv/Fm显著提高13.26% ~ 27.96%;相对电导率显著降低12.71% ~ 22.71%;丙二醛含量显著降低13.33% ~ 29.99%;脯氨酸含量显著提高15.61% ~ 31.43%,但超氧化物歧化酶含量差异不显著。
综上所述,低温胁迫异丙隆剂量越高,小麦低温药害越严重;在异丙隆处理前后叶面喷施碧护5000-7500倍液可有效缓解异丙隆低温药害。
表4 ‘镇麦15’叶面喷施不同剂量异丙隆和碧护后在低温下的Fv/Fm和相对电导率的变化
Table 4 Fv/Fm and relative conductivity at the low-temperature after foliar spraying of different doses of isoproturon and VitaCat® in ‘Zhenmai 15’
表5 ‘镇麦15’叶面喷施不同剂量异丙隆和碧护后在低温下抗氧化酶的变化
Table 5 Antioxidant enzymes at the low-temperature after foliar spraying of different doses of isoproturon and VitaCat® in ‘Zhenmai 15’
有研究报道异丙隆低温药害的生理机制[30-31],但关于小麦品种耐药性与低温药害之间的关系未见报道。当植物遭受胁迫或者损伤时会导致细胞膜破裂胞液外渗,相对电导率增大[32-33],同时逆境环境会降低植物叶片的光合性能[34-35],PSⅡ的最大光化学效率会显著降低[36-38]。本研究选用9个对异丙隆耐药性存在差异的小麦品种作为研究对象,发现在低温条件下,施用异丙隆后各小麦品种生长均受到抑制,光合作用和细胞膜系统受到影响,表明异丙隆处理削弱了小麦的抗低温胁迫能力,这与前人研究的异丙隆会加重小麦低温药害的结果一致[30]。但本研究发现耐药性较强的品种生长受抑制程度与敏感品种相比较轻,Fv/Fm下降幅度低,相对电导率上升幅度小。说明对异丙隆高度敏感的小麦品种在低温胁迫下更容易出现低温药害。因此在生产实践中应该选育或培育耐异丙隆的小麦品种,可以有效避免异丙隆低温药害的发生。
李震[39]等研究发现碧护可以缓解低温对草坪草高羊茅()和多年生黑麦草()萌发及苗期的胁迫,提高草坪草的抗寒能力。李志军[24]等研究发现在梨初花期喷施碧护能显著提高幼果在遭遇低温胁迫时的抗寒能力。但目前对于碧护缓解除草剂低温药害还未见报道。本研究结果表明,低温胁迫在异丙隆处理前后叶面喷施碧护,可有效增加小麦地上部生物量和促进小麦生长;提高最大光化学效率Fv/Fm,减轻对PSⅡ的损伤;降低相对电导率,减轻小麦叶片细胞质膜系统的损伤;减少丙二醛的累积,有效缓解了膜脂氧化损伤;增加小麦体内超氧化物歧化酶的活性,减轻自由基对小麦的伤害,达到抵御异丙隆低温药害目的。已有研究表明外源物质脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)和抗坏血酸(ASA)对小麦异丙隆低温药害具有缓解作用,能有效提高小麦叶片光合速率和最大光化学效率,提高抗氧化酶活性,从而降低低温对小麦膜脂的过氧化损伤[30]。因此碧护能缓解异丙隆低温药害,可能与其含有8种天然植物内源激素有密切关系,但碧护缓解异丙隆低温药害的效果是否优于其他植物生长调节剂尚没有见到报道。
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MITIGATION OF ISOPROTURON AND LOW-TEMPERATURE DAMAGE BY VITACAT®IN WHEAT
DAI Ling-ling1, DENG Hai-ling1, QIANG Sheng1,*SONG Xiao-ling1,*ZHANG Rui-ping2,3, XIA Ai-ping3
(1. College of life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu 210095, China; 2. Jiangsu AgraForUm Soil Remediation Co., Ltd., Jiangsu Postgraduate Workstation, Nantong, Jiangsu 226300, China; 3. Beijing Plum Agrochemical Trading Co., Ltd., Beijing 100025, China)
Nine wheat varieties with different tolerance to isoproturon were sprayed with doses of 6000 g/hm2of isoproturonto determine the degree of low-temperature damage. ‘Zhenmai 15’ that showed the most severe low-temperature damage to isoproturon were treated with doses of 3000 g/hm2and 6000 g/hm2of isoproturon and sprayed with 5000-10000 times of VitaCat®1 d before and after the treatment, and the physiological indexes of ‘Zhenmai 15’ were determined at low-temperature. The results showed that the highly sensitive wheat varieties of isopropanon were more susceptible to low-temperature injury than the resistant wheat varieties under low temperature stress. Under low temperature stress, isoproturon significantly decreased aboveground biomass of wheat, and significantly affected photosynthesis, cell membrane system and antioxidant system of wheat. Aboveground biomass, maximum photochemical efficiency Fv/Fm, proline content of wheat were significantly increased and relative conductivity, malondialdehyde content of wheat were significantly reduced by spraying 5000-7500 times of VitaCat®before and after isoproturon treatment at low temperature. In conclusion, VitaCat®effectively alleviated the low temperature damage of isoproturon on wheat under low temperature stress.
wheat; isoproturon; low-temperature damage; VitaCat®
1674-8085(2023)05-0048-07
Q945.78
A
10.3969/j.issn.1674-8085.2023.05.008
2023-02-27;
2023-04-12
国家自然科学基金项目(32071656);校企合作项目(碧护对小麦田除草剂防除效果及调控小麦生长的作用研究)
*宋小玲(1969-),女,内蒙古乌盟人,教授,博士,博士生导师,国家教学成果一等奖和江苏省科技进步奖获得者,主要从事杂草生物生态学及管理研究(E-mail:sxl@njau.edu.cn);*张瑞萍(1981-),女,河北滦县人,高级农艺师,博士,主要从事药肥增效减量技术研究(E-mail:zhangrp2006@sina.com).