新型原卟啉原氧化酶抑制劑Y11049 的作用特性

林方銳, 黃曉慧, 常 慧, 陳 杰

(浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安，311300)

我國(guó)目前登記用于非耕地的滅生性除草劑品種主要有草甘膦、草銨膦、苯嘧磺草胺等，近年來(lái)，隨著抗草甘膦雜草問(wèn)題的日益突出，亟需除草劑新產(chǎn)品的問(wèn)世[1]，新型滅生性除草劑品種的研發(fā)因而備受重視。原卟啉原氧化酶 (PPO) 是四吡咯生物合成途徑中的關(guān)鍵酶，PPO 抑制劑主要通過(guò)抑制該酶的活性，導(dǎo)致原卟啉IX 的積累，且在光和氧的作用下生成單態(tài)氧作用于細(xì)胞膜上，產(chǎn)生細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞從而導(dǎo)致植株死亡[2]。巴斯夫公司開(kāi)發(fā)的苯嘧磺草胺(saflufenacil，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖式1) 即屬于PPO 的強(qiáng)抑制劑，已廣泛用于非耕地雜草的防除[3]。Y11049(建議名稱：苯噻嘧草酯，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖式2) 是華中師范大學(xué)自主研發(fā)的一種新型嘧啶二酮類PPO 抑制劑，與苯嘧磺草胺屬同類結(jié)構(gòu)化合物，已獲得中國(guó)發(fā)明專利授權(quán) (ZL 201410566926)[4]。

前期溫室除草活性和田間藥效試驗(yàn)結(jié)果表明，Y11049 作為新型PPO 抑制劑，在防治非耕地闊葉和莎草科雜草方面具有較好的開(kāi)發(fā)前景[5]。本研究在此基礎(chǔ)上，以苯嘧磺草胺為對(duì)照藥劑，系統(tǒng)研究了其吸收傳導(dǎo)特性以及環(huán)境因子 (溫度、光照、模擬降雨等) 及雜草葉齡對(duì)Y11049 除草活性的影響，旨在為該藥劑的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 藥劑 98% Y11049 原藥由華中師范大學(xué)提供。稱取 20 g 原藥，加入 8 g 十二烷基苯磺酸鈣和 10 g 蓖麻油聚氧乙烯醚，用甲酯化植物油補(bǔ)足至 100 g，攪拌 15～30 min，直至樣品完全溶解至清澈均相，即制備得到 20% Y11049 乳油 (EC)。后續(xù)試驗(yàn)均采用 20% Y11049 乳油進(jìn)行，預(yù)試驗(yàn)表明乳油中所添加助劑對(duì)結(jié)果無(wú)明顯影響。70%苯嘧磺草胺 (saflufenacil) 水分散粒劑 (WG，商品名巴佰金)，巴斯夫 (歐洲) 公司生產(chǎn)。

1.1.2 靶標(biāo) 綠穗莧Amaranthus hybridusL.、牽牛Pharbitis nil(L.) Choisy、苘麻Abutilon theophrastiMedicus、反枝莧Amaranthus retroflexusL.，雜草種子采自浙江省紹興市東浦鎮(zhèn)行宮山村；黃瓜Cucumis sativusL. 種子購(gòu)于市場(chǎng)。供試雜草種子萌發(fā)率均在90% 以上，且經(jīng)溫室盆栽試驗(yàn)測(cè)定對(duì)Y11049 表現(xiàn)為高度敏感 (有效成分30～60 g/hm2劑量下抑制率為90%～100%)。

1.1.3 主要儀器 3WPSH-500E 全自動(dòng)噴霧塔，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所；BSA223S-CW分析天平 (精確到 1 mg)，賽多利斯科學(xué)儀器 (北京) 有限公司；Bluepard 人工氣候箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；ZK-3 人工模擬降雨系統(tǒng)，北京知控高科技術(shù)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 藥液配制 將20% Y11049 乳油用水稀釋成各試驗(yàn)所設(shè)置劑量或濃度的藥液；對(duì)照藥劑70% 苯嘧磺草胺水分散粒劑先用水配制成母液，再稀釋成試驗(yàn)所設(shè)置劑量或濃度藥液。

