除草劑降解菌對(duì)甜菜藥害緩解作用的研究

於麗華，耿 貴，薛 琳

(黑龍江省普通高校甜菜遺傳育種重點(diǎn)試驗(yàn)室/黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080)

0 引言

阿特拉津(atrazine)，又名莠去津，是一種封閉除草劑，化學(xué)名稱2-氯-4-二乙胺基-6-異丙胺基-1，3，5-三嗪，屬于均三氮苯類除草劑，是一種具有生物毒性有機(jī)化合物，對(duì)動(dòng)植物及微生物均會(huì)產(chǎn)生毒害[1]。由于其低劑量下內(nèi)分泌干擾作用，目前阿特拉津已被列為環(huán)境荷爾蒙可疑物。阿特拉津進(jìn)入植物體內(nèi)，破壞葉綠體及膜系統(tǒng)，抑制植物光和作用，造成植株葉片發(fā)黃、萎蔫、干枯，從而達(dá)到除草目的[2]。在我國(guó)北方地區(qū)，玉米種植面積較大，阿特拉津作為玉米地的除草劑，使用量也較大[3]，一旦使用后就會(huì)造成一定數(shù)量的阿特拉津殘留在土壤中，有報(bào)道稱約有50%的阿特拉津以自然狀態(tài)不能降解的結(jié)合態(tài)形式存在[4]，目前阿特拉津在土壤中殘留，不但隨著地表徑流污染水體[5, 6]，而且還對(duì)后茬作物產(chǎn)生危害。

當(dāng)土壤中殘留的阿特拉津達(dá)到400 μg/kg時(shí)，會(huì)導(dǎo)致油菜、甘藍(lán)、番茄白菜在內(nèi)的蔬菜死亡[7]；當(dāng)濃度大于100 μg/kg時(shí)，對(duì)冬小麥的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，當(dāng)濃度超過150 μg/kg時(shí)，部分葉片會(huì)死亡，采用小麥-玉米一年兩熟種植方式的華北地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生后茬小麥發(fā)生阿特拉津藥害的現(xiàn)象[8]；對(duì)青儲(chǔ)玉米的研究發(fā)現(xiàn)土壤中殘留的阿特拉津嚴(yán)重影響了玉米株高、莖稈、葉片的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響玉米的干物質(zhì)積累[9]；研究還發(fā)現(xiàn)，水稻苗期時(shí)對(duì)阿特拉津殘留是最為敏感的，安全臨界濃度為10 μg/kg，甜瓜、小麥、大豆次之，分別為49.3、87.9、29.3、79.1 μg/kg[10]。大白菜、黃瓜、油菜、甘藍(lán)、番茄對(duì)阿特拉津的安全臨界濃度分別為80、91、102、104、126 μg/kg，當(dāng)阿特拉津的濃度達(dá)到400 μg/kg 時(shí)，這5種蔬菜都會(huì)死亡[11]。由此可見，土壤中殘留的阿特拉津?qū)蟛缱魑锏奈：Ρ容^嚴(yán)重。

甜菜是對(duì)阿特拉津除草劑較為敏感的作物，在對(duì)甜菜耐除草劑品種篩選的研究發(fā)現(xiàn)，阿特拉津莖葉處理用量為25 mL/畝時(shí)篩選效果較好，此用量?jī)H為玉米田除草劑施用量的1/8[12]；38%莠去津懸按照推薦用量施用，2年后才可以種植甜菜[13]，當(dāng)土壤中阿特拉津的殘留率為1%-2%時(shí)，甜菜幼苗出現(xiàn)藥害，癥狀表現(xiàn)為幼苗生長(zhǎng)減慢，真葉失綠，葉緣出現(xiàn)干枯，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)死亡[14]。由于阿特拉津的施用面積和施用量較大，自然降解時(shí)間長(zhǎng)，甜菜對(duì)此類除草劑較為敏感，使得適合種植甜菜的土壤日益減少，嚴(yán)重的制約了我國(guó)甜菜生產(chǎn)的發(fā)展。

本文利用已發(fā)現(xiàn)的一株降解菌，通過對(duì)甜菜生長(zhǎng)的分析，研究其對(duì)甜菜阿特拉津藥害的消除效果，從而查明該菌的合適用量，為進(jìn)一步菌劑的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)，為加速消除環(huán)境中阿特拉津殘留提供一種途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為黑龍江大學(xué)呼蘭試驗(yàn)站未噴施過除草劑的土壤；供試甜菜品種為HI0474；供試農(nóng)藥為久久紅莠去津，有效成分90%。

1.2 降解菌所用培養(yǎng)基

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g,氯化鈉10.0 g,牛肉膏3.0 g,蒸餾水1 000 ml,PH為6.0。

