莠去津土壤殘留對4種蔬菜生長及葉綠素熒光參數的影響

楊彩宏 馮 莉 田興山

（廣東省農業科學院植物保護研究所，廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣東廣州 510640）

楊彩宏，碩士研究生，主要從事除草劑抗藥性及雜草綜合治理方面的研究，E-mail：ych19820808@163.com

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莠去津土壤殘留對4種蔬菜生長及葉綠素熒光參數的影響

楊彩宏 馮 莉 田興山*

（廣東省農業科學院植物保護研究所，廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣東廣州 510640）

楊彩宏，碩士研究生，主要從事除草劑抗藥性及雜草綜合治理方面的研究，E-mail：ych19820808@163.com

摘 要：為了明確莠去津土壤殘留對后茬蔬菜的影響，在室內采用毒土添加法研究了莠去津不同土壤殘留量對黃瓜、豇豆、辣 椒和菜薹光合作用和幼苗生長的影響。結果表明：莠去津土壤殘留量為0.21、1.84、0.24、0.11 mg·kg-1時，導致黃瓜、豇豆、辣椒和菜薹葉片PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）下降10%；4種蔬菜分別在接近此有效成分劑量時（黃瓜0.2 mg·kg-1、豇豆2 mg·kg-1、辣椒0.2 mg·kg-1、菜薹0.1 mg·kg-1），電子傳遞速率（ETRⅡ）顯著下降，且單株鮮質量抑制率達到50%；4種蔬菜對莠去津土壤殘留的敏感性順序為：菜薹＞黃瓜＞辣椒＞豇豆；Fv/Fm可作為早期預知輪作蔬菜是否受到莠去津殘留潛在藥害的指標，Fv/Fm的ID10為輪作蔬菜是否受藥害的臨界值。

關鍵詞：莠去津；土壤殘留；蔬菜生長；葉綠素熒光參數

莠去津（2-氯-4-乙氨基-6-異丙氨基-1，3，5-三嗪）是一種選擇性除草劑，在全球范圍內廣泛應用于防除玉米、高粱、甘蔗等作物田間多種闊葉和部分禾本科雜草（蘇少泉，2010）。莠去津主要是通過與D1蛋白結合并阻斷植物光合電子流的方式發揮作用，尤其是在強光照條件下會導致活性氧的集結，從而對光系統Ⅱ產生破壞（Schreiber et al.，1994）。莠去津在土壤中殘留時間較長，而在水中可緩慢降解（Gojmerac et al.，2006）。Taylor （1995）研究表明，田間土壤中殘留的莠去津1個月僅被降解5%以下；Giardina等（1980，1985）、Behki和Kahn（1986）、Anderson和Georgeson （1989）研究發現，雖然土壤中的生物和非生物因素均可降解莠去津，但莠去津的半衰期仍介于4～57周之間。Eagle（1978）、Frank等（1983）研究發現，土壤中莠去津殘留劑量超過0.1 mg·kg-1將嚴重影響敏感作物的生長。頻繁和過度使用該除草劑對人類健康和環境存在諸多負面影響，如雜草產生抗藥性、作物發生藥害、環境污染等（Solomon et al.，1996；葉常明 等，1997，1999；Flores et al.，2013；Heap，2014）。

廣東省具有日照充足、氣候溫和、雨量充沛等亞熱帶氣候特點，一年可種植甜玉米2～3茬。截至2012年底，甜玉米種植面積約32萬hm2，占全球甜玉米種植面積的22.7%（羅軍 等，2014）。同一田塊一年內多次使用莠去津，長期的除草劑選擇壓導致田間一些難防惡性雜草逐年增多，如牛筋草〔Eleusine india（L.）Gaertn〕。為了緩解雜草危害及改變雜草群落單一的結構，農民通常采用蔬菜與甜玉米進行輪作。但是，由于蔬菜本身較敏感，無法代謝莠去津，除草劑在蔬菜植株內積聚，最終導致嚴重藥害發生。盡管針對土壤中莠去津殘留的研究報道已有許多，但是關于在玉米和蔬菜輪作過程中莠去津對蔬菜藥害的相關研究報道卻較少。因此，本試驗重點開展了模擬莠去津土壤殘留對黃瓜、豇豆、辣椒、菜薹幼苗生長及葉綠素熒光參數的影響，旨在明確一項能在植物生長早期用來判斷其受藥害風險指標的參數，為田間合理安全使用除草劑提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試黃瓜（Cucumis sativus L.）品種為粵秀3號，豇豆〔Vigna unguiculata（L.）Walp.〕品種為亮青豆角，菜薹〔Brassica campestris L. ssp. chinensis （L. ）var. utilis Tsen et Lee〕品種為粵蔬碧綠粗薹菜心，辣椒（Capsicum annuum L.）品種為粵蔬2號尖椒，均購于廣東省農業科學院蔬菜研究所。

