嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光特性的影響

王艷艷， 何付麗， 范丹丹， 尹忠達， 張 雷， 趙長山

（東北農業大學農學院，哈爾濱 150030）

嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光特性的影響

王艷艷， 何付麗， 范丹丹， 尹忠達， 張 雷， 趙長山*

（東北農業大學農學院，哈爾濱 150030）

利用盆栽法研究了嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光特性的影響。結果表明，在嗪草酮較低用量（有效用量630和945 g/hm2）時，熒光參數NPQ增大，而Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ETR等參數及光能分配與空白對照差異不顯著；嗪草酮較高有效用量（大于1 155 g/hm2）時，會使NPQ變化趨勢由上升變為下降，Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ETR、Y（Ⅱ）等較空白對照顯著下降、Y（NO）、β/α－1迅速增加。說明較低用量嗪草酮對大豆葉片PSⅡ有一定的影響，但大豆通過自身的調節機制使葉片的光合能力下降不明顯，而較高用量的嗪草酮會使大豆PSⅡ反應中心發生不可逆破壞，能量分配不平衡，光合能力下降，甚至喪失。隨施藥后時間的推移，嗪草酮對大豆主要功能葉片PSⅡ的影響逐漸減弱，至施藥后50 d，嗪草酮不同使用量之間大豆葉片的熒光參數無顯著差異。

嗪草酮； 大豆； 葉綠素熒光參數

嗪草酮是一種三嗪類傳導型選擇性除草劑，在大豆田播后苗前土壤處理來防除一年生闊葉雜草和部分禾本科雜草。嗪草酮主要作用于植物PSⅡ，抑制電子從質體醌QA向質體醌QB傳遞，從而影響葉片的光合作用，使植物死亡［1］。葉綠素熒光參數可以反映植物葉片PSⅡ的電子傳遞、激發能分配等信息進而反映植物的光合能力。熒光參數Fm/Fo、Fv/Fo、q P、NPQ等被抑制程度與逆境脅迫的程度之間存在著正相關，可作為植物抗逆的指標［2-3］。另外，Kramer等在2004年提出Y（NO）和Y（NPQ）兩個新參數。Y（NO）是指PSⅡ處非調節性能量耗散的量子產量，是光損傷的重要指標。Y（NPQ）是指PSⅡ處調節性能量耗散的量子產量，是光保護的重要指標。而Y（Ⅱ）反映的是葉片用于光合電子傳遞的能量占所吸收光能的比例；PSⅡ激發能壓力1－qP反映QA的氧化還原狀態，是衡量激發能捕獲和利用之間平衡與否的一個重要指標［4］。

光抑制是植物光合機構所吸收光能超過光合作用本身所能利用的能量而引起光合作用效率下降的現象［4］，在無任何其他脅迫存在的條件下，植物在正常的日照下都可能發生光抑制，而當植物葉片PSⅡ反應中心遭到破壞時，即使在弱光下也能引起光抑制［5］。高海波等［6］借助葉綠素熒光手段，利用不同位置葉片Fv/Fm的差異，研究了植物傷害信息的系統性傳遞；劉華山等［7］報道，商陸提取液能提高病株葉片的Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP，而使NPQ下降，說明商陸提取液可以通過改善感染花葉病毒后煙草葉片葉綠素熒光參數，提高病株葉片的光合活性。

本試驗研究了嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光參數的影響，探索了葉綠素熒光參數在嗪草酮不同施用水平下隨施藥后時間推移的變化規律，揭示了嗪草酮對大豆葉片光合機構的影響機制，以期為除草劑嗪草酮在大豆田的安全性評價和合理使用提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

大豆品種：‘東農52’，由東北農業大學大豆研究所提供。

試驗藥劑：70%嗪草酮可濕性粉劑，江蘇七洲綠色化工股份有限公司生產。

1.2 試驗設計

本研究采用盆栽試驗，于2013年5月19日將大豆播種于30 cm×20 cm的盆中，每盆播種15粒，覆土3 cm左右。在大豆播后苗前用Knapsack Hydraulic Sprayer（背負式噴霧器，噴嘴型號為TEEJET 8002VS，噴液壓力20 psi，噴液量300 L/hm2）噴施70%嗪草酮可濕性粉劑，嗪草酮施藥有效用量分別為630、945、1 155、1 365、1 575 g/hm2，設空白對照；每處理4次重復；施藥后23、35、50 d測定大豆葉片葉綠素熒光參數。

