0.136%赤·吲乙·芸苔(碧护)是德国科学家利用“植物化感”和生态生化学原理研究开发的新型植物生长调节剂,含有天然植物内源激素、黄酮类物质和氨基酸等30多种植物活性物质,具有活化细胞、解除药害、促进根系发育、提高光合作用效率、增强作物抗逆性、提高作物产量和改善品质的作用,在农作物生产上广泛应用。水稻是我国最重要的粮食作物,在粮食生产中具有重要地位。近年来,由于稻作水平的下降,良种与良法不配套,水稻生产环境趋向恶化。水稻单产徘徊不前、稻米品质不高、市场竞争力不强,影响了水稻产业的发展。本研究以黑龙江水稻稻花香2号及水稻田稗草为研究对象,探讨了0.136%赤·吲乙·芸苔WP与水稻田除草剂混用,对水稻生产的安全增效性及产量优势,为其生产推广应用提供了科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试品种:水稻稻花香2号。
供试药剂:0.136%赤·吲乙·芸苔可湿性粉剂:德国阿格福来农林环境生物技术股份有限公司;5%嘧啶肟草醚乳油:韩国LG化学有限公司;10%双草醚悬浮剂:日本组合化学工业公司;2.5%五氟磺草胺油悬浮剂:美国陶氏益农公司;45%二氯喹啉酸可溶粉剂:中化农化有限公司。
1.2 试验地概况
试验地设在哈尔滨市民主乡新发村,试验田为多年老稻田,前茬未使用对本试验有影响的除草剂。土壤为碳酸盐草甸黑土,有机质含量3.56%,pH值7.8,质地轻粘土,试验田地块平整,水层均匀一致,田间正常水肥管理。
1.3 试验方法
栽培方式为移栽,2017年4月13日大棚盘育秧,5月23日机械插秧,插秧时秧苗叶龄为3.0~3.5个,苗高14~16cm,秧龄40d。插秧规格:30cm×16cm,每穴插2~3株。
试验共设12个处理(见表1),每处理设3个重复,每个小区面积根据田块实际情况设定(21~30m2),随机区组排列。
表1 试验处理设计
编号
|
处理
|
1
|
5%嘧啶肟草醚EC 900mL/hm2
|
2
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+5%嘧啶肟草醚EC 900mL/hm2
|
3
|
5%嘧啶肟草醚EC 1,050mL/hm2
|
4
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+5%嘧啶肟草醚EC 1,050mL/hm2
|
5
|
10%双草醚SC 225mL/hm2
|
6
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+lO%双草醚SC 225mL/hm2
|
7
|
10%双草醚SC 300mL/hm2
|
8
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+lO%双草醚SC 300mL/hm2
|
9
|
2.5%五氟磺草胺OD 1,650mL/hm2
|
10
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+2.5%五氟磺草胺OD 1,650mL/hm2
|
11
|
2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2
+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2
|
12
|
0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2
+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2
+45%氯喹啉酸SP 1,200g/hm2
|
1.4 调查项目、方法
1.4.1 安全性调查
药后3、5、7d分别观察每个处理下秧苗是否出现黄化、生长抑制现象。
1.4.2 增效性调查
药后3、5、7、12d分别观察每个处理的杂草死亡时间、彻底性等相关情况。
1.4.3 生长促进健康护理增效性调查
分别在药后5、7、12d,抽穗期、灌浆期、收获期观察、调查不同处理之间在秧苗的叶色、茎鲜重、有效分蘖数、亩穗数、大穗数、穗粒数等相关生长性状指标,测定理论产量、实际产量。
药后5、7、12d针对不同处理,分别取样调查功能叶片中叶绿素数值、可溶性糖的含量及与作物生长代谢相关酶和蛋白等理化指标,考察不同处理对秧苗代谢活动的影响。
1.5 测定方法
硝酸还原酶活性的测定参照文献《植物营养分子生理学》的方法测定,以1h内还原KN03形成lμg N02-的酶量为1个酶活性单位;谷氨酰胺合成酶活性的测定参照文献《植物营养分子生理学》的方法进行,以1h内形成1μmol γ-谷氨酰基羟肟酸的酶量为1个酶活性单位;蛋白水解酶活性的测定参照文献的方法进行,以1h内生成1μg酪氨酸的酶量为1个酶活性单位;叶绿素用叶绿素快速测定仪测定;采用蒽酮比色法测定水稻样品叶片中可溶性糖含量,考马斯亮蓝染料结合法测定水稻叶片中可溶性蛋白含量。
