一種快速預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莘乐涡Ч姆椒?/h1>
2022-05-06 05:45:30陳萍萍黃松濤于海燕崔海蘭陳景超李香菊
雜草學(xué)報(bào) 2022年4期
陳萍萍, 黃松濤, 于海燕, 崔海蘭, 陳景超, 李香菊
(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,北京 100193)
對(duì)除草劑防除雜草效果的預(yù)測(cè)是科學(xué)使用除草劑的重要技術(shù)支撐。建立早期判斷雜草受除草劑傷害程度的方法,有利于快速評(píng)價(jià)除草劑對(duì)靶標(biāo)雜草的生物活性,尤其是對(duì)一些除草劑的田間防治效果不理想的情況,可盡早采取補(bǔ)救措施,保證理想效果。目前,除草劑對(duì)雜草的田間防效主要采用生物測(cè)定的方法,例如通過(guò)藥后14 d或 21 d 的雜草鮮重、株高等量化指標(biāo)的變化進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[1-2]。此外,藥后雜草靶標(biāo)酶和氧化還原酶系活性等生理生化指標(biāo)的變化也可用于除草劑藥效的判定[3-4]。但上述方法或測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng),或需復(fù)雜的儀器設(shè)備。
植物光合儀(plant photosynthesis meter)是荷蘭EARS遙感公司開(kāi)發(fā)的通過(guò)測(cè)量植物光合作用參數(shù)來(lái)判斷植物生長(zhǎng)狀態(tài)是否健康的一種儀器。主要原理為植物光合作用中的光反應(yīng)在葉綠體的類(lèi)囊體膜中進(jìn)行,該膜由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等組成,包含了上百個(gè)葉綠素分子簇。這一光合系統(tǒng)由1個(gè)反應(yīng)中心和1個(gè)天線組成。植物吸收光能后,葉綠素天線吸收光子,激發(fā)電子發(fā)生能級(jí)躍遷的同時(shí)通過(guò)3種方式釋放能量,絕大部分能量被“反應(yīng)中心”捕獲并參與光化學(xué)反應(yīng);少部分能量以熱量形式散失,剩余部分激發(fā)子返回到低能態(tài)軌道,同時(shí)發(fā)出1個(gè)光子,即植物光合儀檢測(cè)的熒光信號(hào)。植物受光合作用抑制劑類(lèi)除草劑脅迫后,熒光信號(hào)降低,植物光合儀通過(guò)檢測(cè)植物葉片這部分熒光信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷植物在除草劑脅迫后光合作用受抑制的程度。儀器工作時(shí),首先測(cè)量在環(huán)境光線下植物葉片的熒光量(F);隨后自動(dòng)打開(kāi)鹵素?zé)羰怪参锶~片光合作用迅速達(dá)到光飽和點(diǎn),相應(yīng)的熒光量增加到最大值(FM),通過(guò)公式(φp=1-F/FM)計(jì)算植物的光合效率(光合作用中光能的利用效率,用φp表示),即PPM[5]。一般來(lái)說(shuō),未受藥害的植物PPM為70%～80%。噴施光合抑制型除草劑后,植物光合作用受到抑制,導(dǎo)致光合效率顯著降低,PPM低至10%～40%時(shí),植物正常生命活動(dòng)會(huì)受到影響[6]。由于環(huán)境光會(huì)促使反應(yīng)中心關(guān)閉,從而增加熒光量并降低光合作用效率。為了準(zhǔn)確反映除草劑對(duì)植物光合作用的影響,植物光合儀工作時(shí)須保持周?chē)豕猸h(huán)境,要求在暗室或傍晚田間測(cè)量。由于這一測(cè)量過(guò)程可在幾秒內(nèi)完成,并且不破壞植物葉片,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)用于施藥后除草效果的早期快速非破壞性測(cè)定[7]。 荷蘭Wageningen大學(xué)利用植物光合儀在溫室測(cè)定了5類(lèi)除草劑施藥后1周對(duì)植物生長(zhǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)用PPM能較好地預(yù)測(cè)光合作用抑制劑對(duì)雜草的防治效果,但對(duì)草銨膦、磺草酮、2甲4氯的預(yù)測(cè)結(jié)果不理想[8]。王貴啟等采用PPM研究了光合作用抑制型除草劑異丙隆防除冬小麥田5種主要雜草的最低致死劑量,結(jié)果表明,施藥后2～4 d雜草的PPM與用藥后14 d的雜草鮮重防效密切相關(guān),可通過(guò)該值提早預(yù)測(cè)藥后14 d雜草防效[7]。
