葉 非, 付 穎*, 徐偉鈞, 王 爽

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,哈爾濱 150030;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

磺酰脲類除草劑是化學(xué)除草劑中的一大類品種,此類除草劑的作用靶標(biāo)是乙酰乳酸合成酶(ALS),即通過抑制植物的ALS阻止支鏈氨基酸的生物合成,最終破壞蛋白質(zhì)的合成,干擾DNA合成及細(xì)胞分裂與生長,從而達(dá)到除草目的。自1979年綠磺隆問世至目前為止,已有30多個(gè)磺酰脲類除草劑品種問世,在小麥、玉米、大豆、水稻、油菜等五大作物上均有使用[1]?；酋ｋ孱惓輨┳詥柺酪詠?為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出了巨大的貢獻(xiàn),但在其使用過程中已遇到一些問題,最突出的就是一些品種對后茬作物的長殘留藥害[2]。這些品種的殘留藥害與其較高的生物活性及特定條件下結(jié)合態(tài)的釋放有關(guān),一定條件下可再度以母體化合物或其代謝物的形式釋放出來,結(jié)合殘留物的遷移和淋溶性較弱,對后茬作物的生長產(chǎn)生抑制作用。因此,磺酰脲類除草劑殘留的歸趨及對后茬作物的影響成為使用中最令人關(guān)注的問題之一[3]。單嘧磺隆屬于磺酰脲類除草劑,是我國第1個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的農(nóng)藥品種,在活性上與國際上的同類產(chǎn)品氯磺隆和甲磺隆相當(dāng),主要用于防治小麥田里播娘蒿、薺菜、麥瓶草等雜草,尤其對華北地區(qū)的難治雜草堿茅有很好防效[4-5]。但是,單嘧磺隆易受氣候和土壤因素的影響,其降解與化學(xué)結(jié)構(gòu)及土壤質(zhì)地和濕度、降雨量等環(huán)境因子有關(guān),其中土壤質(zhì)地和降雨量是關(guān)鍵因素[6]。由于單嘧磺隆為超高效除草劑,氣候和土壤因素不利于它的降解極有可能會(huì)在土壤中殘留與蓄積,并對下茬敏感作物和蔬菜產(chǎn)生藥害。

除草劑安全劑又稱除草劑解毒劑和保護(hù)劑,可降低除草劑對后茬作物的毒性,通過增加敏感作物的耐受性,減輕或消除除草劑對作物的傷害,但不影響除草劑的活性發(fā)揮[7]。近年來,隨著生物化學(xué)領(lǐng)域分離、純化等技術(shù)的快速發(fā)展和提高,國內(nèi)外學(xué)者不僅從安全劑對作物的吸收、傳導(dǎo)影響方面,而且從安全劑對作物體內(nèi)谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)及除草劑靶標(biāo)酶的影響等方面進(jìn)行了研究,來揭示安全劑作用的本質(zhì)[8]。N-二氯乙酰基噁唑烷類化合物是氯代乙酰替苯胺類和硫代氨基甲酸酯類除草劑良好的解毒劑,并可能作為磺酰脲類和咪唑啉酮類除草劑在禾本科作物田中的安全劑,以減少除草劑所引起的藥害[9]。除草劑安全劑AD-67屬于二氯乙酰基噁唑烷類化合物,可使玉米免受硫代氨基甲酸酯類和酰胺類除草劑的藥害,增加GSH的含量[10],但對磺酰脲類除草劑的作用效果以及對單嘧磺隆解毒效應(yīng)的研究,目前國內(nèi)外尚無報(bào)道。作者通過生物測定方法研究AD-67對磺酰脲類除草劑的解毒情況,探討安全劑保護(hù)作物免受磺酰脲類除草劑藥害的效果。本研究選擇磺酰脲類除草劑單嘧磺隆,通過AD-67對高粱的保護(hù)作用及作物體內(nèi)GSH含量的變化,初步探討AD-67保護(hù)高粱免受單嘧磺隆藥害的作用機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 供試植物與藥劑

供試高粱品種為敖雜一號。除草劑為10%單嘧磺隆可濕性粉劑,由南開大學(xué)元素有機(jī)所提供。安全劑AD-67由本課題組合成。TCA(三氯乙酸)為北京順義永遂化工廠產(chǎn)品。DTNB(5,5-二硫代雙乙硝基甲酸)、谷胱甘肽(GSH)為Sigma公司產(chǎn)品。

