櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄[56]XuH,CaiZC,JiaZJ,etal.EffectoflandmanagementinwintercropseasononCH4emissionduringthefollowingfloodedandrice-growingperiod[J].NutrientCyclinginAgroecosystems,2000,58(1/2/3):327-332.[57]熊正琴,邢光熹,鹤田治雄,等.豆科绿肥和化肥氮对双季稻稻田氧化亚氮排放贡献的研究[J].土壤学报,2003,40(5):704-710. [58]徐昌旭,谢志坚,曹卫东,等.翻压绿肥后不同施肥方法对水稻养分吸收及产量的影响[J].中国土壤与肥料,2011(3):35-39. [59]黄 晶,高菊生,刘淑军,等.冬种紫云英对水稻产量及其养分吸收的影响[J].中国土壤与肥料,2013(1):88-92.[60]徐昌旭,谢志坚,许政良,等.等量紫云英条件下化肥用量对早稻养分吸收和干物质积累的影响[J].江西农业学报,2010,22(10):13-14,23.[61]郭晓彦,宋晓华,刘春增,等.紫云英翻压量和化肥用量对水稻生长、产量及经济效益的影响[J].山地农业生物学报,2014,33(5):7-12.[62]高菊生,曹卫东,董春华,等.长期稻-稻-绿肥轮作对水稻产量的影响[J].中国水稻科学,2010,24(6):672-676.[63]曾庆利,龚春华,徐永士,等.紫云英不同翻压量对水稻产量和产值的影响[J].湖南农业科学,2009(6):76-77,88.[64]谢志坚,徐昌旭,许政良,等.翻压等量紫云英条件下不同化肥用量对土壤养分有效性及水稻产量的影响[J].中国土壤与肥料,2011(4):79-82.[65]李双来,李登荣,胡 诚,等.减施化肥条件下翻压不同量紫云英对双季稻生长和产量的影响[J].中国土壤与肥料,2012(1):69-73.[66]卢 萍,杨林章,单玉华,等.绿肥和秸秆还田对稻田土壤供氮能力及产量的影响[J].土壤通报,2007,38(1):39-42.陈银竹,丁 伟,刘胜男,等.草甘膦对转基因抗草甘膦大豆的安全性研究[J].江苏农业科学,2018,46(16):56-59.doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2018.16.013草甘膦对转基因抗草甘膦大豆的安全性研究陈银竹1,丁 伟1,刘胜男1,MuhammadShahidkhan1,2(1.东北农业大学农学院,黑龙江哈尔滨150000;2.白沙瓦农业大学,巴基斯坦白沙瓦1599107) 摘要:采用草甘膦种子和茎叶处理研究转基因抗草甘膦大豆的安全性,为减少草甘膦用量和转基因抗草甘膦大豆的安全应用提供理论依据。
以转基因抗草甘膦大豆为试材,采用田间随机区组设计方法,测定转基因大豆的生理指标和杂草防除效果。
结果表明,562.5g.a.i./hm2草甘膦种子处理和1125g.a.i./hm2草甘膦茎叶处理后,除莽草酸含量不受影响,转基因大豆的株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量以及光合速率各项生理指标均在施药初期受到抑制,茎叶处理后28d、种子处理播种后61d时各生理指标均可恢复正常;草甘膦茎叶处理对杂草具有显著的防除效果,草甘膦施用后7d,杂草防效为94.67%,28d,杂草防效为72.33%,且对大豆安全。
草甘膦种子和茎叶处理对转基因抗草甘膦大豆均具有较好的安全性,且茎叶处理能有效控制杂草。
关键词:草甘膦;转基因抗草甘膦大豆;安全性;杂草防除效果;生理生化 中图分类号:S451.22+4 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2018)16-0056-04收稿日期:2017-03-07基金项目:国家转基因生物新品种培育重大专项(编号:2015ZX08011-003);黑龙江省留学归国人员基金(编号:LC2011C01)。
作者简介:陈银竹(1992—),男,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要从事杂草生物学与转基因作物安全评价研究。
E-mail:940081822@qq.com。
通信作者:丁 伟,博士,教授,研究方向为农药生态安全与转基因作物安全评价。
E-mail:dingwei@neau.edu.cn。
近年来,基因工程技术发展势头迅猛,种植业中以转基因抗草甘膦大豆的发展最为迅速。
而大豆为我国重要的粮食作物,杂草防除一直是大豆种植过程中的重点问题。
化学除草是大豆田防除杂草的重要手段,近几年大豆田化学除草面积已达其播种面积的90%以上[1]。
转基因抗草甘膦大豆的出现便为人们提供了一种能有效控制杂草的新途径,不仅大大降低了除草成本和劳动强度,并且有效延缓了大豆田抗性杂草的出现,除草剂药害的发生也明显降低,已成为美洲地区大豆田杂草防除的重要方法之一。
草甘膦由美国孟山都公司研制开发,目前是世界上除草剂使用量最大的品种之一[2]。
草甘膦通过抑制莽草酸途径中的5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS),使微生物和植物不能合成生存必需的芳香族氨基酸而导致死亡[3-4]。
