3种除草剂对寒地水稻的生理效应研究

周　通,　陆文静,　王　艳,　陈书强*,张淑华,　关世武,　王　翠

(1. 黑龙江省农业科学院佳木斯水稻研究所,佳木斯　154026; 2. 黑龙江大学,哈尔滨　150080)



3种除草剂对寒地水稻的生理效应研究

周通1,陆文静1,王艳2,陈书强1*,张淑华1,关世武1,王翠1

(1. 黑龙江省农业科学院佳木斯水稻研究所,佳木斯154026; 2. 黑龙江大学,哈尔滨150080)

为了筛选出适宜在寒地粳稻本田使用的除草剂,采用田间小区试验进行了3种除草剂2个施用剂量对水稻生理指标影响的试验,结果表明:3种除草剂对水稻氮代谢、抗逆性、形态特征和产量构成等影响各异,与清水对照比,30%莎稗磷EC显著增加水稻前期MDA含量,并显著降低水稻前期的NR活性、收获期有效分蘖数、穗长和小穗数;60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高剂量处理效果相近,均对水稻体内的NR活性、MDA含量影响较小,但显著增加了穗粒数和穗粒重。粳稻本田施用60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高剂量处理效果好于30%莎稗磷EC,与后者相比,施用60%丁草胺EC和50%丙草胺EC高剂量可诱导植株的NR、GS、CAT活性显著增加,而MDA含量显著降低,这种效果一直延续到生长后期,使穗长、小穗数、穗粒重及稻谷产量均得到显著增加。

水稻;莎稗磷;丁草胺;丙草胺;生理特征;产量构成因素

施用除草剂是现代水稻生产上不可或缺的重要技术环节之一。20世纪80年代开始大面积应用除草剂以来,对劳动力的解放、杂草的控制、水稻种植面积的扩大等起到了巨大的推动作用。但由于施用剂量、施用时期、环境条件的影响,除草剂经常对水稻生长发育产生负效应[1-2]。在除草效果相同的条件下,不同除草剂种类对水稻的生长发育抑制作用各异[3],研究表明,异丙甲草胺[4]、乙草胺、二氯喹啉酸与吡嘧磺隆的复配剂[5]均可致水稻植株矮化;15%乙草胺可湿性粉剂(田草光)、18%苄·乙·甲可湿性粉剂(田草净;其中乙草胺16%,苄嘧磺隆1.2%,甲磺隆0.8%)、15%苄·甲·乙可湿性粉剂(乐草隆;其中含14%乙草胺,0.8%苄嘧磺隆和0.2%甲磺隆)可导致水稻生长缓慢、无效分蘖增多,有效穗数减少、千粒重下降[3];苯噻草胺对水稻活性氧清除系统[6]、莎稗磷对叶绿素和根系活力[7]等生理生化性状均可产生不同程度的抑制作用。因此在水稻本田除草剂的应用上,筛选适宜的除草剂种类和剂量对水稻生产尤为重要。本试验就寒地水稻生产上常用的3种除草剂对水稻的生长发育、代谢生理、产量及构成因素的影响进行了研究,旨在为寒地水稻除草剂的合理施用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地点和材料

试验地点设在哈尔滨市松北区万宝镇,土壤有机质含量28.2 g/kg,碱解氮(N)97 mg/kg,速效磷(P2O5)13 mg/kg,速效钾(K2O)158 mg/kg,pH 6.58。选用3种除草剂,即60%丁草胺乳油(吉林金秋农药有限公司生产)、30%莎稗磷乳油(吉林省长春市长双农药有限公司生产)和50%丙草胺乳油(江苏华农生物化学有限公司生产),试验所用的水稻品种为‘东农428号’。

