土壤中殘留氯吡嘧磺隆對紅蕓豆幼苗光合作用的影響

趙麗娟 ，李 歡 ，張 洪 ，王創(chuàng)云

（1.忻州師范學(xué)院生物系，山西忻州034000；2.山西省分析科學(xué)研究院，山西太原030006；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

紅蕓豆（Red Kidney Bean）屬普通菜豆（Phaseoleae vulgaris L.）矮生直立型的一個品種，其籽粒顏色為紅色，營養(yǎng)價值、經(jīng)濟價值較高，為山西省雜糧出口的重要品種，在晉北一帶種植廣泛[1-2]。在紅蕓豆種植過程中，面臨各種惡性雜草防除的困難。為了節(jié)約人力成本，減少雜草給紅蕓豆帶來的產(chǎn)量、品質(zhì)上的損失，通常采用化學(xué)除草劑來防除各種雜草。而除草劑的盲目使用會造成藥害，不僅降低作物的經(jīng)濟產(chǎn)量，還會對當(dāng)季作物的安全性以及后茬作物的安全性造成影響[3-5]。

氯吡嘧磺?。╤alosulfuron-methyl）是由日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會社與孟山都公司聯(lián)合發(fā)現(xiàn)并開發(fā)的一個新型磺酰脲類除草劑，其主要通過抑制植物的乙酰乳酸合成酶，阻止支鏈氨基酸的合成，最終導(dǎo)致植物死亡。目前，氯吡嘧磺隆主要用于小麥、玉米、水稻、高粱、草坪、甘蔗等作物田雜草的防除[6]。但是，氯吡嘧磺隆在進行雜草防治的過程中，殘留在土壤中的農(nóng)藥也會對敏感作物造成藥害。潘東進[7]研究發(fā)現(xiàn)，氯吡嘧磺隆在種植甘蔗、大豆、花生、玉米田間的土壤中殘留期長，對敏感作物活性極高，即使少量的土壤殘留量也會對敏感作物造成嚴(yán)重的藥害，引起減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)等。黃春艷等[8]研究還發(fā)現(xiàn)，正常劑量的磺酰脲類除草劑對谷子、高粱藥害嚴(yán)重，造成苗期死亡。目前關(guān)于土壤中殘留氯吡嘧磺隆對豆科作物的光合作用影響研究較少。

為了探究氯吡嘧磺隆對后茬作物紅蕓豆的影響，本試驗采用葉綠素?zé)晒夥治鰞x，在無損傷的情況下，分析葉綠素?zé)晒庵档淖兓M而得出殘留氯吡嘧磺隆對紅蕓豆幼苗光合作用的影響，以期為該類農(nóng)藥的合理使用以及風(fēng)險評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

氯吡嘧磺隆，購買自江蘇省農(nóng)用激素工程技術(shù)研究中心有限公司；紅蕓豆種子由忻州市匯豐糧業(yè)有限公司提供；有機土由北京泓景尚藝商貿(mào)有限公司提供。

1.2 儀器

葉綠素?zé)晒夥治鰞x，連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Fluor-Pen 100，PSI，捷克），光照培養(yǎng)箱（LI15，美國SHELLAB有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 幼苗試驗 配制含量為0.005，0.008 mg/kg的氯吡嘧磺隆藥土，將配好的藥土均勻分裝到育苗缽中，另設(shè)空白對照組。每個育苗缽中放4粒紅蕓豆種子，置于（23±2）℃的光照培養(yǎng)箱中（光照培養(yǎng)箱保持12 h光照，12 h黑暗）。

1.3.2 熒光動力曲線的測定 當(dāng)幼苗出土約0.5 cm時，設(shè)為出苗時間，當(dāng)生長20 d時，紅蕓豆幼苗長出4～5片葉子，即開始試驗，試驗持續(xù)約30 d。取不同處理組植株葉片用于測定紅蕓豆幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)，求出每組植株的平均值，作出不同處理下的紅蕓豆幼苗OJIP曲線。

紅蕓豆幼苗暗適應(yīng)約6 h后，用連續(xù)激發(fā)式熒光儀測定快速葉綠素?zé)晒馍仙齽恿W(xué)曲線。采用葉綠素?zé)晒鈨x記錄2 000 ms內(nèi)的葉綠素?zé)晒鈴姸茸兓?，記錄速率?0萬次/s，每1 ms記錄一次熒光數(shù)據(jù)，由此所得的曲線反映PSII光化學(xué)變化[9-11]。通過快速上升動力學(xué)曲線，可以直接獲得以下數(shù)據(jù)：初始熒光值F0，PSII反應(yīng)中心全部開放時的熒光水平；J點和I點的熒光強度Fj和Fi；Fm為最大熒光，PSII反應(yīng)中心全部關(guān)閉時的熒光水平；Fv為最大熒光和初始熒光之差（Fv＝Fm-F0），為可變熒光；Fv/Fm表征的是反應(yīng)初始時PSII的最大光能轉(zhuǎn)換效率，是當(dāng)所有PSII反應(yīng)均處于開放狀態(tài)時的量子產(chǎn)量[12]。同時計算得相關(guān)參數(shù)ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC，PIABS和 Fv/Fm的值。

