李永豐， 張自常， 楊 霞， 董明超， 張 彬， 韓建勇

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，江蘇 南京 210014;2.美國(guó)FMC公司，江蘇 淮安 223001)

稗草(Echinochloa)是一年生禾本科稗屬植物的總稱，目前全世界已發(fā)現(xiàn)約有15種稗草，中國(guó)有8種［1-2］。稗草是世界惡性雜草之一，同時(shí)也是中國(guó)農(nóng)田15種惡性雜草之一，對(duì)水稻、棉花等多種作物生產(chǎn)危害尤為嚴(yán)重，僅稻田危害面積就達(dá)6.7×107hm2［3-6］。江蘇省稻田稗屬雜草共5個(gè)種和3個(gè)變種:無(wú)芒稗［Echinochloa cruspavonis(H.B.K)Schult］、西來(lái)稗［E.crusgalli(L.)Beauv var.zelayensis(H.B.K)Hitche］、稗［E.crusgalli(L.)Beavu.］、光頭稗［E.colonum(Linn.)Link］、短芒稗［E.crusgalli(L.)Beauv.var.breviseta(Doell)Neilr.］、長(zhǎng)芒稗［E.caudata Rochev.］、孔雀稗［E.cruspavonis(H.B.K.)Schult］和硬稃稗［E.glabrescens Munro ex Hook.F.］。由于稗屬雜草形態(tài)相似，在生產(chǎn)中往往將其作為一個(gè)草種防除，重復(fù)盲目地使用除草劑，加速了稻田雜草種群演替與抗性雜草產(chǎn)生，而稗屬雜草間對(duì)芳氧苯氧丙酸類除草劑的敏感差異性，目前未見研究報(bào)道。

噁唑酰草胺(韓秋好)和氰氟草酯屬于芳氧苯氧丙酸類除草劑，其高效、低毒、低殘留，是近年來(lái)廣泛應(yīng)用于防控稻田稗草的常用莖葉除草劑。其作用機(jī)理表現(xiàn)為雜草葉片和葉鞘吸收除草劑，韌皮部傳導(dǎo)，除草劑積累于雜草的分生組織區(qū)，使脂肪酸合成停止，細(xì)胞的生長(zhǎng)分裂不能正常進(jìn)行，膜系統(tǒng)等含脂結(jié)構(gòu)破壞，最后導(dǎo)致雜草死亡。通常植物在遭受脅迫時(shí)，植物體內(nèi)也有一套復(fù)雜的活性氧(ROS)清除系統(tǒng)來(lái)保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷［7］。本研究將以江蘇省稻田中普遍發(fā)生的8種稗草為供試材料，采用整株生物測(cè)定的方法，通過測(cè)定施藥后25 d供試稗草對(duì)芳氧苯氧丙酸酯類除草劑(噁唑酰草胺和氰氟草酯)的GR50值，發(fā)現(xiàn)稗屬不同種群對(duì)供試藥劑的敏感差異性;進(jìn)一步分析經(jīng)供試藥劑處理后，供試稗屬草種的丙二醛含量，過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶的活性變化，闡明稗屬草種對(duì)芳氧苯氧丙酸類除草劑敏感差異性的生理基礎(chǔ)，以期為稻田稗屬雜草的綠色治理、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

無(wú)芒稗、西來(lái)稗、稗、光頭稗、短芒稗、長(zhǎng)芒稗、孔雀稗和硬稃稗均于2012年采自江蘇省稻田;供試藥劑分別為蘇中富美實(shí)植物保護(hù)有限公司提供的10%的噁唑酰草胺和浙江天一農(nóng)化有限公司提供的25%氰氟草酯。