1.2.2 試材培養(yǎng) 參考文獻(xiàn)方法[6-7]，將耕層壤土與培養(yǎng)基質(zhì)按體積比2 : 1 的比例混合均勻。取口徑8 cm 的花盆，裝入約4/5 混合好的試驗(yàn)用土，從花盆底部加水，使土壤吸水飽和。將適量雜草種子均勻播于花盆內(nèi)并覆土0.5～0.8 cm，置于溫室內(nèi)培養(yǎng)至試驗(yàn)要求齡期，每盆分別定植 (牽牛3 株，綠穗莧、反枝莧和苘麻均為8 株)。

1.2.3 溫度對(duì)Y11049 除草活性的影響 參考文獻(xiàn)方法[6-7]進(jìn)行。供試雜草為4 葉期的綠穗莧，Y11049處理劑量分別為有效成分3.75、7.5、15 和30 g/hm2，另設(shè)清水空白對(duì)照。莖葉噴霧處理[8](噴液量10 mL，噴霧壓力0.15 MPa)，每處理設(shè)4 個(gè)重復(fù)。將處理后的試材移至人工氣候箱中培養(yǎng)，設(shè)培養(yǎng)溫度 (L/D) 分別為：15 ℃/10 ℃、25 ℃/20 ℃、35 ℃/30 ℃，相對(duì)濕度60%～80%，光照 (L/D)12 h/12 h。于藥后7 d 剪取綠穗莧地上部分，稱量鮮重，按公式 (1) 計(jì)算鮮重抑制率。

式中：C為鮮重抑制率，%；W1為對(duì)照雜草鮮重，g；W2為處理雜草鮮重，g。

1.2.4 光照強(qiáng)度對(duì)Y11049 除草活性的影響 參考文獻(xiàn)方法[6-7]進(jìn)行。供試雜草為4 葉期的牽牛，Y11049 處理劑量為有效成分60 g/hm2，對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺處理劑量為有效成分30 g/hm2，另設(shè)清水空白對(duì)照。同1.2.3 節(jié)莖葉噴霧處理，每處理設(shè)4 個(gè)重復(fù)。施藥后置于人工氣候箱中培養(yǎng)，分別設(shè)8 427、4 200 和5 lx 高、中、低3 種光照強(qiáng)度，溫度為25 ℃，相對(duì)濕度60%～80%。于藥后7 d 剪取牽牛地上部分并稱量鮮重，按 (1) 式計(jì)算鮮重抑制率。

1.2.5 模擬降雨對(duì)Y11049 除草活性的影響 供試雜草為4 葉期的苘麻，Y11049 處理劑量為有效成分30 g/hm2，對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺處理劑量為有效成分15 g/hm2，并設(shè)清水空白對(duì)照。同1.2.3 節(jié)莖葉噴霧處理。分別于藥后0、0.5、1、2、4、8、12 和24 h 模擬人工降雨 (降雨強(qiáng)度為34 mm/h，降雨量12 mm)，同時(shí)設(shè)無(wú)降雨對(duì)照處理，每處理4 個(gè)重復(fù)。處理后將試材置于20～35 ℃、相對(duì)濕度50%～80%溫室內(nèi)培養(yǎng)。于藥后7 d 剪取苘麻地上部分并稱量鮮重，按 (1) 式計(jì)算鮮重抑制率。

