苄嘧磺隆对谷子的安全性及叶片生理特性的影响

张丽光，张伟莉，赵 丽，邓 妍，郭虹霞，裴成成，王创云，原向阳

(1.山西省农业科学院 作物科学研究所， 太原 030031；2.山西农业大学 农学院，山西太谷 030801)

谷子(Setariaitalica)又称粟，为禾本科1a生草本植物，起源于中国[1]，是中国北方地区重要的杂粮作物[2]，也是中国的特色和优势出口作物。谷子不仅具有很高的营养价值，且抗旱、耐瘠、适应性强，尤其在当今旱作可持续农业发展中具有重要的作用[3]。但田间杂草是作物生产中的重要限制因子，严重影响作物的产量和品质[4-5]。化学除草具有高效、快速、便捷等优点[6]，但在谷子田注册的除草剂品种极少。因此，研究除草剂对谷子的安全性对谷子田的化学除草具有重要意义。高贞攀等[7]研究表明，推荐用量的单嘧磺隆和苯磺隆对‘张杂谷’相对安全，且单嘧磺隆的安全性高于苯磺隆。杨慧杰等[8]的结果却表明磺酰脲类除草剂3.6%甲基碘磺隆钠盐·甲基二磺隆水分散粒剂对谷子极不安全。王丽霞等[9]、吴仁海等[10]研究了常用的土壤处理剂对谷子的安全性影响，未对茎叶除草剂进行筛选。李志华等[11]的结果表明，在所选的4种茎叶除草剂中，仅10%单嘧磺隆可湿性粉剂对谷子相对安全。在杂草2～4叶期叶面喷施1500g/hm2的25%辛酰溴苯腈乳油既有较好的杂草防效还对谷子相对安全[12]。磺酰脲类除草剂具有高效、广谱、低毒、选择性强等优点，是世界上应用范围最广的一类除草剂[13-14]。苄嘧磺隆是一种高效的磺酰脲类内吸传导型除草剂，适用于稻田防除阔叶杂草和莎草[15]。苄嘧磺隆和苯磺隆组合能有效防除小麦田阔叶杂草并对小麦具有较好的安全性[16]。谷子和小麦、水稻同属禾本科作物，如果能将苄嘧磺隆安全应用于谷子田，将对谷子田的化学除草具有重要意义，但目前尚无苄嘧磺隆对谷子安全性的报道。本研究以生产中大面积应用的常规优质品种‘晋谷21号’和杂交高产品种‘张杂谷10号’为试验材料，设置不同苄嘧磺隆的喷施用量，以探究其对谷子的安全用量，并从农艺性状、叶片气体交换参数、膜脂过氧化程度和产量等角度探究苄嘧磺隆对谷子生长的影响，旨在为苄嘧磺隆在谷子田的安全使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为‘晋谷21号’(山西农科院经济作物研究所提供)和‘张杂谷10号’(河北省张家口市农科院提供)。除草剂为10%苄嘧磺隆可湿性粉剂(江苏快达农化股份有限公司)。

1.2 试验设计

试验在山西省晋中市太谷县申奉村试验站进行。试验田土壤是黄土状母质上发育的碳酸盐褐土。0～20 cm土层有机质质量分数28.09 g/kg，速效氮37.54 mg/kg，速效磷24.5 mg/kg，速效钾94.03 mg/kg。试验采用随机完全区组设计，每个小区10 m2，共30个小区，苄嘧磺隆设置5个用量，分别为清水对照(CK)、T1(150 g/hm2)、T2(300 g/hm2)、T3(600 g/hm2)和T4(1 200 g/hm2)，于谷子3～5叶期晴朗无风的上午进行叶面喷施，兑水450 L/hm2，每个处理重复3次。施药后没有下雨，分别在喷药后第3、7、15、30天取样测定农艺和生理指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 农艺性状 分别在用药后第3、7、15、30天选取生长一致的谷子幼苗，用直尺测量植株高度(植株基部到最长叶拉直的高度)、倒 2 叶叶面积=叶长×叶宽×0.75，用游标卡尺测量茎粗。

1.3.2 光合色素质量分数 比色法测定叶绿素及类胡萝卜素质量分数。取各处理谷子叶片(倒2 叶)，φ=96%乙醇浸提至叶片变白，测OD665、OD649、OD470，计算相应的叶绿素a质量分数(Chla)、叶绿素b质量分数(Chlb)、类胡萝卜素质量分数(Car)和总叶绿素质量分数(Chl(a+b)。