光合作用抑制劑類(lèi)除草劑是廣泛用于田間雜草防治的一大類(lèi)除草劑。其中,絲氨酸264結(jié)合位點(diǎn)的光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑(PSⅡ inhibitors-serine 264 binders)應(yīng)用普遍,有近80個(gè)有效成分,占常用除草劑品種的近1/4[9],如我國(guó)常用的除草劑莠去津、嗪草酮、異丙隆等;除此之外,組氨酸215結(jié)合位點(diǎn)光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑 (PSⅡ inhibitors-histidine 215 binders) 如滅草松、溴苯腈和光系統(tǒng)Ⅰ抑制劑(PSⅠ electron diversion)如百草枯、敵草快也廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。莠去津在結(jié)構(gòu)上屬于三氮苯類(lèi)(triazines)除草劑,主要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性取代植物光合作用電子傳遞過(guò)程中的質(zhì)體醌,與葉綠體 D1 蛋白上的 QB位點(diǎn)結(jié)合,阻斷電子從 QA向 QB的傳遞,從而抑制植物光合作用,達(dá)到防除雜草的目的[8,10]。莠去津具有殺草譜廣、持效期長(zhǎng)、防除效果好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),既可以作為土壤處理劑,又可以作為莖葉處理劑。自20世紀(jì)80年代進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)以來(lái),迅速成為玉米田使用最廣泛的除草劑品種之一。目前,我國(guó)約有2/3玉米田以莠去津或其混劑作為主要除草劑[11],登記的除草劑產(chǎn)品中有近1 000個(gè)含莠去津成分,如煙嘧·莠去津、硝·煙·莠去津、乙·莠等[12]。除玉米田外,莠去津還應(yīng)用于甘蔗田和高粱田中,作為土壤處理劑和莖葉處理劑防除闊葉雜草和部分一年生禾本科雜草。莠去津作為莖葉處理,一般在雜草幼苗期噴施效果好,隨著雜草葉齡提高,其防效逐漸降低;而施用莠去津后7 d左右肉眼才能夠觀察到雜草明顯的受害癥狀,此時(shí)補(bǔ)施除草劑通常需加大施藥劑量才能取得理想效果。生產(chǎn)中部分農(nóng)戶使用除草劑時(shí)也常常擔(dān)心除草效果差,在未見(jiàn)到明顯藥效之前,進(jìn)行二次補(bǔ)施。超量使用除草劑,導(dǎo)致除草劑浪費(fèi),也帶來(lái)生態(tài)環(huán)境污染與后茬藥害風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。因此,亟需建立一種藥后早期快速、非破壞性的預(yù)測(cè)莠去津?qū)﹄s草防治效果的方法,指導(dǎo)莠去津科學(xué)使用。
本試驗(yàn)以鴨跖草為試材,測(cè)定不同劑量莠去津處理后鴨跖草葉片PPM隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而變化的情況,建立PPM與鴨跖草鮮重防效的關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)藥后早期鴨跖草葉片PPM預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莘佬У哪康摹?/p>
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試種群:供試?guó)嗸挪莘N群于2016年9月29日采集自河北省唐山市遷安市野雞坨鎮(zhèn)大楊官營(yíng)村(編號(hào)HB-3-6,39°54′7.35″N,118°41′4.92″E)和河北省秦皇島市昌黎縣兩山鄉(xiāng)兩山村(編號(hào) HB-6-10,39°44′23.75″N,119°11′19.01″E)。2018年繁種備用。
供試藥劑和儀器設(shè)備、設(shè)施:38%莠去津懸浮劑(山東濱農(nóng)科技有限公司生產(chǎn));行走式噴霧塔(型號(hào)為3WP-2000,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所);光合測(cè)定儀(型號(hào)為PPM-MLHD,荷蘭EARS技術(shù)工程公司);溫室和暗室。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 試材培養(yǎng) 選用解除休眠的鴨跖草種子(發(fā)芽率85%以上),用無(wú)菌水沖洗 3 次,均勻放置在墊有雙層濾紙的一次性培養(yǎng)皿上,每個(gè)培養(yǎng)皿加10 mL水。4 d后挑選4株長(zhǎng)勢(shì)一致的發(fā)芽幼苗,并移栽至按比例混合的培養(yǎng)基質(zhì)(土壤 ∶凱茵營(yíng)養(yǎng)土=3 ∶1,有機(jī)質(zhì)含量3.5%,N、P、K含量均為0.25%)的花盆(10.5 cm×9 cm)中,從底部灌水至飽和。噴藥前間苗,每盆保留3株,待鴨跖草長(zhǎng)至3～4葉期時(shí)置噴霧塔內(nèi)噴施莠去津(噴霧壓力0.275 MPa)。
所有幼苗均放置在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所光照培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng),其間保持土壤濕潤(rùn),培養(yǎng)條件為光照14 h/黑暗10 h,白天溫度(32±5) ℃,夜間溫度(25±5) ℃,相對(duì)濕度 55%～75%。
1.2.2 試驗(yàn)處理及設(shè)計(jì) 莠去津設(shè)7個(gè)劑量,分別為0、318.75、637.5、956.25、1275、1 593.75、2 550 g a.i./hm2,噴液量367.5 L/hm2。