1.2.6 植株對(duì)Y11049 的吸收傳導(dǎo)性研究

1.2.6.1 活性炭隔離法 參考文獻(xiàn)方法[6-7]。將石英砂在120 ℃烘箱中滅菌2 h，冷卻后倒入用Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液配制的500 mg/L 藥液，制成藥砂，空白對(duì)照直接用營(yíng)養(yǎng)液配制成營(yíng)養(yǎng)砂，藥砂和營(yíng)養(yǎng)砂含水量均為20%。根層處理：取適量藥砂裝于250 mL 的玻璃燒杯內(nèi)，上面鋪蓋0.5 cm厚活性炭，播入催芽露白的黃瓜種子，再覆蓋0.5 cm 厚營(yíng)養(yǎng)砂，用保鮮膜封口。芽層處理：取適量營(yíng)養(yǎng)砂裝于250 mL 玻璃燒杯內(nèi)，播入催芽露白的黃瓜種子，覆蓋0.5 cm 厚活性炭，再覆蓋0.5 cm厚藥砂，用保鮮膜封口?？瞻讓?duì)照處理上下兩層均為營(yíng)養(yǎng)砂。每處理設(shè)4 個(gè)重復(fù)，置于人工氣候箱[25 ℃、相對(duì)濕度60%～80%、光照 (L/D) 為16 h/8 h]內(nèi)培養(yǎng)，7 d 后測(cè)量植株莖及根的長(zhǎng)度，按公式 (2) 分別計(jì)算根長(zhǎng)及莖長(zhǎng)抑制率。

式中：R為生長(zhǎng)抑制率，%；L0為對(duì)照組根長(zhǎng)或莖長(zhǎng)，cm；L1為處理組根長(zhǎng)或莖長(zhǎng)，cm。

1.2.6.2 濾紙隔離法 參考文獻(xiàn)方法[6-7]，分別對(duì)4葉期苘麻進(jìn)行莖葉噴霧和藥液灌根處理。Y11049處理劑量分別為有效成分3.75 和7.5 g/hm2，設(shè)清水空白對(duì)照，每處理4 個(gè)重復(fù)。莖葉吸收傳導(dǎo)性：將濾紙鋪放在土壤表面進(jìn)行莖葉噴霧處理；根吸收傳導(dǎo)性：灌根處理后在土壤表面覆蓋濾紙。置于 20～35 ℃、相對(duì)濕度50%～80%的溫室中培養(yǎng)。于藥后7 d分別稱量地上和地下部分鮮重，按公式(1) 計(jì)算鮮重抑制率。

1.2.7 施藥適期葉齡測(cè)定 供試雜草為苘麻和反枝莧，采用溫室盆栽法進(jìn)行[6-7]。每間隔7 d 播種下一批試材，置于溫室內(nèi)培養(yǎng)，至0、2、4、6 及8 葉齡期時(shí)分別進(jìn)行噴霧處理。Y11049 處理劑量為有效成分30 和60 g/hm2，對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺處理劑量為有效成分30 g/hm2，每處理設(shè)4 個(gè)重復(fù)。處理后置于20～30 ℃、相對(duì)濕度60%～80% 的溫室中培養(yǎng)。定期觀察植株受藥害癥狀，于藥后14 d 剪取植株地上部分并稱量鮮重，按 (1) 式計(jì)算鮮重抑制率。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 所有試驗(yàn)均重復(fù)3 次，采用DPS 軟件 (13.5) 對(duì)結(jié)果進(jìn)行ANOVA 單因素分析，通過(guò)Graphpad prism 軟件 (v 8.0) 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)Y11049 除草活性的影響

從圖1 中可見(jiàn)，同一處理劑量下，Y11049 對(duì)綠穗莧的鮮重抑制率隨溫度的升高而增高，且不同溫度處理間差異顯著，表明Y11049 的除草活性與溫度呈正相關(guān)。在有效成分3.75、7.5、15 和30 g/hm2劑量下，隨著環(huán)境溫度升高，Y11049 對(duì)綠穗莧的鮮重抑制率分別在15.2%～54.7%、36.7%～86.6%、53.0%～95.0%和70.8%～95.7%之間。其中，溫度對(duì)低劑量處理組影響最大，對(duì)高劑量處理組影響相對(duì)較小，表明在低溫天氣使用Y11049時(shí)，需較高劑量處理才能有效防除雜草。

