安全剂AD-67减轻单嘧磺隆对高粱药害的作用

叶 非, 付 颖*, 徐伟钧, 王 爽

(1.东北农业大学理学院,哈尔滨 150030;2.黑龙江省农业科学研究院,哈尔滨 150030)

磺酰脲类除草剂是化学除草剂中的一大类品种,此类除草剂的作用靶标是乙酰乳酸合成酶(ALS),即通过抑制植物的ALS阻止支链氨基酸的生物合成,最终破坏蛋白质的合成,干扰DNA合成及细胞分裂与生长,从而达到除草目的。自1979年绿磺隆问世至目前为止,已有30多个磺酰脲类除草剂品种问世,在小麦、玉米、大豆、水稻、油菜等五大作物上均有使用[1]。磺酰脲类除草剂自问世以来,为世界农业生产作出了巨大的贡献,但在其使用过程中已遇到一些问题,最突出的就是一些品种对后茬作物的长残留药害[2]。这些品种的残留药害与其较高的生物活性及特定条件下结合态的释放有关,一定条件下可再度以母体化合物或其代谢物的形式释放出来,结合残留物的迁移和淋溶性较弱,对后茬作物的生长产生抑制作用。因此,磺酰脲类除草剂残留的归趋及对后茬作物的影响成为使用中最令人关注的问题之一[3]。单嘧磺隆属于磺酰脲类除草剂,是我国第1个具有自主知识产权的农药品种,在活性上与国际上的同类产品氯磺隆和甲磺隆相当,主要用于防治小麦田里播娘蒿、荠菜、麦瓶草等杂草,尤其对华北地区的难治杂草碱茅有很好防效[4-5]。但是,单嘧磺隆易受气候和土壤因素的影响,其降解与化学结构及土壤质地和湿度、降雨量等环境因子有关,其中土壤质地和降雨量是关键因素[6]。由于单嘧磺隆为超高效除草剂,气候和土壤因素不利于它的降解极有可能会在土壤中残留与蓄积,并对下茬敏感作物和蔬菜产生药害。

除草剂安全剂又称除草剂解毒剂和保护剂,可降低除草剂对后茬作物的毒性,通过增加敏感作物的耐受性,减轻或消除除草剂对作物的伤害,但不影响除草剂的活性发挥[7]。近年来,随着生物化学领域分离、纯化等技术的快速发展和提高,国内外学者不仅从安全剂对作物的吸收、传导影响方面,而且从安全剂对作物体内谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)及除草剂靶标酶的影响等方面进行了研究,来揭示安全剂作用的本质[8]。N-二氯乙酰基噁唑烷类化合物是氯代乙酰替苯胺类和硫代氨基甲酸酯类除草剂良好的解毒剂,并可能作为磺酰脲类和咪唑啉酮类除草剂在禾本科作物田中的安全剂,以减少除草剂所引起的药害[9]。除草剂安全剂AD-67属于二氯乙酰基噁唑烷类化合物,可使玉米免受硫代氨基甲酸酯类和酰胺类除草剂的药害,增加GSH的含量[10],但对磺酰脲类除草剂的作用效果以及对单嘧磺隆解毒效应的研究,目前国内外尚无报道。作者通过生物测定方法研究AD-67对磺酰脲类除草剂的解毒情况,探讨安全剂保护作物免受磺酰脲类除草剂药害的效果。本研究选择磺酰脲类除草剂单嘧磺隆,通过AD-67对高粱的保护作用及作物体内GSH含量的变化,初步探讨AD-67保护高粱免受单嘧磺隆药害的作用机理。

1 材料与方法

1.1 供试植物与药剂

供试高粱品种为敖杂一号。除草剂为10%单嘧磺隆可湿性粉剂,由南开大学元素有机所提供。安全剂AD-67由本课题组合成。TCA(三氯乙酸)为北京顺义永遂化工厂产品。DTNB(5,5-二硫代双乙硝基甲酸)、谷胱甘肽(GSH)为Sigma公司产品。

试验土壤取自东北农业大学实验田1～15cm无污染的耕层土壤,过筛、自然风干后使用。土壤pH为7.37,有机质含量为2.37%。

1.2 单嘧磺隆对高粱生长影响试验

取定量过2mm筛的风干土,加入单嘧磺隆,配制成0、0.010、0.025、0.050、0.1、0.2、0.4、0.8mg/kg土壤的不同浓度毒土,装入小纸杯内,平衡12h。

将精选的高粱种子用50℃左右的温水浸泡30min,再用600倍的多菌灵浸泡30min,用蒸馏水冲洗干净后再浸泡12h左右,放在培养箱内,设定26.5℃催芽24h(高粱至露白)。

选择芽长一致的种子10粒,脐部朝下,均匀摆放在药土表面,上覆药土1cm左右,放置培养箱内培养(温度26.5℃、湿度75%、光照与黑暗各12h)。高粱生长10d后,测主根长和株高。各处理重复3次。数据采用Excel软件进行处理,回归分析并计算抑制浓度IC50值。

1.3 AD-67对单嘧磺隆解毒效果试验

取定量过2mm筛的风干土,加入单嘧磺隆,配制成0、0.050、0.100、0.200mg/kg土壤的不同浓度毒土,装入小纸杯内,平衡12h。

将精选的高粱种子用50℃左右的温水浸泡30min,用600倍的多菌灵浸泡30min,蒸馏水冲洗干净,再用不同浓度的 AD-67溶液(0、0.5、1、5、10mg/kg)浸种12h,用蒸馏水清洗干净,放在培养箱内,26.5℃催芽24h左右(高粱至露白)。

