谷子和玉米葉片光合熒光參數(shù)對煙嘧磺隆脅迫的響應(yīng)差異

高 鵬 郭美俊 楊雪芳 董淑琦 溫銀元 郭平毅 原向陽

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，030801，山西晉中；2晉中學(xué)院，030600，山西晉中）

煙嘧磺?。╪icosulfuron）屬于磺酰脲類除草劑，具有廣譜、用量低、高效和強(qiáng)選擇性等特點(diǎn)，在多種作物（玉米和小麥等）田中廣泛應(yīng)用[1-3]，但是煙嘧磺隆的推薦劑量會對谷子造成嚴(yán)重傷害[4]。光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)[5]，研究煙嘧磺隆對谷子和玉米光合熒光參數(shù)的影響具有重要意義。

大量研究發(fā)現(xiàn)，噴施推薦劑量（有效成分60g/hm2）煙嘧磺隆后的7～14d，玉米幼苗受害較為嚴(yán)重，受害程度依次為普通玉米＜糯玉米＜甜玉米[6-8]，其中普通玉米（吉單522和鄭單958等）的農(nóng)藝性狀和光合色素含量均與對照差異不顯著[9]。然而糯玉米（沈糯509-感）在80mg/kg煙嘧磺隆處理下，植株的農(nóng)藝性狀、葉綠素含量、凈光合速率和實(shí)際光化學(xué)效率等均顯著降低，胞間二氧化碳濃度和非光化學(xué)猝滅系數(shù)等均顯著升高[10]。對于谷子來說，推薦劑量的煙嘧磺隆顯著降低了株高、葉面積和光合色素含量，最終導(dǎo)致其死亡[4]。雖然煙嘧磺隆作用靶標(biāo)ALS酶的活性，但光合作用受到抑制也是植物受害或死亡的主要原因。同時作為C4植物的禾本科作物，谷子和玉米對煙嘧磺隆的敏感性差異顯著。因此研究煙嘧磺隆對谷子和玉米光合熒光參數(shù)的影響，可為闡述谷子和玉米對煙嘧磺隆脅迫差異的光合生理機(jī)制提供理論依據(jù)。在谷子和玉米苗期進(jìn)行煙嘧磺隆脅迫，研究其對農(nóng)藝性狀、葉綠素含量、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，旨在從光合熒光等角度闡明谷子和玉米對煙嘧磺隆敏感性差異的光合生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 供試材料

谷子：張雜10號（高產(chǎn)雜交谷）由河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，晉谷21號（優(yōu)質(zhì)常規(guī)谷）由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。玉米：農(nóng)大108號（常規(guī)雜交種）由山東登海華玉種業(yè)有限公司提供；迪甜8號（甜玉米品種）由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所提供。張雜10號、晉谷21號和迪甜8號均對煙嘧磺隆比較敏感，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆的抗性較強(qiáng)。

1.2 試驗(yàn)藥劑

4%煙嘧磺隆可分散油懸浮劑，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所廊坊農(nóng)藥中試廠生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，將谷子和玉米種于規(guī)格11.0cm×11.5cm裝有基質(zhì)的營養(yǎng)缽中[基質(zhì)營養(yǎng)成分為硝態(tài)氮39g/m3、氨態(tài)氮28g/m3、磷（P2O5）76g/m3、鉀（K2O）132g/m3、鎂（MgO）14g/m3、硼（B）0.3g/m3、鉬（Mo）1.1g/m3、銅（Cu）1.2g/m3、錳（Mn）2.1g/m3、鋅（Zn）0.7g/m3和離子（鐵）8g/m3，pH 5.5]，于光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，白天光照時間16h，溫度25℃，濕度40%，黑暗處理時間8h，溫度25℃，濕度60%。待幼苗長至3～5葉期時，選取長勢整齊一致的幼苗，用不同濃度的煙嘧磺隆進(jìn)行處理，設(shè)5個劑量（表1），其中1X是推薦劑量，清水作為對照（CK），于處理后7d和15d測定各項(xiàng)指標(biāo)。

