周　通,　陸文靜,　王　艷,　陳書強(qiáng)*,張淑華,　關(guān)世武,　王　翠

(1. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯水稻研究所,佳木斯　154026; 2. 黑龍江大學(xué),哈爾濱　150080)

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3種除草劑對寒地水稻的生理效應(yīng)研究

周通1,陸文靜1,王艷2,陳書強(qiáng)1*,張淑華1,關(guān)世武1,王翠1

(1. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯水稻研究所,佳木斯154026; 2. 黑龍江大學(xué),哈爾濱150080)

為了篩選出適宜在寒地粳稻本田使用的除草劑,采用田間小區(qū)試驗進(jìn)行了3種除草劑2個施用劑量對水稻生理指標(biāo)影響的試驗,結(jié)果表明:3種除草劑對水稻氮代謝、抗逆性、形態(tài)特征和產(chǎn)量構(gòu)成等影響各異,與清水對照比,30%莎稗磷EC顯著增加水稻前期MDA含量,并顯著降低水稻前期的NR活性、收獲期有效分蘗數(shù)、穗長和小穗數(shù);60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高劑量處理效果相近,均對水稻體內(nèi)的NR活性、MDA含量影響較小,但顯著增加了穗粒數(shù)和穗粒重。粳稻本田施用60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高劑量處理效果好于30%莎稗磷EC,與后者相比,施用60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高劑量可誘導(dǎo)植株的NR、GS、CAT活性顯著增加,而MDA含量顯著降低,這種效果一直延續(xù)到生長后期,使穗長、小穗數(shù)、穗粒重及稻谷產(chǎn)量均得到顯著增加。

水稻;莎稗磷;丁草胺;丙草胺;生理特征;產(chǎn)量構(gòu)成因素

施用除草劑是現(xiàn)代水稻生產(chǎn)上不可或缺的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。20世紀(jì)80年代開始大面積應(yīng)用除草劑以來,對勞動力的解放、雜草的控制、水稻種植面積的擴(kuò)大等起到了巨大的推動作用。但由于施用劑量、施用時期、環(huán)境條件的影響,除草劑經(jīng)常對水稻生長發(fā)育產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)[1-2]。在除草效果相同的條件下,不同除草劑種類對水稻的生長發(fā)育抑制作用各異[3],研究表明,異丙甲草胺[4]、乙草胺、二氯喹啉酸與吡嘧磺隆的復(fù)配劑[5]均可致水稻植株矮化;15%乙草胺可濕性粉劑(田草光)、18%芐·乙·甲可濕性粉劑(田草凈;其中乙草胺16%,芐嘧磺隆1.2%,甲磺隆0.8%)、15%芐·甲·乙可濕性粉劑(樂草隆;其中含14%乙草胺,0.8%芐嘧磺隆和0.2%甲磺隆)可導(dǎo)致水稻生長緩慢、無效分蘗增多,有效穗數(shù)減少、千粒重下降[3];苯噻草胺對水稻活性氧清除系統(tǒng)[6]、莎稗磷對葉綠素和根系活力[7]等生理生化性狀均可產(chǎn)生不同程度的抑制作用。因此在水稻本田除草劑的應(yīng)用上,篩選適宜的除草劑種類和劑量對水稻生產(chǎn)尤為重要。本試驗就寒地水稻生產(chǎn)上常用的3種除草劑對水稻的生長發(fā)育、代謝生理、產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響進(jìn)行了研究,旨在為寒地水稻除草劑的合理施用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗地點(diǎn)和材料

試驗地點(diǎn)設(shè)在哈爾濱市松北區(qū)萬寶鎮(zhèn),土壤有機(jī)質(zhì)含量28.2 g/kg,堿解氮(N)97 mg/kg,速效磷(P2O5)13 mg/kg,速效鉀(K2O)158 mg/kg,pH 6.58。選用3種除草劑,即60%丁草胺乳油(吉林金秋農(nóng)藥有限公司生產(chǎn))、30%莎稗磷乳油(吉林省長春市長雙農(nóng)藥有限公司生產(chǎn))和50%丙草胺乳油(江蘇華農(nóng)生物化學(xué)有限公司生產(chǎn)),試驗所用的水稻品種為‘東農(nóng)428號’。