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.2.3 測(cè)量方法 分別在施藥前,噴施莠去津后1、2、3、4、5、6 d,將待測(cè)鴨跖草植株置于暗室內(nèi)處理30 min,用植物光合儀測(cè)量鴨跖草第1張完全展開(kāi)葉片,讀取PPM。藥后 21 d,剪取鴨跖草地上部分并稱量鮮重,以未施用除草劑的處理作為對(duì)照。按照如下公式計(jì)算莠去津?qū)嗸挪莸孽r重防效:
鮮重防效=(對(duì)照組雜草鮮重-處理組雜草鮮重)/對(duì)照組雜草鮮重×100%。
1.3 數(shù)據(jù)分析
采用SPSS 24.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(本試驗(yàn)采用施藥前以及施藥后1、2、4、6 d 鴨跖草葉片PPM和21 d鴨跖草的鮮重防效進(jìn)行數(shù)據(jù)分析),應(yīng)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P< 0.05)。采用GraphPad Prism 8 軟件繪制鴨跖草PPM及其鮮重防效的關(guān)系圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 噴施莠去津不同時(shí)間后鴨跖草葉片PPM的變化
由表1可知,施藥前所有處理鴨跖草葉片PPM為70～80,處理間差異不顯著(P>0.05),此為雜草種群PPM基礎(chǔ)值。處理后1、2、4、6 d,清水對(duì)照組葉片的PPM與處理前基本一致,而噴施莠去津的所有處理在施藥后1 d(藥后次日)葉片PPM開(kāi)始顯著下降,隨著莠去津施藥量增加,鴨跖草PPM降幅變大。
表1 施用莠去津不同時(shí)間后鴨跖草葉片PPM變化Table 1 PPM value of C. communis leaves applied atrazine after different times
從表1可以看出,莠去津處理后1 d PPM均顯著降低,而2、4、6 d測(cè)定的鴨跖草PPM與1 d測(cè)定的數(shù)值差異不顯著(HB-3-6種群4 d時(shí)319、1 275 g a.i./hm2莠去津處理和6 d時(shí)319、638 g a.i./hm2莠去津處理除外)。由此可見(jiàn),噴施莠去津后1 d鴨跖草光合作用即受到明顯抑制,而施藥后不同時(shí)間目測(cè)觀察,上述處理組鴨跖草在測(cè)量時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯表觀受害癥狀。因施用莠去津后1～6 d鴨跖草PPM多數(shù)無(wú)顯著差異,因此,藥后1 d測(cè)得的鴨跖草葉片的PPM即可作為甄別其光合作用是否受抑制的參數(shù)。從2個(gè)種群測(cè)定結(jié)果看,HB-3-6種群和HB-6-10種群施藥后PPM表現(xiàn)趨勢(shì)一致。
2.2 不同劑量莠去津?qū)嗸挪蒗r重防效
由表2可知,噴施莠去津21 d后,隨著施用劑量的增加,莠去津?qū)嗸挪蒗r重防效提高。當(dāng)莠去津施用劑量為956 g a.i./hm2時(shí),2個(gè)鴨跖草種群的鮮重防效均大于80%。
表2 施用莠去津后21 d鴨跖草鮮重防效Table 2 Control efficacy on fresh weight of C. communis applied atrazine after 21 days
2.3 鴨跖草PPM與鮮重防效的關(guān)系
由圖1可以看出,噴施莠去津后,2個(gè)鴨跖草種群葉片測(cè)得的PPM與其鮮重防效密切相關(guān)。隨著莠去津施用劑量的增加,鴨跖草PPM顯著下降,鮮重防效提高。由表3可知,當(dāng)葉片PPM<42時(shí),鴨跖草鮮重防效可達(dá)95%以上;PPM為42～50時(shí),鮮重防效為80%～95%;PPM為51～68時(shí),鮮重防效為30%～80%;當(dāng)PPM>68時(shí),鮮重防效<7.6%。上述結(jié)果表明, 使用莠去津后1 d測(cè)定鴨跖草葉片PPM,即可較好地預(yù)測(cè)其鮮重防效。
表3 施用莠去津后1 d 鴨跖草PPM和21 d鮮重防效的關(guān)系Table 3 The relationship of PPM value of C. communis applied atrazine after 1 day and control efficacy on fresh weight after 21 days
3 結(jié)論與討論
噴施光合作用抑制型除草劑后,雜草的光合作用受到抑制,部分除草劑使用后雜草表現(xiàn)受害癥狀較快,如百草枯、滅草松等在施用次日即可表現(xiàn)出明顯受害癥狀;另一部分除草劑如莠去津、特丁津、嗪草酮、異丙隆等在用后早期(藥后5～7 d前)一般不易通過(guò)肉眼觀察到,以致于生產(chǎn)中在觀察到雜草防治失敗時(shí)再采取應(yīng)對(duì)措施為時(shí)已晚。采用植物光合儀進(jìn)行測(cè)定,藥后次日即可明確判斷莠去津不同處理對(duì)雜草抑制程度的差異,從而通過(guò)測(cè)定用藥后雜草葉片早期的PPM來(lái)預(yù)測(cè)除草劑對(duì)雜草的最終防效。本研究得出,鴨跖草受莠去津傷害程度可通過(guò)藥后1 d(次日)測(cè)定其葉片PPM來(lái)反映,從而實(shí)現(xiàn)莠去津?qū)嗸挪莘佬У脑缙陬A(yù)測(cè),而本試驗(yàn)施藥6 d后肉眼才能逐漸觀察到鴨跖草受莠去津傷害。