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照Yang等的方法［8］稍加改進(jìn)。將底部打孔的直徑為9 cm的塑料盆缽裝滿土，底部吸水至土壤水分飽和，播種已解除休眠的上述5個(gè)種和3個(gè)變種，每個(gè)種或變種播48缽，每缽播種30粒種子，待出苗后定苗20株。稗草長(zhǎng)至三葉期噴施藥劑。噁唑酰草胺所設(shè)劑量為0(清水)、22.5 g/hm2，a.i.、45.0 g/hm2，a.i.、90.0 g/hm2，a.i.(常用推薦劑量)、180.0 g/hm2，a.i.、360.0 g/hm2，a.i.;氰氟草酯所設(shè)劑量為 0(清水)、18.75 g/hm2，a.i.、37.50 g/hm2，a.i.、75.00 g/hm2，a.i.(常用推薦劑量)、150.00 g/hm2，a.i.、300.00 g/hm2，a.i.，每個(gè)種或變種處理4缽，篩選出對(duì)2種除草劑敏感、較敏感和不敏感的稗草種群，在此基礎(chǔ)上分別在敏感種群、較敏感種群和不敏感種群選擇一個(gè)種或變種再次按上述劑量分別噴施除草劑，測(cè)定保護(hù)酶活性。每個(gè)劑量處理6缽。噴霧采用農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所生產(chǎn)的3WPSH-500D型生測(cè)噴霧塔，噴霧壓力0.3 MPa，霧滴直徑 100 μm，噴頭流量 90 ml/min。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)處理 藥后25 d，調(diào)查各處理稗草殘存植株數(shù)，并在105℃殺青15 min，75℃烘至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。以對(duì)照(不施藥)處理的干質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算供試藥劑不同劑量處理稗草的植株干質(zhì)量抑制率，用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分別求出供試藥劑對(duì)8種稗草種群的毒力回歸方程式、GR50(抑制稗草干質(zhì)量50%所需要的藥劑劑量)等，并以供試材料GR50值進(jìn)行聚類分析，得到敏感、較敏感與不敏感的供試稗草種群。

1.3.2 保護(hù)酶活性測(cè)定 分別于處理后的第1 d、3 d和5 d用硫代巴比妥酸比色法［9］測(cè)定敏感種群、較敏感種群和不敏感種群整株中的丙二醛(MDA)含量、用比色法［10］測(cè)定過氧化物酶(POD)活性和過氧化氫酶(CAT)活性，用NBT光化還原法［11］測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 噁唑酰草胺和氰氟草酯對(duì)供試稗草毒力差異

由表1可見，噴施芳氧苯氧丙酸酯類除草劑后25 d，不同處理間的稗草干質(zhì)量GR50值存在顯著差異，其中稗草種群對(duì)噁唑酰草胺最敏感，其GR50值僅為21.37 g/hm2，a.i.;無(wú)芒稗種群的GR50值為稗草種群的5.84倍。供試材料對(duì)噁唑酰草胺的敏感強(qiáng)弱次序?yàn)榘?、長(zhǎng)芒稗、短芒稗、西來(lái)稗、孔雀稗、硬稃稗、光頭稗與無(wú)芒稗。但是對(duì)供試藥劑氰氟草酯而言，西來(lái)稗種群最敏感，其GR50值僅為最不敏感種群無(wú)芒稗的1/3。供試材料對(duì)氰氟草酯的敏感性強(qiáng)弱依次為西來(lái)稗、長(zhǎng)芒稗、孔雀稗、短芒稗、光頭稗、硬稃稗、稗和無(wú)芒稗。

表1 噁唑酰草胺和氰氟草酯對(duì)8種稗草的干質(zhì)量毒力差異Table 1 Toxicity difference of eight barnyardgrass species to metamifop and cyhalofopbutyl based on GR50in dry matter

對(duì)稗草各種群GR50值作聚類分析，2種供試藥劑對(duì)8種稗草種群均可分為3類，噁唑酰草胺處理為:(a)稗和長(zhǎng)芒稗，其 GR50值為 21.37～35.09 g/hm2，a.i.，為敏感種群;(b)短芒稗、西來(lái)稗和孔雀稗，其 GR50值為 47.38～80.39 g/hm2，a.i.;(c)硬稃稗、光頭稗和無(wú)芒稗，其 GR50值為 96.14～124.58 g/hm2，a.i.，為不敏感種群(圖 1);氰氟草酯處理為:(a)西來(lái)稗、長(zhǎng)芒稗、孔雀稗、短芒稗和光頭稗，其 GR50值為 24.29 ～47.65 g/hm2，a.i.，為敏感種群;(b)硬稃稗和稗，其GR50值為59.35～62.26 g/hm2，a.i.;(c)無(wú) 芒 稗，其 GR50值 是 76.97 g/hm2，a.i.，為不敏感種群(圖2)。由此可見，稗屬不同稗草種群間對(duì)芳氧苯氧丙酸酯類除草劑不同藥劑的敏感性存在明顯的差異性。

圖1 噁唑酰草胺處理對(duì)8種稗草種群干質(zhì)量GR50值的聚類分析Fig.1 Clustering analysis of eight barnyardgrass species based on the GR50in dry matter weight to metamifop