1.2試驗設(shè)計與方法

采用田間小區(qū)試驗,共設(shè)7個處理:①60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2;②60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2;③30%莎稗磷EC 900 mL/hm2;④30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2;⑤50%丙草胺EC 900 mL/hm2;⑥50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2;⑦清水對照(CK)。每處理3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積15 m2,小區(qū)采用PVC塑料擋板隔水。泡田后,各小區(qū)均施等量的N 80 kg/hm2,P2O560 kg/hm2,K2O 75 kg/hm2, 在插秧后10 d和40 d各追施N 60 kg/hm2,其中氮肥用硫銨(含N 21%),磷肥用磷酸一銨(含N 11%,P2O547%),鉀肥用硫酸鉀(含K2O 50%)。除草劑的施用采用噴霧法,即按上述處理每公頃兌水450 L,用山東衛(wèi)士儲壓型噴霧器,圓錐噴頭,手動甩噴,操作壓力0.2～0.4 MPa,第1次施藥在插秧前5 d,水層3～5 cm,之后保持水層自然沉降,第2次施藥在插秧后10 d,施藥后保持3～5 cm水層5～7 d,10 d內(nèi)稻田落干時應(yīng)立即補(bǔ)水,勿使水層淹沒稻苗心葉。

1.3測定項目

氮代謝相關(guān)酶活性測定:在施藥后5 d開始測定植株地上部硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性,其中NR活性采用離體法[8],其活性由單位鮮重植物體內(nèi)該酶在單位時間內(nèi)催化硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的量表示;GS酶粗提液的提取參照文獻(xiàn)[9],GS活性測定采用南京建成生物工程研究所提供的50T試劑盒法,其活性由酶活性單位表示,即一個酶活性單位是每mg該酶在37 ℃下每小時催化谷氨酰胺和羥胺生成1 μmol 的γ-谷氨酰氧肟酸。

抗性相關(guān)指標(biāo):在施藥后5 d開始測定植株地上部的丙二醛(MDA)含量、過氧化氫酶(CAT)活性,其中MDA含量的測定參照文獻(xiàn)[8],其含量由單位植株鮮重中MDA的微摩爾數(shù)表示;CAT活性測定采用紫外比色法[10],其活性用每克鮮重植物樣品1 min內(nèi)分解H2O2的毫克數(shù)表示。

產(chǎn)量及構(gòu)成因素:在小區(qū)不同區(qū)域隨機(jī)選取10穴,在網(wǎng)室內(nèi)風(fēng)干后測定其株高、穗長、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重等性狀,并計算理論產(chǎn)量。

1.4統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值,所有試驗數(shù)據(jù)的整理和圖表的制作采用Microsoft Excel 2007,數(shù)據(jù)的方差分析、多重比較采用DPS V 7.05。

2　結(jié)果與分析

2.1除草劑對氮代謝相關(guān)酶的影響

不同除草劑和施用量對水稻葉片中硝酸還原酶(NR)活性的影響差異顯著,施藥后第5天的測定結(jié)果(圖1)表明, 60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2和3 000 mL/hm2及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2與清水對照NR活性相近, 30%莎稗磷EC兩個劑量NR活性均顯著低于對照及60%丁草胺EC的兩個劑量和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2。

圖1　除草劑對水稻硝酸還原酶活性的影響Fig.1　Effects of herbicides on the activity of NR in rice leaves

谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮代謝的另一個關(guān)鍵酶,施用3種除草劑后GS活性均比清水對照有所增加,但不同處理對GS活性的促進(jìn)作用不同,和NR活性的表現(xiàn)一樣,30%莎稗磷EC兩個濃度處理的GS活性最低,與清水對照比差異不顯著,其中30%莎稗磷EC 900 mL/hm2處理與60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各濃度處理之間GS活性差異顯著,而30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2處理僅與60%丁草胺EC兩個濃度以及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理之間GS活性差異達(dá)到顯著水平;60%丁草胺EC和50%丙草胺EC 4個處理GS活性均顯著高于對照(圖2)。

圖2　除草劑對水稻谷氨酰胺合成酶活性的影響Fig.2　Effects of herbicides on the activity of GS in rice leaves

2.2除草劑對水稻抗性生理的影響

植物受到環(huán)境脅迫后體內(nèi)的抗性代謝會異?；钴S,噴施3種除草劑后,水稻過氧化氫酶(CAT)活性除了60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2處理外均呈現(xiàn)不同程度的增加,其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2處理和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理的CAT活性最高,與清水對照和其他處理相比均達(dá)到顯著水平。30%莎稗磷EC兩個濃度以及50%丙草胺EC 900 mL/hm2處理的CAT活性比60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2處理和清水對照顯著增加(圖3)。和CAT活性表現(xiàn)一樣,施用3種除草劑后,水稻葉片中丙二醛(MDA)含量均比清水對照有不同程度的增加,但不同施藥處理之間的表現(xiàn)和CAT活性正相反,MDA含量相對較高的是30%莎稗磷EC兩個濃度處理,其中30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2處理顯著高于對照和60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各濃度處理;30%莎稗磷EC 900 mL/hm2處理與清水對照和60%丁草胺EC兩個濃度及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理之間差異顯著;50%丙草胺EC 900 mL/hm2處理的 MDA含量明顯高于對照,但與 60%丁草胺EC兩個濃度和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理間差異不顯著(圖4)。

