6個不同水稻品種對異丙甲草胺的敏感性差異

趙 建，胡謝馨，劉 晴，柏連陽,3*，金晨鐘*，李靜波

(1. 湖南人文科技學院， 婁底 417000；2.湖南農業大學， 長沙 410128；3. 湖南省農業科學院， 長沙 410125)

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6個不同水稻品種對異丙甲草胺的敏感性差異

趙 建1，胡謝馨2，劉 晴1，柏連陽1,3*，金晨鐘1*，李靜波1

(1. 湖南人文科技學院， 婁底 417000；2.湖南農業大學， 長沙 410128；3. 湖南省農業科學院， 長沙 410125)

為探究水稻對異丙甲草胺的敏感性，選育耐藥性品種及為異丙甲草胺水田安全應用提供理論依據，用瓊脂培養法室內測定了‘T優15’、‘株712s’、‘深兩優5814’、‘T優227’、‘湘豐優9號’、‘豐源優272’等6個水稻品種對異丙甲草胺的敏感性。結果表明，異丙甲草胺對水稻發芽、苗與根的生長均有較強的抑制作用，異丙甲草胺濃度越高抑制作用越大。并且根比苗更為敏感，在異丙甲草胺濃度為0.05 mg/L時，6個品種根長抑制率分別為38.7%、34.2%、28.4%、16.1%、16.4%、25.1%，苗高抑制率分別為7.6%、6.3%、8.2%、8.9%、18.3%、5.5%。6個水稻品種中，‘豐源優272’對異丙甲草胺耐受性最高，異丙甲草胺對其苗高、苗重、根長、根重的IC50分別為0.958 9、1.867 4、1.093 9、3.968 2 mg/L。

水稻； 異丙甲草胺； 敏感性

異丙甲草胺(metolachlor)，2-乙基-6-甲基-N(1’-甲基-2’-甲氧乙基)氯代乙酰替苯胺，屬于氯代酰胺類除草劑。該藥經幼芽吸收，向上傳導，抑制幼芽與根的生長。通過抑制發芽種子的蛋白質合成，或者抑制膽堿滲入磷脂，干擾卵磷脂形成，而達到除草的目的[1-2]。因其具有殺草譜廣、效果突出、價格低廉等特點，在大豆、玉米、棉花、花生、甘蔗等旱田作物中得到了廣泛應用[3]。2011年異丙甲草胺銷售額高達5.5億美元，成為僅次于草甘膦、百草枯、2,4-滴的全球第四大除草劑[4]。

近年來除草劑市場變化迅速，同為酰胺類除草劑的乙草胺已被歐盟禁止生產使用，異丙甲草胺在水田中的應用被普遍看好[4-5]。研究表明，異丙甲草胺在水田中活性極高，使用稍有不慎便會影響水稻的發芽、苗長等生理指標[6]。同時其在土壤中吸附與解吸附行為受土壤有機質含量影響，在有機質含量較低的土壤中極易遷移淋溶至耕作層，影響作物正常生長[7]。已有學者在異丙甲草胺水田安全應用領域進行了系列研究，柏連陽帶領團隊先后幾年研究了酰胺類除草劑的解毒作用，提出了除草劑混配植物源解毒劑的思路[8-10]。但目前不同水稻品種對異丙甲草胺敏感性差異的研究鮮見報告，敏感性是植物對外來刺激的感應程度，其直接表明作物對刺激的耐受能力，在生理抗性研究上具有指示作用，選育出耐受性高的品種也是解決除草劑應用難題常用的方法[11]。筆者選取了早秈、中秈、晚秈共6個品種進行了試驗，試圖找出品種與敏感性之間的關系，為選育耐性品種及異丙甲草胺水田安全應用提供依據與參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

‘T優15’(三系雜交早秈稻)、‘株712s’(兩系雜交早秈稻)、‘深兩優5814’(兩系雜交中秈稻)、‘T優227’(三系雜交中秈稻)、‘湘豐優9號’(三系雜交晚秈稻)、‘豐源優272’(三系雜交晚秈稻),由湖南亞華種子有限公司與婁底市農業科學研究所提供；96%異丙甲草胺乳油，瑞士先正達作物保護有限公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 異丙甲草胺對水稻發芽率的影響