前人研究了PPM對(duì)其他雜草防效的預(yù)測(cè)。王貴啟等研究發(fā)現(xiàn),噴施異丙隆后1 d雜草葉片PPM降低,PPM能較好地預(yù)測(cè)雜草14 d的鮮重防效,通過(guò)測(cè)定除草劑不同劑量下5種雜草的PPM,找出其對(duì)雜草的最低致死劑量,用于支撐異丙隆減量施用[7]。張宏軍等研究了用PPM測(cè)定滅草松和特丁津混用的效果,結(jié)果表明,藥后4 d 6種雜草PPM有明顯降低,可預(yù)測(cè)雜草鮮重防效[6]。上述差異可能與不同藥劑的結(jié)構(gòu)、作用方式以及雜草種類(lèi)不同有關(guān)。采用植物光合儀讀數(shù)預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莸姆莱Ч形匆?jiàn)報(bào)道。鴨跖草是鴨跖草科鴨跖草屬雜草[15],起源于亞洲東北部,廣泛分布于我國(guó)大部分地區(qū),主要危害玉米、大豆、瓜類(lèi)、雜糧、小麥等作物,與作物競(jìng)爭(zhēng)光、水、肥等生存資源。據(jù)報(bào)道,當(dāng)鴨跖草密度為40株/m2時(shí)能夠造成大豆減產(chǎn)17%～35%[16]。田間觀察發(fā)現(xiàn),鴨跖草是對(duì)莠去津敏感性較差的雜草,莠去津、特丁津等抑制光合作用的除草劑低濃度噴施,鴨跖草不容易被殺死,推薦劑量倍量施藥早期從表型上也反應(yīng)不敏感。因此,通過(guò)測(cè)定PPM,早期預(yù)測(cè)莠去津等除草劑對(duì)鴨跖草防效,對(duì)提早投入補(bǔ)救措施有指導(dǎo)作用。而且以鴨跖草測(cè)定的PPM為依據(jù),決定防治田間雜草種群的施藥量及是否需要補(bǔ)噴除草劑,對(duì)于田間比鴨跖草對(duì)莠去津更敏感的雜草如反枝莧、藜、龍葵等的防控也有參考價(jià)值。
噴施光合抑制型除草劑后,雜草葉片早期PPM與鮮重防效具有較好相關(guān)性,可根據(jù)PPM抑制程度判斷除草劑防效,建立PPM和鮮重防效的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本研究以藥后1 d 鴨跖草葉片PPM與21 d鮮重防效建立關(guān)系,發(fā)現(xiàn)噴施莠去津后1 d 鴨跖草PPM在42以下時(shí),鴨跖草21 d鮮重防效大于95%,該施用劑量能有效防除鴨跖草,不用采取附加的除草措施;而當(dāng)PPM為68以上時(shí),鮮重防效低于7.6%,則要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)制定除草策略,采取二次補(bǔ)施除草劑等措施。
前人研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)雜草的PPM<20時(shí),異丙隆對(duì)雜草14 d的鮮重防效大于90%;當(dāng)PPM>40時(shí),藥劑對(duì)雜草14 d的鮮重防效低于50%。而本研究采用莠去津處理后,致使雜草死亡的早期PPM偏高。PPM的差異可能由以下幾個(gè)原因?qū)е?(1)調(diào)查時(shí)間的不同。本研究鮮重調(diào)查時(shí)間為施用莠去津后21 d,與張宏軍等使用異丙隆后 14 d 調(diào)查[5]在時(shí)間上有一定差異。(2)供試雜草對(duì)除草劑的敏感性有差異。(3)除草劑作用機(jī)制不同。異丙隆屬于取代脲類(lèi)除草劑,通過(guò)抑制雜草葉綠素合成,而莠去津通過(guò)阻斷雜草光合作用中的電子傳遞發(fā)揮藥效[17],異丙隆在雜草葉齡小的情況下藥效發(fā)揮明顯。(4)設(shè)計(jì)劑量的差異。異丙隆主要在播后苗前和苗后早期使用,苗后使用時(shí)需要采用較高劑量。對(duì)敏感雜草而言,除草劑劑量高容易導(dǎo)致PPM早期下降幅度大,致使雜草在14 d死亡。(5)采集的鴨跖草種群對(duì)莠去津耐受性高。有研究表明,部分地區(qū)鴨跖草對(duì)莠去津的敏感性下降[18],導(dǎo)致噴施莠去津后21 d致死鴨跖草相對(duì)應(yīng)的早期PPM較高。本試驗(yàn)以鴨跖草為試材,研究了藥后雜草葉片PPM變化趨勢(shì)及其與21 d鮮重防效的關(guān)系,但不同雜草對(duì)莠去津的反應(yīng)不同,后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)開(kāi)展針對(duì)多種雜草及不同葉齡的試驗(yàn)研究,以取得更多科學(xué)數(shù)據(jù)支撐生產(chǎn)應(yīng)用。
本研究建立了藥后早期預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莘乐涡Ч姆椒?。在田間噴施莠去津后1 d,即可根據(jù)植物光合儀測(cè)定的PPM判斷藥劑對(duì)鴨跖草的防效。藥后使用該方法預(yù)測(cè)鴨跖草防效靈敏度較高且檢測(cè)周期短,不需要精準(zhǔn)的儀器和較高的實(shí)驗(yàn)室成本,在田間就能完成快速測(cè)定。該方法為合理判定鴨跖草對(duì)莠去津的敏感性提供了一種高效便捷的方法,對(duì)早期預(yù)測(cè)莠去津防效及其減量施用有一定的實(shí)踐意義。
