赤苏幼苗耐性研究

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本文作者：张谨华1,2郭平毅1原向阳1王鑫1,3温银元1张红刚1作者单位：1.山西农业大学农学院2.晋中学院生物科学与技术学院3.太原市星火技术发展中心

紫苏为唇形科紫苏属一年生草本植物，其嫩叶和嫩枝可食，具保护肝脏、降血脂、降血压、抑制血小板聚集、减少血栓形成、预防癌变、提高记忆力、抗炎、抗过敏及抗微生物等功效，是卫生部首批颁布的60种“药食同源”品种之一。目前市场缺口达60%，市场需求以每年10%递增［1］。紫苏性喜湿、耐荫怕涝、抗旱性差，属典型短日照植物。遮阳网覆盖栽培成本低，降温保湿防雨效果好，可多茬次、反季节生产移植，但单子叶恶性杂草危害严重。化学除草是紫苏生产中一项极其有效的技术措施。目前国内外正式登记使用于紫苏田的化学除草剂尚无报道，环己二酮(CHD)类高效选择性除草剂烯草酮，在生产上有较高的应用价值。然而，即使是常规剂量下的除草剂对作物来说也是一种胁迫［2］，高浓度的除草剂更会产生药害，喷施氮肥可缓解除草剂对作物的药害［3］，氮肥与除草剂合理配施，可使作物增产［4－9］。因此，研究烯草酮、尿素及互作对紫苏幼苗生长以及有关生理指标、产量等的影响，对增加种植紫苏的经济、社会和生态效益具有重要意义。国外对除草剂与尿素混用的研究多集中于除草效果及对小麦、水稻、玉米等作物产量的影响［4－6］，对紫苏的研究较少。余柳青等［7］研究表明，除草剂丁草胺、除草醚、农得时和果尔与尿素混用，与单施尿素处理相比，可以获得较好的杂草防除效果并提高水稻产量。游明鸿等［8］研究发现，盖阔、速效和2，4－D丁酯分别与尿素混合喷施，可促进老芒麦分蘖形成、提高生长速度。王家官［9］等研究发现，二甲四氯与尿素混用可提高小麦光合速率及产量。目前对紫苏幼苗喷施尿素与烯草酮的安全性评价尚无研究报道。因尿素与烯草酮混合使用会降低药效，故本试验通过烯草酮与尿素施用次序处理分A、B两组实验，研究了尿素与烯草酮单用和先后配合施用对紫苏幼苗净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、叶绿素含量指数(CCI)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、叶面积指数(LAI)及干重(DW)等的影响，并对紫苏田杂草防效、紫苏不同收获期产量进行了分析，为评价尿素与烯草酮先后施用对苗期紫苏的安全性，进一步探讨尿素增强紫苏幼苗耐性的作用机理奠定基础，以期为紫苏田推广应用尿素与烯草酮施用技术提供指导。

1材料与方法

1.1供试材料

紫苏种子、尿素由山西农业大学作物化学调控中心提供;烯草酮由日本住友化学上海有限公司提供［有效成分含量240g/L，剂型为乳油(EC)，英文通用名clethodim］。

1.2试验设计

试验于2010年5月～2011年10月在山西农业大学试验田进行，试验地为黄土状母质上发育的碳酸盐褐土，水浇地。供试土壤的颗粒组成百分比为砂粒46.82%、粉粒35.69%、粘粒17.49%、耕层(0—20cm)土壤有机质含量17.4g/kg、全氮0.636g/kg、速效磷6.69mg/kg、速效钾185.2mg/kg、pH值7.68。苗期用遮光45%的黑色遮阳网覆盖栽培，遮阳网距地面200cm，以保证冠层通风条件良好及便于田间观测和取样。采用随机区组设计，小区面积为6m2(3m×2m)，种植密度90000株/hm2，每小区54株，3次重复，田间管理按传统栽培管理措施进行。试验分为两组:于紫苏幼苗六叶期(栽后40～60d)，A组先用尿素叶面喷施，24h后再喷施烯草酮;B组先喷施烯草酮，24h后喷施尿素。尿素设5个处理水平(g/L):0(N0)、1(N1)、2(N2)、4(N3)、8(N4);烯草酮设5个处理水平(mL/L):0(C0)、0.67(C1)、1.33(C2)、2.66(C3)、3.99(C4)。共25个处理组合。在紫苏幼苗6叶期，大田杂草以禾本科杂草(马唐、牛筋草、稗草等)为主，大部分处于2～6叶期。每小区喷施270mL药液。3d后测定叶片光合特性，4d后取叶片进行生理生化分析;7d后测叶面积指数(LAI)和干物质重(DW);40d后测杂草防效;收获期测定产量。

