張?zhí)﹦? 程保平 田興山
摘要:比較了低于推薦濃度的草銨膦和草甘膦噴霧對(duì)柑橘葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)和葉綠素含量的影響。結(jié)果表明,噴施0.1、1.0?mmol/L草銨膦和草甘膦后,柑橘葉片的熒光參數(shù)Y(Ⅱ)、Y(Ⅰ)、Y(NA)均較對(duì)照呈現(xiàn)不同程度降低趨勢(shì),且總體隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度增大;Y(ND)較對(duì)照呈現(xiàn)上升趨勢(shì),隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)上升幅度增大;Y(NPQ)保持相對(duì)穩(wěn)定,但始終大于對(duì)照。噴施1.0?mmol/L草銨膦7?d后,柑橘葉片熒光參數(shù)Fv/Fm、Pm、Y(Ⅱ)、Y(Ⅰ)及葉綠素含量(SPAD值)小于噴施相同濃度的草甘膦,表明柑橘葉片對(duì)草銨膦耐藥性弱于草甘膦。因此,橘園施用草銨膦通過(guò)莖葉途徑對(duì)柑橘造成的藥害風(fēng)險(xiǎn)高于草甘膦。
關(guān)鍵詞:草銨膦;草甘膦;葉綠素?zé)晒?柑橘
中圖分類號(hào):S451.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1003-935X(2019)02-0051-06
Toxicity?of?glufosinate?and?glyphosate?to?citrus?assessed?by?chlorophyll?a?fluorescence
ZHANG?Taijie,CHENG?Baoping,TIAN?Xingshan
(Institute?of?Plant?Protection,Guangdong?Academy?of?Agricultural?Sciences?/Guangdong?Provincial?Key?Laboratory?of?High?Technology?for?Plant?Protection,Guangzhou?510640,China)
Abstract:The?changes?of?chlorophyll?fluorescence?parameters?and?chlorophyll?content?in?citrus?leaves?after?being?sprayed?with?glufosinate?and?glyphosate?at?sublethal?concentrations?were?measured?and?compared.?After?treatment?with?0.1?and?1.0?mmol/L?glufosinate?or?glyphosate,while?the?fluorescence?parameters?Fv/Fm,Pm,Y(Ⅱ),Y(Ⅰ)?and?Y(NA)?of?citrus?leaves?gradually?decreased?with?the?extension?of?time,Y(NO)?and?Y(ND)?gradually?increased?with?the?extension?of?time.?Y(NPQ)?remained?relatively?steady,but?was?always?greater?than?the?control.?The?fluorescence?parameters?Fv/Fm,Pm,Y(Ⅱ),Y(Ⅰ)?and?chlorophyll?content?(SPAD?value)?of?citrus?leaves?at?seven?days?after?treatment?with?1?mmol/L?glufosinate?were?significantly?lower?than?when?treated?with?glyphosate?at?the?same?concentration,indicating?that?toxicity?of?glufosinate?to?citrus?leaves?was?greater?than?that?of?glyphosate.?Therefore,the?safety?risk?by?the?shoot?pathway?of?application?of?glufosinate?in?citrus?orchards?is?higher?than?that?of?glyphosate.