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(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,北京 100193)
對(duì)除草劑防除雜草效果的預(yù)測(cè)是科學(xué)使用除草劑的重要技術(shù)支撐。建立早期判斷雜草受除草劑傷害程度的方法,有利于快速評(píng)價(jià)除草劑對(duì)靶標(biāo)雜草的生物活性,尤其是對(duì)一些除草劑的田間防治效果不理想的情況,可盡早采取補(bǔ)救措施,保證理想效果。目前,除草劑對(duì)雜草的田間防效主要采用生物測(cè)定的方法,例如通過(guò)藥后14 d或 21 d 的雜草鮮重、株高等量化指標(biāo)的變化進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[1-2]。此外,藥后雜草靶標(biāo)酶和氧化還原酶系活性等生理生化指標(biāo)的變化也可用于除草劑藥效的判定[3-4]。但上述方法或測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng),或需復(fù)雜的儀器設(shè)備。
植物光合儀(plant photosynthesis meter)是荷蘭EARS遙感公司開(kāi)發(fā)的通過(guò)測(cè)量植物光合作用參數(shù)來(lái)判斷植物生長(zhǎng)狀態(tài)是否健康的一種儀器。主要原理為植物光合作用中的光反應(yīng)在葉綠體的類(lèi)囊體膜中進(jìn)行,該膜由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等組成,包含了上百個(gè)葉綠素分子簇。這一光合系統(tǒng)由1個(gè)反應(yīng)中心和1個(gè)天線組成。植物吸收光能后,葉綠素天線吸收光子,激發(fā)電子發(fā)生能級(jí)躍遷的同時(shí)通過(guò)3種方式釋放能量,絕大部分能量被“反應(yīng)中心”捕獲并參與光化學(xué)反應(yīng);少部分能量以熱量形式散失,剩余部分激發(fā)子返回到低能態(tài)軌道,同時(shí)發(fā)出1個(gè)光子,即植物光合儀檢測(cè)的熒光信號(hào)。植物受光合作用抑制劑類(lèi)除草劑脅迫后,熒光信號(hào)降低,植物光合儀通過(guò)檢測(cè)植物葉片這部分熒光信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷植物在除草劑脅迫后光合作用受抑制的程度。儀器工作時(shí),首先測(cè)量在環(huán)境光線下植物葉片的熒光量(F);隨后自動(dòng)打開(kāi)鹵素?zé)羰怪参锶~片光合作用迅速達(dá)到光飽和點(diǎn),相應(yīng)的熒光量增加到最大值(FM),通過(guò)公式(φp=1-F/FM)計(jì)算植物的光合效率(光合作用中光能的利用效率,用φp表示),即PPM[5]。一般來(lái)說(shuō),未受藥害的植物PPM為70%～80%。噴施光合抑制型除草劑后,植物光合作用受到抑制,導(dǎo)致光合效率顯著降低,PPM低至10%～40%時(shí),植物正常生命活動(dòng)會(huì)受到影響[6]。由于環(huán)境光會(huì)促使反應(yīng)中心關(guān)閉,從而增加熒光量并降低光合作用效率。為了準(zhǔn)確反映除草劑對(duì)植物光合作用的影響,植物光合儀工作時(shí)須保持周?chē)豕猸h(huán)境,要求在暗室或傍晚田間測(cè)量。由于這一測(cè)量過(guò)程可在幾秒內(nèi)完成,并且不破壞植物葉片,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)用于施藥后除草效果的早期快速非破壞性測(cè)定[7]。 荷蘭Wageningen大學(xué)利用植物光合儀在溫室測(cè)定了5類(lèi)除草劑施藥后1周對(duì)植物生長(zhǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)用PPM能較好地預(yù)測(cè)光合作用抑制劑對(duì)雜草的防治效果,但對(duì)草銨膦、磺草酮、2甲4氯的預(yù)測(cè)結(jié)果不理想[8]。王貴啟等采用PPM研究了光合作用抑制型除草劑異丙隆防除冬小麥田5種主要雜草的最低致死劑量,結(jié)果表明,施藥后2～4 d雜草的PPM與用藥后14 d的雜草鮮重防效密切相關(guān),可通過(guò)該值提早預(yù)測(cè)藥后14 d雜草防效[7]。
