基于葉綠素熒光比較草銨膦和草甘膦對柑橘的安全性

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柑橘葉片葉綠素熒光參數(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）均較對照呈現(xiàn)不同程度降低趨勢，且總體隨著處理時間的延長下降幅度增大;Y（ND）較對照呈現(xiàn)上升趨勢，隨著處理時間的延長上升幅度增大;Y（NPQ）保持相對穩(wěn)定，但始終大于對照。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，表明柑橘葉片對草銨膦耐藥性弱于草甘膦。因此，橘園施用草銨膦通過莖葉途徑對柑橘造成的藥害風險高于草甘膦。

關(guān)鍵詞：草銨膦;草甘膦;葉綠素熒光;柑橘

中圖分類號：S451.2文獻標志碼：A文章編號：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

基金項目：廣東省重大科技計劃（編號：2014B020203003）。

作者簡介：張?zhí)﹦拢?985—），男，廣西平南人，博士，助理研究員，研究方向為植物生理生態(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，研究方向為雜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，而我國是世界第一大柑橘生產(chǎn)國，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80%的收人來自于柑橘生產(chǎn)[1]。我國的柑橘產(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]。除草劑對敏感的非靶標作物通常具有一定的藥害風險，尤其是非選擇性除草劑。除草劑藥害的鑒定及補救已經(jīng)成為廣大農(nóng)民和相關(guān)管理部門普遍關(guān)注的問題。葉綠素熒光檢測是目前植物生理生態(tài)研究的重要手段，被廣泛應(yīng)用于植物對逆境的適應(yīng)和響應(yīng)機制研究[6]，包括除草劑脅迫[7]。本研究以葉綠素熒光特征及葉綠素含量作為定量指標，比較草銨膦和草甘膦對柑橘的安全性，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)過程中每天澆適量的水，保持基質(zhì)濕潤，每4個月施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，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?試驗時間和地點

試驗時間為2018年7—8月，試驗地點位于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所。

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個不同濃度進行試驗。另設(shè)置只噴施清水的空白對照組（CK）。利用?ASS-4?型自動噴霧系統(tǒng)（由國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研發(fā)）采用扇形噴頭對盆栽柑橘進行均勻噴霧，1?m2噴藥量為45?mL。

1.5?葉綠素熒光的測定

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）測定柑橘葉片光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）和光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的葉綠素熒光參數(shù)。將柑橘材料放在黑暗環(huán)境中適應(yīng)?30?min?以上，每個處理取5盆柑橘選取葉齡和葉位一致的最新成熟葉進行測定。先測定暗適應(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′。測定過程中的飽和光脈沖強度為10?000?μmol/（m2·s）。采用Dual-PAM軟件自動計算出PSⅠ和PSⅡ的葉綠素熒光參數(shù)。本研究選取4個PSⅠ和4個PSⅡ的熒光參數(shù)進行分析。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?葉綠素含量的測定

在處理后第7天和第15天利用SPDA-520型葉綠素計測量柑橘葉片中的葉綠素含量，每個處理取5盆柑橘選取2張葉齡和葉位一致的最新成熟葉進行測定。

1.7?數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用PASW18.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，Duncans新復(fù)極差法進行方差分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?2個光系統(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Fv/Fm無明顯影響，F(xiàn)v/Fm始終保持在0.80左右，與對照大體一致。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。在試驗濃度范圍內(nèi)，草銨膦和草甘膦處理對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）均總體隨時間的延長呈下降的趨勢，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）則總體隨時間的延長呈上升的趨勢，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）均明顯低于對照，Y（NO）與對照的差異較小，而Y（NPQ）均明顯大于對照。PSⅠ熒光參數(shù)的變化趨勢與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）均總體隨時間的延長呈下降趨勢，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，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）與對照無明顯差異，而1.0?mmol/L草銨膦和草甘膦處理后?7?d，Y（Ⅰ）均明顯小于對照。在各濃度草銨膦和草甘膦處理后7?d，Y（ND）均大于對照，而Y（NA）則均小于對照。通過進一步相關(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對柑橘葉綠素含量無顯著影響;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

葉綠素熒光是光合作用的活體探針，通過對熒光參數(shù)的測定和分析，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，但在試驗濃度范圍內(nèi)對柑橘葉片PSⅠ和PSⅡ熒光參數(shù)均產(chǎn)生了不同程度的影響，說明草銨膦和草甘膦脅迫均可對柑橘的光合作用產(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，且隨著處理時間的延長下降幅度總體增大。相反，Y（ND）?在草銨膦和草甘膦處理后呈上升趨勢，隨著處理時間的延長上升幅度增大。而Y（NPQ）在2種藥劑處理后1～7?d保持在相對穩(wěn)定的水平，但始終大于對照。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險高于草甘膦。

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，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，植物對不同環(huán)境脅迫的敏感度不同，對應(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草銨膦的吸收能力大于草甘膦，而非柑橘的光系統(tǒng)對草甘膦脅迫不敏感。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[12-13]。

Y（Ⅱ）代表PSII的有效量子產(chǎn)量，在本研究中，Y（Ⅱ）是柑橘葉片中對草銨膦和草甘膦脅迫最敏感的葉綠素熒光參數(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。葉片通過提高Y（NPQ）的分配途徑，將過剩的光能以熱的方式釋放到周邊環(huán)境中，進而有效避免光系統(tǒng)遭到更嚴重的光氧化性損傷。這與前人在草甘膦脅迫下在葡萄葉片中觀測到的結(jié)果一致[14]。前人對野生大豆進行研究發(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[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）高于對照，與在低劑量草甘膦脅迫下野生大豆中觀測結(jié)果一致。

在植物光合機構(gòu)中，PSⅡ和PSⅠ是2個具有密切聯(lián)系的復(fù)合體，PSⅡ產(chǎn)生的電子向PSⅠ傳遞，因此PSⅡ受到抑制時會影響PSI的參數(shù)。在2種除草劑脅迫下，柑橘葉片Y（Ⅱ）相對降低幅度大于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。作為受體側(cè)限制指標，Y（NA）也會受到光合作用碳固定階段生化過程的影響。關(guān)于草銨膦和草甘膦對光合作用碳固定影響的區(qū)別仍需進一步研究。

草銨膦在橘園使用不當，如誤噴或飄移到柑橘葉片上會給柑橘的光合作用造成較大影響。但這僅是除草劑通過地上途徑對柑橘的影響。此外，除草劑也可以通過地下途徑如土壤和根系對果樹帶來不利的影響。草銨膦和草甘膦通過地下途徑對柑橘產(chǎn)生的安全風險大小仍有待進一步研究和比較。

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