1.3测定指标与方法

1.3.1净光合速率(Pn)、胞间CO2(Ci)和叶绿素含量指数(CCI)的测定

Pn和Ci采用便携式光合仪CI－340(美国，CID)测量，入射光强为1000μmol/(m2•s)、叶室温度为25℃;CCI用SPAD－250(Opti-Sciences，Inc)测定，选择晴朗的天气和受光良好的中部功能叶片(倒数第2对叶)，每处理测定3株，每株重复3次。

1.3.2超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)含量的测定

取幼苗倒数第2对叶，于－80℃冰箱保存待测。标准称取样品0.1g，置于研钵中，加入1.5mL50mmol/L的磷酸缓冲液(pH7.8)于冰浴上研磨，冷冻离心15min(12000×g)，取上清液供酶活性测定。SOD采用氮蓝四唑(NBT)法［10］;POD采用愈创木酚法［10］;MDA采用硫代巴比妥酸法测定［10］。

1.3.3除草效果的测定

每小区随机取4点，每点0.25m2，分别记载点内杂草活株数。药前调查禾本科杂草基数，药后40d调查禾草存活数，计算株防效。株防效(%)=(空白对照区杂草株数－防治区杂草株数)/空白对照区杂草株数×100。

1.3.4叶面积指数(LAI)的测定

采用叶面积仪CI－203(美国，CID)测定紫苏叶面积，LAI=绿叶总面积/占地面积。

1.3.5幼苗干物质重(DW)的测定

7d后每个处理均随机选取3株的茎叶，置于烘箱中105℃杀青15min，65℃恒温烘干至恒重，并用万分之一天平称重。

1.3.6收获期产量的测定

紫苏叶和嫩苏梗的最佳采收期为紫苏现蕾期(8月底)，每个处理收割3个小区，将植株整株地上部分收割，阴干后，分别称重。各小区单收计产。紫苏子粒的最佳采收期为成熟期(10月初)，收获前2d调查有效穗，每小区根据平均有效穗数取样考种，脱粒后晒干称重。试验数据用SAS和MicrosoftExcel软件进行显著性分析，Duncan新复极差法多重比较。

2结果与分析

2.1尿素和烯草酮处理对紫苏幼苗光合特性指标的影响

表1看出，在A、B两组处理下，随烯草酮浓度的升高CCI和Pn呈显著下降趋势，不同烯草酮处理间差异极显著;随尿素浓度的增加CCI和Pn呈先上升后下降的趋势，N3处达到高峰，处理之间差异极显著;尿素和烯草酮的交互作用对Pn的影响也达到极显著水平，但对CCI的影响不显著。说明先后喷施1～4g/L浓度的尿素处理(N1～N3)比单独施用烯草酮(N0)可增加紫苏幼苗的CCI和Pn，但8g/L浓度的尿素处理(N4)效果相反。在各烯草酮处理水平中均以N3处理(4g/L的尿素)时的CCI和Pn最大，烯草酮处理浓度越低其值越大。由表1还可看出，随烯草酮浓度的增加，紫苏幼苗的Ci呈缓慢上升趋势。经方差分析和多重比较可知，烯草酮处理对紫苏幼苗Ci的影响差异极显著。

2.2尿素和烯草酮处理对紫苏幼苗抗逆性指标的影响随烯草酮浓度的升高SOD活性呈先上升后下降的趋势(表2)，在C1处出现峰值，不同烯草酮处理间差异极显著;随尿素浓度的增加SOD活性也呈先上升后下降的趋势，在N3处达到高峰，尿素对SOD活性的影响极显著;尿素和烯草酮的交互作用对SOD活性的影响也达极显著水平。说明低浓度的烯草酮处理使紫苏幼苗的SOD活性增高，对外界不良环境条件的抵抗力增强，但随烯草酮浓度的上升，SOD无法抵御和缓解药害，从而使其酶含量和活性开始下降;先后喷施1～4g/L浓度的尿素处理(N1～N3)比单独施用烯草酮(N0)时可增加紫苏幼苗的SOD活性，但8g/L浓度的尿素处理(N4)效果不显著。喷施0.67mL/L烯草酮的处理SOD活性最大，在不同烯草酮水平处理中均以4g/L尿素处理时的SOD活性最大。表2显示，POD活性随烯草酮浓度的增加呈先上升后下降的趋势，在C3处达到高峰，处理之间差异极显著;POD活性随尿素处理浓度的增加而上升，处理之间差异极显著，不施尿素处理(N0)的POD值均低于其它施尿素处理，表明尿素增强了烯草酮处理下紫苏幼苗的POD活性;尿素与烯草酮的互作对POD活性的影响极显著。MDA含量随烯草酮浓度的增加而上升，处理之间差异极显著;随尿素浓度的增加MDA含量呈先下降后上升趋势，N3处达最低，处理间差异极显著;A组尿素与烯草酮的交互作用对MDA含量的影响差异显著，B组不显著。4g/L浓度的尿素处理(N3)比单独施用烯草酮(N0)时紫苏幼苗的MDA含量显著降低，不同的烯草酮处理水平均以N3(4g/L尿素)时MDA最小，烯草酮浓度越低MDA含量越小。