光合作用抑制劑類(lèi)除草劑是廣泛用于田間雜草防治的一大類(lèi)除草劑。其中,絲氨酸264結(jié)合位點(diǎn)的光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑(PSⅡ inhibitors-serine 264 binders)應(yīng)用普遍,有近80個(gè)有效成分,占常用除草劑品種的近1/4[9],如我國(guó)常用的除草劑莠去津、嗪草酮、異丙隆等;除此之外,組氨酸215結(jié)合位點(diǎn)光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑 (PSⅡ inhibitors-histidine 215 binders) 如滅草松、溴苯腈和光系統(tǒng)Ⅰ抑制劑(PSⅠ electron diversion)如百草枯、敵草快也廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。莠去津在結(jié)構(gòu)上屬于三氮苯類(lèi)(triazines)除草劑,主要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性取代植物光合作用電子傳遞過(guò)程中的質(zhì)體醌,與葉綠體 D1 蛋白上的 QB位點(diǎn)結(jié)合,阻斷電子從 QA向 QB的傳遞,從而抑制植物光合作用,達(dá)到防除雜草的目的[8,10]。莠去津具有殺草譜廣、持效期長(zhǎng)、防除效果好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),既可以作為土壤處理劑,又可以作為莖葉處理劑。自20世紀(jì)80年代進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)以來(lái),迅速成為玉米田使用最廣泛的除草劑品種之一。目前,我國(guó)約有2/3玉米田以莠去津或其混劑作為主要除草劑[11],登記的除草劑產(chǎn)品中有近1 000個(gè)含莠去津成分,如煙嘧·莠去津、硝·煙·莠去津、乙·莠等[12]。除玉米田外,莠去津還應(yīng)用于甘蔗田和高粱田中,作為土壤處理劑和莖葉處理劑防除闊葉雜草和部分一年生禾本科雜草。莠去津作為莖葉處理,一般在雜草幼苗期噴施效果好,隨著雜草葉齡提高,其防效逐漸降低;而施用莠去津后7 d左右肉眼才能夠觀察到雜草明顯的受害癥狀,此時(shí)補(bǔ)施除草劑通常需加大施藥劑量才能取得理想效果。生產(chǎn)中部分農(nóng)戶使用除草劑時(shí)也常常擔(dān)心除草效果差,在未見(jiàn)到明顯藥效之前,進(jìn)行二次補(bǔ)施。超量使用除草劑,導(dǎo)致除草劑浪費(fèi),也帶來(lái)生態(tài)環(huán)境污染與后茬藥害風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。因此,亟需建立一種藥后早期快速、非破壞性的預(yù)測(cè)莠去津?qū)﹄s草防治效果的方法,指導(dǎo)莠去津科學(xué)使用。
本試驗(yàn)以鴨跖草為試材,測(cè)定不同劑量莠去津處理后鴨跖草葉片PPM隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而變化的情況,建立PPM與鴨跖草鮮重防效的關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)藥后早期鴨跖草葉片PPM預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莘佬У哪康摹?/p>
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試種群:供試?guó)嗸挪莘N群于2016年9月29日采集自河北省唐山市遷安市野雞坨鎮(zhèn)大楊官營(yíng)村(編號(hào)HB-3-6,39°54′7.35″N,118°41′4.92″E)和河北省秦皇島市昌黎縣兩山鄉(xiāng)兩山村(編號(hào) HB-6-10,39°44′23.75″N,119°11′19.01″E)。2018年繁種備用。
供試藥劑和儀器設(shè)備、設(shè)施:38%莠去津懸浮劑(山東濱農(nóng)科技有限公司生產(chǎn));行走式噴霧塔(型號(hào)為3WP-2000,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所);光合測(cè)定儀(型號(hào)為PPM-MLHD,荷蘭EARS技術(shù)工程公司);溫室和暗室。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 試材培養(yǎng) 選用解除休眠的鴨跖草種子(發(fā)芽率85%以上),用無(wú)菌水沖洗 3 次,均勻放置在墊有雙層濾紙的一次性培養(yǎng)皿上,每個(gè)培養(yǎng)皿加10 mL水。4 d后挑選4株長(zhǎng)勢(shì)一致的發(fā)芽幼苗,并移栽至按比例混合的培養(yǎng)基質(zhì)(土壤 ∶凱茵營(yíng)養(yǎng)土=3 ∶1,有機(jī)質(zhì)含量3.5%,N、P、K含量均為0.25%)的花盆(10.5 cm×9 cm)中,從底部灌水至飽和。噴藥前間苗,每盆保留3株,待鴨跖草長(zhǎng)至3～4葉期時(shí)置噴霧塔內(nèi)噴施莠去津(噴霧壓力0.275 MPa)。
所有幼苗均放置在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所光照培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng),其間保持土壤濕潤(rùn),培養(yǎng)條件為光照14 h/黑暗10 h,白天溫度(32±5) ℃,夜間溫度(25±5) ℃,相對(duì)濕度 55%～75%。
1.2.2 試驗(yàn)處理及設(shè)計(jì) 莠去津設(shè)7個(gè)劑量,分別為0、318.75、637.5、956.25、1275、1 593.75、2 550 g a.i./hm2,噴液量367.5 L/hm2。