圖2 氰氟草酯處理對(duì)8種稗草干質(zhì)量GR50值的聚類分析Fig.2 Clustering analysis of eight barnyardgrass species based on the GR50in dry matter weight to cyhalofopbutyl

2.2 供試藥劑對(duì)稗、西來(lái)稗與無(wú)芒稗植株體內(nèi)膜脂過氧化酶活性的影響

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同稗草種或變種對(duì)2種除草劑的敏感差異性，從敏感種群、較敏感種群和不敏感種群中分別選擇稗、西來(lái)稗和無(wú)芒稗為材料，從膜脂過氧化系統(tǒng)分析稗草種群植株中MDA含量、POD、CAT和SOD活性的差異。

2.2.1 MDA含量 圖3顯示，隨著除草劑處理劑量的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，稗、西來(lái)稗與無(wú)芒稗植株MDA含量呈不斷增加的趨勢(shì)，表明細(xì)胞膜質(zhì)過氧化作用加劇。藥后5 d，以供試藥劑最高劑量處理(噁唑酰草胺，360 g/hm2，a.i.;氰氟草酯，300 g/hm2，a.i.)為例，經(jīng)噁唑酰草胺處理的無(wú)芒稗MDA含量是敏感稗的0.68倍;經(jīng)氰氟草酯處理的無(wú)芒稗MDA含量為敏感西來(lái)稗的0.65倍，敏感稗草種群受到的傷害較不敏感大，說明稗屬雜草種群間抵抗脅迫的能力存在差異。

2.2.2 POD活性 由圖4可知，3種稗草噴施不同劑量的除草劑后POD活性表現(xiàn)不同。噴施噁唑酰草胺1 d后各處理隨著除草劑劑量的增加POD活性較對(duì)照(不施藥清水處理)增加，但增加幅度因稗草種群和除草劑劑量的差異而不同。在1/4推薦劑量、1/2推薦劑量、推薦劑量、2倍推薦劑量和4倍推薦劑量下，稗植株內(nèi)POD較對(duì)照分別增加了 14.99%、20.20%、22.21%、13.82%和6.43%;西來(lái)稗分別增加了13.34%、19.76%、17.23%、10.74%和7.84%;無(wú)芒稗分別增加了2.85%、6.27%、10.88%、17.23%和5.56%，可以看出，敏感種群POD活性增加幅度較大，不敏感種群增加較為緩慢。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同劑量下POD活性呈降低的趨勢(shì)。施藥5 d后，在1/4推薦劑量、1/2推薦劑量、推薦劑量、2倍推薦劑量和4倍推薦劑量下，稗的POD活性較對(duì)照分別下降14.80%、25.42%、21.29%、32.46%和53.18%;西來(lái)稗的 POD活性分 別 下 降 了 3.24%、18.43%、26.60%、35.98%和45.49%;無(wú)芒稗分別下降了6.78%、15.03%、16.94%、23.18%和32.50%，敏感種群下降幅度較大，不敏感種群下降幅度相對(duì)較小。3種稗草噴施不同劑量的氰氟草酯后也表現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)。

2.2.3 CAT活性 3種稗草處理后1 d，CAT活性隨著除草劑劑量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì);隨著處理天數(shù)的延長(zhǎng)，相同劑量下CAT活性逐漸降低(圖5)。噴施噁唑酰草胺后敏感種群稗草(圖5I A)增加幅度較大，1/4推薦劑量、1/2推薦劑量、推薦劑量、2倍推薦劑量和4倍推薦劑量下分別較對(duì)照增加了22.08%、26.90%、34.08%、24.78%和2.15%，但下降的幅度也較大，處理后5 d分別下降 了 9.18%、19.60%、31.14%、38.14%和54.54%;不敏感種群無(wú)芒稗(圖5III A)CAT活性增加幅度較小，降低幅度也較小。處理后1 d，1/4推薦劑量、1/2推薦劑量、推薦劑量、2倍推薦劑量和4倍推薦劑量下分別增加了7.17% 、9.08% 、10.22% 、12.94% 和 5.80%;處理后5 d分別降低了 7.75%、14.84%、17.70%、27.99%和40.76%。噴施氰氟草酯后3種稗草表現(xiàn)了相似的趨勢(shì)。

圖3 2種除草劑對(duì)不同稗草種群中MDA含量的影響Fig.3 MDA contents in the stem and leaves of three barnyardgrass species affected by two herbicides