除草劑：90%莠去津水分散粒劑，購自浙江中山化工集團有限公司。

1.2試驗方法

試驗于2015年1～9月在廣東省農業科學院植物保護研究所雜草室進行。

1.2.1莠去津土壤殘留對4種蔬菜幼苗生長的影響

采用土壤添加法配制藥土。土壤采自多年未耕作的休閑農田，于室外自然風干，基本理化性質為：pH值6.1，氮90 mg·kg-1，磷70 mg·kg-1，鉀300 mg·kg-1。在直徑9.5 cm、高28 cm的塑料杯中，加入500 g風干土，分別加入預先配制的不同濃度的莠去津藥液60 mL，使莠去津在土壤中的最終有效成分劑量為：黃瓜，0（CK）、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg·kg-1；豇豆，0（CK）、0.025、0.05、0.1、0.2、2、4、8 mg·kg-1；辣椒，0（CK）、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg·kg-1；菜薹，0（CK）、0.006 25、0.012 5、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg·kg-1。將大小一致并經催芽露白的種子播于塑料杯中，每杯4粒，每處理10次重復。然后置于生長箱中，光照時間12 h/12 h（晝/夜），光照強度8 000 lx；溫度白天30 ℃，晚上28 ℃。處理20 d后，采用直尺和天平分別測定4種蔬菜幼苗的株高和單株鮮質量，計算其抑制率、10%抑制濃度（ID10）及50%抑制濃度（ID50），根據ID50確定不同蔬菜對莠去津土壤殘留的敏感性。

1.2.2莠去津土壤殘留對4種蔬菜葉綠素熒光參數的影響 前期處理方法同1.2.1。處理7 d后，每處理隨機選擇1株測定葉綠素熒光參數。先將待測植株暗適應30 min，采用調制熒光成像系統（IMAGING-PAM，德國WALZ公司生產）觀察植物受藥害情況；選擇伸展開的葉片，采用光纖型雙通道PAM-100（DUAL-PAM-100，德國WALZ公司生產）先照射1個小于1 μmol·m-2·s-1的測量光，再照射飽和脈沖光（10 000 μmol·m-2·s-1），然后使用133 μmol·m-2·s-1的內源光化光測量4.3 min。PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）、PSⅡ有效量子產率（YⅡ）、PSⅡ電子傳遞速率（ETRⅡ）均由儀器自動給出。分別計算4種蔬菜Fv/Fm、YⅡ的10%抑制濃度（ID10）及50%抑制濃度（ID50）。

1.3數據處理

采用SPSS（16.0）軟件分別求出莠去津土壤殘留劑量對不同蔬菜的毒力回歸方程、相關系數、ID10和ID50值；采用Excel軟件作圖。

表1　莠去津不同土壤殘留量對4種蔬菜幼苗生長的影響

2　結果與分析

2.1莠去津土壤殘留對4種蔬菜幼苗生長的影響

由表1可知，莠去津處理20 d后，4種蔬菜單株鮮質量的受抑制程度均明顯大于株高。從對株高的影響來看，土壤中殘留0.8 mg·kg-1莠去津時，對菜薹、黃瓜、辣椒和豇豆株高的抑制率分別為40.33%、2.82%、29.14%、＜1.32%，說明菜薹對莠去津的敏感性最高；從對單株鮮質量的影響來看，土壤中殘留0.05 mg·kg-1莠去津時，對菜薹、黃瓜、辣椒和豇豆單株鮮質量的抑制率就分別達到30.95%、22.99%、7.69%、19.41%。隨著莠去津土壤殘留量的增加，對4種蔬菜株高和單株鮮質量的抑制作用總體呈上升趨勢。

表2　莠去津土壤殘留對4種蔬菜單株鮮質量的抑制作用

表3　莠去津不同土壤殘留量對4種蔬菜葉綠素熒光參數的影響

從表2可以看出，當土壤中莠去津殘留量為0.017、0.023、0.057、0.018 mg·kg-1時，分別對菜薹、黃瓜、辣椒和豇豆單株鮮質量的抑制率達10%；而當莠去津殘留量升高為0.103、0.169、0.218、1.744 mg·kg-1時，對菜薹、黃瓜、辣椒和豇豆單株鮮質量的抑制率達50%，嚴重影響蔬菜的正常生長。