1.6 分析方法
试验所有数据均以Excel进行数据处理和图表绘制,以SPSS 19.0进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 0.136%赤·吲乙·芸苔WP与水稻田除草剂混用对水稻的安全性影响
调查结果发现,施药后第3-7天,0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混用的处理中水稻秧苗的生长状态及药害影响情况均好于与之对照的不施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP处理。尤其是0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2(处理12)在所有处理中,水稻秧苗的药害反应最弱,且生长状态最好。因此,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2组合,生长调节剂能够发挥对作物生长的调节与保护作用,从而降低除草剂对作物本身的药害。
2.2 0.136%赤·吲乙·芸苔WP与水稻田除草剂混用的增效性
调查结果显示:施药后第3-12天,0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混用的处理中杂草的枯萎,枯萎时间及彻底性情况较与之对照的不施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP处理均表现更为高效。在所有处理中,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2(处理12),对稗草的除草效果最好,枯萎时间最短,且生长抑制情况最为明显。因此,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2组合内部成分之间具有协助增效作用,从而增强了除草剂的除草效用。
2.3 生长促进健康护理增效性调查
2.3.1 不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用对水稻生长性状和产量性状指标的影响
在施药后第5、7、12d对0.136%赤·吲乙·芸苔WP与水稻田除草剂混用试验进行田间生长促进健康护理增效性调查的结果显示:0.136%赤·吲乙·芸苔WP的加入,可以调节作物的生长,增加有效分蘖数、地上部鲜重及根重,不同处理间增加的幅度不同(见表2)。
表2 不同时间、不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用对水稻生长性状的影响
处理
|
5d
|
7d
|
12d
|
灌浆期
|
有效
分蘖数
|
地上部鲜重/[g·(10株)-1]
|
根重/[g·(10株)-1]
|
有效
分蘖数
|
地上部鲜重/[g·(10株)-1]
|
根重/[g·(10株)-1]
|
有效
分蘖数
|
地上部鲜重/[g·(10株)-1]
|
根重/[g·(10株)-1]
|
有效
分蘖数
|
地上部鲜重/[g·(10株)-1]
|
根重/[g·(10株)-1]
|
1
|
1.3
|
33.4
|
20.4
|
1.6
|
47.2
|
27.2
|
1.7
|
70.6
|
36.7
|
2.2
|
268.0
|
51.0
|
2
|
1.7
|
34.2
|
22.8
|
1.8
|
47.9
|
27.5
|
1.9
|
70.1
|
37.9
|
2.5
|
274.0
|
55.3
|
3
|
1.5
|
38.1
|
19.6
|
1.5
|
41.9
|
23.2
|
1.8
|
67.5
|
35.3
|
2.2
|
282.7
|
44.0
|
4
|
1.8
|
40.3
|
22.3
|
1.6
|
49.4
|
25.1
|
1.6
|
81.6
|
41.6
|
2.4
|
307.3
|
50.7
|
5
|
1.7
|
35.0
|
21.2
|
1.5
|
35.4
|
22.2
|
2.2
|
69.3
|
33.2
|
2.2
|
252.7
|
50.7
|
6
|
1.7
|
40.7
|
21.9
|
1.9
|
47.9
|
29.8
|
1.8
|
71.0
|
39.5
|
2.7
|
297.3
|
47.3
|
7
|
1.2
|
32.8
|
19.4
|
1.9
|
36.1
|
23.3
|
2.1
|
68.2
|
33.7
|
2.3
|
250.0
|
42.7
|
8
|
1.6
|
36.4
|
21.2
|
1.9
|
40.6
|
26.4
|
2.0
