乙羧氟草醚和乙草胺对葡萄的危害原因探究

摘要

葡萄园杂草控制是土壤管理的一个重要方面。近年来由于劳动力紧缺以及缺乏对果园生草的认知，除草剂的使用日趋普及和常规。正因为如此，有关除草剂药害的报道也越来越多。2009年调查中发现山东省曲阜市常年喷施高浓度复合除草剂的巨峰葡萄园中叶片变黑，植株生长势较弱，以此为背景，本文通过大田和盆栽两种方式验证了除草剂对葡萄的伤害，并探究了乙羧氟草醚和乙草胺这两种单剂对葡萄伤害的生理机制以及导致葡萄叶片变黑的原因。主要研究结果如下：
　　 1.复合除草剂对田间巨峰葡萄叶片光合作用伤害的验证
　　 在山东省曲阜市，与人工除草的巨峰葡萄园相比，2009年使用除草剂(百草枯、乙草胺和乙羧氟草醚复合)的葡萄园叶片净光合速率(Pn)明显降低，光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)和性能指数PIABS降低，快速叶绿素荧光诱导动力学曲线中J点和K点荧光上升，表明叶片PSⅡ反应中心和放氧复合体(OEC)受到了损伤。此外，使用除草剂的葡萄园，落叶后枝条可溶性糖、淀粉、游离氨基酸和可溶性蛋白含量较低。
　　 2010年选择使用除草剂但未发生药害的巨峰葡萄园，证实喷施低浓度除草剂(百草枯+乙草胺+乙羧氟草醚复合)降低了前期葡萄中部叶片Pn；而使用复合高浓度除草剂不仅降低了整个生长季中部叶片Pn，而且降低了葡萄果实可溶性固形物和花青素含量以及落叶后枝条中游离氨基酸和可溶性蛋白含量。
　　 2.乙草胺和乙羧氟草醚单剂对葡萄叶片光合作用的影响
　　 基质盆栽巨峰葡萄中部叶片Pn随着处理时间延长呈下降趋势，且随着乙草胺和乙羧氟草醚单剂浓度的升高而降低。第30天时，不同部位叶片Pn也均随除草剂浓度的升高而降低，大田推荐最大用量乙草胺处理的上、下部叶Pn显著低于清水对照，而大田推荐最大用量乙羧氟草醚处理的仅中部叶Pn显著降低；高于大田推荐最大用量除草剂处理不同部位叶片Pn均降低，当浓度为田间推荐最大用量10倍时，Pn降低幅度最大。
　　 沙培巨峰叶片光合功能对乙草胺和乙羧氟草醚单剂(浓度均为田间最大推荐用量5倍)均有明显的时空响应效应。喷施初期(处理后第13天)，上部叶片对乙草胺反应明显，Pn、Gs、Fv/Fm和实际光化学效率(φPSⅡ)显著下降；J点和K点荧光显著上升，PIABS、反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额(φEo)和反应中心捕获的激子中用来推动电子传递的效率(φo)显著下降，这表明PSⅡ反应中心和OEC受损伤，电子传递能力降低，且程度显著高于中部叶片，但随着处理时间的延长，受损伤的程度减轻；在后期(处理后第60天)，上部叶与中部叶各指标之间的差距变小；下部叶片对除草剂的响应时间滞后，后期时PSⅡ反应中心和OEC受损伤程度以及电子传递受抑制程度高于中上部叶片。乙羧氟草醚处理对叶片光合作用的影响小于乙草胺处理。
　　 3.乙羧氟草醚和乙草胺单剂对巨峰葡萄叶片颜色的影响
　　 乙羧氟草醚(浓度为田间最大推荐用量5倍)处理后第60天时，沙培巨峰葡萄中、上部叶片变黑，色素含量显著增加，其中上部叶色素含量增加与钙和铁含量增加以及叶绿体数目增多呈显著正相关。而乙草胺(浓度也为田间最大推荐用量5倍)处理后第60天时，中、上部叶片明显变黄，色素含量降低，其中上部叶色素含量降低与锌含量降低呈显著正相关。
　　 4.乙羧氟草醚和乙草胺单剂对巨峰葡萄叶片细胞超微结构的影响
