徐田軍, 呂天放, 趙久然, 王榮煥, 陳傳永, 劉月娥, 劉秀芝, 邢錦豐, 王元東, 劉春閣

?

除草劑對不同玉米品種生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響*

徐田軍?, 呂天放?, 趙久然**, 王榮煥**, 陳傳永, 劉月娥, 劉秀芝, 邢錦豐, 王元東, 劉春閣

(北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室 北京 100097)

化學除草為作物田間管理帶來方便的同時, 藥害問題也越來越突出, 特別是苗后除草劑對作物造成的藥害頻繁發(fā)生。為此, 本文以我國玉米主栽品種‘鄭單958’、‘先玉335’、‘京科968’和‘京農(nóng)科728’為試驗材料, 采用2,4-D丁酯和煙嘧磺隆2種苗后除草劑, 每種除草劑設置0倍(人工除草, CK)、1倍(最適濃度, T1)和2倍最適濃度(T2)共3個噴施濃度處理, 于玉米幼苗4展葉期噴施。研究苗后除草劑對不同基因型玉米品種生育進程、形態(tài)特征、保護酶活性和產(chǎn)量等性狀指標的影響, 旨在為玉米安全生產(chǎn)提供參考和指導。研究結(jié)果表明: 1)噴施除草劑后, 參試玉米品種的生育期呈延長趨勢, ‘鄭單958’和‘先玉335’的生育期延長程度大于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 2,4-D丁酯對參試品種的生育期延長幅度大于煙嘧磺隆。噴施除草劑后, 參試玉米品種的葉面積、根系長度、表面積和體積呈降低趨勢, 且隨除草劑濃度增加, 降低幅度加大; 品種間的反應也存在較大差異, ‘鄭單958’和‘先玉335’降低程度大于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。2)噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的葉片SOD活性、CAT活性和MDA含量在品種、除草劑和劑量間均存在極顯著差異; 參試玉米品種的SOD和CAT活性呈降低趨勢、MDA含量呈升高趨勢, 且隨噴施濃度增加影響加劇; 不同品種間, 隨噴施濃度增加, ‘鄭單958’和‘先玉335’的SOD和CAT活性降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 不同除草劑間, 2,4-D丁酯處理的影響程度大于煙嘧磺隆。3)苗后除草劑對參試品種的穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量影響顯著, 均呈降低趨勢; 隨除草劑濃度增加降幅增大; 不同品種間, ‘鄭單958’和‘先玉335’的降幅大于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。由此可見, 2種苗后除草劑對參試玉米品種的生長發(fā)育和產(chǎn)量存在顯著影響, 表現(xiàn)在延長了生育期, 抑制了根系和葉片的生長, 降低了保護酶活性, 并且加重了葉片的膜質(zhì)過氧化程度, 從而導致玉米減產(chǎn)顯著, 且隨除草劑濃度增加, 影響進一步加大。不同品種間, ‘京科968’和‘京農(nóng)科728’對苗后除草劑的耐受性好于‘鄭單958’和‘先玉335’。