1.2试验设计与方法

采用田间小区试验,共设7个处理:①60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2;②60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2;③30%莎稗磷EC 900 mL/hm2;④30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2;⑤50%丙草胺EC 900 mL/hm2;⑥50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2;⑦清水对照(CK)。每处理3次重复,随机区组排列,小区面积15 m2,小区采用PVC塑料挡板隔水。泡田后,各小区均施等量的N 80 kg/hm2,P2O560 kg/hm2,K2O 75 kg/hm2, 在插秧后10 d和40 d各追施N 60 kg/hm2,其中氮肥用硫铵(含N 21%),磷肥用磷酸一铵(含N 11%,P2O547%),钾肥用硫酸钾(含K2O 50%)。除草剂的施用采用喷雾法,即按上述处理每公顷兑水450 L,用山东卫士储压型喷雾器,圆锥喷头,手动甩喷,操作压力0.2～0.4 MPa,第1次施药在插秧前5 d,水层3～5 cm,之后保持水层自然沉降,第2次施药在插秧后10 d,施药后保持3～5 cm水层5～7 d,10 d内稻田落干时应立即补水,勿使水层淹没稻苗心叶。

1.3测定项目

氮代谢相关酶活性测定:在施药后5 d开始测定植株地上部硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性,其中NR活性采用离体法[8],其活性由单位鲜重植物体内该酶在单位时间内催化硝酸盐还原为亚硝酸盐的量表示;GS酶粗提液的提取参照文献[9],GS活性测定采用南京建成生物工程研究所提供的50T试剂盒法,其活性由酶活性单位表示,即一个酶活性单位是每mg该酶在37 ℃下每小时催化谷氨酰胺和羟胺生成1 μmol 的γ-谷氨酰氧肟酸。

抗性相关指标:在施药后5 d开始测定植株地上部的丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性,其中MDA含量的测定参照文献[8],其含量由单位植株鲜重中MDA的微摩尔数表示;CAT活性测定采用紫外比色法[10],其活性用每克鲜重植物样品1 min内分解H2O2的毫克数表示。

产量及构成因素:在小区不同区域随机选取10穴,在网室内风干后测定其株高、穗长、每穗小穗数、穗粒数、穗粒重等性状,并计算理论产量。

1.4统计分析

试验数据为3次重复的平均值,所有试验数据的整理和图表的制作采用Microsoft Excel 2007,数据的方差分析、多重比较采用DPS V 7.05。

2　结果与分析

2.1除草剂对氮代谢相关酶的影响

不同除草剂和施用量对水稻叶片中硝酸还原酶(NR)活性的影响差异显著,施药后第5天的测定结果(图1)表明, 60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2和3 000 mL/hm2及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2与清水对照NR活性相近, 30%莎稗磷EC两个剂量NR活性均显著低于对照及60%丁草胺EC的两个剂量和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2。

图1　除草剂对水稻硝酸还原酶活性的影响Fig.1　Effects of herbicides on the activity of NR in rice leaves

谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮代谢的另一个关键酶,施用3种除草剂后GS活性均比清水对照有所增加,但不同处理对GS活性的促进作用不同,和NR活性的表现一样,30%莎稗磷EC两个浓度处理的GS活性最低,与清水对照比差异不显著,其中30%莎稗磷EC 900 mL/hm2处理与60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各浓度处理之间GS活性差异显著,而30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2处理仅与60%丁草胺EC两个浓度以及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理之间GS活性差异达到显著水平;60%丁草胺EC和50%丙草胺EC 4个处理GS活性均显著高于对照(图2)。

图2　除草剂对水稻谷氨酰胺合成酶活性的影响Fig.2　Effects of herbicides on the activity of GS in rice leaves

2.2除草剂对水稻抗性生理的影响

植物受到环境胁迫后体内的抗性代谢会异常活跃,喷施3种除草剂后,水稻过氧化氢酶(CAT)活性除了60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2处理外均呈现不同程度的增加,其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2处理和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理的CAT活性最高,与清水对照和其他处理相比均达到显著水平。30%莎稗磷EC两个浓度以及50%丙草胺EC 900 mL/hm2处理的CAT活性比60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2处理和清水对照显著增加(图3)。和CAT活性表现一样,施用3种除草剂后,水稻叶片中丙二醛(MDA)含量均比清水对照有不同程度的增加,但不同施药处理之间的表现和CAT活性正相反,MDA含量相对较高的是30%莎稗磷EC两个浓度处理,其中30%莎稗磷EC 1 800 mL/hm2处理显著高于对照和60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各浓度处理;30%莎稗磷EC 900 mL/hm2处理与清水对照和60%丁草胺EC两个浓度及50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理之间差异显著;50%丙草胺EC 900 mL/hm2处理的 MDA含量明显高于对照,但与 60%丁草胺EC两个浓度和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理间差异不显著(图4)。