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.2.3 測(cè)量方法 分別在施藥前,噴施莠去津后1、2、3、4、5、6 d,將待測(cè)鴨跖草植株置于暗室內(nèi)處理30 min,用植物光合儀測(cè)量鴨跖草第1張完全展開(kāi)葉片,讀取PPM。藥后 21 d,剪取鴨跖草地上部分并稱量鮮重,以未施用除草劑的處理作為對(duì)照。按照如下公式計(jì)算莠去津?qū)嗸挪莸孽r重防效:
鮮重防效=(對(duì)照組雜草鮮重-處理組雜草鮮重)/對(duì)照組雜草鮮重×100%。
1.3 數(shù)據(jù)分析
采用SPSS 24.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(本試驗(yàn)采用施藥前以及施藥后1、2、4、6 d 鴨跖草葉片PPM和21 d鴨跖草的鮮重防效進(jìn)行數(shù)據(jù)分析),應(yīng)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P< 0.05)。采用GraphPad Prism 8 軟件繪制鴨跖草PPM及其鮮重防效的關(guān)系圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 噴施莠去津不同時(shí)間后鴨跖草葉片PPM的變化
由表1可知,施藥前所有處理鴨跖草葉片PPM為70～80,處理間差異不顯著(P>0.05),此為雜草種群PPM基礎(chǔ)值。處理后1、2、4、6 d,清水對(duì)照組葉片的PPM與處理前基本一致,而噴施莠去津的所有處理在施藥后1 d(藥后次日)葉片PPM開(kāi)始顯著下降,隨著莠去津施藥量增加,鴨跖草PPM降幅變大。
表1 施用莠去津不同時(shí)間后鴨跖草葉片PPM變化Table 1 PPM value of C. communis leaves applied atrazine after different times
從表1可以看出,莠去津處理后1 d PPM均顯著降低,而2、4、6 d測(cè)定的鴨跖草PPM與1 d測(cè)定的數(shù)值差異不顯著(HB-3-6種群4 d時(shí)319、1 275 g a.i./hm2莠去津處理和6 d時(shí)319、638 g a.i./hm2莠去津處理除外)。由此可見(jiàn),噴施莠去津后1 d鴨跖草光合作用即受到明顯抑制,而施藥后不同時(shí)間目測(cè)觀察,上述處理組鴨跖草在測(cè)量時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯表觀受害癥狀。因施用莠去津后1～6 d鴨跖草PPM多數(shù)無(wú)顯著差異,因此,藥后1 d測(cè)得的鴨跖草葉片的PPM即可作為甄別其光合作用是否受抑制的參數(shù)。從2個(gè)種群測(cè)定結(jié)果看,HB-3-6種群和HB-6-10種群施藥后PPM表現(xiàn)趨勢(shì)一致。
2.2 不同劑量莠去津?qū)嗸挪蒗r重防效
由表2可知,噴施莠去津21 d后,隨著施用劑量的增加,莠去津?qū)嗸挪蒗r重防效提高。當(dāng)莠去津施用劑量為956 g a.i./hm2時(shí),2個(gè)鴨跖草種群的鮮重防效均大于80%。
表2 施用莠去津后21 d鴨跖草鮮重防效Table 2 Control efficacy on fresh weight of C. communis applied atrazine after 21 days
2.3 鴨跖草PPM與鮮重防效的關(guān)系
由圖1可以看出,噴施莠去津后,2個(gè)鴨跖草種群葉片測(cè)得的PPM與其鮮重防效密切相關(guān)。隨著莠去津施用劑量的增加,鴨跖草PPM顯著下降,鮮重防效提高。由表3可知,當(dāng)葉片PPM<42時(shí),鴨跖草鮮重防效可達(dá)95%以上;PPM為42～50時(shí),鮮重防效為80%～95%;PPM為51～68時(shí),鮮重防效為30%～80%;當(dāng)PPM>68時(shí),鮮重防效<7.6%。上述結(jié)果表明, 使用莠去津后1 d測(cè)定鴨跖草葉片PPM,即可較好地預(yù)測(cè)其鮮重防效。
表3 施用莠去津后1 d 鴨跖草PPM和21 d鮮重防效的關(guān)系Table 3 The relationship of PPM value of C. communis applied atrazine after 1 day and control efficacy on fresh weight after 21 days
3 結(jié)論與討論
噴施光合作用抑制型除草劑后,雜草的光合作用受到抑制,部分除草劑使用后雜草表現(xiàn)受害癥狀較快,如百草枯、滅草松等在施用次日即可表現(xiàn)出明顯受害癥狀;另一部分除草劑如莠去津、特丁津、嗪草酮、異丙隆等在用后早期(藥后5～7 d前)一般不易通過(guò)肉眼觀察到,以致于生產(chǎn)中在觀察到雜草防治失敗時(shí)再采取應(yīng)對(duì)措施為時(shí)已晚。采用植物光合儀進(jìn)行測(cè)定,藥后次日即可明確判斷莠去津不同處理對(duì)雜草抑制程度的差異,從而通過(guò)測(cè)定用藥后雜草葉片早期的PPM來(lái)預(yù)測(cè)除草劑對(duì)雜草的最終防效。本研究得出,鴨跖草受莠去津傷害程度可通過(guò)藥后1 d(次日)測(cè)定其葉片PPM來(lái)反映,從而實(shí)現(xiàn)莠去津?qū)嗸挪莘佬У脑缙陬A(yù)測(cè),而本試驗(yàn)施藥6 d后肉眼才能逐漸觀察到鴨跖草受莠去津傷害。