|
70.6
|
37.3
|
2.4
|
279.3
|
46.0
|
9
|
1.6
|
44.5
|
20.8
|
1.7
|
45.9
|
22.6
|
1.7
|
71.2
|
32.5
|
2.1
|
263.3
|
43.3
|
10
|
1.6
|
46.9
|
23.3
|
1.6
|
49.3
|
20.1
|
1.9
|
75.1
|
36.0
|
2.3
|
286.7
|
58.0
|
11
|
1.7
|
46.5
|
21.5
|
1.4
|
41.7
|
20.3
|
1.8
|
77.2
|
40.9
|
2.4
|
324.0
|
58.7
|
12
|
2.0
|
49.1
|
22.6
|
1.7
|
55.3
|
23.7
|
1.8
|
78.0
|
42.8
|
2.5
|
332.7
|
62.7
|
表3 不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用对水稻产量性状的影响
处理
|
亩穗数/个
|
大穗数/个
|
穗粒数/粒
|
理论产量/(kg·hm-2)
|
增加/%
|
1
|
309,876.3
|
261,742.22
|
99.7
|
10,005.1
|
|
2
|
323,772.1
|
274,342.93
|
102.2
|
10,880.1
|
8.75
|
3
|
333,499.3
|
274,692.17
|
99.5
|
10,290.4
|
|
4
|
335,434.7
|
272,651.93
|
101.7
|
10,537.1
|
2.41
|
5
|
329,330.5
|
274,442.05
|
100.8
|
10,436.2
|
|
6
|
323,772.1
|
271,644.83
|
101.4
|
10,479.1
|
4.11
|
7
|
284,863.9
|
230,834.71
|
101.7
|
8,852.8
|
|
8
|
301,538.9
|
245,653.66
|
103.6
|
9,651.4
|
9.01
|
9
|
309,876.3
|
265,460.73
|
104.6
|
10,736.6
|
|
10
|
302,928.4
|
260,215.53
|
105.8
|
10,709.0
|
0.25
|
11
|
268,188.9
|
232,162.23
|
106.5
|
9,583.5
|
|
12
|
284,863.9
|
248,971.05
|
107.0
|
10,368.7
|
8.20
|
从表2、3中可以看出:在本试验中除草剂+0.136%赤·吲乙·芸苔WP的处理,在分蘖数量、成穗率、穗粒数等几方面都有一定优势,在最终理论产量上较其他处理也有一定的增长。
2.3.2 不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用对水稻功能叶中与氮代谢有关的关键酶活性的影响
(1)对水稻功能叶硝酸还原酶活性的影响
试验所有处理中,水稻功能叶硝酸还原酶(NR)活性在施药后第5-12天总体呈降低趋势,说明叶片在衰老过程中对氮素的还原能力逐渐下降,这与李科等和彭建伟等的研究结果相似。各处理硝酸还原酶活性在施药后第5-7天下降幅度较大,第7-12天酶活性差异减小,说明喷施不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用调控水稻硝酸还原酶活性主要是施药后第1-7天,后期作用降低。在施药后第5天,0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混用处理的水稻功能叶中NR活性均低于只施用除草剂组;施药后第7天,处理4和8中水稻功能叶中NR活性均高于与其对照的不施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP组;施药后第12天,0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混用处理的水稻功能叶中NR活性与不加0.136%赤·吲乙·芸苔WP处理组NR活性差异不大。由此可知,喷施合理比例的除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用后,硝酸还原酶活性在一定时间内得到加强,有利于氮的同化。
(2)对水稻功能叶谷氨酰胺合成酶活性的影响