試驗(yàn)土壤取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)田1～15cm無污染的耕層土壤,過篩、自然風(fēng)干后使用。土壤pH為7.37,有機(jī)質(zhì)含量為2.37%。

1.2 單嘧磺隆對高粱生長影響試驗(yàn)

取定量過2mm篩的風(fēng)干土,加入單嘧磺隆,配制成0、0.010、0.025、0.050、0.1、0.2、0.4、0.8mg/kg土壤的不同濃度毒土,裝入小紙杯內(nèi),平衡12h。

將精選的高粱種子用50℃左右的溫水浸泡30min,再用600倍的多菌靈浸泡30min,用蒸餾水沖洗干凈后再浸泡12h左右,放在培養(yǎng)箱內(nèi),設(shè)定26.5℃催芽24h(高粱至露白)。

選擇芽長一致的種子10粒,臍部朝下,均勻擺放在藥土表面,上覆藥土1cm左右,放置培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)(溫度26.5℃、濕度75%、光照與黑暗各12h)。高粱生長10d后,測主根長和株高。各處理重復(fù)3次。數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行處理,回歸分析并計(jì)算抑制濃度IC50值。

1.3 AD-67對單嘧磺隆解毒效果試驗(yàn)

取定量過2mm篩的風(fēng)干土,加入單嘧磺隆,配制成0、0.050、0.100、0.200mg/kg土壤的不同濃度毒土,裝入小紙杯內(nèi),平衡12h。

將精選的高粱種子用50℃左右的溫水浸泡30min,用600倍的多菌靈浸泡30min,蒸餾水沖洗干凈,再用不同濃度的 AD-67溶液(0、0.5、1、5、10mg/kg)浸種12h,用蒸餾水清洗干凈,放在培養(yǎng)箱內(nèi),26.5℃催芽24h左右(高粱至露白)。

選擇芽長一致的高粱種子10粒,臍部朝下,均勻擺放在藥土表面,上覆藥土1cm左右,放置培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)(溫度26.5℃、濕度75%、光照與黑暗各12h循環(huán)培養(yǎng))。高粱生長6d后,測高粱幼苗的主根長和株高。各處理重復(fù)3次,數(shù)據(jù)采用SAS系統(tǒng)進(jìn)行處理和方差分析。

1.4 GSH含量的測定[11]

分別取高粱幼苗的葉片和根0.5g,加2.0mL 15%TCA,在0～4 ℃下研磨,再加 1.0mL15%TCA沖洗,放入離心管中離心(12000r/min)20min,取1mL離心后的上清液放入試管,加2.0mL的磷酸緩沖液(0.5moL/L,pH8),加入0.025mL10mmoL/L的DTNB顯色,在412nm下測定A值。

2 結(jié)果與討論

2.1 單嘧磺隆對高粱生長的影響

不同濃度單嘧磺隆對高粱的根長和株高的影響表明：在單嘧磺隆濃度為0.010mg/kg時(shí),對高粱根長和株高表現(xiàn)為抑制作用(表1)。隨單嘧磺隆濃度的增加,對高粱根長和株高抑制率逐漸增大,且相同濃度下單嘧磺隆對根長的抑制程度大于對株高的抑制程度。以單嘧磺隆濃度c的ln(c+1)為橫坐標(biāo)(x),以根長及株高的抑制率(y)為縱坐標(biāo)分別做二次曲線回歸方程：

表1 單嘧磺隆對高粱根長和株高的影響

方程的R2值均大于0.9,說明實(shí)測數(shù)據(jù)與模型擬合的較好,根長和株高的IC50分別為：0.43mg/kg和0.70mg/kg。結(jié)果表明：單嘧磺隆對敖雜一號的根長和株高有較強(qiáng)的抑制作用,抑制率與單嘧磺隆濃度對數(shù)的相關(guān)性較好,且單嘧磺隆對敖雜一號根長的影響大于對株高的影響。