2 結(jié)果與分析

2.1 對紅蕓豆葉片葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量的影響

不同含量的氯吡嘧磺隆脅迫，紅蕓豆幼苗OJIP曲線結(jié)果如圖1所示，低含量氯吡嘧磺隆脅迫下，紅蕓豆幼苗葉片熒光強度與空白對照組相比，沒有發(fā)生顯著變化（P＞0.05）；隨著氯吡嘧磺隆含量升高，紅蕓豆幼苗葉片熒光強度在J-P段顯著下降（P＜0.05）。結(jié)果表明，氯吡嘧磺隆脅迫會導(dǎo)致紅蕓豆幼苗熒光產(chǎn)量下降，阻礙PSII中QA，QB和質(zhì)體醌之間的電子傳遞。

2.2 對紅蕓豆幼苗葉片PSII反應(yīng)中心活性的影響

植物的Fv/Fm在正常生存環(huán)境中變化幅度小，但當(dāng)植物在逆境或者受到脅迫時會顯著下降[13-17]，因此，可作為研究各種環(huán)境脅迫對光合作用系統(tǒng)影響的重要指標(biāo)。表1顯示，F(xiàn)v/Fm隨著土壤中的氯吡嘧磺隆含量的升高呈現(xiàn)下降趨勢，推測其原因可能是：植物葉片的光化學(xué)系統(tǒng)受到氯吡嘧磺隆的脅迫，導(dǎo)致部分參與光反應(yīng)的蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)和PSII損壞，從而導(dǎo)致Fv/Fm值下降。

隨著氯吡嘧磺隆含量的升高，ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC升高（表 1），推測其原因可能是：植物葉片中的PSII受到損壞，單位面積有活性的反應(yīng)中心數(shù)目減少，植物為了完成正常的生理活動從而致使單個反應(yīng)中心的效率增強。在此過程中，ET0/RC（表示用于單位面積傳遞電子的能量）無顯著性變化，但是TR0/RC（表示用于捕獲的光能）卻顯著增加，這說明反應(yīng)中心吸收的光能只有一部分用于電子傳遞，用于類囊體構(gòu)建電化學(xué)勢，而其余的能量均以放熱的形式向外耗散，這可能是植物在逆境下的自我保護狀態(tài)。能量的傳遞失衡更進一步影響電子在QA，QB和質(zhì)體醌之間的電子傳遞[18]。

表1 紅蕓豆幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化

2.3 對紅蕓豆幼苗葉片整體光合性能的影響

PIABS表示光合作用性能指數(shù)，此性能指數(shù)可以更準(zhǔn)確地反映生物PSII的生理活性狀態(tài)，能夠較準(zhǔn)確合理地反映脅迫對光系統(tǒng)的影響[19-20]。從表1可以看出，隨著氯吡嘧磺隆含量的增加，PIABS值降低，當(dāng)土壤含量達到0.008 mg/kg時，光合作用性能顯著下降。其原因可能是：在較低含量的氯吡嘧磺隆脅迫下，紅蕓豆幼苗葉片PSII電子傳遞已經(jīng)受阻，但尚未發(fā)生大規(guī)模的葉綠素降解，但隨著農(nóng)藥含量的升高，植物葉片中PSII的結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)受到破壞，所以，PIABS顯著下降。在此含量范圍內(nèi)，F(xiàn)v/Fm值也已經(jīng)下降，但下降幅度遠低于PIABS，還未產(chǎn)生顯著性差異，所以，PIABS較Fv/Fm更為靈敏，也更適宜作紅蕓豆幼苗受到氯吡嘧磺隆脅迫的指標(biāo)。

3 結(jié)論

葉綠素?zé)晒鉁y定方法是一種快速且不會傷害作物研究逆境光合生理的理想方法。紅蕓豆幼苗在受到土壤中的氯吡嘧磺隆脅迫時，葉片中的QA，QB和質(zhì)體醌之間的電子傳遞受阻，PSⅡ活性受到抑制。Fv/Fm和PIABS都可以反映植物葉片受到氯吡嘧磺隆脅迫下的損傷程度，但PIABS更為靈敏。