表1 谷子和玉米的煙嘧磺隆處理濃度Table 1 The concentration of nicosulfuron in foxtail millet and maize g/hm2

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 株高、葉面積和葉綠素SPAD值 在藥后7d和15d，選取長勢一致的谷子和玉米植株，用直尺測量株高，使用CI-203手持式激光葉面積儀測定葉面積（谷子和玉米倒2葉的葉面積），使用SPAD儀器測定葉綠素含量。

1.4.2 光合參數(shù) 于晴天10:00-11:00用便攜式光合儀（CI-340，美國思愛迪生態(tài)科學(xué)儀器有限公司）測定谷子和玉米倒2葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間 CO2濃度（Ci）。

1.4.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 采用DUAL-PAM-100葉綠素?zé)晒鈨x（德國WALZ公司）測定熒光參數(shù)，測定前谷子和玉米葉片先進(jìn)行30min暗處理，測定葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)。葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)包括最大光化學(xué)產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光化學(xué)效率[Y(Ⅱ)]、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）和光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）等。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019和SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙嘧磺隆對谷子和玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的株高和葉面積均呈下降趨勢，均在60.0g/hm2（推薦劑量）時達(dá)到最小值，而農(nóng)大108號的株高和葉面積均與對照無顯著差異。與CK相比在60g/hm2處理下，張雜10號與晉谷21號的株高在用藥后7d顯著下降了27.96%、50.70%，葉面積下降了68.91%和55.34%，處理后15d時株高顯著下降了42.76%和49.18%，葉面積下降了64.46%和59.51%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8號的株高和葉面積在藥后7d顯著下降28.81%和36.84%，處理后15d時顯著下降36.84%和33.41%；而農(nóng)大108號的株高和葉面積在藥后7d和15d時均與CK無顯著差異；農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所述，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子株高和葉面積與對照相比下降幅度均大于迪甜8號，可得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

表2 煙嘧磺隆對谷子和玉米農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effects of nicosulfuron on agronomic characters of foxtail millet and maize

2.2 煙嘧磺隆對谷子和玉米SPAD值的影響

由圖1可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的SPAD值呈下降趨勢，均在60.0g/hm2處理下達(dá)到最小值，而農(nóng)大108號的SPAD值均與對照無顯著差異。在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號的SPAD值在處理后7d顯著下降了48.04%和52.67%，處理后15d顯著下降了51.70%和57.79%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8的SPAD值在用處理后7d顯著下降了16.67%，處理后15d顯著下降了11.70%；而農(nóng)大108號的SPAD值在用藥后7d和15d均與對照無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所得，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子SPAD值與對照相比下降幅度均大于迪甜8號，可得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖1 煙嘧磺隆脅迫下谷子和玉米SPAD的影響Fig.1 Effects of nicosulfuron on SPAD of foxtail millet and maize

2.3 煙嘧磺隆對谷子和玉米光合氣體交換參數(shù)的影響

2.3.1 對Pn的影響 由圖2可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的Pn呈下降趨勢，均在60.0g/hm2處理下達(dá)到最小值，而農(nóng)大108號的Pn均與對照無顯著差異。在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號的Pn在處理后7d顯著下降了96.17%和92.86%，用藥后15d顯著下降了89.91%和91.00%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8的Pn在處理后7d顯著下降了26.95%，處理后15d顯著下降了21.60%；而農(nóng)大108號所有處理的Pn在處理后7d和15d與對照無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所得，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子Pn與對照相比下降幅度均大于迪甜8號，得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖2 煙嘧磺隆對谷子和玉米Pn的影響Fig.2 Effects of nicosulfuron on Pnof foxtail millet and maize