在施药后第5-12天,除处理4、8及12外,其他处理中,在水稻功能叶的谷氨酰胺合成酶(GS)活性整体呈下降趋势,这与彭建伟等的研究结果相似。在施药后第5天,处理4、6和8中水稻功能叶中GS活性均明显低于与其对照的不施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP组,分别为0.041、0.054、0.055U/g;在施药后第7天,除处理7、8和9外,其他处理中在水稻功能叶的GS活性均呈较低水平,均低于0.05U/g;施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混合处理在施药后第12天GS活性明显增强。由此说明,喷施0.136%赤·吲乙·芸苔WP后,谷氨酰胺合成酶活性在一定时间内得到加强,有利于水稻功能叶中氮的同化。
(3)对水稻功能叶蛋白水解酶活性的影响
在所有处理中,施药后第5-7天水稻功能叶蛋白水解酶活性处于较高水平,第12天酶活性显著降低。施药后第5-12天,除处理6和12外,除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用的处理中水稻功能叶蛋白水解酶活性低于与其对照的不混用0.136%赤·吲乙·芸苔WP处理,其中处理1中蛋白水解酶活性最高,为8,433.33U/g;而除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用处理中(除处理12外)水稻叶片蛋白水解酶在施药后第7天明显升高,其中处理6(8,309.88U/g)中该变化最为显著。
2.3.3 不同除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用对水稻功能叶中叶绿素、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响
(1)对水稻功能叶叶绿素含量的影响
叶片是水稻进行光合作用的主要器官,其叶绿素含量高低反映了水稻叶片光合功能的强弱,在一定程度上还可以作为水稻叶片衰老程度的指标。施药后第7天,处理1、2、3和4中水稻功能叶片中叶绿素含量增加到37mg/g左右,其中处理4中叶片叶绿素含量为37.76mg/g;处理9、10、11和12中水稻功能叶叶片中叶绿素含量在施药后第7-l2天增加到较高水平,约38.5mg/g。由此说明,0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混合施用,能够在一定程度上阻碍水稻功能叶叶绿素含量的下降,延缓叶片衰老,从而减少除草剂对作物本身的副作用。
(2)对水稻功能叶可溶性糖含量的影响
所有处理中,施药后第5-12天水稻功能叶片中可溶性糖含量呈递增趋势,约由2%增加到3%。在施药后第12天除处理2和12外,除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用处理中水稻功能叶片可溶性糖含量高于与之对照的除草剂处理组。其中0.136%赤·吲乙·芸苔WP+10%双草醚SC处理在施药后第12天水稻功能叶片中可溶性糖含量最高,约3.2%。由此说明,施用除草剂时混用0.136%赤·吲乙·芸苔WP能够降低除草剂对作物的药害,且不同的除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP组合对作物的影响有较大差别。
(3)对水稻功能叶可溶性蛋白含量的影响
在施药后第5天各处理间水稻叶片可溶性蛋白含量差异不显著,其含量约22mg/g;水稻功能叶中可溶性蛋白含量均在施药后第7天累积到最高值(约28mg/g),且施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP的各处理叶片中可溶性蛋白含量均略高于未施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP的处理;施药后第12天叶片中可溶性蛋白含量明显降低。这说明在水稻生长发育后期,叶片中蛋白质等含氮化合物分解并向水稻籽粒中转运,以维持籽粒中氮素的供需平衡。
3 结论与讨论
硝酸还原酶是植物氮代谢过程中的限速酶,谷氨酰胺合成酶是处在植物氮代谢中心的多功能酶,它直接影响铵态氮合成为氨基酸或其他含氮有机化合物的速率。蛋白水解酶与水稻生长、衰老的关系较为复杂。水稻生殖生长期籽粒中氨的积累,既来自于外源氮的输入,同时也有相当数量来自其他器官氮的转运,尤其在生长后期,由于根系吸收能力下降,叶、茎等器官中的蛋白质等含氮化合物的迅速分解输出是解决籽粒氮素供应与需求失衡矛盾的主要途径。水稻对氮的吸收能力及氮在水稻植株内各部分的转运与分配受许多因素的制约,故研究0.136%赤·吲乙·芸苔WP与不同除草剂混合施用对水稻功能叶中氮的贮存、转运的影响,对水稻的安全增效生产,除草剂及0.136%赤·吲乙·芸苔WP的开发利用具有积极意义。