除草劑; 玉米品種; 生長發(fā)育; 根系; 抗氧化酶; 產(chǎn)量

玉米(L)是目前我國種植面積最大、總產(chǎn)量最高的第一大糧食作物, 對保障國家糧食安全和滿足市場需求發(fā)揮著重要作用。但玉米田間雜草發(fā)生普遍且種類繁多, 因與玉米爭水、爭肥、爭空間, 對玉米植株的生長發(fā)育和高產(chǎn)不利。目前生產(chǎn)中玉米田除草一般以化學除草為主, 除草劑藥害發(fā)生較普遍。據(jù)調(diào)查顯示, 我國生產(chǎn)中近50%的玉米田均遭受不同程度的除草劑藥害, 除草劑用量過大、噴灑不均勻、施藥時期或方法不當、遇低溫高濕等往往導致玉米植株遭受不同程度藥害, 進而減產(chǎn), 幅度高達10%~30%[1-2]。玉米苗后除草劑主要有莠去津、硝磺草酮、煙嘧磺隆、2,4-D丁酯和二甲四氯鈉等的單劑或其混合劑[3]。其中, 煙嘧磺隆等是目前我國玉米生產(chǎn)中較為常用的苗后除草劑。煙嘧磺隆是世界上使用量最大的高效、低毒、強選擇性和低用量的一類磺酰脲類內(nèi)吸性除草劑[4-6]; 2,4-D丁酯為激素類除草劑, 可被植物根、莖、葉吸收, 具有較強的內(nèi)吸傳導性, 禾本科作物對其具有較強耐受性, 而多數(shù)闊葉雜草等惡性雜草對其較為敏感, 具有用量少、藥效持久、成本低等優(yōu)點[7]。不同玉米品種對除草劑的耐藥性存在較大差異, 其耐藥性是由遺傳特性和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果, 其中遺傳特性起主要作用[8-9]。耐受性好的玉米品種噴藥后恢復快, 生長發(fā)育基本不受明顯影響; 而敏感型品種噴藥后恢復慢, 且生長發(fā)育受抑制, 進而導致減產(chǎn)甚至絕收[10-12]。目前, 關(guān)于除草劑對作物影響的研究主要集中在種質(zhì)抗性評價[13]以及對土壤殘留[14]、光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)影響[15]等方面。在玉米方面, 近年我國玉米生產(chǎn)中苗后除草劑藥害經(jīng)常發(fā)生, 目前針對苗后除草劑對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的系統(tǒng)研究報道較多, 但其對玉米根系、葉片及保護酶活性等影響的研究還相對較少。為此, 本文以4個目前我國玉米生產(chǎn)主栽品種為試驗材料, 系統(tǒng)研究并明確了苗后除草劑煙嘧磺隆和2,4-D丁酯對不同品種玉米生育進程、根系形態(tài)、葉片、保護酶活性、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素等性狀指標的影響, 以期為玉米生產(chǎn)提供理論指導和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在北京市昌平區(qū)小湯山國家精準農(nóng)業(yè)研究示范基地(116.46°E, 40.18°N)開展。試驗田耕層土壤(0~20 cm)含有機質(zhì)10.70 g×kg-1、全氮0.79 g×kg-1、全磷0.51 g×kg-1、全鉀9.68 g×kg-1、堿解氮0.10 g·kg-1、速效磷0.02 g·kg-1、速效鉀0.14 g·kg-1。該基地玉米生育期內(nèi)積溫2 600 ℃左右, 降水量483 mm, 總?cè)照諘r數(shù)715 h, 相對濕度平均為66.11%, 平均輻射強度為175.31 MJ·m-2。

1.2 試驗材料與設計

以當前我國玉米生產(chǎn)主栽品種‘鄭單958’、‘先玉335’、‘京科968’和‘京農(nóng)科728’為試驗材料。其中, ‘鄭單958’、‘先玉335’、‘京科968’為目前我國種植面積位居前三位的玉米生產(chǎn)主栽品種, ‘京農(nóng)科728’是第一批通過國家機收審定的適宜機械直收籽粒的玉米品種之一, 是符合當前玉米生產(chǎn)和市場需求的優(yōu)勢品種。試驗于5月10日播種, 10月7日收獲。采用裂區(qū)設計, 品種處理為主區(qū), 苗后除草劑處理為副區(qū)。采用2,4-D丁酯和煙嘧磺隆共2種苗后除草劑, 每種除草劑設置0倍(人工除草, CK)、1倍(最適濃度, T1)和2倍濃度(T2)共3個噴施濃度處理(表1)。玉米幼苗4展葉期, 利用小型噴霧器進行噴施。12行區(qū), 行距60 cm, 行長5 m, 小區(qū)面積36 m2, 3次重復, 種植密度為60 000株·hm-2。田間管理同當?shù)卮筇锷a(chǎn)。