前人研究了PPM對(duì)其他雜草防效的預(yù)測(cè)。王貴啟等研究發(fā)現(xiàn),噴施異丙隆后1 d雜草葉片PPM降低,PPM能較好地預(yù)測(cè)雜草14 d的鮮重防效,通過(guò)測(cè)定除草劑不同劑量下5種雜草的PPM,找出其對(duì)雜草的最低致死劑量,用于支撐異丙隆減量施用[7]。張宏軍等研究了用PPM測(cè)定滅草松和特丁津混用的效果,結(jié)果表明,藥后4 d 6種雜草PPM有明顯降低,可預(yù)測(cè)雜草鮮重防效[6]。上述差異可能與不同藥劑的結(jié)構(gòu)、作用方式以及雜草種類(lèi)不同有關(guān)。采用植物光合儀讀數(shù)預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莸姆莱Ч形匆?jiàn)報(bào)道。鴨跖草是鴨跖草科鴨跖草屬雜草[15],起源于亞洲東北部,廣泛分布于我國(guó)大部分地區(qū),主要危害玉米、大豆、瓜類(lèi)、雜糧、小麥等作物,與作物競(jìng)爭(zhēng)光、水、肥等生存資源。據(jù)報(bào)道,當(dāng)鴨跖草密度為40株/m2時(shí)能夠造成大豆減產(chǎn)17%～35%[16]。田間觀察發(fā)現(xiàn),鴨跖草是對(duì)莠去津敏感性較差的雜草,莠去津、特丁津等抑制光合作用的除草劑低濃度噴施,鴨跖草不容易被殺死,推薦劑量倍量施藥早期從表型上也反應(yīng)不敏感。因此,通過(guò)測(cè)定PPM,早期預(yù)測(cè)莠去津等除草劑對(duì)鴨跖草防效,對(duì)提早投入補(bǔ)救措施有指導(dǎo)作用。而且以鴨跖草測(cè)定的PPM為依據(jù),決定防治田間雜草種群的施藥量及是否需要補(bǔ)噴除草劑,對(duì)于田間比鴨跖草對(duì)莠去津更敏感的雜草如反枝莧、藜、龍葵等的防控也有參考價(jià)值。
噴施光合抑制型除草劑后,雜草葉片早期PPM與鮮重防效具有較好相關(guān)性,可根據(jù)PPM抑制程度判斷除草劑防效,建立PPM和鮮重防效的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本研究以藥后1 d 鴨跖草葉片PPM與21 d鮮重防效建立關(guān)系,發(fā)現(xiàn)噴施莠去津后1 d 鴨跖草PPM在42以下時(shí),鴨跖草21 d鮮重防效大于95%,該施用劑量能有效防除鴨跖草,不用采取附加的除草措施;而當(dāng)PPM為68以上時(shí),鮮重防效低于7.6%,則要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)制定除草策略,采取二次補(bǔ)施除草劑等措施。
前人研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)雜草的PPM<20時(shí),異丙隆對(duì)雜草14 d的鮮重防效大于90%;當(dāng)PPM>40時(shí),藥劑對(duì)雜草14 d的鮮重防效低于50%。而本研究采用莠去津處理后,致使雜草死亡的早期PPM偏高。PPM的差異可能由以下幾個(gè)原因?qū)е?(1)調(diào)查時(shí)間的不同。本研究鮮重調(diào)查時(shí)間為施用莠去津后21 d,與張宏軍等使用異丙隆后 14 d 調(diào)查[5]在時(shí)間上有一定差異。(2)供試雜草對(duì)除草劑的敏感性有差異。(3)除草劑作用機(jī)制不同。異丙隆屬于取代脲類(lèi)除草劑,通過(guò)抑制雜草葉綠素合成,而莠去津通過(guò)阻斷雜草光合作用中的電子傳遞發(fā)揮藥效[17],異丙隆在雜草葉齡小的情況下藥效發(fā)揮明顯。(4)設(shè)計(jì)劑量的差異。異丙隆主要在播后苗前和苗后早期使用,苗后使用時(shí)需要采用較高劑量。對(duì)敏感雜草而言,除草劑劑量高容易導(dǎo)致PPM早期下降幅度大,致使雜草在14 d死亡。(5)采集的鴨跖草種群對(duì)莠去津耐受性高。有研究表明,部分地區(qū)鴨跖草對(duì)莠去津的敏感性下降[18],導(dǎo)致噴施莠去津后21 d致死鴨跖草相對(duì)應(yīng)的早期PPM較高。本試驗(yàn)以鴨跖草為試材,研究了藥后雜草葉片PPM變化趨勢(shì)及其與21 d鮮重防效的關(guān)系,但不同雜草對(duì)莠去津的反應(yīng)不同,后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)開(kāi)展針對(duì)多種雜草及不同葉齡的試驗(yàn)研究,以取得更多科學(xué)數(shù)據(jù)支撐生產(chǎn)應(yīng)用。
本研究建立了藥后早期預(yù)測(cè)莠去津?qū)嗸挪莘乐涡Ч姆椒?。在田間噴施莠去津后1 d,即可根據(jù)植物光合儀測(cè)定的PPM判斷藥劑對(duì)鴨跖草的防效。藥后使用該方法預(yù)測(cè)鴨跖草防效靈敏度較高且檢測(cè)周期短,不需要精準(zhǔn)的儀器和較高的實(shí)驗(yàn)室成本,在田間就能完成快速測(cè)定。該方法為合理判定鴨跖草對(duì)莠去津的敏感性提供了一種高效便捷的方法,對(duì)早期預(yù)測(cè)莠去津防效及其減量施用有一定的實(shí)踐意義。
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