图3　除草剂对水稻过氧化氢酶活性的影响Fig.3　Effects of herbicides on the activity of CAT in rice leaves

图4　除草剂对水稻丙二醛含量的影响Fig.4　Effect of herbicides on the content of MDA in rice leaves

2.3除草剂对水稻形态特征的效应

图5和图6是收获期各除草剂处理的水稻株高和有效分蘖数的调查结果。在移栽前的封闭和移栽后10 d的二次除草剂的应用对株高反倒有促进的趋势,各处理株高均比对照有所增加,特别是60%丁草胺EC 1 500 mL/hm2处理与清水对照相比达到了显著水平(图5)。与对照相比,不同药剂对有效分蘖数的影响(图6)表现为,60%丁草胺EC和50%丙草胺EC各处理下有效分蘖数较多,但与其他处理和对照相比没有达到显著水平;30%莎稗磷EC两个浓度处理的有效分蘖数较少,与60%丁草胺EC各处理及清水对照相比差异显著。

图5　除草剂对水稻株高的影响Fig.5　Effect of herbicide on plant height of rice

图6　除草剂对水稻有效分蘖数的影响Fig.6　Effect of herbicides on the effective tiller number of rice

2.4除草剂对水稻产量及产量构成因素的影响

2.4.1对产量构成因素的效应

由图7可见,30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2及50%丙草胺EC 900 mL/hm2处理的穗长相近,均显著短于对照及60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理,后两者穗长均比对照有所增加,但未达到显著水平。施用除草剂对水稻小穗数的形成有一定的抑制作用(图8),其中30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2处理对小穗数形成的抑制最重,小穗数显著低于对照及60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理。与清水对照相比,3种除草剂的施用,无论剂量高低,均对水稻的穗粒数有正效应,其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理后穗粒数增加明显,与清水对照相比达到显著水平(图9)。同时,上述2个处理能使水稻每穗的穗粒重大幅增加,与清水对照及30%莎稗磷EC 900、1 800 mL/hm2和50%丙草胺EC 900 mL/hm2处理相比均有显著差异(图10)。

图7　除草剂对水稻穗长的影响Fig.7　Effects of herbicides on the ear length of rice

2.4.2对水稻经济系数和稻谷产量的效应

谷草比是作物经济系数的重要指标,图11结果显示,50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理的谷草比最高,与对照相比差异显著。30%莎稗磷EC 900 mL/hm2处理的谷草比最小,显著低于对照。其他处理与对照比差异均不显著。

图8　除草剂对水稻每穗小穗数的影响Fig.8　Effects of herbicides on the spikelet number per rice ear

图9　除草剂对水稻穗粒数的影响Fig.9　Effects of herbicides on kernel number of rice ear

图10　除草剂对水稻穗粒重的影响Fig.10　Effects of herbicides on the kernel weight of rice ear

图11　除草剂对谷草比的影响Fig.11　Effects of herbicides on the grain straw ratio of in rice

收获期稻谷产量是各除草剂处理效果的最终体现,从图12看出,30%莎稗磷EC两个处理比对照减产,其他4个处理则有增产作用,其中60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2增产幅度相比对照和30%莎稗磷EC各处理均达到显著水平。

图12　除草剂对水稻稻谷产量的影响Fig.12　Effects of herbicides on grain yield of rice

3　讨论

施用除草剂后往往在表观症状还未出现时就已经对作物的一些生理代谢过程产生影响,本试验证明,施用3种除草剂对本田水稻植株的生理代谢均有一定影响,其中氮代谢酶中的NR活性受30%莎稗磷EC及50%丙草胺EC低剂量处理的影响显著,这与文献报道一致[2,11],而60%丁草胺EC及50%丙草胺EC高剂量处理对NR活性基本没有影响。GS活性在60%丁草胺EC和50%丙草胺EC的作用下显著提高,这主要是氮代谢受阻后诱导体内GS活性的增加,以尽快消除氮积累产生的危害,GS活性越高,消除氮积累的能力越强,本试验中60%丁草胺EC和50%丙草胺EC处理的GS活性显著高于30%莎稗磷EC,说明其对氮代谢的阻碍更小,这与NR的活性结果是一致的。