2.3.2 對Gs、Tr和Ci的影響 由圖3、4、5可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的Gs和Tr均呈下降趨勢，而Ci呈上升趨勢，均在60.0g/hm2處理差異達(dá)到最顯著，而農(nóng)大108號的Gs、Tr和Ci均與對照無顯著差異。與CK相比，在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號的Gs在處理后7d顯著下降了57.32%和46.47%，Tr顯著下降了66.67%和57.66%，處理后15dGs顯著下降了82.46%和79.65%，Tr顯著下降了78.64%和77.63%，而Ci在用藥后7d顯著上升33.83%和28.74%，處理后15d顯著上升了31.95%和28.78%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8號的Gs和Tr在處理后7d顯著下降了39.07%和26.01%，處理后15d顯著下降了35.46%和28.36%，而Ci在處理后7d顯著上升了35.25%，藥后15d顯著上升了29.30%；而農(nóng)大108號的所有處理Gs、Tr和Ci在處理后7d和15d與對照無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所述，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子Gs和Tr與CK相比下降幅度均大于迪甜8號，而Ci呈相反趨勢，得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖3 煙嘧磺隆脅迫對谷子和玉米Gs的影響Fig.3 Effects of nicosulfuron onGsof foxtail millet and maize

圖4 煙嘧磺隆脅迫對谷子和玉米Tr的影響Fig.4 Effects of nicosulfuron on Trof foxtail millet and maize

圖5 煙嘧磺隆脅迫對谷子和玉米Ci的影響Fig.5 Effects of nicosulfuron onCiof foxtail millet and maize

2.4 煙嘧磺隆對谷子和玉米葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.4.1 對Fv/Fm的影響 由圖6可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的Fv/Fm呈下降趨勢，均在60.0g/hm2處理下達(dá)到最小值，而農(nóng)大108號的Fv/Fm均與對照無顯著差異。與CK相比，在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號的Fv/Fm在處理后7d顯著下降了33.77%和32.47%，處理后15d顯著下降了25.00%和31.58%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且二者之間差異不顯著；迪甜8號的Fv/Fm在處理后7d顯著下降了25.00%，處理后15d顯著下降了14.47%，而農(nóng)大108號所有處理的Fv/Fm在處理后7d和15d與CK無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所得，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子的Fv/Fm與CK相比，下降幅度均大于迪甜8號，得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖6 煙嘧磺隆對谷子和玉米Fv/Fm的影響Fig.6 Effects of nicotinsulfuron on Fv/Fmof foxtail millet and maize

2.4.2 對Y(Ⅱ)的影響 由圖7可知，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的Y(Ⅱ)呈下降趨勢，均在60.0g/hm2處理下達(dá)到最小值，而農(nóng)大108號的Y(Ⅱ)均與對照無顯著差異。在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號的Y(Ⅱ)在處理后7d顯著下降了30.69%和26.42%，處理后15d顯著下降了69.51%和37.39%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8號的Y(Ⅱ)在處理后7d顯著下降了50.09%，藥后15d顯著下降了43.48%；農(nóng)大108號所有處理的Y(Ⅱ)在處理后7d和15d與對照無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所得，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子Y(Ⅱ)與對照相比下降幅度均大于迪甜8號，得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖7 煙嘧磺隆對谷子和玉米Y(Ⅱ)的影響Fig.7 Effects of nicotinsulfuron on Y(Ⅱ)of foxtail millet and maize

2.4.3 對qP和NPQ的影響 隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的qP呈下降趨勢，而NPQ則呈上升趨勢，均在60.0g/hm2處理達(dá)顯著差異，而農(nóng)大108號的qP和NPQ均與對照無顯著差異（圖8）。在60.0g/hm2處理下，張雜10號和晉谷21號qP值在處理后7d顯著下降了45.83%和45.83%，處理后15d顯著下降了0.71%和36.36%，而NPQ在處理后7d顯著上升了31.74%和21.32%，處理后15d顯著上升了28.64%和29.13%，煙嘧磺隆對張雜10號和晉谷21號影響較大且谷子品種之間差異不顯著；迪甜8號的qP值在處理后7d顯著下降了53.66%，處理后15d顯著下降了36.36%，而NPQ在處理后7d顯著上升了22.56%，處理后15d顯著上升了28.57%，而農(nóng)大108號所有處理的qP和NPQ在處理后7d和15d與對照無顯著差異，農(nóng)大108號對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于迪甜8號。綜上所得，在煙嘧磺隆脅迫7d和15d后，谷子qP與對照相比下降幅度均大于迪甜8號，而NPQ呈相反趨勢，得出玉米對煙嘧磺隆抗性強(qiáng)于谷子。