Key?words:glufosinate;?glyphosate;?Chlorophyll?fluorescence;?citrus
收稿日期:2018-10-15
基金項(xiàng)目:廣東省重大科技計(jì)劃(編號(hào):2014B020203003)。
作者簡(jiǎn)介:張?zhí)﹦拢?985—),男,廣西平南人,博士,助理研究員,研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)及除草劑安全使用技術(shù)。E-mail:miner08@126.com。
通信作者:田興山,博士,研究員,研究方向?yàn)殡s草防控與除草劑安全使用技術(shù)。E-mail:1070470768@qq.com。
柑橘是世界第一大水果品類,而我國(guó)是世界第一大柑橘生產(chǎn)國(guó),柑橘產(chǎn)業(yè)是產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)的重要支柱和農(nóng)民增收的重要途徑,主產(chǎn)區(qū)果農(nóng)高達(dá)80%的收人來(lái)自于柑橘生產(chǎn)[1]。我國(guó)的柑橘產(chǎn)區(qū)主要分布在南方亞熱帶地區(qū),這些地區(qū)氣溫高、降水多,導(dǎo)致雜草種類繁多、群落類型豐富,柑橘園雜草主要依賴化學(xué)防治的手段進(jìn)行治理。目前,用于防治柑橘園雜草的除草劑類別主要是草甘膦和草銨膦。草甘膦和草銨膦為非選擇性除草劑,對(duì)常見的禾本科雜草及闊葉雜草有較好的防除效果[2-5]。除草劑對(duì)敏感的非靶標(biāo)作物通常具有一定的藥害風(fēng)險(xiǎn),尤其是非選擇性除草劑。除草劑藥害的鑒定及補(bǔ)救已經(jīng)成為廣大農(nóng)民和相關(guān)管理部門普遍關(guān)注的問(wèn)題。葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)是目前植物生理生態(tài)研究的重要手段,被廣泛應(yīng)用于植物對(duì)逆境的適應(yīng)和響應(yīng)機(jī)制研究[6],包括除草劑脅迫[7]。本研究以葉綠素?zé)晒馓卣骷叭~綠素含量作為定量指標(biāo),比較草銨膦和草甘膦對(duì)柑橘的安全性,旨在為果園除草劑的安全使用及藥害鑒定提供部分科學(xué)依據(jù)。
1?材料與方法
1.1?植物材料
以酸橘作為供試材料,幼苗購(gòu)自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,在自然光照條件下,以河沙為基質(zhì),用容積為1?L的塑料盆培養(yǎng)1年。培養(yǎng)過(guò)程中每天澆適量的水,保持基質(zhì)濕潤(rùn),每4個(gè)月施1次肥,每盆約施0.5?g復(fù)合肥。
1.2?供試藥劑
以41%草甘膦異丙胺鹽水劑(商品名為農(nóng)達(dá),由孟山都公司生產(chǎn))和200?g/L草銨膦水劑(由蘇州佳輝化工有限公司生產(chǎn))作為供試藥劑。
1.3?試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)
試驗(yàn)時(shí)間為2018年7—8月,試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所。
1.4?處理方法
41%草甘膦異丙胺鹽水劑(推薦有效成分用量為900~1?350?g/hm2)、200?g/L草銨膦水劑(推薦有效成分用量600~900?g/hm2)按有效成分用量?900?g/hm2,兌水30?L算,可折算出藥液中有效成分的濃度分別為11.8、10.1?mmol/L。為方便比較研究,針對(duì)草銨膦和草甘膦2種藥劑分別配制1.0?mmol/L(約為推薦濃度的1/10)和0.1?mmol/L(約為推薦濃度的1/100)2個(gè)不同濃度進(jìn)行試驗(yàn)。另設(shè)置只噴施清水的空白對(duì)照組(CK)。利用?ASS-4?型自動(dòng)噴霧系統(tǒng)(由國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研發(fā))采用扇形噴頭對(duì)盆栽柑橘進(jìn)行均勻噴霧,1?m2噴藥量為45?mL。
1.5?葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)定
