除草剂降解菌对甜菜药害缓解作用的研究

於丽华，耿 贵，薛 琳

(黑龙江省普通高校甜菜遗传育种重点试验室/黑龙江大学，哈尔滨 150080)

0 引言

阿特拉津(atrazine)，又名莠去津，是一种封闭除草剂，化学名称2-氯-4-二乙胺基-6-异丙胺基-1，3，5-三嗪，属于均三氮苯类除草剂，是一种具有生物毒性有机化合物，对动植物及微生物均会产生毒害[1]。由于其低剂量下内分泌干扰作用，目前阿特拉津已被列为环境荷尔蒙可疑物。阿特拉津进入植物体内，破坏叶绿体及膜系统，抑制植物光和作用，造成植株叶片发黄、萎蔫、干枯，从而达到除草目的[2]。在我国北方地区，玉米种植面积较大，阿特拉津作为玉米地的除草剂，使用量也较大[3]，一旦使用后就会造成一定数量的阿特拉津残留在土壤中，有报道称约有50%的阿特拉津以自然状态不能降解的结合态形式存在[4]，目前阿特拉津在土壤中残留，不但随着地表径流污染水体[5, 6]，而且还对后茬作物产生危害。

当土壤中残留的阿特拉津达到400 μg/kg时，会导致油菜、甘蓝、番茄白菜在内的蔬菜死亡[7]；当浓度大于100 μg/kg时，对冬小麦的生长有明显的抑制作用，当浓度超过150 μg/kg时，部分叶片会死亡，采用小麦-玉米一年两熟种植方式的华北地区，经常发生后茬小麦发生阿特拉津药害的现象[8]；对青储玉米的研究发现土壤中残留的阿特拉津严重影响了玉米株高、茎秆、叶片的生长，进而影响玉米的干物质积累[9]；研究还发现，水稻苗期时对阿特拉津残留是最为敏感的，安全临界浓度为10 μg/kg，甜瓜、小麦、大豆次之，分别为49.3、87.9、29.3、79.1 μg/kg[10]。大白菜、黄瓜、油菜、甘蓝、番茄对阿特拉津的安全临界浓度分别为80、91、102、104、126 μg/kg，当阿特拉津的浓度达到400 μg/kg 时，这5种蔬菜都会死亡[11]。由此可见，土壤中残留的阿特拉津对后茬作物的危害比较严重。

甜菜是对阿特拉津除草剂较为敏感的作物，在对甜菜耐除草剂品种筛选的研究发现，阿特拉津茎叶处理用量为25 mL/亩时筛选效果较好，此用量仅为玉米田除草剂施用量的1/8[12]；38%莠去津悬按照推荐用量施用，2年后才可以种植甜菜[13]，当土壤中阿特拉津的残留率为1%-2%时，甜菜幼苗出现药害，症状表现为幼苗生长减慢，真叶失绿，叶缘出现干枯，严重时出现死亡[14]。由于阿特拉津的施用面积和施用量较大，自然降解时间长，甜菜对此类除草剂较为敏感，使得适合种植甜菜的土壤日益减少，严重的制约了我国甜菜生产的发展。

本文利用已发现的一株降解菌，通过对甜菜生长的分析，研究其对甜菜阿特拉津药害的消除效果，从而查明该菌的合适用量，为进一步菌剂的开发利用提供理论基础，为加速消除环境中阿特拉津残留提供一种途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为黑龙江大学呼兰试验站未喷施过除草剂的土壤；供试甜菜品种为HI0474；供试农药为久久红莠去津，有效成分90%。

1.2 降解菌所用培养基

牛肉膏蛋白胨培养基:蛋白胨10.0 g,氯化钠10.0 g,牛肉膏3.0 g,蒸馏水1 000 ml,PH为6.0。

1.3 降解菌剂药害试验

试验设计：本试验共设9个试验处理，分别为CK、90 μg/kg 除草剂(T1)、90 μg/kg除草剂+2.5 ml降解菌 (T2)、90 μg/kg 除草剂+5 ml降解菌 (T3)、90 μg/kg 除草剂+10 ml降解菌 (T4)、90 μg/kg 除草剂+15 ml降解菌 (T5)、90 μg/kg 除草剂+20 ml降解菌 (T6)、90 μg/kg 除草剂+25 ml降解菌 (T7)、90 μg/kg 除草剂+30 ml降解菌 (T8)。

土壤处理：取回的分干土用水喷湿后过夜，将大颗粒土块砸碎过2 mm孔径的筛子，过筛后的土壤继续喷水达到15-20%范围内，装入塑料带中，活化1周后，备用。

试验布置：将土壤继续拌匀取样测其含水量，装盆，取相当于干土500克的湿土，均匀压实，保持上下紧实度一致。每个处理按照上表用药量，量取农药放入250 ml的三角瓶中，加入100 ml水，及相应的菌液，搅拌均匀后倒入土盆中，待药液渗完后进行播种，每盆播种15粒，盖100克湿土。每个处理共设5次重复。出苗后数调查出苗率，1对真叶期定苗，每盆保留健康定苗10株，发生药害1周后取样，测定干物重及叶绿素含量。