參照周小毛等的方法[12]將960 g/L異丙甲草胺乳油配制成5 g/L的母液，然后配制成2、1、0.5、0.05、0.005、0.000 5 g/L系列濃度溶液,用上述濃度的溶液浸泡水稻種子48 h后,轉移至鋪有兩層濕透濾紙的培養皿中,每皿30粒,另設空白對照，每個處理重復3次。置于催芽儀中恒溫28 ℃培養2 d，測定發芽數，計算發芽率，并折算出校正發芽率。

發芽率(%)=發芽數/種子總數×100；校正發芽率(%)=處理組發芽率/對照組發芽率×100。

1.2.2 異丙甲草胺對水稻生長的影響

將960 g/L的異丙甲草胺乳油配制成1、0.2、0.1、0.02、0.01 g/L系列濃度溶液備用，待瓊脂培養基(200 mL)冷卻至50 ℃左右時分別取以上濃度溶液1 mL加入其中，并攪拌均勻。配制成異丙甲草胺濃度為分別為5、1、0.5、0.1、0.05 mg/L的瓊脂培養基，以蒸餾水做空白對照。選取催芽至芽長0.5 cm的稻種均勻播于培養基上，每杯20粒，各處理重復3次。燒杯用薄膜封口，置于光照培養箱中培養(28 ℃、4 500 lx光照12 h，26 ℃黑暗12 h)，培養5 d后，隨機取10株測定苗高、根長、苗鮮重、根鮮重，計算不同濃度下對各指標的抑制率[10]。

抑制率(%)=(1-處理組值/對照組值)×100。

1.2.3 異丙甲草胺對不同水稻品種毒力關系

通過測定不同濃度對苗高、根長、苗重、根重的抑制率，建立回歸模型，找到異丙甲草胺濃度與抑制率的關系，得出不同品種的毒力回歸方程，并計算抑制中濃度(IC50)。

1.2.4 數據分析

試驗數據分析用Excel 2003與 SPSS統計軟件完成，以SPSS中的 LSD 多重比較法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 異丙甲草胺對發芽率的影響

如表1所示，異丙甲草胺對6個品種的發芽均起到了較強的抑制作用。0.000 5 g/L濃度也表現出了微弱的抑制作用，其中‘豐源優272’校正發芽率僅88.2%，與清水對照組達到極顯著差異(P<0.01)。隨著異丙甲草胺濃度的增加，抑制作用越大，當異丙甲草胺濃度為2 g/L時，6個品種中最大發芽率為53.2%(‘T優227’)，最小發芽率僅30.6%(‘T優15’)，與清水對照組間均達到極顯著差異(P<0.01)。

表1 異丙甲草胺對不同水稻品種發芽率的影響1)

1) 同列數據比較，大小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和差異顯著(P<0.05)。

Data with small and capital letters in the same column are significantly different at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.2 異丙甲草胺對不同品種水稻秧苗素質的影響

2.2.1 異丙甲草胺對‘T優15’的影響

如圖1所示，異丙甲草胺對‘T優15’的作用顯著，抑制率隨濃度的升高而變大，5 mg/L處理中，對苗高、根長、苗重、根重的抑制率分別為69.1%、65.1%、60%、48.4%。4個指標中根長最為敏感，異丙甲草胺濃度為0.05 mg/L時，根長抑制率達到38.7%，后期隨異丙甲草胺濃度的上升抑制率變化緩慢；隨異丙甲草胺濃度的上升苗高抑制率變化最快，0.05 mg/L處理時苗高抑制率為7.56%，當異丙甲草胺為5 mg/L時，其達到69.1%，抑制作用增強了9.1倍。

圖1 不同濃度異丙甲草胺對水稻‘T優15’的影響Fig.1 The effect of metolachlor on ‘T You 15’

2.2.2 異丙甲草胺對‘株712s’的影響

異丙甲草胺對水稻‘株712s’的影響如圖2所示，異丙甲草胺在達到0.5 mg/L時，對苗高、根長、苗重、根重全部表現出抑制作用，隨后隨著異丙甲草胺濃度的上升抑制率均有所上升。4個指標中以根長最為敏感，在0.05 mg/L培養基中抑制率為34.2%，而此濃度下苗重抑制率為-0.5%，表現出微弱的促進作用，當培養基異丙甲草胺濃度上升到0.1 mg/L時，促進作用更為明顯，抑制率達到-3.0%。