在處理后第1、3、5、7天分別利用Dual-PAM-100雙通道葉綠素儀(Walz,Germany)測(cè)定柑橘葉片光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。將柑橘材料放在黑暗環(huán)境中適應(yīng)?30?min?以上,每個(gè)處理取5盆柑橘選取葉齡和葉位一致的最新成熟葉進(jìn)行測(cè)定。先測(cè)定暗適應(yīng)熒光參數(shù),包括PSⅡ的最小熒光Fo、最大熒光Fm和PSⅠ的最大熒光Pm,緊接著在光照度為?550?μmol/(m2·s)?的光化光下適應(yīng)4?min,然后測(cè)定光適應(yīng)后PSⅡ的穩(wěn)態(tài)熒光Fs、最大熒光Fm′和?PSⅠ的最大熒光Pm′。測(cè)定過(guò)程中的飽和光脈沖強(qiáng)度為10?000?μmol/(m2·s)。采用Dual-PAM軟件自動(dòng)計(jì)算出PSⅠ和PSⅡ的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。本研究選取4個(gè)PSⅠ和4個(gè)PSⅡ的熒光參數(shù)進(jìn)行分析。PSⅡ的參數(shù)包括最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、有效量子產(chǎn)量Y(Ⅱ)、調(diào)節(jié)性耗散量子產(chǎn)量Y(NPQ)和非調(diào)節(jié)性耗散量子產(chǎn)量Y(NO),其中Y(Ⅱ)+Y(NO)+Y(NPQ)=1[8]。PSⅠ的參數(shù)包括最大熒光信號(hào)變化Pm、有效量子產(chǎn)量Y(Ⅰ)、由于供體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y(ND)和由于受體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y(NA),其中Y(Ⅰ)+Y(ND)+Y(NA)=1[9]。
1.6?葉綠素含量的測(cè)定
在處理后第7天和第15天利用SPDA-520型葉綠素計(jì)測(cè)量柑橘葉片中的葉綠素含量,每個(gè)處理取5盆柑橘選取2張葉齡和葉位一致的最新成熟葉進(jìn)行測(cè)定。
1.7?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
利用PASW18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。
2?結(jié)果與分析
2.1?2個(gè)光系統(tǒng)最大量子轉(zhuǎn)化潛力的變化
從圖1可以看出,0.1?mmol/L草銨膦和0.1、1.0?mmol/L草甘膦處理后7?d內(nèi)對(duì)Fv/Fm無(wú)明顯影響,F(xiàn)v/Fm始終保持在0.80左右,與對(duì)照大體一致。1.0?mmol/L草銨膦處理后5?d內(nèi),F(xiàn)v/Fm略有降低,變化速度較為緩慢;處理后5~7?d,F(xiàn)v/Fm從0.78降低至0.70以下,降低速度明顯加快。在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi),草銨膦和草甘膦處理對(duì)Pm均有不同程度的影響。低濃度(0.1?mmol/L)草銨膦和草甘膦處理后5~7?d,Pm略低于對(duì)照。高濃度(1.0?mmol/L)草甘膦處理后7?d,Pm略低于其低濃度(0.1?mmol/L)處理。相比之下,高濃度(1.0?mmol/L)草銨膦處理后7?d,Pm明顯低于其低濃度(0.1?mmol/L)處理。
2.2?2個(gè)光系統(tǒng)吸收光量子分配的變化
從圖2可以看出,草銨膦和草甘膦在各濃度處理下PSⅡ有效量子產(chǎn)量Y(Ⅱ)均總體隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降的趨勢(shì),降低幅度最大的是1.0?mmol/L草銨膦處理;非調(diào)節(jié)性耗散量子產(chǎn)量Y(NO)則總體隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升的趨勢(shì),上升幅度最大的也是1.0?mmol/L草銨膦處理,而調(diào)節(jié)性耗散量子產(chǎn)量Y(NPQ)則保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。在各濃度草銨膦和草甘膦處理后1~7?d,Y(Ⅱ)均明顯低于對(duì)照,Y(NO)與對(duì)照的差異較小,而Y(NPQ)均明顯大于對(duì)照。PSⅠ熒光參數(shù)的變化趨勢(shì)與PSⅡ不同,在各濃度草銨膦和草甘膦處理后,PSⅠ有效量子產(chǎn)量Y(Ⅰ)和受體側(cè)限制耗散的量子產(chǎn)量Y(NA)均總體隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),降低幅度最大的是1.0?mmol/L草銨膦處理,供體側(cè)限制耗散的量子產(chǎn)量Y(ND)總體呈上升趨勢(shì),上升幅度最大的仍是1.0?mmol/L草銨膦處理。在各濃度草銨膦和草甘膦處理后1~5?d,Y(Ⅰ)與對(duì)照無(wú)明顯差異,而1.0?mmol/L草銨膦和草甘膦處理后?7?d,Y(Ⅰ)均明顯小于對(duì)照。在各濃度草銨膦和草甘膦處理后7?d,Y(ND)均大于對(duì)照,而Y(NA)則均小于對(duì)照。通過(guò)進(jìn)一步相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),Y(ND)?受Y(Ⅱ)的影響較大,P值為0.059,接近統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平(圖3)。
2.3?葉綠素含量的變化