1.3 降解菌劑藥害試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：本試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)試驗(yàn)處理，分別為CK、90 μg/kg 除草劑(T1)、90 μg/kg除草劑+2.5 ml降解菌 (T2)、90 μg/kg 除草劑+5 ml降解菌 (T3)、90 μg/kg 除草劑+10 ml降解菌 (T4)、90 μg/kg 除草劑+15 ml降解菌 (T5)、90 μg/kg 除草劑+20 ml降解菌 (T6)、90 μg/kg 除草劑+25 ml降解菌 (T7)、90 μg/kg 除草劑+30 ml降解菌 (T8)。

土壤處理：取回的分干土用水噴濕后過夜，將大顆粒土塊砸碎過2 mm孔徑的篩子，過篩后的土壤繼續(xù)噴水達(dá)到15-20%范圍內(nèi)，裝入塑料帶中，活化1周后，備用。

試驗(yàn)布置：將土壤繼續(xù)拌勻取樣測(cè)其含水量，裝盆，取相當(dāng)于干土500克的濕土，均勻壓實(shí)，保持上下緊實(shí)度一致。每個(gè)處理按照上表用藥量，量取農(nóng)藥放入250 ml的三角瓶中，加入100 ml水，及相應(yīng)的菌液，攪拌均勻后倒入土盆中，待藥液滲完后進(jìn)行播種，每盆播種15粒，蓋100克濕土。每個(gè)處理共設(shè)5次重復(fù)。出苗后數(shù)調(diào)查出苗率，1對(duì)真葉期定苗，每盆保留健康定苗10株，發(fā)生藥害1周后取樣，測(cè)定干物重及葉綠素含量。

測(cè)試方法：

出苗率測(cè)定：幼苗出齊后，調(diào)查每盆出苗株數(shù)，出苗率=出苗株數(shù)/播種粒數(shù)

干物重測(cè)定：取樣時(shí)，將甜菜幼苗地上部分剪下，105攝氏度殺青30 min,80攝氏度烘干，用分析天平稱重。

葉綠素測(cè)定：收獲時(shí)，取甜菜葉片0.5克，用丙酮研磨浸提，離心后取上清液比色測(cè)定，波長(zhǎng)為645 nm、663 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)甜菜的出苗率的影響

對(duì)各處理出苗三天后的出苗率進(jìn)行了調(diào)查，如圖1所示，在本實(shí)驗(yàn)條件下，各處理甜菜出苗率都在92.87%-95.19%范圍內(nèi)波動(dòng)，平均出苗率為94.13%，經(jīng)方差分析，各處理間出苗率均沒有明顯差異，從以上的數(shù)據(jù)可以看出，此實(shí)驗(yàn)中甜菜出苗狀況較好，而且生長(zhǎng)較為整齊，土壤中該濃度的除草劑對(duì)甜菜的出苗沒有明顯的影響，同時(shí)加入的液體菌劑也未對(duì)對(duì)出苗率產(chǎn)生不良影響。

圖1 各處理甜菜幼苗出苗率

圖2 甜菜幼苗葉綠素含量

2.2 不同處理對(duì)甜菜幼苗葉綠素含量的影響

阿特拉津的作用機(jī)理是破會(huì)葉綠體，因此在收獲時(shí)對(duì)葉綠素濃度進(jìn)行了測(cè)定，見圖2。從圖中可以看出，與對(duì)照相比施用除草劑的的各處理葉綠素含量都有不同程度的降低，尤其是單加阿特拉津處理(T1)降低的特別明顯；從降解菌的施用效果來(lái)看，施用降解菌后，各處理組甜菜葉綠素的含量較T1組都有所增加，除T2處理外，其它各處理增加的趨勢(shì)都較為顯著，且隨著降解菌劑用量的增加葉綠素含量增加的效果越顯著，但T6之后的各處理，再繼續(xù)增加降解菌用量，甜菜幼苗的葉綠素含量沒有增加的趨勢(shì)。

2.3 不同處理對(duì)甜菜幼苗每株干重的影響

植株的干物質(zhì)積累是生長(zhǎng)狀況最直觀的表現(xiàn)，圖3列出了各處理收獲后的總干重。從CK與T1的比較來(lái)看，T1的干物質(zhì)積累量?jī)H為CK的1/6，此濃度的阿特拉津明顯的降低了甜菜幼苗的干物質(zhì)積累。從降解菌的使用效果來(lái)看，加入不同量的降解菌，各處理的干物質(zhì)積累較未加降解菌的處理都有不同程度度增加，通過方差分析，發(fā)現(xiàn)增加的干物質(zhì)量差異顯著；T2處理為加入降解菌2.5 ml/kg土，明顯能夠提高干物質(zhì)積累，此濃度降解菌雖然對(duì)除草劑有一定的降解作用但是還未達(dá)到理想的效果，在此濃度基礎(chǔ)上繼續(xù)增加降解菌用量，干物質(zhì)積累不斷增加，當(dāng)達(dá)到20 ml/kg土?xí)r，干物質(zhì)積累達(dá)到了最大量，在此基礎(chǔ)上再增加降解菌用量，干物質(zhì)積累不再明顯增加，此時(shí)與CK組相比，干物重約降低了14%，甜菜幼苗的生長(zhǎng)還是受到了影響，但比單加阿特拉津處理(T1)的干物重增加了4倍，可見該降解菌對(duì)除草劑的降解作用比較明顯。