选择芽长一致的高粱种子10粒,脐部朝下,均匀摆放在药土表面,上覆药土1cm左右,放置培养箱内培养(温度26.5℃、湿度75%、光照与黑暗各12h循环培养)。高粱生长6d后,测高粱幼苗的主根长和株高。各处理重复3次,数据采用SAS系统进行处理和方差分析。

1.4 GSH含量的测定[11]

分别取高粱幼苗的叶片和根0.5g,加2.0mL 15%TCA,在0～4 ℃下研磨,再加 1.0mL15%TCA冲洗,放入离心管中离心(12000r/min)20min,取1mL离心后的上清液放入试管,加2.0mL的磷酸缓冲液(0.5moL/L,pH8),加入0.025mL10mmoL/L的DTNB显色,在412nm下测定A值。

2 结果与讨论

2.1 单嘧磺隆对高粱生长的影响

不同浓度单嘧磺隆对高粱的根长和株高的影响表明：在单嘧磺隆浓度为0.010mg/kg时,对高粱根长和株高表现为抑制作用(表1)。随单嘧磺隆浓度的增加,对高粱根长和株高抑制率逐渐增大,且相同浓度下单嘧磺隆对根长的抑制程度大于对株高的抑制程度。以单嘧磺隆浓度c的ln(c+1)为横坐标(x),以根长及株高的抑制率(y)为纵坐标分别做二次曲线回归方程：

表1 单嘧磺隆对高粱根长和株高的影响

方程的R2值均大于0.9,说明实测数据与模型拟合的较好,根长和株高的IC50分别为：0.43mg/kg和0.70mg/kg。结果表明：单嘧磺隆对敖杂一号的根长和株高有较强的抑制作用,抑制率与单嘧磺隆浓度对数的相关性较好,且单嘧磺隆对敖杂一号根长的影响大于对株高的影响。

2.2 安全剂AD-67对减轻高粱药害的效果

单用AD-67处理,对高粱主根长和株高有轻微的促进作用,其中AD-67浓度为5mg/kg时的促进作用最强(表2,表3),说明安全剂可以轻微促进高粱主根生长和株高。在单嘧磺隆浓度为 0.05～0.2mg/kg时,高粱主根生长和株高受到抑制。使用安全剂浸种处理后,基本解除了单嘧磺隆对高粱主根和株高的抑制作用。在同一单嘧磺隆浓度时,不同浓度的安全剂处理间解毒效果差异达显著,随着安全剂浓度的增加保护效果逐渐提高,当AD-67浓度为5mg/kg时保护作用达到最佳水平,可使高粱主根长分别恢复至未有除草剂和安全剂空白对照(CK)的118.45%、107.84%、93.57%;使高粱株高分别恢复至未有除草剂和安全剂空白对照的107.47%、100.41%、91.54%。以单嘧磺隆各浓度不使用安全剂的处理作为对照,分别使主根长增加了40.17%、49.02%、64.68%;分别使株高增加了20.87%、24.54%、25.70%。随着安全剂浓度的增加,保护效果降低。这可能是由于高浓度的安全剂对作物也是一种外源化合物,会影响作物的生长[12]。

表2 不同浓度的AD-67对高粱主根的保护效果1)

表3 不同浓度的AD-67对高粱株高的保护效果1)

2.3 安全剂AD-67对敖杂一号叶中GSH含量的影响

单用安全剂AD-67浸种,可提高高粱幼苗叶片GSH含量,浓度为5mg/kg时,提高更明显(表4)。单嘧磺隆浓度为0.05～0.2mg/kg时,高粱叶中GSH含量降低;AD-67各浓度处理高粱种子后,均可增加其在含有单嘧磺隆的土壤中生长时叶片中GSH的含量。同一单嘧磺隆浓度,不同浓度安全剂处理间GSH的含量差异达到极显著水平。在AD-67浓度为5mg/kg时,高粱叶中GSH含量增加最多,使叶中GSH恢复至未有除草剂和安全剂空白对照(CK)的108.33%、103.33%、95.00%;当安全剂浓度继续增加时GSH含量降低,在单嘧磺隆同一浓度时,安全剂不同浓度处理间解毒效果差异达到极显著水平。结果表明：安全剂AD-67对敖杂一号叶中GSH含量的影响与对高粱主根长和高粱株高的保护效果一致。AD-67能够提高高粱幼苗中GSH含量,促进GSH与单嘧磺隆活性部位轭合,解除单嘧磺隆在高粱体内的活性,从而达到保护作物的目的[13]。

表4 不同浓度AD-67对高粱叶中GSH含量的影响1)

3 结论与讨论

GSH是生物细胞中普遍存在的一种具有特殊功能的多肽,在生物的许多代谢过程中起到重要的生理作用。在高等植物的代谢生理过程中发现,在植物抵御不良环境及提高植物抗逆作用中,GSH起着非常重要的作用。安全剂可以通过刺激玉米和其他植物中的GSH水平,达到解毒的目的[14-16]。

本研究表明：单嘧磺隆对高粱幼苗的生长指标(根长、株高)和生理指标(GSH含量)都有抑制作用;随着单嘧磺隆浓度的增加,抑制作用加强,且对生理指标的抑制比对生长指标的抑制程度大,即植株生长指标还没显示出被害症状时其体内某些生理指标已经发生显著变化。在安全剂AD-67浸种处理下,高粱的生长指标、GSH含量均有不同程度的提高;当AD-67浓度为5mg/kg时,对高粱的保护效果最好,说明AD-67与单嘧磺隆浓度为一定配比时,才能较好地起到保护作物免受除草剂药害的作用。AD-67能够增加高粱体内GSH含量,促进单嘧磺隆与GSH的轭合作用,从而缓解了单嘧磺隆对高粱幼苗产生的药害,表明这是减轻单嘧磺隆对高粱药害的重要途径之一[17]。

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