不同草铵膦用量对耐除草剂水稻秧苗素质及产量的影响

2012-09-05杨益善蔡卫青邓晓湘盛夏冰

农业现代化研究 2012年6期

杨益善，唐俐，蔡卫青，邓晓湘，盛夏冰

（1.中南大学研究生院杂交水稻国家重点实验室，湖南长沙410125；2湖南省农业科学院土壤肥料研究所，湖南长沙410125）

自从1996年转基因作物开始商业化种植以来，全球转基因作物种植面积快速增长。国际农业生物技术应用服务组织（International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications，ISAAA）的报告显示，2010年全球转基因作物种植面积1.48亿hm2，占全球总种植面积的10%，其中耐除草剂转基因作物种植面积最大，为8930万hm2，占转基因作物总面积的61%[1]。耐除草剂转基因作物主要为耐草甘膦和耐草铵膦作物，此外还有耐咪唑啉酮类、磺酰脲类、溴苯腈、烯禾啶、阿特拉津等除草剂的作物（http://www.bioon.com/bioindustry/agriculture/342246.shtml）。中国从20世纪80年代开始转基因水稻研究，经过近20a的努力,取得了重大进展,尤其是抗虫转基因水稻研究处于世界领先地位,2009年8月华中农业大学选育的抗虫转基因水稻华恢1号和Bt汕优63获得了农业部发放的生产应用安全证书[2～3]。尽管目前中国的转基因水稻并没有受到国外基因专利的限制或威胁，不存在知识产权问题[4]，但由于转基因粮食作物的安全性问题在中国饱受争议，因此转基因水稻尚未在生产中大面积推广应用[5]。

将抗除草剂外源基因导入水稻恢复系或不育系，并配组选育耐除草剂杂交水稻组合，除可以有效解决稻田草害问题、促进水稻轻简栽培技术的推广之外，还可以实现杂交水稻种子纯度的快速鉴定，规避两系杂交水稻制种风险，或者实现杂交水稻全程机械化制种，对杂交水稻安全高效生产具有重要现实意义[6]。国内相继开展了耐除草剂转基因水稻的研究[7～8]，通过转基因方法或杂交转育方法，先后培育出一批耐除草剂的水稻恢复系和不育系亲本材料[9～14]，以及耐除草剂兼抗虫、耐除草剂兼耐旱的多抗转基因水稻材料[15～17]。目前，中国耐除草剂转基因水稻研究已进入生产性试验阶段。

湖南杂交水稻研究中心在与中科院亚热带农业生态研究所合作将Bar基因转入早稻品系D 68育成耐除草剂早稻Bar68-1的基础上，进一步开展了耐除草剂水稻的杂交转育研究，从香125S×Bar68-1的杂交后代中，通过多年系谱选择，结合除草剂抗性筛选，选育出新的耐除草剂早稻品系Bar568，并用其与株1S、准S、湘陵628S等光温敏核不育系配组育成了Bar株两优568、Bar准两优568、Ba r陵两优568等耐除草剂两系杂交早稻新组合。在耐除草剂两系杂交水稻的幼苗期喷施除草剂草铵膦，可以杀死杂交水稻中混杂的不育系自交株及其它串粉杂株，从而确保大田生产中杂交水稻的纯度。但除草剂用量过大时，在杀死不含Bar基因的杂株的同时，也可能对含Bar基因的耐除草剂杂交水稻秧苗造成伤害。本试验主要研究草铵膦对不耐除草剂水稻幼苗的致死剂量以及不同草铵膦用量对耐除草剂水稻生长发育的影响，以确定其适宜用量，为耐除草剂两系杂交水稻的生产应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2010年在湖南杂交水稻研究中心试验基地（长沙）进行。供试水稻品种为含Bar基因的耐除草剂两系杂交早稻新组合Bar准两优568（准S/Ba r568）、Ba r株两优568（株1S/Bar568）及耐除草剂亲本Bar568、Bar227A，不含Bar基因的水稻光温敏核不育系株1S、香125S、陆18S、准S、广占63S、新安S。供试草铵膦为台湾巴斯夫股份有限公司出品的13.5%（150g/L）巴斯达除草剂（Basta，又名草铵膦、草丁膦）。

1.2 试验方法

1.2.1 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻秧苗素质的影响以Bar准两优568、Ba r株两优568、Ba r 568为供试材料，3月26日播种，用353孔软盘（61cm×33cm）单粒点播发芽整齐一致的优质芽谷，薄膜覆盖湿润育秧。4月20日（秧苗3.5叶左右）用微型喷雾器均匀喷施草铵膦溶液。草铵膦用量设3个处理，分别为草铵膦纯量 15，45，75mg/m2，均对水 100mL/m2喷施 (相当于每个秧盘喷施20 mL)，以喷施等量清水为对照（CK），每处理3次重复，每重复100苗。