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)Y11049 除草活性的影響

結(jié)果見(jiàn)表1。與對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺的規(guī)律一致，同一處理劑量下，Y11049 對(duì)牽牛的鮮重抑制率隨著光照的增強(qiáng)而升高，且不同光照處理間均差異顯著。表明Y11049 與苯嘧磺草胺一樣屬于需光型除草劑，其除草效果與光照強(qiáng)度顯著相關(guān)。

表1 不同光照強(qiáng)度下 Y11049 對(duì)牽牛的鮮重抑制率Table 1 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against P. nil under different light intensity

2.3 模擬降雨對(duì)Y11049 除草活性的影響

結(jié)果如表2 所示。在有效成分30 g/hm2劑量下，于施藥后0.5、1 和 2 h 模擬降雨，Y11049 對(duì)苘麻的鮮重抑制率與無(wú)降雨處理之間均差異顯著；施藥4 h 之后降雨，則Y11049 對(duì)苘麻的鮮重抑制率與無(wú)降雨處理之間無(wú)顯著差異。對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺施藥2 h 之后降雨對(duì)藥效均無(wú)顯著影響。表明Y11049 具有一定的耐雨水沖刷性，若施藥后4 h 內(nèi)有降雨，需重新進(jìn)行施藥處理。

表2 Y11049 藥后不同時(shí)間模擬降雨對(duì)苘麻的鮮重抑制率Table 2 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against A. theophrasti after treatment by simulated rainfall at different time (%)

2.4 Y11049 的吸收傳導(dǎo)特性

2.4.1 胚芽、胚根部位的吸收 研究結(jié)果(表3、表4和圖2) 表明：經(jīng)Y11049 芽層和根層處理后，黃瓜莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)均顯著低于空白對(duì)照，Y11049對(duì)黃瓜莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)的抑制率以及對(duì)胚芽和胚根鮮重的抑制率均與空白對(duì)照差異顯著，且根層處理的抑制作用顯著強(qiáng)于芽層處理。表明Y11049 能夠被胚根和胚芽吸收，且胚根吸收更為明顯，與對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺特性相近。

表3 Y11049 對(duì)黃瓜胚芽、胚根長(zhǎng)度以及鮮重的抑制效果 (芽層處理)Table 3 Inhibition of Y11049 on plumule, radicle length and fresh weight of C. sativus (bud treatments)

表4 Y11049 對(duì)黃瓜胚芽、胚根長(zhǎng)度以及鮮重的抑制效果 (根層處理)Table 4 Inhibition of Y11049 on plumule, radicle length and fresh weight of C. sativus (root treatments)

2.4.2 莖葉、根部的吸收傳導(dǎo)性 濾紙隔離法莖葉噴霧和灌根處理試驗(yàn)結(jié)果 (表5 和圖3) 表明，兩種處理下苘麻鮮重均比空白對(duì)照顯著減少，可見(jiàn)Y11049 能夠通過(guò)根和莖葉吸收。在有效成分7.5 g/hm2劑量下，莖葉處理組苘麻地上、地下部分鮮重抑制率分別為90.1%和83.0%，但觀察發(fā)現(xiàn)根系未完全枯死，分析認(rèn)為其鮮重抑制是由于葉片受藥后很快干枯，無(wú)法進(jìn)行光合作用所致，同時(shí)表明Y11049 具有觸殺作用和向下弱傳導(dǎo)性；而灌根處理組苘麻地上和地下部分鮮重抑制率只有36.4%和24.5%，說(shuō)明該藥劑經(jīng)根系吸收后可向上弱傳導(dǎo)。由此可見(jiàn)，Y11049 在實(shí)際應(yīng)用中需要足夠的噴液量以保證均勻噴施到雜草植株。

