土壤中残留氯吡嘧磺隆对红芸豆幼苗光合作用的影响

2019-01-15赵丽娟王创云

山西农业科学 2019年1期

赵丽娟，李欢，张洪，王创云

（1.忻州师范学院生物系，山西忻州034000；2.山西省分析科学研究院，山西太原030006；3.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

红芸豆（Red Kidney Bean）属普通菜豆（Phaseoleae vulgaris L.）矮生直立型的一个品种，其籽粒颜色为红色，营养价值、经济价值较高，为山西省杂粮出口的重要品种，在晋北一带种植广泛[1-2]。在红芸豆种植过程中，面临各种恶性杂草防除的困难。为了节约人力成本，减少杂草给红芸豆带来的产量、品质上的损失，通常采用化学除草剂来防除各种杂草。而除草剂的盲目使用会造成药害，不仅降低作物的经济产量，还会对当季作物的安全性以及后茬作物的安全性造成影响[3-5]。

氯吡嘧磺隆（halosulfuron-methyl）是由日产化学工业株式会社与孟山都公司联合发现并开发的一个新型磺酰脲类除草剂，其主要通过抑制植物的乙酰乳酸合成酶，阻止支链氨基酸的合成，最终导致植物死亡。目前，氯吡嘧磺隆主要用于小麦、玉米、水稻、高粱、草坪、甘蔗等作物田杂草的防除[6]。但是，氯吡嘧磺隆在进行杂草防治的过程中，残留在土壤中的农药也会对敏感作物造成药害。潘东进[7]研究发现，氯吡嘧磺隆在种植甘蔗、大豆、花生、玉米田间的土壤中残留期长，对敏感作物活性极高，即使少量的土壤残留量也会对敏感作物造成严重的药害，引起减产甚至绝产等。黄春艳等[8]研究还发现，正常剂量的磺酰脲类除草剂对谷子、高粱药害严重，造成苗期死亡。目前关于土壤中残留氯吡嘧磺隆对豆科作物的光合作用影响研究较少。

为了探究氯吡嘧磺隆对后茬作物红芸豆的影响，本试验采用叶绿素荧光分析仪，在无损伤的情况下，分析叶绿素荧光值的变化，进而得出残留氯吡嘧磺隆对红芸豆幼苗光合作用的影响，以期为该类农药的合理使用以及风险评估提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料

氯吡嘧磺隆，购买自江苏省农用激素工程技术研究中心有限公司；红芸豆种子由忻州市汇丰粮业有限公司提供；有机土由北京泓景尚艺商贸有限公司提供。

1.2 仪器

叶绿素荧光分析仪，连续激发式荧光仪（Fluor-Pen 100，PSI，捷克），光照培养箱（LI15，美国SHELLAB有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 幼苗试验配制含量为0.005，0.008 mg/kg的氯吡嘧磺隆药土，将配好的药土均匀分装到育苗钵中，另设空白对照组。每个育苗钵中放4粒红芸豆种子，置于（23±2）℃的光照培养箱中（光照培养箱保持12 h光照，12 h黑暗）。

1.3.2 荧光动力曲线的测定当幼苗出土约0.5 cm时，设为出苗时间，当生长20 d时，红芸豆幼苗长出4～5片叶子，即开始试验，试验持续约30 d。取不同处理组植株叶片用于测定红芸豆幼苗叶绿素荧光参数，求出每组植株的平均值，作出不同处理下的红芸豆幼苗OJIP曲线。

红芸豆幼苗暗适应约6 h后，用连续激发式荧光仪测定快速叶绿素荧光上升动力学曲线。采用叶绿素荧光仪记录2 000 ms内的叶绿素荧光强度变化，记录速率为10万次/s，每1 ms记录一次荧光数据，由此所得的曲线反映PSII光化学变化[9-11]。通过快速上升动力学曲线，可以直接获得以下数据：初始荧光值F0，PSII反应中心全部开放时的荧光水平；J点和I点的荧光强度Fj和Fi；Fm为最大荧光，PSII反应中心全部关闭时的荧光水平；Fv为最大荧光和初始荧光之差（Fv＝Fm-F0），为可变荧光；Fv/Fm表征的是反应初始时PSII的最大光能转换效率，是当所有PSII反应均处于开放状态时的量子产量[12]。同时计算得相关参数ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC，PIABS和 Fv/Fm的值。

2 结果与分析

2.1 对红芸豆叶片叶绿素荧光产量的影响

不同含量的氯吡嘧磺隆胁迫，红芸豆幼苗OJIP曲线结果如图1所示，低含量氯吡嘧磺隆胁迫下，红芸豆幼苗叶片荧光强度与空白对照组相比，没有发生显著变化（P＞0.05）；随着氯吡嘧磺隆含量升高，红芸豆幼苗叶片荧光强度在J-P段显著下降（P＜0.05）。结果表明，氯吡嘧磺隆胁迫会导致红芸豆幼苗荧光产量下降，阻碍PSII中QA，QB和质体醌之间的电子传递。

2.2 对红芸豆幼苗叶片PSII反应中心活性的影响

植物的Fv/Fm在正常生存环境中变化幅度小，但当植物在逆境或者受到胁迫时会显著下降[13-17]，因此，可作为研究各种环境胁迫对光合作用系统影响的重要指标。表1显示，Fv/Fm随着土壤中的氯吡嘧磺隆含量的升高呈现下降趋势，推测其原因可能是：植物叶片的光化学系统受到氯吡嘧磺隆的胁迫，导致部分参与光反应的蛋白复合体结构和PSII损坏，从而导致Fv/Fm值下降。

随着氯吡嘧磺隆含量的升高，ABS/RC，TR0/RC，DI0/RC，ET0/RC升高（表 1），推测其原因可能是：植物叶片中的PSII受到损坏，单位面积有活性的反应中心数目减少，植物为了完成正常的生理活动从而致使单个反应中心的效率增强。在此过程中，ET0/RC（表示用于单位面积传递电子的能量）无显著性变化，但是TR0/RC（表示用于捕获的光能）却显著增加，这说明反应中心吸收的光能只有一部分用于电子传递，用于类囊体构建电化学势，而其余的能量均以放热的形式向外耗散，这可能是植物在逆境下的自我保护状态。能量的传递失衡更进一步影响电子在QA，QB和质体醌之间的电子传递[18]。

表1 红芸豆幼苗叶绿素荧光参数的变化

2.3 对红芸豆幼苗叶片整体光合性能的影响

PIABS表示光合作用性能指数，此性能指数可以更准确地反映生物PSII的生理活性状态，能够较准确合理地反映胁迫对光系统的影响[19-20]。从表1可以看出，随着氯吡嘧磺隆含量的增加，PIABS值降低，当土壤含量达到0.008 mg/kg时，光合作用性能显著下降。其原因可能是：在较低含量的氯吡嘧磺隆胁迫下，红芸豆幼苗叶片PSII电子传递已经受阻，但尚未发生大规模的叶绿素降解，但随着农药含量的升高，植物叶片中PSII的结构和生理状态受到破坏，所以，PIABS显著下降。在此含量范围内，Fv/Fm值也已经下降，但下降幅度远低于PIABS，还未产生显著性差异，所以，PIABS较Fv/Fm更为灵敏，也更适宜作红芸豆幼苗受到氯吡嘧磺隆胁迫的指标。