1.3 測定方法

施藥后23 d（CK組第一片復葉展開）測定大豆第1片三出復葉葉綠素熒光參數，施藥后35 d（CK組有4.1片復葉）、50 d（CK組有6.7片復葉）測定大豆倒三葉的葉綠素熒光參數。各處理取生長狀態一致的大豆植株4株，每株取光照一致的大豆葉片進行葉綠素熒光參數測定。用便攜式葉綠素熒光儀（PAM-2500，德國Walz公司）測定最大熒光（Fm）、初始熒光（Fo）、光適應下最大熒光（Fm′）、光適應下初始熒光（Fo′）以及穩態熒光（Fs）等葉綠素動力學參數。在測定Fm和Fo時，暗適應20 min。qP、NPQ、ETR、Y（Ⅱ）、Y（NO）、Y（NPQ）等參數由儀器直接得出。按Braun和Malkin的公式計算兩個光系統之間的激發能分配系數α、β，光系統Ⅰ和Ⅱ間激發能分配的不平衡性可用β/α-1表示。計算公式：

f＝（Fm′－Fs）/（Fm′－Fo′）；

光系統Ⅰ激發能分配系數α＝f/（1+f）；

光系統Ⅱ激發能分配系數β＝1/（1+f）。

1.4 數據處理

數據經DPS（英文版）軟件和Excel（2003）軟件處理，采用新復極差法（Duncan method）進行顯著性分析。

2 結果與分析

圖1 嗪草酮對大豆葉片PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm和葉片潛在活性Fv/Fo的影響Fig.1 The effects of metribuzin on theFv/FmandFv/Foof soybean leaves

2.1 嗪草酮對大豆葉片PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm及潛在活性Fv/Fo的影響

熒光參數Fv/Fm和Fv/Fo是反映植物脅迫程度的常用指標。由圖1可知，隨施藥量的增加，Fv/Fm、Fv/Fo值下降。施藥后23 d，施藥量為630、945 g/hm2時，Fv/Fm、Fv/Fo較空白對照下降，但差異不顯著，當施藥量為1 155、1 365、1 575 g/hm2時，Fv/Fm、Fv/Fo較空白對照分別下降了19.55%、47.94%、83.35%和41.47%、72.64%、93.52%，與空白對照差異顯著；施藥后35 d，各處理的Fv/Fm、Fv/Fo仍隨施藥量的增加而下降，但下降幅度變??；施藥后50 d，各處理組間上述兩參數差異均不顯著。

2.2 嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光淬滅的影響

葉綠素熒光淬滅分為兩種：光化學淬滅（qP）和非光化學淬滅（NPQ）。qP反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額，qP越大，表示PSⅡ的電子傳遞活性越大［8］；NPQ反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式散掉的光能部分［9］。

由圖2看出，qP的變化趨勢與Fv/Fm、Fv/Fo相同，隨施藥量的增加逐漸下降，隨施藥后時間推移，下降趨勢變小，至施藥后50 d，各處理間qP差異不顯著。NPQ的變化趨勢均為隨施藥量增加而先增加后減小。施藥后23 d，NPQ最大值出現在施藥量為630 g/hm2時，且當施藥量大于1 155 g/hm2時，NPQ下降迅速，使NPQ值顯著小于空白對照；施藥后35 d，NPQ最大值出現在施藥量為945 g/hm2時，大于此用量，NPQ下降，但下降程度小于施藥后23 d時；施藥后50 d時，施藥量為1 155 g/hm2處理的NPQ值最大，而各處理與空白對照差異均不顯著。

圖2 嗪草酮對大豆葉片光化學淬滅系數qP和非光化學淬滅系數NPQ的影響Fig.2 The effects of metribuzin onqPandNPQof soybean leaves