表征水稻对逆境抗性的性状指标是除草剂对水稻安全性的量度标准之一。李广信等在旱稻上施用扑草净[12]、赵长山等在粳稻上施用莎稗磷[11],后均诱导水稻体内SOD活性的提高。和SOD一样，本试验测定的CAT属于防御性酶,施用3种除草剂均显著诱导了水稻CAT活性的提高,这与以往的研究结果是一致的。MDA含量是植株组织细胞质膜在逆境条件下受破坏程度的反映,含量越高,表明植株细胞受除草剂危害越重。在本田粳稻上施用30%莎稗磷EC,无论剂量高低,与对照和60%丁草胺EC及50%丙草胺EC相比,水稻叶片中MDA增加的幅度均达到显著水平,说明该药对水稻的生理危害高于另两种药剂。

形态特征是除草剂对水稻效应的最直观的反映。以往对异丙甲草胺[4]、乙草胺、二氯喹啉酸与吡嘧磺隆的复配剂[5]的研究表明,这些除草剂可使水稻植株矮化,但本试验条件下3种除草剂对最终收获期水稻株高均表现为正效应,其中60%丁草胺EC低剂量处理的株高增加显著。在水稻分蘖方面,李永基等[3]的研究认为,15%乙草胺可湿性粉剂、18%苄·乙·甲可湿性粉剂、15%苄·甲·乙可湿性粉剂使无效分蘖增多,而本试验应用的3种除草剂对水稻有效分蘖数的影响与文献不一致，其中60%丁草胺EC和50%丙草胺EC对水稻分蘖影响不显著，而30%莎稗磷EC处理的有效分蘖数显著低于对照。本试验在株高和分蘖数上的结果与以往的研究相比存在差异,这一方面可能是除草剂种类不同,另一方面文献中供试水稻为籼稻,而本试验是在粳稻上进行的,加之品种和栽培管理水平的差异所致。

在本试验研究条件下,由于除草剂种类和施用剂量的不同,对寒地粳稻本田水稻产量的效应具有双重性,与清水对照比,60%丁草胺EC 3 000 mL/hm2和50%丙草胺EC 1 800 mL/hm2处理增产显著,而30%莎稗磷EC处理有减产趋势。这主要是莎稗磷处理使水稻生长初期氮代谢受抑制、抗逆性降低,进而影响到产量组成因素中的穗长、每穗的小穗数和穗粒重。据报道[11],莎稗磷对水稻的这种生理性障碍在施药后20 d基本上可以得到恢复,但本试验结果表明,施药后的这种营养生长阶段的生理性障碍会对后期的产量构成造成影响。

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(责任编辑：杨明丽)

Effects of three herbicides and applying doses on japonica rice in cold regions

Zhou Tong1,Lu Wenjing1,Wang Yan2,Chen Shuqiang1,Zhang Shuhua1,Guan Shiwu1,Wang Cui1

(1. Jiamusi Rice Research Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Jiamusi154026, China;2. Heilongjiang University, Harbin150080, China)

In order to select a suitable herbicide for japonica rice in cold regions of the Northeast China, the field trial was conducted by a design of three kinds of herbicides and two doses. The results showed that the effects of different herbicides on nitrogen metabolism, stress resistance, morphological characteristics and yield components were distinct. To compare with control, anilofos 30% EC damaged cell membrane, significantly increased content of MDA， lowered NR activity, effective tiller number, ear length, and spikelet number per ear. The butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC had similar effects on japonica rice; they had little influence on NR activity and MDA content, but could significantly increase the number and weight of grain per ear. Among the three kinds of herbicides, both butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC had better effects on japonica rice than anilofos 30% EC. Compared to the anilofos 30% EC, the high-dose of the butachlor 60% EC and pretilachlor 50% EC not only increased the enzyme activity of NR, GS and CAT, and significantly decreased MDA content in early rice tissue, but also significantly increased ear length, spikelet number per ear, kernel weight per ear and the grain yield at harvest.

rice;anilofos;butachlor;pretilachlor;physiological characteristics;yield component

2015-02-13

2015-04-24

“十二五”国家科技支撑计划(2014BAD01B03-03)；黑龙江省应用技术研究与开发计划科技重大项目(GA14B102)

E-mail:chenshuqiang@163.com

S 451.21

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.02.020