如表1所示,低濃度草銨膦和低濃度、高濃度草甘膦處理7~15?d對(duì)柑橘葉綠素含量無(wú)顯著影響;高濃度草銨膦處理7~15d,柑橘葉綠素含量顯著降低,降低幅度為9.50%~12.08%。
3?討論
葉綠素?zé)晒馐枪夂献饔玫幕铙w探針,通過(guò)對(duì)熒光參數(shù)的測(cè)定和分析,可以得到光系統(tǒng)適應(yīng)調(diào)節(jié)及光能利用途徑的信息[6]。草銨膦和草甘膦均不屬于光合作用抑制劑,但在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)對(duì)柑橘葉片PSⅠ和PSⅡ熒光參數(shù)均產(chǎn)生了不同程度的影響,說(shuō)明草銨膦和草甘膦脅迫均可對(duì)柑橘的光合作用產(chǎn)生影響。供試柑橘葉片光系統(tǒng)的Y(Ⅱ)、Y(Ⅰ)、Y(NA)總體隨著施用草銨膦和草甘膦劑量的增加呈現(xiàn)不同程度降低趨勢(shì),且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度總體增大。相反,Y(ND)?在草銨膦和草甘膦處理后呈上升趨勢(shì),隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)上升幅度增大。而Y(NPQ)在2種藥劑處理后1~7?d保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平,但始終大于對(duì)照。上述研究結(jié)果表明,施用草銨膦和草甘膦均可在不同程度上對(duì)柑橘葉片光系統(tǒng)的光能捕獲及其分配途徑產(chǎn)生不利影響。噴施高濃度(1.0?mmol/L)草銨膦對(duì)上述熒光參數(shù)及葉綠素含量的影響總體大于噴施同等濃度的草甘膦,表明柑橘園噴施草銨膦的安全風(fēng)險(xiǎn)高于草甘膦。
暗適應(yīng)葉片的Fv/Fm大小是判斷植物是否受到光抑制的主要指標(biāo),在沒有環(huán)境脅迫的條件下,F(xiàn)v/Fm一般在0.75~0.85之間,植物對(duì)不同環(huán)境脅迫的敏感度不同,對(duì)應(yīng)Fv/Fm的下降幅度也有所差異[10-11]。1.0?mmol/L草銨膦處理7?d后,柑橘Fv/Fm明顯降低,而1.0?mmol/L草甘膦處理的Fv/Fm沒有受到明顯的影響,可能原因是柑橘葉片對(duì)草銨膦的吸收能力大于草甘膦,而非柑橘的光系統(tǒng)對(duì)草甘膦脅迫不敏感。在以前的研究中已經(jīng)普遍觀察到,在草甘膦脅迫下敏感植物Fv/Fm呈下降趨勢(shì)[12-13]。
Y(Ⅱ)代表PSII的有效量子產(chǎn)量,在本研究中,Y(Ⅱ)是柑橘葉片中對(duì)草銨膦和草甘膦脅迫最敏感的葉綠素?zé)晒鈪?shù)之一。2種除草劑處理1?d后,Y(Ⅱ)已經(jīng)明顯降低。Y(Ⅱ)的降低導(dǎo)致柑橘葉片光能分配途徑發(fā)生變化。葉片通過(guò)提高Y(NPQ)的分配途徑,將過(guò)剩的光能以熱的方式釋放到周邊環(huán)境中,進(jìn)而有效避免光系統(tǒng)遭到更嚴(yán)重的光氧化性損傷。這與前人在草甘膦脅迫下在葡萄葉片中觀測(cè)到的結(jié)果一致[14]。前人對(duì)野生大豆進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),葉片熱耗散能量分配隨著草甘膦劑量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)[13]。本研究中草甘膦的噴施濃度為0.1~1.0?mmol/L,處理后柑橘的Y(NPQ)高于對(duì)照,與在低劑量草甘膦脅迫下野生大豆中觀測(cè)結(jié)果一致。
在植物光合機(jī)構(gòu)中,PSⅡ和PSⅠ是2個(gè)具有密切聯(lián)系的復(fù)合體,PSⅡ產(chǎn)生的電子向PSⅠ傳遞,因此PSⅡ受到抑制時(shí)會(huì)影響PSI的參數(shù)。在2種除草劑脅迫下,柑橘葉片Y(Ⅱ)相對(duì)降低幅度大于Y(Ⅰ),在一定程度上導(dǎo)致PSⅠ受到了供體側(cè)限制,表現(xiàn)為Y(ND)上升。由于Y(ND)上升的幅度較大,導(dǎo)致Y(NA)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。作為受體側(cè)限制指標(biāo),Y(NA)也會(huì)受到光合作用碳固定階段生化過(guò)程的影響。關(guān)于草銨膦和草甘膦對(duì)光合作用碳固定影響的區(qū)別仍需進(jìn)一步研究。
草銨膦在橘園使用不當(dāng),如誤噴或飄移到柑橘葉片上會(huì)給柑橘的光合作用造成較大影響。但這僅是除草劑通過(guò)地上途徑對(duì)柑橘的影響。此外,除草劑也可以通過(guò)地下途徑如土壤和根系對(duì)果樹帶來(lái)不利的影響。草銨膦和草甘膦通過(guò)地下途徑對(duì)柑橘產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)大小仍有待進(jìn)一步研究和比較。
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