圖8 煙嘧磺隆脅迫對谷子和玉米qP和NPQ的影響Fig.8 Effects of nicotinsulfuron on qPand NPQ of foxtail millet and maize

3 討論

農(nóng)藝性狀是判斷植物生長狀況的重要指標(biāo)，其變化情況可以直接反映作物生長是否良好[11-13]。高貞攀[4]研究發(fā)現(xiàn)，煙嘧磺隆脅迫對谷子的株高和葉面積有抑制作用，而董曉雯等[14]研究發(fā)現(xiàn)，煙嘧磺隆脅迫下玉米農(nóng)藝性狀與對照無顯著差異。本試驗(yàn)中，隨著煙嘧磺隆噴施劑量的增加，張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的株高和葉面積在藥后7～15d均呈現(xiàn)出降低趨勢，可能與除草劑施用后植株體內(nèi)的丙二醛含量升高有關(guān)[15]。而農(nóng)大108號的株高和葉面積在用藥后7d和15d均與對照無顯著差異，可能是由于體內(nèi)抗氧化酶活性的變化所致[14]。

光合作用是植物體內(nèi)各種生理生化活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是綠色植物制造養(yǎng)料的主要生理生化過程[16]。噴施除草劑后植物葉片中的光合色素含量會明顯降低[15,17-19]，影響光合作用的正常進(jìn)行。磺酰脲類除草劑中苯磺隆和單嘧磺隆會降低張雜10號和晉谷21號的葉綠素含量和光合速率[20]，最終影響產(chǎn)量。本試驗(yàn)中60.0g/hm2的煙嘧磺隆顯著降低了張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的SPAD、Pn、Tr及Gs，卻增加了Ci。Pn和Tr的降低與Gs的減小有關(guān)；而Gs的減小伴隨Ci的增加，說明葉肉細(xì)胞對CO2的同化能力下降[21]；并且Pn下降伴隨著葉綠素含量的減少及Ci的升高，說明葉綠素含量及非氣孔因素共同影響谷子和玉米葉片的Pn，與高貞攀等[20]的研究結(jié)果相似。而對于煙嘧磺隆脅迫下沈糯509-抗的葉綠素含量和光合參數(shù)均與對照無顯著差異[14,22]。本試驗(yàn)中，在120.0g/hm2煙嘧磺隆處理下，農(nóng)大108號的葉綠素含量和光合參數(shù)在7d和15d均與對照無顯著差異，可能與靶標(biāo)酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和細(xì)胞色素P450活性的提高有關(guān)[23]。

光合熒光作為光合作用的靈敏探針，能很好地反映逆境因子對光合作用的影響[22,24]。其中葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fm代表PSⅡ反應(yīng)中心原初電子受體全部還原時的熒光。本試驗(yàn)中60.0g/hm2的煙嘧磺隆顯著降低張雜10號、晉谷21號和迪甜8號的Fm，說明光合機(jī)構(gòu)（PSⅡ反應(yīng)中心）可逆失活，甚至遭到破壞。Fv/Fm用于度量植物葉片PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率，Y(Ⅱ)用于激發(fā)能用于光化學(xué)的量，qP反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光合電子傳遞的光能部分，而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耗散掉的光能部分[25-27]。煙嘧磺隆脅迫下Fv/Fm、Y(Ⅱ)和qP降低，NPQ升高，說明PSⅡ利用光能的能力降低，導(dǎo)致碳固定的電子傳遞效率降低，過剩的光能主要以熱耗散的形式損失掉。在煙嘧磺隆脅迫下農(nóng)大108號的Fv/Fm、Y(Ⅱ)、qP和NPQ值與對照無顯著差異，與董曉雯[28]研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

谷子對煙嘧磺隆的抗性弱于玉米，品種間也存在差異，部分原因是煙嘧磺隆顯著降低了敏感品種葉片的葉綠素含量，雖然增加了光能熱耗散，但PSⅡ功能還是受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致光合能力下降。