2.3尿素和烯草酮处理对紫苏田禾本科杂草的防效

A组处理的株防效均高于B组处理，且表现为防效随烯草酮处理浓度(从0.67～3.99mL/L)的增加而升高，不同烯草酮浓度处理之间对株防效的影响差异极显著;株防效随尿素浓度的增加而上升，处理之间差异极显著，单施尿素(C0)处理对禾本科杂草无防效，先后喷施1～8g/L浓度的尿素处理对禾本科杂草的防效显著高于单施烯草酮处理(表3);尿素与烯草酮的交互作用对株防效的影响差异极显著，当烯草酮处理水平一定(C1、C2、C3、C4)时，杂草防效随尿素处理浓度的增加呈升高趋势，如A组的C1N3处理的株防效比单施烯草酮提高11%。说明尿素对烯草酮的抑草活性有增效作用，且喷施尿素处理的抑草活性随烯草酮浓度的增加其作用愈加明显。

2.4尿素和烯草酮处理对紫苏幼苗生长和经济产量的影响

2.4.1尿素、烯草酮对紫苏幼苗生长的影响

叶面积指数(LAI)、干重(DW)能直观反应作物的生长发育状况，是衡量植株吸收转化氮肥的重要指标。表4看出，紫苏幼苗的LAI、DW随烯草酮浓度的增加而下降，处理之间对LAI和DW的影响差异极显著;随尿素浓度的增加LAI、DW呈先上升后下降趋势，N3处理达到高峰，说明尿素浓度在1～4g/L之间能促进紫苏幼苗的生长，但8g/L浓度的尿素则抑制其生长，尿素对LAI和DW的影响达到了极显著水平。A组的DW在C0、C1水平表现出N1处理显著高于N0处理，而B组表现出N1处理与N0处理间无显著差异。表明A组比B组处理效果明显。A组中尿素和烯草酮的互作对LAI、DW的影响极显著，B组中其互作对LAI的影响极显著，但对DW的影响不显著。在喷施烯草酮时，先后喷施1～4g/L浓度尿素处理的LAI、DW均高于单施烯草酮处理，不同水平的烯草酮处理中均以4g/L的尿素处理时LAI、DW最大，烯草酮浓度越小LAI、DW越大。

2.4.2尿素和烯草酮处理对紫苏现蕾期产量(生物量)和成熟期子粒产量的影响

紫苏产量随烯草酮浓度的增加呈先上升后下降趋势，C1处达到高峰，烯草酮对现蕾期产量和子粒产量的影响差异极显著;随尿素浓度的增加紫苏产量呈先上升后下降趋势，N3处达到高峰，尿素对现蕾期产量和子粒产量的影响差异极显著;尿素和烯草酮互作对现蕾期产量和子粒产量的影响差异也极显著。在不同烯草酮水平下，先后喷施4g/L尿素处理的产量均显著高于单用烯草酮处理(N0)。A、B两组处理相比，A组处理的总体产量要高于B组处理，A组的C1N3处理的产量最高(表5)，现蕾期产量和子粒产量比单独施用烯草酮增产13.94%和10.54%。比较紫苏苗期和现蕾期处理对紫苏地上部分干重的影响，从表4、表5可以看出，在烯草酮推荐剂量0.67mL/L和2倍剂量1.33mL/L处理时表现为前期(苗期)抑制紫苏生长，后期(现蕾期)促进紫苏生长。增施4g/L浓度的尿素处理值最高，且显著高于单施烯草酮处理。表明增施4g/L浓度的尿素对紫苏的安全性提高，增产效果最显著。