2.2.4 SOD活性 與上述2種酶活性一樣，噴施2種除草劑1 d后SOD活性隨著劑量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，敏感種群增加幅度大，不敏感種群增加幅度小;處理后5 d隨著劑量的增加3種稗草種群SOD活性均呈降低的趨勢(shì)，且劑量越大降低幅度也大。噴施噁唑酰草胺后稗草SOD活性變化幅度較大，不敏感種群無(wú)芒稗變化幅度較小。噴施氰氟草酯后西來(lái)稗變化幅度較大，無(wú)芒稗變化幅度較小(圖6)。

圖4 2種除草劑對(duì)不同稗草種群中POD活性的影響Fig.4 POD activities in the stem and leaves of three barnyardgrass species affected by two herbicides

3 討論

本研究表明，不同稗草種對(duì)芳氧苯氧丙酸酯類型不同除草劑存在明顯的敏感差異性，稗和長(zhǎng)芒稗對(duì)噁唑酰草胺為敏感種群，短芒稗、西來(lái)稗和孔雀稗為較敏感種群，硬稃稗、光頭稗和無(wú)芒稗為不敏感種群;對(duì)氰氟草酯而言，西來(lái)稗、長(zhǎng)芒稗、孔雀稗、短芒稗和光頭稗為敏感種群，硬稃稗和稗為較敏感種群，無(wú)芒稗為不敏感種群。喬麗雅對(duì)江蘇省稻田稗草發(fā)生情況的調(diào)查顯示，無(wú)芒稗、西來(lái)稗和稗在全省均有發(fā)生［12］，本研究發(fā)現(xiàn)這3種稗草對(duì)噁唑酰草胺和氰氟草酯存在差異敏感性。無(wú)芒稗對(duì)2種除草劑均不敏感，稗對(duì)噁唑酰草胺敏感，西來(lái)稗對(duì)氰氟草酯敏感。因此，對(duì)于耐藥性較強(qiáng)的無(wú)芒稗建議使用其他類型的除草劑替換噁唑酰草胺和氰氟草酯。

植物體在受到脅迫過程中，會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，導(dǎo)致植物體內(nèi)膜脂過氧化末端產(chǎn)物MDA含量增加和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性變差，但植物體內(nèi)也存在POD、CAT及SOD等保護(hù)酶類能夠清除過量的活性氧，維持活性氧的代謝平衡，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，從而使植物在一定程度上忍耐、減緩或抵御逆境脅迫傷害［13-14］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同稗草種經(jīng)2種除草劑處理1 d，稗草植株體內(nèi)的POD、CAT和SOD活性均隨著除草劑劑量的增加先升高然后降低，敏感種群變化幅度較大，不敏感種群變化較為平穩(wěn)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，POD、CAT和 SOD活性進(jìn)一步降低，MDA含量增加。POD、CAT和SOD活性先上升的原因可能是由于稗草生物型體內(nèi)自由基生成過高，誘導(dǎo)植株體內(nèi) POD、CAT和 SOD活性提高;三者活性后下降可能是除草劑脅迫作用超過了稗草自身的應(yīng)激限度，最終導(dǎo)致膜脂質(zhì)氧化產(chǎn)物MDA含量的增加、膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，使植物生長(zhǎng)受抑制甚至死亡［15］。不敏感稗草較敏感稗草酶活性變化幅度小表明不敏感種群具有較強(qiáng)的自由基清除能力。

圖5 2種除草劑對(duì)不同稗草種群莖葉中CAT活性的影響Fig.5 CAT activities in the stem and leaves of three barnyardgrass species affected by two herbicides

本研究還發(fā)現(xiàn)，處理后5 d，耐藥性較強(qiáng)的無(wú)芒稗植株體內(nèi)的MDA含量低于其他敏感稗草種，POD、CAT、SOD酶活性總體均高于其他敏感稗草種，這與其他研究結(jié)果相似［16-17］。推測(cè)在芳氧苯氧丙酸酯類型除草劑的脅迫下，不敏感稗屬雜草體內(nèi)較高的SOD、POD和CAT活性是其產(chǎn)生耐藥性的重要原因之一。稗草的種及變種間對(duì)不同結(jié)構(gòu)的除草劑存在耐藥性差異，生產(chǎn)上應(yīng)該根據(jù)不同生態(tài)區(qū)稗草種的分布，科學(xué)合理地選擇除草劑及其施用濃度，經(jīng)濟(jì)有效地治理稻田稗草危害。

圖6 2種除草劑對(duì)不同稗草種莖葉中SOD活性的影響Fig.6 SOD activities in the stem and leaves of three barnyardgrass species affected by two herbicides

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