0.136%赤·吲乙·芸苔WP与不同除草剂混合施用,对硝酸还原酶的活性有一定的影响,施药后第7天,施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混用的处理4和8中水稻功能叶中硝酸还原酶活性均高于与其对照的不施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP组;0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混合的处理在施药后第12天水稻叶片中谷氨酰胺合成酶活性明显增强;水稻功能叶蛋白水解酶活性在施药后第5-7天处于较高水平,第12天酶活性显著降低,这与本试验中同时期水稻叶片中可溶性蛋白含量的变化结果有一定的相关性。水稻籽粒发育期氮素在各器官间的分配是不断改变的。当水稻进入生殖生长期后,叶片中的一部分氮向籽粒转移,而氮在叶片中大部分以蛋白质形态存在,转移前,必须经过蛋白水解酶的水解,形成氨基酸或转化成酞胺等其它小分子含氮化合物后,才能在体内运输。在施药后第5天,各处理中叶片可溶性蛋白含量较低的原因可能是被此时高活性的蛋白水解酶降解;施药后第7天,部分处理中水稻叶片中蛋白水解酶活性降低,而此时叶片中蛋白水解酶与可溶性蛋白含量呈负相关性;然而,施药后第12天,叶片中可溶性蛋白含量降低,此时蛋白水解酶与之呈正相关性。这可能是由于在水稻生长发育后期,叶片中蛋白质逐渐向籽粒部分转运,而此时叶片中蛋白水解酶的作用也随之减弱。
0.136%赤·吲乙·芸苔WP与不同除草剂混合施用对水稻叶片中氮代谢关键酶活性的影响存在较大差异,这说明不同组合内部各成分之间存在协助或拮抗作用。施用0.136%赤·吲乙·芸苔WP加除草剂的处理与只使用除草剂的处理相比,能够在一定的时间内增强氮代谢关键酶的活性,从而促进功能叶中氮的代谢,有利于水稻的生长发育。综合各处理各时期氮代谢关键酶的变化结果发现,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+10%双草醚SC 300mL/hm2(处理8)和0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2(处理12)混用对叶片中3种氮代谢关键酶起到一定的促进作用,因此这2种组合内部成分之间的协助作用大于其产生的拮抗作用。因此,从酶反应水平上来看,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+lO%双草醚SC 300mL/hm2和0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2组合在生产上较为适合推广使用。
叶绿体是细胞光合同化的场所,同时也是叶片衰老时首先降解的细胞器,叶片的衰老可从叶绿素含量上显示出来。在水稻叶片中主要光合产物以可溶性糖的形式存在,并在叶片中暂时贮藏。在水稻生育后期叶片中的光合产物向籽粒库运输进而合成淀粉,叶片中可溶性糖增加可降低细胞质凝固点,增强植物抗寒性。施药后第7天,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2与5%嘧啶肟草醚EC 1,050mL/hm2混用的处理4中,叶片叶绿素含量较高。0.136%赤·吲乙·芸苔WP+5%嘧啶肟草醚EC和0.136%赤·吲乙·芸苔WP+2.5%五氟磺草胺OD+45%二氯喹啉酸SP中水稻功能叶叶片中叶绿素含量在施药后第7-12天增加到较高水平。在施药后第12天除处理2和12外,除草剂与0.136%赤·吲乙·芸苔WP混用处理中水稻功能叶片可溶性糖含量均高于与之对照的除草剂处理组。其中0.136%赤·吲乙·芸苔WP+10%双草醚SC处理在施药后第12天水稻功能叶片中可溶性糖含量最高,说明0.136%赤·吲乙·芸苔WP与除草剂混合施用,能够在一定程度上阻碍水稻功能叶叶绿素含量的下降,增加光合作用,促进叶片中可溶性糖的累积,延缓叶片衰老,从而减少除草剂对作物的药害。
综上所述,在0.136%赤·吲乙·芸苔WP与水稻田除草剂混用对水稻功能叶氮代谢的试验中,0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+10%双草醚SC 300mL/hm2和0.136%赤·引乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2组合能够对水稻功能叶片中3种氮代谢关键酶起到一定的促进作用,并且能够在一定程度上阻碍水稻功能叶叶绿素含量的下降,增加水稻叶片光合作用,促进叶片中可溶性糖的累积,延缓叶片衰老,从而减少除草剂对作物的药害。因此,建议对0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+10%双草醚SC 300mL/hm2和0.136%赤·吲乙·芸苔WP 30g/hm2+2.5%五氟磺草胺OD 1,875mL/hm2+45%二氯喹啉酸SP 1,200g/hm2组合分别进行进一步的安全增效试验,以便于更好地对其进行推广使用。