表1 試驗用玉米苗后除草劑的種類及用量

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積

于玉米4展葉期(V4)、6展葉期(V6)、12展葉期(V12)、吐絲期(R1)、乳熟期(R3)和成熟期(R6), 每個處理小區(qū)選取生長一致的3株測量參試玉米品種的葉長與葉寬, 并計算葉面積。葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.75, 未展開葉葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.50。

1.3.2 根系長度、地上部和根系干重

于玉米4展葉期(V4)、6展葉期(V6)、12展葉期(V12)、吐絲期(R1)、乳熟期(R3)和成熟期(R6), 每處理小區(qū)選取代表性的3株, 以植株為中心將長60 cm×寬28 cm×深40 cm的土體挖出, 裝入40目網(wǎng)袋。低壓水沖洗根系, 剔除雜質(zhì), 迅速吸干根系樣品表面水分后, 利用根系掃描分析系統(tǒng)(WinRHIZO)測定根系長度、根系表面積和根系體積。各指標測定完成后將根系放入烘箱80 ℃下烘至恒重, 測定根系干重。

1.3.3 生理指標

拔節(jié)期, 每個處理小區(qū)取代表性3株的第6展葉立即放入液氮, 帶回實驗室測定生理指標。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定按照王愛國等[16]的方法, 過氧化氫酶(CAT)活性測定按照Chance等[17]的方法, 丙二醛(MDA)含量測定參照趙世杰等[18]的方法。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

分小區(qū)實收測產(chǎn), 收取小區(qū)中間3行, 測產(chǎn)面積9 m2, 采用平均穗重法選取20個果穗進行考種, 測定穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 6.5軟件進行數(shù)據(jù)方差分析, 處理平均數(shù)間差異顯著性采用LSD檢驗(<0.05)。用Excel 2007進行數(shù)據(jù)計算和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗后除草劑處理對參試玉米品種生育進程的影響

由表2可知, 噴施除草劑后, 參試玉米品種的生育期呈延長趨勢, 不同處理間差別各異。不同品種間, 2倍濃度2,4-D丁酯處理(T2)‘京農(nóng)科728’生育期延長5 d, ‘京科968’延長4 d, ‘鄭單958’延長7 d, ‘先玉335’延長9 d。2倍濃度煙嘧磺隆處理(T2)后, ‘京科968’和‘京農(nóng)科728’生育期延長2 d, ‘鄭單958’延長4 d, ‘先玉335’延長5 d。不同除草劑和劑量間表現(xiàn)為2,4-D丁酯對參試品種的生育期延長幅度大于煙嘧磺隆。

表2 不同苗后除草劑處理對不同玉米品種生育進程的影響

2.2 苗后除草劑處理對參試玉米品種葉面積的影響

由圖1可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的葉面積呈降低趨勢。不同品種間, ‘京科968’和‘京農(nóng)科728’的降幅小于‘鄭單958’和‘先玉335’; 不同除草劑間, 噴施2,4-D丁酯處理的參試品種葉面積降幅大于煙嘧磺隆。2倍濃度2,4-D丁酯處理條件下, ‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’全生育期的葉面積分別較清水對照處理平均降低了7.8%、10.8%、14.4%和12.9%; 2倍濃度煙嘧磺隆處理條件下, 則分別降低了5.2%、6.8%、8.0%和7.4%。

圖1 不同苗后除草劑處理對不同玉米品種葉面積的影響

2.3 苗后除草劑處理對參試玉米品種根系性狀的影響

2.3.1 除草劑處理對參試玉米品種根系長度的影響

由圖2可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的根系長度呈降低趨勢。不同品種間表現(xiàn)為‘先玉335’和‘鄭單958’降幅大于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 不同除草劑間表現(xiàn)為2,4-D丁酯處理的降幅大于煙嘧磺隆。不同濃度苗后除草劑處理后, ‘先玉335’和‘鄭單958’灌漿中后期根系長度降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。其中, 2倍濃度2,4-D丁酯處理條件下‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’的吐絲期根系長度分別較清水對照處理分別降低6.4%、6.2%、14.1%和19.6%; 2倍濃度煙嘧磺隆處理條件下, 則分別降低3.1%、2.9%、4.1%和4.0%。