1.3.3 气体交换参数 用 CI-340 光合测定仪 (美国思爱迪)测定，选择晴朗无云的天气，每个处理选取生长一致且受光方向一致、叶位相同且完全展开的倒 2 叶，于9：00-11：00测定净光合速率 (Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci)。

1.3.4 丙二醛(MDA)质量摩尔浓度 丙二醛(MDA)质量摩尔浓度采用硫代巴比妥酸比色法进行测定。称取0.4 g叶片于5 mL TCA溶液中进行研磨，并加入5 mLw=0.5%的硫代巴比妥酸，摇匀。将试管放入沸水中显色15 min，取出后冷却至室温，转入10 mL离心管离心15 min，取上清液并测量其体积，于532 nm和600 nm处测定吸光值。

1.3.5 产量及产量性状 谷子成熟时，每个小区分开收获，脱粒，风干后进行称量，计产。穗质量、穗粒质量、穗数和千粒质量室内考种测定。

1.4 数据处理

利用 Excel 2010 和 DPS 6.5 软件进行数据处理和分析。采用Duncan’s极差法进行多重比较。数据均表示为“平均值±标准误”。

2 结果与分析

2.1 苄嘧磺隆对谷子农艺性状的影响

研究结果表明，‘晋谷21号’和‘张杂谷10号’的株高、叶面积和茎粗均随苄嘧磺隆用量的增大而降低，苄嘧磺隆对3个农艺指标的抑制作用总体上随时间的推移呈“轻-重-轻”的趋势，且存在指标间和品种间的差异。对于‘晋谷21号’来说， T2处理(推荐用量)的株高和叶面积在施药后第3天与CK差异不显著，第7天时差异达到显著水平，而随着时间的延长，到药后第30天时与CK的差异未达到显著水平；药后第30天，所有处理的茎粗均差异不显著。对于‘张杂谷10号’来说， T2处理的组株高在药后第3天就显著低于CK，第30天时恢复到与对照无显著差异；T2处理的叶面积在药后第30天仍显著低于CK；药后第30天，只有T4处理的茎粗显著小于CK，其他处理间差异不显著(表1)。

2.2 苄嘧磺隆对谷子叶片光合色素质量分数的影响

叶片叶绿素的质量分数与光合作用密切相关。由表2可知，随着苄嘧磺隆用量的增加，两个品种谷子的总叶绿素质量分数均呈下降趋势，叶绿素b质量分数的降低程度大于叶绿素a； T2处理的‘晋谷21号’的总叶绿素质量分数在药后第3天就显著低于CK，随着时间的推移，第7天和第30天均恢复到与CK差异不显著；而T2处理的‘张杂谷10号’的总叶绿素质量分数在药后第7天才显著低于CK，药后第30天时才恢复到与CK差异不显著。烟嘧磺隆对两个谷子品种叶片类胡萝卜素质量分数的影响均不显著(P> 0.05)。

表1 不同用量苄嘧磺隆处理下谷子的农艺性状Table 1 Agronomic characters of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

注：同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note:Different letters in the same columns indicate significant difference(P<0.05) among treatments.The same below.

表2 不同用量苄嘧磺隆下谷子叶片光合色素质量分数Table 2 Photosynthetic pigment in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

2.3 苄嘧磺隆对谷子叶片气体交换参数的影响

叶片的净光合速率(Pn)反映谷子的光合能力。由表3可以看出，‘晋谷21号’和‘张杂谷10号’叶片的Pn均随苄嘧磺隆用量的增大而降低，随施药后时间的延长而升高；药后第30天，T2处理的Pn分别比CK降低12.6%和16.9%。谷子叶片蒸腾速率和气孔导度随除草剂用量增大的变化趋势与净光合速率相似；蒸腾速率随施药后时间的延长呈先增加后降低趋势，两个品种均在药后第7天值最大；气孔导度随施药后时间的延长呈缓慢上升趋势。胞间CO2浓度则随苄嘧磺隆施用后时间的推移而增大。‘晋谷21号’的Ci值在药后7 d内随除草剂用量的增大而增大；药后第15～30天开始，Ci呈先升高后降低趋势，T3处理的Ci值最高，但T3与T1、T2、T4间均无显著差异。‘张杂谷10号’的Ci值变化规律与‘晋谷21号’相似，只是在药后第7天开始就随除草剂用量的增大呈先升高后降低趋势。

表3 苄嘧磺隆处理下谷子的叶片气体交换参数Table 3 Gas exchange parameters in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