2.2 安全劑AD-67對減輕高粱藥害的效果

單用AD-67處理,對高粱主根長和株高有輕微的促進(jìn)作用,其中AD-67濃度為5mg/kg時(shí)的促進(jìn)作用最強(qiáng)(表2,表3),說明安全劑可以輕微促進(jìn)高粱主根生長和株高。在單嘧磺隆濃度為 0.05～0.2mg/kg時(shí),高粱主根生長和株高受到抑制。使用安全劑浸種處理后,基本解除了單嘧磺隆對高粱主根和株高的抑制作用。在同一單嘧磺隆濃度時(shí),不同濃度的安全劑處理間解毒效果差異達(dá)顯著,隨著安全劑濃度的增加保護(hù)效果逐漸提高,當(dāng)AD-67濃度為5mg/kg時(shí)保護(hù)作用達(dá)到最佳水平,可使高粱主根長分別恢復(fù)至未有除草劑和安全劑空白對照(CK)的118.45%、107.84%、93.57%;使高粱株高分別恢復(fù)至未有除草劑和安全劑空白對照的107.47%、100.41%、91.54%。以單嘧磺隆各濃度不使用安全劑的處理作為對照,分別使主根長增加了40.17%、49.02%、64.68%;分別使株高增加了20.87%、24.54%、25.70%。隨著安全劑濃度的增加,保護(hù)效果降低。這可能是由于高濃度的安全劑對作物也是一種外源化合物,會(huì)影響作物的生長[12]。

表2 不同濃度的AD-67對高粱主根的保護(hù)效果1)

表3 不同濃度的AD-67對高粱株高的保護(hù)效果1)

2.3 安全劑AD-67對敖雜一號葉中GSH含量的影響

單用安全劑AD-67浸種,可提高高粱幼苗葉片GSH含量,濃度為5mg/kg時(shí),提高更明顯(表4)。單嘧磺隆濃度為0.05～0.2mg/kg時(shí),高粱葉中GSH含量降低;AD-67各濃度處理高粱種子后,均可增加其在含有單嘧磺隆的土壤中生長時(shí)葉片中GSH的含量。同一單嘧磺隆濃度,不同濃度安全劑處理間GSH的含量差異達(dá)到極顯著水平。在AD-67濃度為5mg/kg時(shí),高粱葉中GSH含量增加最多,使葉中GSH恢復(fù)至未有除草劑和安全劑空白對照(CK)的108.33%、103.33%、95.00%;當(dāng)安全劑濃度繼續(xù)增加時(shí)GSH含量降低,在單嘧磺隆同一濃度時(shí),安全劑不同濃度處理間解毒效果差異達(dá)到極顯著水平。結(jié)果表明：安全劑AD-67對敖雜一號葉中GSH含量的影響與對高粱主根長和高粱株高的保護(hù)效果一致。AD-67能夠提高高粱幼苗中GSH含量,促進(jìn)GSH與單嘧磺隆活性部位軛合,解除單嘧磺隆在高粱體內(nèi)的活性,從而達(dá)到保護(hù)作物的目的[13]。

表4 不同濃度AD-67對高粱葉中GSH含量的影響1)

3 結(jié)論與討論

GSH是生物細(xì)胞中普遍存在的一種具有特殊功能的多肽,在生物的許多代謝過程中起到重要的生理作用。在高等植物的代謝生理過程中發(fā)現(xiàn),在植物抵御不良環(huán)境及提高植物抗逆作用中,GSH起著非常重要的作用。安全劑可以通過刺激玉米和其他植物中的GSH水平,達(dá)到解毒的目的[14-16]。

本研究表明：單嘧磺隆對高粱幼苗的生長指標(biāo)(根長、株高)和生理指標(biāo)(GSH含量)都有抑制作用;隨著單嘧磺隆濃度的增加,抑制作用加強(qiáng),且對生理指標(biāo)的抑制比對生長指標(biāo)的抑制程度大,即植株生長指標(biāo)還沒顯示出被害癥狀時(shí)其體內(nèi)某些生理指標(biāo)已經(jīng)發(fā)生顯著變化。在安全劑AD-67浸種處理下,高粱的生長指標(biāo)、GSH含量均有不同程度的提高;當(dāng)AD-67濃度為5mg/kg時(shí),對高粱的保護(hù)效果最好,說明AD-67與單嘧磺隆濃度為一定配比時(shí),才能較好地起到保護(hù)作物免受除草劑藥害的作用。AD-67能夠增加高粱體內(nèi)GSH含量,促進(jìn)單嘧磺隆與GSH的軛合作用,從而緩解了單嘧磺隆對高粱幼苗產(chǎn)生的藥害,表明這是減輕單嘧磺隆對高粱藥害的重要途徑之一[17]。

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