　　 (1)乙羧氟草醚(浓度为田间最大推荐用量5倍)处理后第13天时，沙培巨峰新叶出现褐色斑点，电镜观察结果表明其细胞内膜结构有溶解现象，有一些叶绿体内部基粒和片层结构清晰，还有一些内部模糊：叶绿体、淀粉粒显著减少，且淀粉粒较小。第60天时，细胞膜较完整，而线粒体膜、核膜都较模糊。中部叶大部分叶绿体片层垛叠为基粒，清晰可见，而有少数叶绿体片层间隙很大，叶绿体、淀粉粒显著增多且前者明显变大；上部叶片的叶绿体内部片层间隙较大，叶绿体增多且长度显著增加，但淀粉粒仍较少。
　　 透射电镜观察2011年超高浓度乙羧氟草醚处理巨峰葡萄重新萌芽后的畸形叶片，发现深绿色部位细胞膜结构完整，与同等大小对照叶片相比，叶绿体、淀粉粒和基粒显著增多，且淀粉粒明显变大，而片层数较少，但这些指标除叶绿体长宽外其余均显著高于黄色部位；黄色部位有一些叶绿体片层较清晰，但片层间隙明显变大，还有一些叶绿体内部有溶解的现象，叶绿体和片层与对照相比显著减少，而淀粉粒和基粒显著增多，叶绿体增大变圆，淀粉粒也增大。
　　 (2)乙草胺(浓度为田间最大推荐用量5倍)处理后第60天时，沙培巨峰中部叶细胞内膜结构受损，叶绿体内片层间隙变大，淀粉粒显著增多；上部叶叶绿体内部模糊，且叶绿体膜开口。中部叶叶绿体宽和上部叶叶绿体长分别比对照小21.4％和16.2％。
　　 5.乙草胺和乙羧氟草醚单剂对葡萄叶片抗氧化系统的影响
　　 (1)超高浓度的乙草胺和乙羧氟草醚处理加快了土培巨峰叶片超氧阴离子产生速率，导致膜脂过氧化程度加剧，产物丙二醛增加，这可能与其较低的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶活性有关。
　　 (2)高浓度乙羧氟草醚处理后，谷胱甘肽还原酶、抗坏血酸氧化酶活性以及上/中部叶片的谷胱甘肽转移酶、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性升高，而下部叶MDHAR和上部叶脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性仅在14天时升高，中/下部叶DHAR活性在14天和80天时显著升高。这些酶活性的变化导致叶片中抗坏血酸和谷胱甘肽含量发生相应的变化。
　　 6.乙羧氟草醚和乙草胺单剂对葡萄生长的影响
　　 低于除草推荐浓度的乙羧氟草醚(9.4gaiha-1)和乙草胺(1123gaiha-1)显著促进霞多丽/SO4的新梢生长；而高于除草推荐最大用量的乙羧氟草醚(187gaiha-1)和乙草胺(11230gaiha-1)降低了根系活力，抑制了新梢的生长，第50天时新梢长度分别比对照低86.6％、70.6％，前者新梢中IAA含量显著降低，而ABA含量显著升高。
　　 高浓度的乙羧氟草醚(187gaiha-1)和乙草胺(11230gaiha-1)降低了沙培巨峰葡萄植株总生物量，但仅前者与对照差异显著；乙羧氟草醚处理后，根重显著低于对照，植株根冠比降低；而乙草胺处理后，植株根冠比升高。
　　 7.除草剂的后效
　　 在使用较高浓度复合除草剂的葡萄园改为人工除草的情况下，巨峰葡萄上、中、下部叶片的Pn与相邻长期人工除草的葡萄园相比降低幅度仍然高达34.9％、28.5％和61.2％，说明除草剂有较长时期的残效作用；盆栽试验也证明，除草推荐上限浓度或更高浓度的乙羧氟草醚处理后，巨峰植株翌年生长受到明显抑制，特别是超高浓度处理的植株，翌年发芽后叶片畸形且不能恢复正常。因此建议严格控制除草剂的使用浓度，有条件的地方采用葡萄园生草。