喷施草铵膦后逐日观察秧苗受害程度，喷施草铵膦3d后秧田灌深水防低温冷害，喷施草铵膦7d后考查秧苗素质：单株分蘖数、主茎绿叶数、苗高（秧苗发根处至最高叶的叶尖的长度）、叶挺长（秧苗发根处至心叶以下最高叶枕处长度）每品种每重复随机调查20株，取平均值；随机取10株秧苗，平放紧靠在一起，测假茎基部最宽处的宽度，再除以10计算单株茎基宽；随机取50株秧苗，小心洗净根系，分离地上部和根系，用吸水纸吸干茎叶和根系表面水分后，分别称量地上部和根系鲜重，再将地上部和根系分别装袋，用105℃杀青30min后80℃烘干至恒重，分别称量地上部和根系干重，最后折算成单株地上部鲜重、单株根系鲜重、单株地上部干重、单株根系干重。

1.2.2 草铵膦对非抗性水稻植株的致死剂量以Bar568、Bar株两优 568、Bar227A、株 1S、香 125S、陆 18S、准 S、广占 63S、新安S为供试材料，3月28日播种，用353孔软盘单粒点播发芽整齐一致的优质芽谷，薄膜覆盖湿润育秧。设草铵膦用量 15 mg/m2、45 mg/m2、75mg/m23 个处理，每处理 100 苗，不设重复。为了观察软盘育秧与秧田常规育秧的区别，将15mg/m2用量处理的广占63S、新安S、香125S种子按软盘育秧相同的密度直接点播在秧厢泥面上。草铵膦喷施时期和方法同试验“1.2.1”。喷施草铵膦后逐日观察秧苗受害程度，确定致死剂量。

1.2.3 草铵膦适宜用量的进一步验证根据草铵膦对不含Bar基因不育系的软盘秧致死剂量试验结果，进一步设置不同草铵膦用量处理，验证其对秧苗素质的影响。以Bar株两优 568、Bar568、株 1S、广占 63S、新安 S为供试品种，采用软盘湿润育秧和秧田常规湿润育秧2种育秧方式进行对比处理。草铵膦用量设 0（CK，喷施清水），15 mg/m2，30 mg/m2，45 mg/m2，75 mg/m25个处理，均兑水100mL/m2，用微型喷雾器均匀喷施，Bar株两优568、Ba r 568每处理3次重复；株1S、广占63S、新安 S只设 15 mg/m2，30 mg/m2，45 mg/m23 个用量处理，不设重复，验证其致死剂量。软盘育秧每品种每重复单粒点播芽谷100粒，秧田常规育秧按播种量30 g/m2均匀撒播。5月2日播种，5月14日喷施草铵膦，此时各处理秧苗为2叶1心至3叶期。喷施草铵膦后逐日观察秧苗受害程度，5月25日取样考查秧苗素质，考查项目与方法同试验“1.2.1”。

1.2.4 不同草铵膦用量对产量及群体生长发育的影响以Bar株两优568为供试材料，3月26日播种，用353孔软盘湿润育秧，每盘播种30g，均匀撒播，薄膜覆盖。草铵膦用量设0（CK，喷施清水）、45mg/m2和 75mg/m23个处理，草铵膦喷施时期和方法同试验“1.2.1”。4月23日移栽，小区面积13.3m2，随机区组排列，3次重复。移栽规格16.7 cm×20.0cm，每小区移栽400穴，每穴插2～3本，小区间空1行，四周留保护行3行以上。常规肥水管理。秧苗转青后，每小区调查2点共50穴的基本苗数，同时每点定5穴，每4d 1次，调查分蘖动态；成熟期每小区调查2点共50穴的有效穗数，同时每点按平均数法取样5穴考种；各小区割除四周3行边行后，连续收割100株，脱粒晒干测产。