2.3 嗪草酮對大豆葉片電子傳遞的影響

由圖3看出，施藥后23 d和施藥后35 d時ETR隨施藥量增加都有下降的趨勢，施藥量為630、945 g/hm2時，處理的ETR與空白對照差異不顯著，施藥量繼續增加，大豆葉片的ETR迅速下降。施藥后23 d，施藥量為1 155、1 365、1 575 g/hm2時，ETR較空白對照分別下降34.78%、73.91%、95.65%，施藥后35 d，分別下降25.45%、67.27%、81.81%。施藥后50 d時，各處理組與空白對照ETR差異不顯著。

圖3 嗪草酮對大豆葉片電子傳遞ETR的影響Fig.3 The effects of metribuzin on ETR of soybean leaves

2.4 嗪草酮對大豆葉片吸收光能分配的影響

Y（Ⅱ）為PSⅡ的實際光合量子產量，反映葉片所吸收光能用于光合電子傳遞所占的比例；Y（NO）是指PSⅡ非調節性能量耗散的量子產量，代表被動耗能；Y（NPQ）是指PSⅡ處調節性能量耗散的量子產量，是光保護的重要指標。以上三者存在以下關系：Y（Ⅱ）+Y（NO）+Y（NPQ）＝1，即三者的和代表植物葉片吸收的總能量。

由圖4看出，施藥后23 d，隨施藥量的增加，Y（Ⅱ）逐漸減少、Y（NO）逐漸增加，而Y（NPQ）則呈先增加再減小的趨勢。當施藥量為630、945 g/hm2時，PSⅡ激發能主要分配于Y（Ⅱ），分別占總能量的51.7%、48.2%；當施藥量為1 155、1 365、1 575 g/ hm2時，激發能主要分配于Y（NO），分別占總能量的56.2%、79.9%、93.7%，較空白對照分別增加了40.15%、99.25%、133.67%。而分配于Y（Ⅱ）的能量只占總能量的34.4%、14.9%、2.2%；施藥后35 d時，隨施藥量的增加，Y（Ⅱ）、Y（NO）、Y（NPQ）變化趨勢與施藥后23 d相似，但變化幅度減?。皇┧幒?0 d時，各處理間Y（Ⅱ）、Y（NO）、Y（NPQ）差異不顯著，以Y（Ⅱ）所占比例最大，為總能量的60%左右，其次為Y（NO），為總能量的30%左右。

2.5 嗪草酮對大豆葉片PSⅡ激發能壓力及PSI、PSⅡ之間吸收光能分配的影響

α為PSⅠ激發能分配系數，β為PSⅡ激發能分配系數，1－qP代表PSⅡ激發能壓力，β/α－1代表PSⅠ和PSⅡ間激發能分配不平衡性。由圖5可知，施藥后23 d，當施藥量小于1 155 g/hm2時，α、β、β/α－1、1－qP與空白對照差異不顯著，施藥量為1 365、1 575 g/hm2時，α上升了31.92%、62.03%，而β、β/α－1下降了46.89%、163.34%和146.99%、753.46%，與空白對照組差異極顯著，1－qP與空白對照組差異也達到極顯著水平。施藥后35 d，α、β、1－qP、β/α－1隨施藥量增加的變化趨勢與施藥后23 d相同，但變化幅度變小。施藥后50 d時，各處理的α、β、1－qP、β/α－1與空白對照差異不顯著。

圖4 嗪草酮對大豆葉片吸收光能分配的影響Fig.4 The effects of metribuzin on the distribution of absorbed light of soybean leaves

圖5 嗪草酮對大豆葉片熒光系數α、β、1-qP及β/α-1的影響Fig.5 The effects of metribuzin onα、β、1-qPandβ/α-1 of soybean leaves