表5 苘麻莖葉和根對(duì)Y11049 的吸收傳導(dǎo)性Table 5 Absorption and conductivity of Y11049 by stem-and-leaves and roots of A. theophrasti

2.5 Y11049 的施藥適期

研究結(jié)果 (表6) 表明，在試驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，Y11049 芽前土壤處理對(duì)苘麻和反枝莧均無(wú)活性，對(duì)2～8 葉齡雜草則均有較高活性, 表明其施藥適期較長(zhǎng)。在有效成分30 g/hm2劑量下，Y11049 對(duì)苘麻和反枝莧的除草活性與對(duì)照藥劑苯嘧磺草胺相當(dāng)。

表6 Y11049 對(duì)不同葉齡苘麻及反枝莧的鮮重抑制率Table 6 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against A. theophrasti and A. retroflexus at different leaf stages (%)

3 結(jié)論與討論

除草活性化合物Y11049 與苯嘧磺草胺同屬于嘧啶二酮類PPO 抑制劑。本研究發(fā)現(xiàn)，Y11049施藥處理24 h 后雜草即表現(xiàn)出葉部干枯等中毒癥狀，7 d 后基本枯死，說(shuō)明其具有良好的觸殺作用及速效性，與Grossmann 等[9]報(bào)道的苯嘧磺草胺的作用特性類似。

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，除草劑尤其是莖葉處理劑，其藥效受溫度、光照和降雨等環(huán)境條件影響較大，較高的溫度會(huì)增強(qiáng)除草劑通過(guò)葉片的滲透性和傳導(dǎo)性。Silva 等[10]發(fā)現(xiàn)，在較高溫度條件下，植株對(duì)草甘膦的吸收性更好。本研究發(fā)現(xiàn)，Y11049 對(duì)綠穗莧的鮮重抑制率在35 ℃/30 ℃時(shí)顯著高于其他較低溫度處理組。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度光照下Y11049 的藥效發(fā)揮最好。其原因可能是由于高強(qiáng)度光照加速了植株的光合速率，促進(jìn)了除草劑在雜草體內(nèi)組織細(xì)胞間的傳導(dǎo)，最終增強(qiáng)了該類需光型藥劑藥效的發(fā)揮[11-12]。Souza 等[13]的研究表明，降雨會(huì)稀釋或淋洗掉雜草葉片表面的藥劑，從而導(dǎo)致藥效降低，而本研究通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)，明確了Y11049 在施藥后4 h 內(nèi)降雨對(duì)其防效基本沒(méi)有影響。

在新除草劑的研發(fā)過(guò)程中，通常需要明確其吸收傳導(dǎo)性和施藥適期，以便指導(dǎo)其科學(xué)合理使用。本研究發(fā)現(xiàn)，新型化合物Y11049 能夠通過(guò)植物的根、莖、葉及芽吸收，但雙向傳導(dǎo)性較弱，驗(yàn)證了其為觸殺型PPO 抑制劑，主要適宜通過(guò)莖葉噴霧方式施藥防除雜草。對(duì)于觸殺型藥劑，施藥適期是決定其窗口期的關(guān)鍵因素，大葉齡雜草會(huì)加快除草劑的代謝速度，而莖葉噴霧施用過(guò)早則可能因葉片吸收藥劑少會(huì)導(dǎo)致防效下降[14-15]。本研究發(fā)現(xiàn)，Y11049 對(duì)2～8 葉齡苘麻和反枝莧均有較高的活性，表明其施藥適期較長(zhǎng)，具有作為非耕地除草劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用的潛質(zhì)。

綜上所述，Y11049 以選擇溫度適宜的晴天施藥為宜，且由于其作用方式為觸殺型，在非耕地應(yīng)用時(shí)需要足夠的噴液量以保證均勻噴施于雜草表面。本研究表明，新型PPO 抑制劑Y11049在防除非耕地闊葉雜草方面具有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景，但其劑型研制和應(yīng)用技術(shù)等還有待進(jìn)一步研究。