圖2 異丙甲草胺對水稻‘株712s’的影響Fig.2 The effect of metolachlor on‘ Zhu 712s’

2.2.3 異丙甲草胺對中‘深兩優5814’的影響

如圖3所示，異丙甲草胺對水稻‘深兩優5814’的影響中，苗高、根長、苗重、根重表現各異，其中以根長對異丙甲草胺濃度最為敏感，在0.05 mg/L時，抑制率為28.4%；以苗高抑制率隨異丙甲草胺濃度上升變化最快，在0.05 mg/L培養基中苗高抑制率為8.3%，當培養基濃度達到5 mg/L時抑制率為72.6%，上升了8.7倍；以苗重抑制率最小，5個不同異丙甲草胺濃度下抑制率分別為-1.7%、5.3%、28.8%、38.7%、53.2%，低濃度下甚至表現出促進作用。

圖3 異丙甲草胺對水稻‘深兩優5814’的影響Fig.3 The effect of metolachlor on ‘Shenliangyou 5814’

2.2.4 異丙甲草胺對‘T優227’的影響

由圖4可知，異丙甲草胺對水稻‘T優227’影響顯著，異丙甲草胺濃度越高抑制作用越明顯。0.05 mg/L的異丙甲草胺培養基對苗重表現出了明顯的促進作用，其抑制率為-11.8%，但當濃度達到0.1 mg/L時，促進作用轉為抑制作用，抑制率為2.2%；0.1 mg/L濃度下，苗高、根長、苗重、根重4個指標中根長受異丙甲草胺影響最大，抑制率為32.8%；濃度為0.5 mg/L時，苗高受異丙甲草胺影響最明顯，抑制率為63.3%，隨著濃度的上升苗高抑制率進一步增加，在5 mg/L時抑制率達到94.1%。

圖4 異丙甲草胺對水稻‘T優227’的影響Fig.4 The effect of metolachlor on‘T You 227’

2.2.5 異丙甲草胺對‘湘豐優9號’的影響

如圖5所示，異丙甲草胺對‘湘豐優9號’的影響隨濃度的上升而愈發顯著，當異丙甲草胺濃度為5 mg/L時，苗高、根長、苗重、根重的抑制率分別為84.7%、52.9%、69.1%、55.1%。其中以苗高最為敏感，其在5個濃度下抑制率分別為18.3%、28.9%、58.3%、69.6%、84.7%，均高于同濃度下根長、苗重、根重等指標的抑制率。0.05 mg/L的異丙甲草胺對苗重、根重表現出了一定的促進作用，抑制率分別為-11.8%、-13.4%，隨著濃度的上升促進作用轉為抑制作用。

圖5 異丙甲草胺對水稻‘湘豐優9號’的影響Fig.5 The effect of metolachlor on ‘Xiangfengyou 9’

2.2.6 異丙甲草胺對‘豐源優272’的影響

異丙甲草胺對‘豐源優272’的影響如圖6所示，隨著異丙甲草胺濃度的上升，抑制率呈逐步遞增趨勢。當濃度為5 mg/L時，各指標的抑制率均達到最大，分別為70.3%、58.6%、57.9%、49.9%。其中根長對異丙甲草胺最為敏感，在0.05 mg/L培養基中抑制率為25.1%，而此濃度下苗高、苗重、根重的抑制率分別為5.5%、11.9%、13.8%。苗高抑制率隨異丙甲草胺濃度的上升變化最快，在0.05 mg/L時抑制率僅5.5%，5 mg/L時達到70.3%，同時表明，異丙甲草胺低濃度下對苗的抑制作用較小，但當其達到一定濃度時抑制作用最為顯著。

圖6 異丙甲草胺對水稻‘豐源優272’的影響Fig.6 The effect of metolachlor on ‘Fengyuanyou 272’

2.3 水稻對異丙甲草胺的敏感性

由2.2中異丙甲草胺對水稻影響結果可知，異丙甲草胺對水稻苗高、根長、苗重、根重有抑制作用，而且隨著異丙甲草胺濃度的增加，抑制作用越強。異丙甲草胺的濃度與抑制率間呈現經典的“S”形關系，將苗高、根長、苗重、根重的抑制率轉化為幾率值，將異丙甲草胺濃度轉化為濃度對數值，進行濃度對數-幾率值直線回歸，從而得到相應的回歸方程，并利用回歸方程計算出苗高、苗重、根長、根重的IC50值，結果如表2。