2.2莠去津土壤殘留對4種蔬菜葉綠素熒光參數的影響

由表3可知，土壤中莠去津殘留量低于0.1 mg·kg-1時，黃瓜葉綠素熒光參數Fv/Fm和YⅡ與對照無顯著差異；當莠去津殘留量繼續升高時，Fv/Fm和YⅡ均顯著降低，且YⅡ下降趨勢更明顯；從圖1可以看出，當莠去津殘留量繼續升高至0.4 mg·kg-1時，莠去津傳導至莖部和葉基部，黃瓜植株受到嚴重藥害。

對于豇豆，土壤中莠去津殘留量為0.2 mg·kg-1時，與對照相比Fv/Fm和YⅡ緩慢下降；當莠去津殘留量繼續升高到2 mg·kg-1和4 mg·kg-1時，熒光參數值急劇下降（表3），莠去津傳導至莖部和葉片中（圖1），導致豇豆植株產生藥害。

對于辣椒，土壤中莠去津殘留量為0.2 mg·kg-1時，與對照相比Fv/Fm和YⅡ均顯著下降；當莠去津殘留量繼續升高到0.4 mg·kg-1時，YⅡ急劇下降至0（表3）。

圖1　4種蔬菜幼苗不同濃度莠去津處理的熒光成像結果彩色圖片見《中國蔬菜》網站：www.cnveg.org。

菜薹對土壤莠去津殘留敏感性較高，土壤中莠去津殘留量為0.05 mg·kg-1時，Fv/Fm和YⅡ即呈現下降趨勢；當莠去津殘留量繼續升高到0.1 mg·kg-1時，YⅡ急劇下降至0.086（表3）。

此外，莠去津在土壤中殘留量達0.21、1.84、0.24、0.11 mg·kg-1時，黃瓜、豇豆、辣椒和菜薹葉片Fv/Fm降低10%；莠去津殘留量達0.62、5.71、0.34、0.38 mg·kg-1時，導致4種蔬菜葉片Fv/Fm降低50%（表3）。

由圖2可知，土壤中莠去津殘留量在一定范圍內（黃瓜，0～0.1 mg·kg-1；豇豆，0～0.2 mg· kg-1；辣椒，0～0.1 mg·kg-1；菜薹，0～0.05 mg·kg-1），4種蔬菜的電子傳遞速率變化趨勢一致，且均隨照射時間的延長基本呈上升趨勢；當土壤中莠去津殘留量分別繼續升高至0.2、2、0.2、0.1 mg·kg-1時，黃瓜、豇豆、辣椒和菜薹的電子傳遞速率顯著下降，且與引起4種蔬菜單株鮮質量下降50%及Fv/Fm下降10%的莠去津劑量均接近；當土壤中莠去津殘留量繼續升高，4種蔬菜的電子傳遞速率均趨于0，光合作用受到嚴重破壞。

圖2　莠去津不同土壤殘留量對4種蔬菜PSⅡ電子傳遞速率（ETRⅡ）的影響a，黃瓜；b，豇豆；c，辣椒；d，菜薹；處理7 d后，高濃度莠去津處理的菜薹（0.2、0.4、0.8 mg·kg-1）和辣椒（0.4、0.8 mg·kg-1）發生嚴重藥害，葉片無法展開，因此無法采用光纖型雙通道PAM-100進行測量。

3　結論與討論

莠去津是一種光合作用抑制型除草劑，其作用靶標主要是質體醌還原前的PSⅡ與PSⅠ之間QA 與PQ間的電子傳遞體β蛋白，莠去津與其結合后，改變蛋白質的氨基酸結構，抑制電子從質體醌QA向QB傳遞，從而影響光合電子傳遞（Hess，2000），最終導致植物體內氧自由基累積和PSⅡ反應中心光氧化損傷（Genty et al.，1989）。由于其具有高度的選擇性和內吸性，是玉米田防除雜草的優選除草劑之一。華南地區由于特殊的氣候條件，甜玉米一年種植多茬，因此同一田塊一年內莠去津被多次使用，由于長期的除草劑選擇壓，導致田間一些難防惡性雜草逐年增多，土壤中雜草種子庫大量富集，造成甜玉米產量和品質的下降，同時給田間管理也帶來了一定的難度。為了緩解這種情況，近年來多采用甜玉米與其他蔬菜作物進行輪作。然而，農民均反映輪作蔬菜受藥害嚴重，很難正常生長。