圖2 不同苗后除草劑處理不同玉米品種的根系長度

2.3.2 苗后除草劑處理對參試玉米品種根系表面積的影響

由圖3可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的根系表面積呈降低趨勢。不同品種間, 表現(xiàn)為‘先玉335’和‘鄭單958’降幅大于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 不同除草劑間, 表現(xiàn)為2,4-D丁酯處理的降幅大于煙嘧磺隆。不同濃度苗后除草劑處理后, ‘先玉335’和‘鄭單958’灌漿中后期根系表面積的降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。其中, 與清水對照相比, 噴施苗后除草劑后參試玉米品種在乳熟期根系表面積均有所降低, 其中‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’的根系表面積在2倍濃度2,4-D丁酯處理下降幅分別為31.5%、34.8%、45.9%和69.5%; 2倍濃度煙嘧磺隆處理條件下, 則分別降低24.4%、31.8%、34.1%和42.5%。

2.3.3 苗后除草劑處理對參試玉米品種根系體積的影響

由圖4可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的根系體積變化趨勢與根系表面積一致。不同濃度2,4-D丁酯處理后, ‘先玉335’和‘鄭單958’灌漿中后期根系體積的降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。與清水對照相比, 噴施苗后除草劑后參試玉米品種在乳熟期根系體積均有所降低, 其中‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’的根系表面積在2倍濃度2,4-D丁酯處理下降幅分別為15.5%、14.1%、26.7%和26.1%; 2倍濃度煙嘧磺隆處理條件下, 則分別降低10.7%、13.4%、23.1%和24.0%。

2.4 苗后除草劑處理對參試玉米品種葉片保護酶活性和過氧化物產(chǎn)物的影響

由表3可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的葉片SOD活性、CAT活性和MDA含量在品種、除草劑和劑量處理間均存在極顯著差異; 且在3者互作間存在顯著差異。噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的SOD和CAT活性呈降低趨勢, 且隨噴施濃度增加降幅加大。不同品種間, 隨噴施濃度增加, ‘鄭單958’和‘先玉335’的SOD和CAT活性降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 不同除草劑間, 2,4-D丁酯處理的影響程度大于煙嘧磺隆。其中, 2倍濃度煙嘧磺隆處理下‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’的葉片SOD和CAT活性分別較清水對照降低3.1%和18.8%、3.9%和19.6%、4.4%和32.6%、5.5%和29.3%; 2倍濃度2,4-D丁酯處理條件下, 則分別降低4.3%和29.6%、4.9%和33.1%、9.0%和39.7%、7.6%和42.9%。噴施苗后除草劑增加了葉片的MDA含量, 且隨噴施濃度增加呈升高趨勢。不同品種間, 隨除草劑濃度增加, ‘鄭單958’和‘先玉335’的MDA含量增幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 不同除草劑間, 噴施2,4-D丁酯處理的增幅大于煙嘧磺隆。

圖3 不同苗后除草劑處理下不同玉米品種的根系表面積變化

圖4 不同苗后除草劑處理下不同玉米品種的根系體積變化

2.5 苗后除草劑處理對參試玉米品種地上、地下部干物重的影響

由表4可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的地上部干物重和根系干物重在品種、除草劑和劑量處理間存在極顯著差異; 品種、除草劑和劑量的互作效應對參試玉米品種的根系干物重有顯著影響。噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的地上部和地下部干物質(zhì)呈降低趨勢。不同品種間, 隨噴施濃度增加, ‘鄭單958’和‘先玉335’的地上部和根系干物重降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。2倍濃度2,4-D丁酯處理條件下‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’地上部和根系干物重較清水對照分別降低了12.4%和14.0%、19.4%和17.4%、32.2%和40.0%、26.7%和60.4%。2倍濃度煙嘧磺隆處理則分別降低了10.7%和9.1%、16.6%和11.3%、25.6%和13.8%、24.7%和20.4%。2,4-D丁酯對‘先玉335’根系的影響較為突出, 對‘鄭單958’葉片發(fā)育影響較大。

表3 不同苗后除草劑處理下不同玉米品種的葉片保護酶活性和過氧化物產(chǎn)物變化

同列數(shù)字后不同小寫字母表示不同處理間差異達0.05顯著水平。**表示在<0.01水平差異顯著, *表示在<0.05水平差異顯著。Values within a column followed by different letters are significantly different at 0.05 probability level. **: significantly different at< 0.01, *: significantly different at< 0.05.