圖3　除草劑對水稻過氧化氫酶活性的影響Fig.3　Effects of herbicides on the activity of CAT in rice leaves

圖4　除草劑對水稻丙二醛含量的影響Fig.4　Effect of herbicides on the content of MDA in rice leaves

2.3除草劑對水稻形態(tài)特征的效應(yīng)

圖5和圖6是收獲期各除草劑處理的水稻株高和有效分蘗數(shù)的調(diào)查結(jié)果。在移栽前的封閉和移栽后10 d的二次除草劑的應(yīng)用對株高反倒有促進(jìn)的趨勢,各處理株高均比對照有所增加,特別是60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2處理與清水對照相比達(dá)到了顯著水平(圖5)。與對照相比,不同藥劑對有效分蘗數(shù)的影響(圖6)表現(xiàn)為,60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各處理下有效分蘗數(shù)較多,但與其他處理和對照相比沒有達(dá)到顯著水平;30%莎稗磷EC兩個濃度處理的有效分蘗數(shù)較少,與60%丁草胺EC各處理及清水對照相比差異顯著。

圖5　除草劑對水稻株高的影響Fig.5　Effect of herbicide on plant height of rice

圖6　除草劑對水稻有效分蘗數(shù)的影響Fig.6　Effect of herbicides on the effective tiller number of rice

2.4除草劑對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.4.1對產(chǎn)量構(gòu)成因素的效應(yīng)

由圖7可見,30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2及50%丙草胺EC 900 mL/hm2處理的穗長相近,均顯著短于對照及60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理,后兩者穗長均比對照有所增加,但未達(dá)到顯著水平。施用除草劑對水稻小穗數(shù)的形成有一定的抑制作用(圖8),其中30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2處理對小穗數(shù)形成的抑制最重,小穗數(shù)顯著低于對照及60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理。與清水對照相比,3種除草劑的施用,無論劑量高低,均對水稻的穗粒數(shù)有正效應(yīng),其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理后穗粒數(shù)增加明顯,與清水對照相比達(dá)到顯著水平(圖9)。同時,上述2個處理能使水稻每穗的穗粒重大幅增加,與清水對照及30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2和50%丙草胺EC 900 mL/hm2處理相比均有顯著差異(圖10)。

圖7　除草劑對水稻穗長的影響Fig.7　Effects of herbicides on the ear length of rice

2.4.2對水稻經(jīng)濟(jì)系數(shù)和稻谷產(chǎn)量的效應(yīng)

谷草比是作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)的重要指標(biāo),圖11結(jié)果顯示,50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理的谷草比最高,與對照相比差異顯著。30%莎稗磷EC 900 mL/hm2處理的谷草比最小,顯著低于對照。其他處理與對照比差異均不顯著。

圖8　除草劑對水稻每穗小穗數(shù)的影響Fig.8　Effects of herbicides on the spikelet number per rice ear

圖9　除草劑對水稻穗粒數(shù)的影響Fig.9　Effects of herbicides on kernel number of rice ear

圖10　除草劑對水稻穗粒重的影響Fig.10　Effects of herbicides on the kernel weight of rice ear

圖11　除草劑對谷草比的影響Fig.11　Effects of herbicides on the grain straw ratio of in rice

收獲期稻谷產(chǎn)量是各除草劑處理效果的最終體現(xiàn),從圖12看出,30%莎稗磷EC兩個處理比對照減產(chǎn),其他4個處理則有增產(chǎn)作用,其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2增產(chǎn)幅度相比對照和30%莎稗磷EC各處理均達(dá)到顯著水平。

圖12　除草劑對水稻稻谷產(chǎn)量的影響Fig.12　Effects of herbicides on grain yield of rice

3　討論

施用除草劑后往往在表觀癥狀還未出現(xiàn)時就已經(jīng)對作物的一些生理代謝過程產(chǎn)生影響,本試驗證明,施用3種除草劑對本田水稻植株的生理代謝均有一定影響,其中氮代謝酶中的NR活性受30%莎稗磷EC及50%丙草胺EC低劑量處理的影響顯著,這與文獻(xiàn)報道一致[2,11],而60%丁草胺EC及50%丙草胺EC高劑量處理對NR活性基本沒有影響。GS活性在60%丁草胺EC和50%丙草胺EC的作用下顯著提高,這主要是氮代謝受阻后誘導(dǎo)體內(nèi)GS活性的增加,以盡快消除氮積累產(chǎn)生的危害,GS活性越高,消除氮積累的能力越強(qiáng),本試驗中60%丁草胺EC和50%丙草胺EC處理的GS活性顯著高于30%莎稗磷EC,說明其對氮代謝的阻礙更小,這與NR的活性結(jié)果是一致的。