由表2所示，異丙甲草胺對水稻苗高、苗重、根長、根重均表現出了較強的抑制作用，其中苗高、苗重、根重以‘T優227’最為敏感，其IC50分別為0.353 3、0.94、0.874 1 mg/L；根長以‘T優15’最為敏感，IC50為0.415 mg/L。在4個指標中對異丙甲草胺最敏感的是根長，其在早秈稻、中秈稻中IC50最大為0.734 4 mg/L；對異丙甲草胺耐受性最高的為苗重，其IC50處于0.94～6.024 1 mg/L之間。

表2 異丙甲草胺對不同水稻品種的毒力測定結果1)

1)y為水稻相應生長指標抑制率的幾率值，x為異丙甲草胺的濃度對數值，IC50為抑制水稻相應生長指標50%的異丙甲草胺濃度。

yshowed the probability of inhibition rate of rice,xshowed the logarithm of metolachlor concentration, IC50was the concentration of metolachlor when the inhibition rate reached 50%.

同時各品種對異丙甲草胺的敏感性表現各異。其中早稻品種苗高的耐受性比中秈、晚秈品種高，早秈品種‘T優15’與中秈品種‘T優227’苗高相比，苗高IC50高出3.3倍。根長對異丙甲草胺的耐受性以晚秈最高，晚秈品種‘湘豐優9號’與‘豐源優272’的根長IC50分別為2.764 2、1.093 9 mg/L，而早秈與中秈的根長IC50在0.415～0.734 4 mg/L內，最大相差6.7倍。兩系雜交水稻苗重的耐受性最強，其中‘株712s’的IC50為6.024 1 mg/L,與苗重最敏感的三系雜交水稻‘T優227’相比，‘株712s’的IC50為其6.4倍。綜合比較，對異丙甲草胺最敏感的是‘T優227’，其苗高、苗重、根長、根重的IC50分別為0.353 3、0.94、0.459 4、0.874 1 mg/L；對異丙甲草胺耐受性最高的是‘豐源優272’，其苗高、苗重、根長、根重的IC50分別為0.958 9、1.867 4、1.093 9、3.968 2 mg/L。

3 討論

從研究結果來看，水稻不同品種對異丙甲草胺的耐藥性有一定的差異，對異丙甲草胺最敏感的是中秈稻品種‘T優227’，耐藥性最強的是晚秈稻品種‘豐源優272’。分析可知早秈稻的苗高耐藥性比中秈、晚秈稻品種高，晚秈稻的根長耐藥性比早秈、中秈稻品種好，兩系雜交稻的苗重耐藥性比三系雜交稻強。但由于本試驗研究品種有限，各系列其他品種是否也存在此規律尚需進一步研究總結。

異丙甲草胺對水稻萌發抑制作用明顯，且與質量濃度成正相關性，同一濃度下不同品種間受抑制差異顯著，表明各品種發芽對異丙甲草胺的耐藥性也不同，這與陳國參等[13]關于酰胺類除草劑能抑制種子萌發的結論一致。從異丙甲草胺對水稻幼苗的抑制規律來看，根對異丙甲草胺的敏感性較莖敏感性差，異丙甲草胺在低濃度下抑制根長，但根重反而上升，表明在異丙甲草胺在一定濃度范圍內促進水稻生根。異丙甲草胺對水稻生長的抑制率與其濃度成典型的“S”模型，這與周小毛[12]、朱金文[14]等關于除草劑濃度與水稻抑制關系的結論相符合。

異丙甲草胺是高效的芽前選擇性除草劑，不同植物對其耐藥性的差異是由于對其代謝降解速度的差異而產生的。除草劑與谷胱甘肽的軛合反應是植物耐藥性的一個主要原因，植物體內的谷胱甘肽S-轉移酶(GSTs)可催化這種反應。另有研究表明，植物對除草劑的分解功能與細胞色素P-450相關[15-16]。本試驗在發芽、幼苗生長指標上初步研究了不同水稻品種對異丙甲草胺的敏感性，雖是室內測定結果，水稻對藥劑的敏感性與田間有所不同，但通過平行比較與趨勢分析可表明，在水稻的常規種植品種中存在很大差異，在實際生產中應加以選擇與應用。對于品種間耐藥性差異的原因，還有待從代謝降解途徑及藥害機理等機制方面深入研究。

[1] O’Connell P J, Harms C T, Allen J R F. Metolachlor, S-metolachlor and their role within sustainable weed-management [J]. Crop Protection, 1998,17 (3): 207-212.