2.4 苄嘧磺隆对谷子叶片膜脂过氧化作用的影响

如图1所示，在药后7 d内，两个品种谷子叶片的MDA质量摩尔浓度均随苄嘧磺隆用量的增大而上升。除T4处理外，其他处理均与CK差异不显著，说明最高用量的苄嘧磺隆对谷子叶片的细胞完整性造成伤害。随除草剂施用后时间的延长而降低，说明随着生育进程的推进，谷子的药害程度有所缓解。药后第30天，两个品种所有除草剂处理的MDA质量摩尔浓度均差异不显著。

2.5 不同用量苄嘧磺隆对谷子产量的影响

由图2可知，随着苄嘧磺隆用量的增大，两个品种谷子的产量均呈下降趋势，但品种间存在差异。T2、T1和CK处理间均差异不显著，而T3处理的产量则显著低于CK。各处理下，‘张杂谷10号’的产量分别比‘晋谷21号’高9.28%、 9.92%、10.82%、15.22%和6.19%。

图1 苄嘧磺隆处理后谷子叶片MDA质量摩尔浓度Fig.1 The molality of MDA in leaves of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

图2 不同用量苄嘧磺隆处理下谷子的产量Fig.2 Yield of foxtail millet treated with different dosage of bensulfuron-methyl

3 讨论与结论

作为非生物胁迫，除草剂在防除田间杂草的同时，会对作物造成一定伤害，影响作物的正常生长发育。氯吡嘧磺隆可影响一些玉米品种的株高[17]，阔世玛也可显著抑制谷子[8]的株高。在本研究中，随着苄嘧磺隆用量的增大，两个谷子品种的株高、叶面积均呈下降趋势，与前人研究结果[8,17]相似。但是随着生长发育的进程，苄嘧磺隆对株高和叶面积的抑制作用减缓，第30天时‘晋谷21号’的T2处理与对照差异不显著，初步说明苄嘧磺隆对谷子相对安全。300 g/hm2苄嘧磺隆处理下，两个品种的产量均与对照无显著差异，说明推荐用量的苄嘧磺隆对谷子安全，可用于谷子田的化学除草。

除草剂也会明显降低植物叶片中的色素质量分数[8,18-19]，影响光合作用的正常进行。烟嘧磺隆除草剂处理不同程度地降低玉米叶片的叶绿素质量分数、净光合速率和PSⅡ光化学效率，增加胞间CO2浓度[19-20]；阔世玛和单嘧磺隆也显著降低‘晋谷21’‘张杂谷5号’和‘张杂谷10号’的光合色素质量分数和光合速率[7-8]，最终影响产量。在本试验中，谷子叶片的叶绿素质量分数随苄嘧磺隆用量增大而降低，叶绿素a/b却随除草剂用量的增大而升高，说明叶绿素b质量分数的降低快于叶绿素a，与王正贵等[21]的研究结果相似。300 g/hm2苄嘧磺隆处理使叶绿素质量分数在药后第3、7天时降低，15 d后与对照无差异，即谷子叶片叶绿素质量分数在≤300 g/hm2用量处理下能够随时间的推移而恢复。两个品种幼苗的Pn、Tr和Gs的变化趋势与叶绿素质量分数相似，但在品种间存在差异，可能与‘张杂谷’的杂种优势、抗性和分蘖的特性有关。谷子叶片胞间CO2浓度的变化趋势却随苄嘧磺隆用量的增大而升高(表3)。光合速率降低的同时，Gs减小，Ci却上升，说明苄嘧磺隆降低了谷子叶片叶肉细胞对CO2的同化能力[2]。随着时间的推移，谷子叶片的Pn上升，说明苄嘧磺隆对谷子光合作用的抑制有所缓解。

植物在受到除草剂胁迫时通常会生成活性氧ROS, ROS能氧化脂质形成MDA，因而MDA质量摩尔浓度反映细胞膜受伤害的程度[22]。本研究发现，施药后7天内，MDA质量摩尔浓度随苄嘧磺隆用量的增大而增大，但除T4处理与对照差异显著外，其他各处理间均差异不显著，说明苄嘧磺隆对细胞膜的损伤并不严重。药后第30天，所有处理的MDA质量摩尔浓度均下降到较低水平，所有处理间均无显著差异，说明苄嘧磺隆对膜脂的伤害均已缓解。

综上所述，推荐用量的苄嘧磺隆在施药初期对谷子造成的药害会随时间的推移而缓解，最终产量与对照无显著差异，基本可用于谷子田的杂草防除。