本試驗發現，當土壤中莠去津殘留量超過0.1 mg·kg-1時，明顯抑制了菜薹的生長、削弱了其光合能力，此結果與在苜蓿和燕麥上的研究結果一致（Eagel，1978；Frank et al.，1983）；當土壤中莠去津殘留量為0.2 mg·kg-1時，會對黃瓜和辣椒的光合能力與生長產生影響，這與在大豆和番茄上的研究結果相似（Eagle，1978；Frank et al.，1983）；豇豆對莠去津的耐受性最強，在高達2 mg·kg-1的殘留劑量下僅受到輕微藥害，遠遠高于90%莠去津水分散粒劑的田間推薦劑量0.9 mg·kg-1。豇豆之所以對莠去津具有較高耐受性，可能是因為于其地上組織對除草劑有一定的代謝能力，也可能是因為與其他蔬菜相比莠去津更不容易穿透豇豆葉片細胞壁（Frank et al.，1983；Schwarzschild et al.，1994）。綜上，當頻繁使用莠去津對農田造成污染時，可以選擇豇豆作為輪作作物。

針對各種逆境脅迫下植株葉綠素熒光特性和光合器官功能、結構發生變化的研究已有很多（Shaw et al.，2008；Palombi et al.，2011；Iriel et al.，2014）。本試驗結果表明，莠去津土壤殘留導致4種蔬菜Fv/Fm抑制率達到10%的劑量，與導致ETRⅡ值顯著下降的劑量一致，即黃瓜為0.2 mg·kg-1、豇豆為2 mg·kg-1、辣椒為0.2 mg·kg-1、菜薹為0.1 mg·kg-1。說明在相應莠去津劑量處理下，相應蔬菜正常生長過程中電子傳遞鏈被阻斷，光合作用受到影響。當蔬菜植株受到土壤中殘留莠去津的脅迫后，Fv/Fm的降低與光合效力、碳代謝、生產率以及作物生長量（如單株鮮質量）存在直接關系（Scarlett et al.，1999；Ralph et al.，2007）。另外，莠去津在光合作用電子傳輸中阻斷電子傳遞鏈，降低了NADPH和ATP的生成，從而影響了碳固定，并最終抑制蔬菜正常生長。當土壤中的莠去津含量導致Fv/Fm抑制率達到10%時對4種蔬菜單株鮮質量的抑制率達到50%。葉綠素熒光參數Fv/Fm和YⅡ能在肉眼觀察到植株藥害癥狀之前較準確地指示出蔬菜受莠去津殘留所致的潛在傷害，且敏感性順序與最終單株鮮質量測定結果一致，即菜薹最敏感，豇豆最不敏感。因此，葉綠素熒光參數Fv/Fm可以作為指示莠去津土壤殘留對輪作蔬菜是否具有潛在藥害的指標，當供試作物Fv/ Fm下降10%即表明其有可能受到莠去津殘留藥害的影響。

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Effects of Atrazine Residues on Growth and ChlorophyⅡ Fluorescence Parameters of Four Vegetable Species

YANG Cai-hong，FENG Li，TIAN Xing-shan*
（Institute of Plant Protection，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection，Guangzhou 510640，Guangdong，China）

Abstract：In order to understand the effect of atrazine residue in soil on the successive vegetable，this experiment add atrazine solution in soil to assay its affection on photosynthesis and growth of cucumber，cowpea，pepper and choy sum．Results showed that when the atrazine concentrations in soil reached 0.21，1.84，0.24，0.11 mg·kg-1，respectively for to cucumber，cowpea，pepper，and choy sum，the largest Fv/Fm would reduce 10%．When these 4 vegetables were under the dosages of 0.2，2，0.2，0.1 mg·kg-1，respectively，ETRⅡ of these 4 vegetables were significantly declined and finally resulted in inhibition of fresh weight growth by 50%．The sensitivity of these 4 vegetables to atrazine residue in soil was in the order of choy sum＞cucumber＞pepper＞cowpea．The results of this study indicated that Fv/Fm could be a useful parameter for assessing the risk of injury caused by atrazine residues at early stage of plant growth，and ID10of Fv/Fm was a critical value telling weather the rotated vegetable crops were affected by atrazine residue．

Key words：Atrazine；Residue in soil；Vegetables growth；ChlorophyⅡ fluorescence parameters

基金項目：國家公益性行業（農業）科研專項（201203098），廣東省公益研究與能力建設專項（2014B070706017）

收稿日期：2015-11-12；接受日期：2016-02-01

*通訊作者（

Corresponding author）：田興山，研究員，碩士生導師，主要從事雜草科學方面的研究，E-mail：xstian@tom.com