3 討 論

在本試驗中，施藥后23 d，嗪草酮施藥量為630、945 g/hm2時，Fv/Fm值較空白對照下降不顯著，而葉綠素熒光光化學淬滅NPQ值上升。陳貽竹等［10］認為，PSⅡ最大量子產量（Fv/Fm）下降是發生光抑制的一種表現。引起Fv/Fm下降的可能原因是PSⅡ反應中心的光化學傷害和系統提高熱耗散（一種保護機制）；而NPQ值增大是植物對逆境所產生的一種自我調節和自我保護機制［3，7］。此結果說明此時大豆葉片發生了光抑制，PSⅡ通過提高熱耗散來啟動對光系統的保護機制，使得Y（Ⅱ）、Fv/Fo、ETR、qP等參數較空白對照稍有下降，但差異不顯著。當本試驗施藥量大于1 155 g/hm2時，Fv/Fm、Y（Ⅱ）、Fv/Fo、ETR、qP值均較空白對照顯著下降，而NPQ變化趨勢由上升變為下降，馮建燦等［11-12］認為NPQ由上升轉為下降反映了植物的光合機構開始遭到破壞；故說明此時大豆葉片PSⅡ反應中心已經受到嗪草酮不可逆的破壞。從光能分配角度來說，施藥量大于1 155 g/hm2時，α迅速下降，β、1－qP、β/α－1迅速上升，說明大豆葉片PSⅠ與PSⅡ之間激發能分配不均衡，PSⅡ反應中心過剩激發能增加，狀態轉化受阻［15］；Y（Ⅱ）迅速下降，Y（NO）迅速增加，表明光化學能量轉化和調節機制不足以將植物吸收的光完全消耗掉，PSⅡ反應中心遭到不可逆的破壞，大豆葉片光合能力極度下降。

施藥后35 d，各處理的熒光參數變化趨勢與施藥后23 d時相似，但變化幅度減小，說明此時嗪草酮對大豆光合機構的影響已經減弱，至施藥后50 d時，各處理間的差異不顯著，說明此時嗪草酮對測定葉片的光合機構已基本無影響。

綜上所述，嗪草酮施用量較低（＜945 g/hm2）時，大豆葉片可以通過自身的保護機制調節光能分配，使光合機構不受破壞；施藥量較大（＞1 155 g/hm2）時，嗪草酮會使大豆葉片發生光抑制、PSⅡ反應中心受到不可逆破壞，擾亂正常光能分配，抑制電子傳遞，光合作用能力下降，甚至喪失。

嗪草酮對大豆葉片葉綠素熒光特性影響的時間效應可能與嗪草酮在土壤及大豆中半衰期有關。在黑龍江省，嗪草酮在土壤中的半衰期約為15.1～15.8 d，在大豆植株內的半衰期約3.9～4.9 d［15］，由此可知，嗪草酮施藥后50 d時在大豆植株內已經消解90%左右，對大豆的影響可能很小，與本試驗結果吻合。

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Effects of metribuzin on the chlorophyll fluorescence of soybean leaves

Wang Yanyan， He Fuli， Fan Dandan， Yin Zhongda， Zhang Lei， Zhao Changshan
（College of Agronomy，Northeast Agricultural University，Harbin150030，China）

A pot experiment was conducted to study the effects of metribuzin on the chlorophyll fluorescence parameters of soybean leaves.The results showed that the fluorescence parameterNPQwas increased，andFv/Fm，Fv/Fo，qP，ETRand the absorbed light energy showed no significantly difference compared with control at the lower application rates（630 and 945 g/hm2），indicating that low-concentration metribuzin treatment had certain effects on PSⅡof soybeans，but photosynthetic intensity were not decreased obviously depending on its self-protective mechanism.High-concentration metribuzin treatment（＞1 155 g/hm2）led to irreversible damage to PSⅡ，imbalance of absorbed light distribution，decline or loss of photosynthetic capacity.But this impact on PSⅡof soybean functional leaves tended to reduce or recover as time extended.There was no obvious difference in overall fluorescence parameters between the control and metribuzin treatments after 50 days.

metribuzin； soybean； chlorophyll fluorescence parameter

S 482.42；S 565.1

A

10.3969/j.issn.0529 1542.2015.01.016

2014 02 07

2014 05 09

東北農業大學青年啟動基金（2011QNZ18）

*通信作者 E-mail：csz＿hlj@sohu.com