2 结果与分析

2.1 草铵膦对不含Ba r基因水稻秧苗的致死剂量

喷施草铵膦后2d，各草铵膦用量处理的所有供试品种均开始出现受害症状：叶片变黄、出现褐斑。但是含Bar基因的耐除草剂品种Bar568、Bar株两优568、Bar227A受害较轻，叶片颜色与不含Bar基因的品种株1S、陆18S、准S、香125S、广占63S、新安S有较明显差异。草铵膦用量越大，各品种的受害程度越严重。草铵膦用量15mg/m2的处理中，采用厢面湿润育秧的广占63S、新安S、香125S秧苗的受害程度明显轻于采用软盘育秧的株1S、陆18S、准S。此后随着时间的推移，含Bar基因与不含Ba r基因的品种间受害程度差异愈加明显。Bar568、Bar株两优568、Bar227A在喷施草铵膦后4d，除部分老叶变黄或存在褐斑外，叶片基本保持绿色，此后开始逐渐恢复正常生长；而不含Bar基因的不育系在喷施草铵膦后4d，除用量15mg/m2处理采用厢面湿润育秧的广占63S、新安S、香125S秧苗还保留部分绿叶外，其余处理秧苗全部叶片已基本变黄，此后逐渐枯黄，至喷施草铵膦后8d，除用量15mg/m2处理采用厢面湿润育秧的广占63S、新安S、香125S有极少数秧苗存活（恢复绿色）外，各处理秧苗全部枯死。

验证试验结果与此基本一致，据喷施草铵膦后9d观察，草铵膦用量15mg/m2的处理，不含Ba r基因的不育系的软盘育秧秧苗全部枯黄，厢面常规育秧秧苗绝大部分枯黄；草铵膦用量30mg/m2和45mg/m2的处理，不含Ba r基因的不育系的软盘育秧秧苗和厢面常规育秧秧苗均全部枯黄，而含Bar基因的耐除草剂品种秧苗生长正常。

上述结果表明，不含Bar基因的不育系软盘湿润育秧的草铵膦致死剂量≤15mg/m2、厢面常规湿润育秧的草铵膦致死剂量≤30mg/m2，不同不育系之间差异不大；喷施草铵膦对耐除草剂亲本和杂交稻组合的秧苗生长有一定延缓和伤害作用，喷后2d叶片即出现受害症状，但4～6 d后可逐渐恢复正常生长。

2.2 喷施草铵膦对耐除草剂水稻秧苗素质的影响

在软盘湿润育秧秧苗3.5叶左右喷施草铵膦后，耐除草剂的各品种均先后出现了受害症状，草铵膦用量越大的处理受害越重。喷施草铵膦后7d取样调查秧苗素质，表1结果表明，不同草铵膦用量处理间秧苗素质差异显著，随草铵膦用量的增大，秧苗素质显著变差。其中草铵膦用量15mg/m2的处理除单株根系干重显著低于对照外，其余指标均与对照差异不显著；草铵膦用量45mg/m2的处理单株绿叶数、苗高、叶挺长、单株地上部干重和单株根系干重均显著低于对照，而草铵膦用量75mg/m2的处理全部指标均显著低于对照。不同品种间各性状变化趋势基本一致。说明喷施15mg/m2草铵膦对耐除草剂水稻秧苗素质没有显著影响，而草铵膦用量大于45mg/m2时，耐除草剂水稻秧苗素质显著变差。

进一步的验证试验结果与第1次试验结果基本一致。采用软盘湿润育秧方式的各处理，随草铵膦用量的增大，秧苗素质呈现变差的趋势，喷施草铵膦15 mg/m2～75mg/m2各处理的秧苗素质指标均低于对照（表2），说明喷施15mg/m2草铵膦即可对耐除草剂水稻的软盘湿润育秧秧苗素质产生显著影响。采用秧厢常规湿润育秧方式的各个处理，随草铵膦用量的增大，秧苗素质也整体上呈现变差的趋势，但是，喷施草铵膦15 mg/m2～30mg/m2的处理秧苗素质与对照差异不显著（表3），说明草铵膦用量不高于30mg/m2时，对采用秧厢常规湿润育秧的耐除草剂水稻的秧苗素质没有显著影响。

表1 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻软盘湿润育秧秧苗素质的影响（2010）

表2 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻软盘湿润育秧秧苗素质的影响（验证试验，2010）

2.3 喷施草铵膦对耐除草剂水稻产量及群体生长发育的影响

由表4可见，随草铵膦用量的增大，Ba r株两优568产量以及株高、有效穗和每穗粒数均呈现下降趋势，而生育期有延长的趋势，但不同草铵膦用量处理间差异均不显著。从群体发育动态（表5）看，喷施草铵膦的处理基本苗相对不足，分蘖期间茎蘖数均低于对照，分蘖高峰期也均落后于对照，最终有效穗偏少。究其原因，秧田喷施草铵膦的处理，秧苗均受到了一定伤害，喷施草铵膦后的几天内秧苗生长发育停滞不前，大田移栽时尚未完全恢复正常生长，秧苗素质较差，加上移栽后遇上连续低温，导致部分弱苗死亡，基本苗偏少，且分蘖延迟，苗峰偏低。