圖3 甜菜幼苗每株干重

3 討論

3.1 阿特拉津?qū)μ鸩顺雒缏实挠绊?/h3>

曾有學(xué)者針對(duì)阿特拉津?qū)π←溍劝l(fā)、生長(zhǎng)的影響進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中殘留的阿特拉津濃度超過100 μg/kg時(shí)，就會(huì)對(duì)小麥的萌發(fā)和生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[15,16]；對(duì)水稻的研究表明，50-800 μg/kg的阿特拉津處理6天后就會(huì)抑制水稻根和芽的生長(zhǎng)[17]；對(duì)大豆的研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的除草劑未對(duì)發(fā)芽和出苗產(chǎn)生藥害，見光以后藥害才日益顯現(xiàn)[18]；100 μg/kg的阿特拉津?qū)ㄉ某鲅繘]有藥害[19]。本試驗(yàn)土壤中阿特拉津的濃度為90 μg/kg，在此濃度下未對(duì)甜菜的出苗率產(chǎn)生影響。從上面的分析中可以看出阿特拉津?qū)巫尤~植物和雙子葉植物種子萌發(fā)的影響有差異。

3.2 阿特拉津?qū)μ鸩巳~綠素含量及干物質(zhì)積累的影響

經(jīng)過阿特拉津處理后，植物會(huì)出現(xiàn)新葉黃化，老葉葉緣壞死。產(chǎn)生上述狀況的原因是植物葉綠體中存在光合系統(tǒng)I(PS I)和光合體系ll ( PSII)兩套光合作用系統(tǒng)，在PS II中，阿特拉津會(huì)與電子競(jìng)爭(zhēng)質(zhì)體酮結(jié)合位點(diǎn)，阻止質(zhì)體酮還原成質(zhì)體氫酮，從而使質(zhì)體氫酮不能轉(zhuǎn)移至PS I，導(dǎo)致TP和煙酞胺腺縹吟二核普酸磷酸合成以及二氧化碳的固定受到抑制，從而使能量傳遞中斷，光合作用停止，最終導(dǎo)致植物死[21]。本試驗(yàn)中，除草劑處理(T1)甜菜幼苗出苗后2周開始產(chǎn)生明顯藥害，真葉有黃化現(xiàn)象，降解菌用量為超過20 ml/kg時(shí)，甜菜葉片中葉綠素含量與對(duì)照沒有明顯差異，說明該降解菌對(duì)阿特拉津的降解效果較為明顯。

本研究中，施用降解菌能夠明顯增加甜菜幼苗的干物質(zhì)積累，當(dāng)降解菌用量為20 ml/kg時(shí)，降解效果最好，此時(shí)的干物重與CK組比仍有明顯的差異，但較未加菌處理的提高了4倍，該降解菌的此時(shí)的降解效果還是比較明顯。這可能是由于降解菌對(duì)阿特拉津的降解需要一定的時(shí)間，同時(shí)甜菜幼苗在出苗后的一段時(shí)間由于苗齡小，對(duì)阿特拉津更為敏感，使得在收獲時(shí)的干物質(zhì)積累與對(duì)照組還存在明顯的差異。但綜合葉綠素的變化情況分析，當(dāng)降解菌用量為20 ml/kg時(shí)，葉綠素的含量與對(duì)照組相比已沒有明顯差異，據(jù)此可以推測(cè)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，甜菜干物質(zhì)積累與對(duì)照組的差異會(huì)越來(lái)越小，最終無(wú)明顯差異。

4 結(jié)論

由于阿特拉津的半衰期較長(zhǎng)，同時(shí)由于生物蓄積性，致使在施用阿特拉津后三、四年的土壤仍有較大殘留，不能種植小麥、大豆、花生及甜菜等作物[4]，嚴(yán)重的限制了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)：在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)除草劑殘留的濃度為90 μg/kg時(shí)，降解菌用量為20 ml/kg時(shí)，降解的效果最好，甜菜幼苗的葉綠素含量未受到影響，干物質(zhì)積累也達(dá)到了最大值，較為理想的緩解了甜菜的藥害。但在本研究中還存在不足之處為降解菌的理想施用劑量大，在接下來(lái)試驗(yàn)中將著力降低其使用量。