其特点是杀草谱广、传导性好、残效低,在转基因抗草甘膦大豆整个生育期都可以使用。
国内外普遍将草甘膦应用于茎叶处理,而对应用草甘膦进行种子处理的安全性和杂草防除效果鲜有研究。
本试验通过草甘膦种子处理和茎叶处理研究草甘膦的安全性,为减少草甘膦的用量和我国当前自主研发的转基因抗草甘膦大豆的安全应用提供理论依据。
已有的研究表明,一定浓度的草甘膦会造成转基因大豆叶片的叶绿素含量降低、叶绿体结构变化和光合速率下降,叶绿素恢复过程需要2周左右,莽草酸含量几乎没有变化[5-11]。
Bellaoui等研究表明,草甘膦会影响转基因抗草甘膦大豆的碳代谢和氮代谢[12]。
种子用草甘膦溶液浸泡后播于土壤中,敏感的大豆种子浸泡4h后不能发芽,而转基因种—65—江苏农业科学 2018年第46卷第16期子均能顺利发芽生长[13-14]。
草甘膦茎叶处理能有效控制杂草,但喷施超过推荐剂量1.23~2.46kga.i./hm2会降低成熟期的单株粒数和单株产量[15]。
美国研究证明,在田间无草的条件下,抗草甘膦大豆平均减产5%~10%,但由于杂草防效提高,最终抗草甘膦大豆产量增加[16]。
本研究通过对草甘膦种子处理和茎叶处理来研究转基因抗草甘膦大豆的安全性,期望降低草甘膦用量的同时获得理想的田间杂草防除效果,从而为草甘膦的合理应用及我国自主研发转基因大豆在生产中的安全应用提供基础数据。
1 材料与方法1.1 试验材料与设计供试大豆为转基因抗草甘膦大豆呼交06-698,供试除草剂为41%草甘膦异丙胺盐水剂(美国孟山都公司)。
试验于2015年于5—10月在东北农业大学转基因试验地进行。
采用随机区组试验设计,41%草甘膦异丙胺盐水剂设4个处理水平,每个处理4次重复(表1)。
茎叶处理在大豆第1张复叶完全展开后施药(此时为种子处理后33d),出苗后按照常规方式进行田间管理,在茎叶处理后7、14、21、28d(DAT)记录各处理内杂草数,同时取样测定大豆生理指标,连续4次取样完毕后对各处理内杂草进行称质量。
表1 草甘膦用量处理草甘膦有效剂量和处理方法102112.5ga.i./hm2,种子处理3562.5ga.i./hm2,种子处理41125.0ga.i./hm2,茎叶处理1.2 测定指标与方法1.2.1 除草效果的计算 草甘膦茎叶处理后7d和草甘膦种子处理播种后40d,每隔7d监测各处理杂草数量,计算杂草株防效及鲜质量防效。
计算公式如下:株防效=对照杂草株数-处理杂草株数对照杂草株数×100%;鲜质量防效=对照杂草鲜质量-处理杂草鲜质量对照杂草鲜质量×100%。
1.2.2 生理指标的测定 草甘膦茎叶处理后7d和种子处理播种后40d,取样测定各处理单株大豆株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量、光合速率和莽草酸含量。
参照丁伟等提出的分光光度比色法测定大豆叶绿素含量[17]。
量取5mL二甲基亚砜(DMSO)加入到干净的血清瓶中,称质量,将大豆叶片新鲜组织加入血清瓶中,再称质量,放入暗室浸提。
浸提24h后,移取1mL浸提液加入到5mL的DMSO中混匀。
在波长645、663nm下用空白做对照测定吸光度,计算叶绿素含量:叶绿素含量(mg/g)=(20.2D1+8.02D2)×V1×Km×103。
式中:D1为645nm处吸光度;D2为663nm处吸光度;V1为样品提取液总体积(mL);K为样品显色稀释倍数;m为样品质量(g)。
光合速率采用美国LI-6400XT便携式光合速率测定仪测定。
Li-6400XT叶室CO2浓度设定为400μmol/mol,温度为22.5℃,空气相对湿度为40%~50%。
选择晴天09:00—11:00,测定各处理大豆的光合速率。
莽草酸含量的测定参照Cromartie等的方法[18],通过分光光度计进行测定。
取样放于冰盒中带回进行测定。
测定时,取0.1g样品剪成碎片放入小瓶中,然后加0.25mol/LHCl溶液到2mL,浸泡90min,期间每隔30min晃动1次。
向试管中加2mL氧化剂溶液(0.25%高碘酸溶液与0.25%偏高碘酸钾溶液配制而成),然后加入0.5mL培养后的待测液,室温下反应60min,再加入2mL的显色溶液(0.6mol/LNaOH和0.22mol/LNa2SO3溶液配制而成),在380nm下测定吸光度,每个样品重复3次。
标准曲线的制作:加已知量的莽草酸到未喷药前的提取液中,以每25μL提取液中所含的莽草酸量(mg)为横坐标,以吸光度为纵坐标,作标准曲线。
结果计算:从标准曲线上查得对应的每毫升提取液含莽草酸的微克数,计算公式为莽草酸含量(μg/g)=CVm。
式中:C为提取液莽草酸含量(μg/mL);V为提取液的总体积(mL);m为样品质量(g)。
1.3 数据统计分析将试验所得的数据通过Excel进行整理,并采用DPS7.05数据统计软件对试验数据进行5%差异显著水平检测分析。
2 结果与分析2.1 草甘膦对转基因大豆的杂草防除效果应用草甘膦处理过的转基因大豆杂草防除效果明显,并且不同剂量处理间差异显著。
根据施药组与未施药组的杂草数,可以计算出3组草甘膦处理的株防效与鲜质量防效,由于茎叶处理为大豆三叶期施药,药后7d开始调查,因此茎叶处理的防除效果最为明显。
在2组种子处理中,草甘膦剂量为562.5ga.i./hm2的处理组防除效果较好,从种子处理后40d开始的株防效为73.25%,直至三叶期后28d,其株防效仍在50%以上,并且整个测定周期与112.5ga.i./hm2的低剂量种子处理相比均存在显著差异(表2)。