3讨论

大部分除草剂正常使用时不会对作物造成较大的伤害，但会影响其生理代谢［11］。本试验表明烯草酮对紫苏幼苗的光合、生长有一定的抑制作用，随着使用浓度(0.67～3.99mL/L)的增加，处理植株的Pn、CCI、LAI、DW均呈下降趋势，推荐剂量0.67mL/L时幼苗的Pn显著下降，此时烯草酮已明显抑制紫苏的光合作用，直接导致植株的LAI、DW缓慢降低。根据生物自由基伤害学说［12］，在除草剂药害、盐等逆境胁迫下，细胞内活性氧的产生与清除平衡失调，从而使膜脂发生过氧化作用形成MDA，破坏膜结构，使植物受到伤害。植物体内的抗氧化酶系统(如SOD、POD等)对清除活性氧、减轻氧化带来的损伤十分有效，SOD和POD活性的改变可以间接反映环境中有毒有害物质的存在，是分子水平上预报有机毒物对生态系统危害的敏感生物标记物［13］。相关研究表明，紫苏幼苗的POD活性随盐胁迫的加重，表现为先增加后降低的趋势［14］，MDA积累随盐胁迫的加强［14］或低温胁迫时间的延长［15］表现为上升趋势;也有研究［16］表明，紫苏的MDA随干旱胁迫时间的延长变化不明显。本研究发现，随着烯草酮浓度的增加，MDA积累增加，SOD、POD酶活性呈先上升后下降趋势。这表明烯草酮对紫苏幼苗有一定的逆境胁迫或伤害。较低剂量处理使保护酶活性升高，说明轻度胁迫激发了紫苏体内保护酶系的活性来作出保护性反应。高剂量除草剂处理下保护酶活性的降低是由于过多活性氧或过氧化氢的积累［17］，超过保护酶系的阈值，打破了彼此的动态平衡，从而导致酶光钝化、新酶合成被抑制［18］。

氮是提高叶片光合速率、维持叶绿素含量的重要矿质元素［19］。施氮可以明显抑制叶绿素降解，并使植物体内保护酶活性保持高水平，从而提高作物的Pn［20］。尿素营养是调控植物生长及光合生产率，增强逆境胁迫下耐性的重要手段之一［21］。光合速率与供氮量的关系呈二次曲线型，供氮量或叶片含氮量达到一定值后，光合速率不再增加，叶片不能把捕获的光能较充分地利用于光合作用，反而增强了能量耗散［22－24］。本试验也得出了相似结果，即1～4g/L浓度的尿素处理增加了Pn、CCI、LAI、DW，减少了MDA积累，SOD、POD活性保持高水平，且4g/L处理效果显著;8g/L浓度的尿素处理效果相反;喷施4g/L浓度尿素与不同浓度的烯草酮处理的紫苏幼苗SOD、POD、CCI、Pn、LAI、DW等均显著高于烯草酮单独处理，MDA积累显著低于单施烯草酮。表明增施4g/L尿素可显著提高紫苏幼苗在烯草酮胁迫下的CCI，并通过增加或激活抗氧化酶系(SOD、POD等)来防御活性氧物质对细胞造成的伤害，提高细胞膜的修复能力，缓解其质膜过氧化程度，从而提高植株Pn，使细胞代谢水平提高，增强紫苏对逆境胁迫的耐性;尿素对紫苏幼苗在烯草酮胁迫下Pn的调控效应进而体现在对紫苏生长的调控，并最终影响紫苏的产量。从本试验结果看出，施氮量对紫苏现蕾期生物量和子粒产量的影响与对苗期净光合速率的影响规律基本相同，1～4g/L浓度的尿素处理值高于单施烯草酮;8g/L浓度的尿素处理效果相反。

本试验发现，尿素对烯草酮的抑草活性有增效作用，且喷施尿素处理的抑草活性是随着烯草酮浓度的增加其增效作用愈加明显。这与郑纪慈等［25］对水稻除草药肥黄尿素的除草功能与氮肥增效作用的研究和游明鸿等［8］对苗期氮肥与除草剂混施对老芒麦生长及杂草影响的报道一致。本实验结果显示Ci仅在烯草酮处理时有显著差异，这与在一定范围内随氮素水平增加利于提高植株幼苗Ci的报道［26－27］不一致，这可能与本试验是在遮荫下进行有关。根据Farquhar和Sharkey［28］的观点，当气孔导度与Ci同时下降时，光合速率下降主要是由气孔限制引起的，Pn降低伴随Ci的升高时，光合作用的主要限制因素是非气孔因素。据此推断，本试验条件下Pn的降低是由非气孔因素引起的，也就是光合碳同化力不足，碳氮代谢失调引起的。这可能是叶肉细胞光合活性的下降造成的，如叶绿素含量降低、光合羧化酶Rubisco活性下降、光合电子传递活性降低等，具体原因和内在机理还有待进一步的研究。

4结论

尿素、烯草酮不同施用次序处理对紫苏生长、生理、代谢有显著影响。A组(先用尿素叶面喷施，24h后再喷施烯草酮)的C1N3处理的产量最高，且先喷施4g/L的尿素，能显著提高紫苏幼苗在除草剂烯草酮胁迫下的耐性，提高幼苗Pn，促进植株生长，这些效应与其提高抗氧化酶活性有关。在紫苏幼苗六叶期先喷施4g/L的尿素再喷施0.67mL/L的烯草酮的施药模式具有提高防效，安全高产等特点，有较高的推广价值。