[2] 吳文君,羅萬春. 農藥學[M]. 北京：中國農業出版社, 2008.

[3] Armel G R, Wilson H P, Richardson R J, et al. Mesotrione, acetochlor, and atrazine for weed management in corn (Zeamays) [J]. Weed Technology, 2003,17 (2): 284-290.

[4] 孫克.全球十大除草劑的市場與展望[J].農藥,2013,52(5):317-322.

[5] 楊希坤.異丙甲草胺時代已來臨[J].山東農藥信息,2011(12):29-30.

[6] 吳景,柏連陽,周小毛. 酰胺類除草劑的安全劑研究進展[J]. 中國植保導刊,2010,30(2):14-16.

[7] 徐軍,邱星輝,曹宏,等. 氯乙酰胺類除草劑微生物降解研究進展[J].應用與環境生物學報, 2004，10(3):389-393.

[8] 柏連陽. 芽前水田除草劑混用對水稻安全性的聯合作用與機理研究[D].長沙:湖南農業大學, 2000.

[9] 李靜波. 川芎提取物解除精異丙甲草胺對水稻藥害的研究[D]. 長沙：湖南農業大學, 2012.

[10]劉紹文. 北細辛揮發油對異丙甲草胺解毒效果研究[D]. 長沙：湖南農業大學, 2008.

[11]董曉雯,王金信,畢建杰,等.不同玉米品種對煙嘧磺隆的敏感性差異[J]. 植物保護學報，2007,34(2):182-186.

[12]周小毛,柏連陽,陳桂華,等.5個水稻品種對胺苯磺隆的敏感性[J].湖南農業大學學報(自然科學版),2004,30(1):43-46.

[13]陳國參,張玉聚,石紅霞,等.酰胺類除草劑的藥害表現與安全應用[J]. 農藥, 2002，43(9):32-33.

[14]朱金文,魏方林,陸小磊,等.五氟磺草胺對水稻種子萌發及幼苗生長的影響[J].農藥學學報,2006,8(2):129-133.

[15]Sibony M, Rubin B. Molecular basis for multiple resistance to acetolactate synthase-inhibiting herbicides and atrazine inAmaranthusblitoides(prostrate pigweed) [J]. Planta,2003,216(6):1022-1027.

[16]Kolkman J M, Slabaugh M B, Bruniard J M, et al. Acetohydroxyacid synthase mutations conferring resistance to imidazolinone or sulfonylurea herbicides in sunflower [J]. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 109(6): 1147-1159.

Sensitivities of six different rice varieties to metolachlor

Zhao Jian1, Hu Xiexin2, Liu Qing1, Bai Lianyang1,3, Jin Chenzhong1, Li Jingbo1

(1. Hunan University of Humanities, Science and Technology, Loudi 417000, China; 2.Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China; 3. Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China)

In order to provide theoretical basis for safe application of metolachlor in paddy field, the sensitivities of six different rice varieties (‘T You 15’,‘Zhu 712s’, ‘Shenliangyou 5814’, ‘T You 227’, ‘Xiangfengyou 9’,‘Fengyuanyou 272’) to metolachlor were determined indoors by agar method. The results showed that metolachlor had strong inhibition to the germination and growth of rice plants among the six different varieties. The higher concentration of metolachlor is, the stronger inhibition is. Besides, root was more sensitive than seedlings. At the concentration of 0.05 mg/L metolachlor in agar medium, the taproots length inhibition rate of six varieties was 38.7%,34.2%,28.4%,16.1%,16.4% and 25.1%, respectively, and the inhibition rate of seedling length was 7.6%, 6.3%, 8.2%, 8.9%, 18.3% and 5.5%, respectively. ‘Fengyuanyou 272 ’is the highest tolerant varieties, with the IC50values of seedling height, seedling weight, taproots length and root fresh weight were 0.958 9,1.867 4,1.093 9 and 3.968 2 mg/L, respectively.

rice; metolachlor; sensitivity

2014-03-31

2014-08-13

國家自然科學基金(31371954)；公益性行業(農業)科研專項(201303031)

S 482.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.02.034

* 通信作者 E-mail： bailianyang2005@aliyun.com； hnldjcz@sina.com