表征水稻對逆境抗性的性狀指標(biāo)是除草劑對水稻安全性的量度標(biāo)準(zhǔn)之一。李廣信等在旱稻上施用撲草凈[12]、趙長山等在粳稻上施用莎稗磷[11],后均誘導(dǎo)水稻體內(nèi)SOD活性的提高。和SOD一樣，本試驗測定的CAT屬于防御性酶,施用3種除草劑均顯著誘導(dǎo)了水稻CAT活性的提高,這與以往的研究結(jié)果是一致的。MDA含量是植株組織細(xì)胞質(zhì)膜在逆境條件下受破壞程度的反映,含量越高,表明植株細(xì)胞受除草劑危害越重。在本田粳稻上施用30%莎稗磷EC,無論劑量高低,與對照和60%丁草胺EC及50%丙草胺EC相比,水稻葉片中MDA增加的幅度均達(dá)到顯著水平,說明該藥對水稻的生理危害高于另兩種藥劑。

形態(tài)特征是除草劑對水稻效應(yīng)的最直觀的反映。以往對異丙甲草胺[4]、乙草胺、二氯喹啉酸與吡嘧磺隆的復(fù)配劑[5]的研究表明,這些除草劑可使水稻植株矮化,但本試驗條件下3種除草劑對最終收獲期水稻株高均表現(xiàn)為正效應(yīng),其中60%丁草胺EC低劑量處理的株高增加顯著。在水稻分蘗方面,李永基等[3]的研究認(rèn)為,15%乙草胺可濕性粉劑、18%芐·乙·甲可濕性粉劑、15%芐·甲·乙可濕性粉劑使無效分蘗增多,而本試驗應(yīng)用的3種除草劑對水稻有效分蘗數(shù)的影響與文獻(xiàn)不一致，其中60%丁草胺EC和50%丙草胺EC對水稻分蘗影響不顯著，而30%莎稗磷EC處理的有效分蘗數(shù)顯著低于對照。本試驗在株高和分蘗數(shù)上的結(jié)果與以往的研究相比存在差異,這一方面可能是除草劑種類不同,另一方面文獻(xiàn)中供試水稻為秈稻,而本試驗是在粳稻上進(jìn)行的,加之品種和栽培管理水平的差異所致。

在本試驗研究條件下,由于除草劑種類和施用劑量的不同,對寒地粳稻本田水稻產(chǎn)量的效應(yīng)具有雙重性,與清水對照比,60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2處理增產(chǎn)顯著,而30%莎稗磷EC處理有減產(chǎn)趨勢。這主要是莎稗磷處理使水稻生長初期氮代謝受抑制、抗逆性降低,進(jìn)而影響到產(chǎn)量組成因素中的穗長、每穗的小穗數(shù)和穗粒重。據(jù)報道[11],莎稗磷對水稻的這種生理性障礙在施藥后20 d基本上可以得到恢復(fù),但本試驗結(jié)果表明,施藥后的這種營養(yǎng)生長階段的生理性障礙會對后期的產(chǎn)量構(gòu)成造成影響。

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(責(zé)任編輯：楊明麗)

Effects of three herbicides and applying doses on japonica rice in cold regions

Zhou Tong1,Lu Wenjing1,Wang Yan2,Chen Shuqiang1,Zhang Shuhua1,Guan Shiwu1,Wang Cui1

(1. Jiamusi Rice Research Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Jiamusi154026, China;2. Heilongjiang University, Harbin150080, China)

In order to select a suitable herbicide for japonica rice in cold regions of the Northeast China, the field trial was conducted by a design of three kinds of herbicides and two doses. The results showed that the effects of different herbicides on nitrogen metabolism, stress resistance, morphological characteristics and yield components were distinct. To compare with control, anilofos 30% EC damaged cell membrane, significantly increased content of MDA， lowered NR activity, effective tiller number, ear length, and spikelet number per ear. The butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC had similar effects on japonica rice; they had little influence on NR activity and MDA content, but could significantly increase the number and weight of grain per ear. Among the three kinds of herbicides, both butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC had better effects on japonica rice than anilofos 30% EC. Compared to the anilofos 30% EC, the high-dose of the butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC not only increased the enzyme activity of NR, GS and CAT, and significantly decreased MDA content in early rice tissue, but also significantly increased ear length, spikelet number per ear, kernel weight per ear and the grain yield at harvest.

rice;anilofos;butachlor;pretilachlor;physiological characteristics;yield component

2015-02-13

2015-04-24

“十二五”國家科技支撐計劃(2014BAD01B03-03)；黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃科技重大項目(GA14B102)

E-mail:chenshuqiang@163.com

S 451.21

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.02.020