测试方法：

出苗率测定：幼苗出齐后，调查每盆出苗株数，出苗率=出苗株数/播种粒数

干物重测定：取样时，将甜菜幼苗地上部分剪下，105摄氏度杀青30 min,80摄氏度烘干，用分析天平称重。

叶绿素测定：收获时，取甜菜叶片0.5克，用丙酮研磨浸提，离心后取上清液比色测定，波长为645 nm、663 nm。

2 结果与分析

2.1 不同处理对甜菜的出苗率的影响

对各处理出苗三天后的出苗率进行了调查，如图1所示，在本实验条件下，各处理甜菜出苗率都在92.87%-95.19%范围内波动，平均出苗率为94.13%，经方差分析，各处理间出苗率均没有明显差异，从以上的数据可以看出，此实验中甜菜出苗状况较好，而且生长较为整齐，土壤中该浓度的除草剂对甜菜的出苗没有明显的影响，同时加入的液体菌剂也未对对出苗率产生不良影响。

图1 各处理甜菜幼苗出苗率

图2 甜菜幼苗叶绿素含量

2.2 不同处理对甜菜幼苗叶绿素含量的影响

阿特拉津的作用机理是破会叶绿体，因此在收获时对叶绿素浓度进行了测定，见图2。从图中可以看出，与对照相比施用除草剂的的各处理叶绿素含量都有不同程度的降低，尤其是单加阿特拉津处理(T1)降低的特别明显；从降解菌的施用效果来看，施用降解菌后，各处理组甜菜叶绿素的含量较T1组都有所增加，除T2处理外，其它各处理增加的趋势都较为显著，且随着降解菌剂用量的增加叶绿素含量增加的效果越显著，但T6之后的各处理，再继续增加降解菌用量，甜菜幼苗的叶绿素含量没有增加的趋势。

2.3 不同处理对甜菜幼苗每株干重的影响

植株的干物质积累是生长状况最直观的表现，图3列出了各处理收获后的总干重。从CK与T1的比较来看，T1的干物质积累量仅为CK的1/6，此浓度的阿特拉津明显的降低了甜菜幼苗的干物质积累。从降解菌的使用效果来看，加入不同量的降解菌，各处理的干物质积累较未加降解菌的处理都有不同程度度增加，通过方差分析，发现增加的干物质量差异显著；T2处理为加入降解菌2.5 ml/kg土，明显能够提高干物质积累，此浓度降解菌虽然对除草剂有一定的降解作用但是还未达到理想的效果，在此浓度基础上继续增加降解菌用量，干物质积累不断增加，当达到20 ml/kg土时，干物质积累达到了最大量，在此基础上再增加降解菌用量，干物质积累不再明显增加，此时与CK组相比，干物重约降低了14%，甜菜幼苗的生长还是受到了影响，但比单加阿特拉津处理(T1)的干物重增加了4倍，可见该降解菌对除草剂的降解作用比较明显。

图3 甜菜幼苗每株干重

3 讨论

3.1 阿特拉津对甜菜出苗率的影响

曾有学者针对阿特拉津对小麦萌发、生长的影响进行研究时发现，土壤中残留的阿特拉津浓度超过100 μg/kg时，就会对小麦的萌发和生长产生不利影响[15,16]；对水稻的研究表明，50-800 μg/kg的阿特拉津处理6天后就会抑制水稻根和芽的生长[17]；对大豆的研究发现，一定浓度的除草剂未对发芽和出苗产生药害，见光以后药害才日益显现[18]；100 μg/kg的阿特拉津对花生的出芽没有药害[19]。本试验土壤中阿特拉津的浓度为90 μg/kg，在此浓度下未对甜菜的出苗率产生影响。从上面的分析中可以看出阿特拉津对单子叶植物和双子叶植物种子萌发的影响有差异。

3.2 阿特拉津对甜菜叶绿素含量及干物质积累的影响

经过阿特拉津处理后，植物会出现新叶黄化，老叶叶缘坏死。产生上述状况的原因是植物叶绿体中存在光合系统I(PS I)和光合体系ll ( PSII)两套光合作用系统，在PS II中，阿特拉津会与电子竞争质体酮结合位点，阻止质体酮还原成质体氢酮，从而使质体氢酮不能转移至PS I，导致TP和烟酞胺腺缥吟二核普酸磷酸合成以及二氧化碳的固定受到抑制，从而使能量传递中断，光合作用停止，最终导致植物死[21]。本试验中，除草剂处理(T1)甜菜幼苗出苗后2周开始产生明显药害，真叶有黄化现象，降解菌用量为超过20 ml/kg时，甜菜叶片中叶绿素含量与对照没有明显差异，说明该降解菌对阿特拉津的降解效果较为明显。

本研究中，施用降解菌能够明显增加甜菜幼苗的干物质积累，当降解菌用量为20 ml/kg时，降解效果最好，此时的干物重与CK组比仍有明显的差异，但较未加菌处理的提高了4倍，该降解菌的此时的降解效果还是比较明显。这可能是由于降解菌对阿特拉津的降解需要一定的时间，同时甜菜幼苗在出苗后的一段时间由于苗龄小，对阿特拉津更为敏感，使得在收获时的干物质积累与对照组还存在明显的差异。但综合叶绿素的变化情况分析，当降解菌用量为20 ml/kg时，叶绿素的含量与对照组相比已没有明显差异，据此可以推测随着时间的延长，甜菜干物质积累与对照组的差异会越来越小，最终无明显差异。

4 结论

由于阿特拉津的半衰期较长，同时由于生物蓄积性，致使在施用阿特拉津后三、四年的土壤仍有较大残留，不能种植小麦、大豆、花生及甜菜等作物[4]，严重的限制了农业生产。本项研究发现：在本试验条件下，当除草剂残留的浓度为90 μg/kg时，降解菌用量为20 ml/kg时，降解的效果最好，甜菜幼苗的叶绿素含量未受到影响，干物质积累也达到了最大值，较为理想的缓解了甜菜的药害。但在本研究中还存在不足之处为降解菌的理想施用剂量大，在接下来试验中将着力降低其使用量。