表3 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻秧厢常规湿润育秧秧苗素质的影响（验证试验，2010）

表4 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻Bar株两优568产量的影响（2010）

3 结论与讨论

3.1 结论

试验结果表明，在幼苗期喷施除草剂草铵膦可以杀死不含Bar基因的非抗性水稻不育系植株，草铵膦对采用不同育秧方式的不育系秧苗的致死剂量有所不同，软盘育秧致死剂量≤15mg/m2，厢面湿润育秧致死剂量≤30mg/m2。

表5 不同草铵膦用量对耐除草剂水稻Bar株两优568单株分蘖动态的影响（2010）

在幼苗期喷施草铵膦对耐除草剂水稻秧苗会产生不同程度的伤害作用，随草铵膦用量增加，秧苗受害程度加重，秧苗素质变差。对软盘育秧而言，草铵膦用量15 mg/m2～30mg/m2即可显著降低秧苗素质，秧厢常规湿润育秧抗逆能力较强，草铵膦用量45 mg/m2～75mg/m2才能显著降低其秧苗素质。喷施草铵膦45 mg/m2～75mg/m2后的受害软盘秧苗移栽大田后，生长发育延迟，分蘖高峰和始穗期不同程度推迟，穗粒性状和产量呈现下降趋势，但与不喷草铵膦的对照差异并不显著，说明水稻秧苗移栽大田后具有一定的自我调节能力，通过合理的肥水管理，可以减轻甚至消除幼苗期喷施草铵膦产生的不利影响。

3.2 讨论

草铵膦是一种广谱灭生性触杀除草剂，毒性低，在土壤中易降解，对作物安全，活性高，0.4kg/hm2用量就可很好地防除一年生杂草，1.0kg/hm2～2.0kg/hm2用量可很好地防除多年生杂草，能防除100种以上的禾本科和阔叶杂草，目前是世界上第2大转基因作物耐受除草剂(http://www.bioon.com/bioindustry/agriculture/342246.shtm l)。Bar基因编码膦丝菌素乙酰转移酶（PAT），能使草铵膦失活，是中国耐除草剂转基因水稻研究中利用的主要功能基因之一。

目前中国耐除草剂转基因水稻研究主要集中于基因转化、杂交转育和安全评价等方面，尚处于生产性试验阶段，有关其应用研究的报道较少。段发平等[18]研究认为，喷施体积分数为0.3%及其以上的Liberty除草剂(草铵膦，原液有效成份为170 g/L)水溶液均可杀死非抗性水稻品种幼苗，但未指明具体用量。本试验发现，草铵膦对采用软盘育秧和厢面湿润育秧的非抗性不育系秧苗的致死剂量不同。这可能是由于软盘育秧受到盘孔的限制，秧苗生长空间小，秧苗素质较差，受草铵膦危害后不利于恢复生长，因而致死剂量较小；而厢面湿润育秧没有受到软盘限制，且播种密度相对较稀，有利于根系扩展和对肥水的吸收，个体生长更充分，对草铵膦的耐性较强，致死剂量较大。

据有关报道，耐草铵膦作物对草铵膦的安全剂量高达200mg/m2以上（http://www.bioon.com/bioindustry/agriculture/342246.shtm l）。本试验中，在幼苗期喷施草铵膦15mg/m2～75mg/m2对耐除草剂水稻秧苗会产生不同程度的伤害作用，对产量的影响虽然不显著，但也表现出下降趋势。因此，耐除草剂水稻在生产中应用时，除草剂用量要合理，不宜盲目使用。

综合本试验结果，可以初步认为，当耐除草剂两系杂交水稻制种中因遇异常低温或其它原因导致非抗性不育系杂株超标时，可以在秧苗期喷施草铵膦除杂而保障大田禾苗纯度。为减轻草铵膦对耐除草剂水稻秧苗的不利影响，宜采用秧田湿润育秧，稀播匀播培育壮秧，草铵膦用量以30mg/m2为宜（对水量100ml/m2），若采用软盘育秧，草铵膦用量15mg/m2即可；考虑到秧苗的恢复生长期，草铵膦喷施时期以2.5～3.0叶为好；秧苗恢复正常生长后再带泥移栽，尽量减少植伤，移栽大田后注意加强肥水管理，促进禾苗生长。

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