2.6 苗后除草劑處理對參試玉米品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5可知, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重存在極顯著差異。品種、除草劑和劑量的互作效應對參試玉米品種的產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重均有顯著影響。噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重呈降低趨勢, 且隨噴施濃度增加, 其降幅增大, ‘京科968’和‘京農(nóng)科728’的產(chǎn)量降低幅度小于‘鄭單958’和‘先玉335’。2倍濃度2,4-D丁酯處理后, ‘京科968’、‘京農(nóng)科728’、‘鄭單958’和‘先玉335’的產(chǎn)量較對照分別降低了1 105.5 kg·hm-2、958.5 kg·hm-2、1 606.5 kg·hm-2和1 713.0 kg·hm-2, 降幅分別為8.9%、9.3%、14.0%和16.5%。2倍濃度煙嘧磺隆處理后, 則分別較對照降低了438.0 kg·hm-2、522.0 kg·hm-2、903.0 kg·hm-2和918.0 kg·hm-2, 降幅分別為3.6%、5.0%、7.9%和8.7%。

表4 不同苗后除草劑處理下不同參試玉米品種的干物質(zhì)重變化

同列數(shù)字后不同小寫字母表示不同處理間差異達0.05顯著水平。**表示在<0.01水平差異顯著, *表示在<0.05水平差異顯著, NS表示不顯著。Values within a column followed by different letters are significantly different at 0.05 probability level. **: significantly different at< 0.01; *: significantly different at< 0.05, NS means no significant difference.

3 討論

田間雜草是導致玉米產(chǎn)量降低的主要因素之一, 據(jù)報道我國有1/2的玉米田受不同程度的雜草危害[19]。如今通過化學除草劑來控制雜草成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)不可缺少的一部分。農(nóng)藥作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)資料, 在保證世界作物產(chǎn)量和滿足逐漸增加的人口糧食需求方面發(fā)揮了重要的作用。常用于田間除草的化學試劑主要包括酰胺類、三氮苯類、磺酰脲類、苯氧羧酸類等4類[20]。當前玉米生產(chǎn)中最簡便可行的除草措施為化學除草。其中, 苯氧羧酸類和磺酰脲類化學除草劑以價格低廉、除草效率高、廣譜性好且無殘留等優(yōu)點, 被廣泛應用于麥田、稻田、玉米田等[21]。本試驗選用我國玉米生產(chǎn)主推品種‘鄭單958’、‘先玉335’、‘京科968’和‘京農(nóng)科728’, 研究不同苗后除草劑對玉米的影響。研究結(jié)果表明, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種的生育期均不同程度延長, 以‘鄭單958’和‘先玉335’延遲天數(shù)較多; 不同除草劑對參試玉米品種生育期的影響程度差別較大, 2,4-D丁酯處理后延長天數(shù)較煙嘧磺隆多。這表明不同品種對除草劑的敏感性差異是一種普遍現(xiàn)象, 是作物對不同除草劑耐受性存在差異的結(jié)果[22]。

表5 不同苗后除草劑處理下不同玉米品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化

同列數(shù)字后不同小寫字母表示不同處理間差異達0.05顯著水平。**表示在<0.01水平差異顯著, *表示在<0.05水平差異顯著。Values within a column followed by different letters are significantly different at 0.05 probability level. **: significantly different at< 0.01, *: significantly different at< 0.05.

常規(guī)劑量噴施除草劑對作物來說也是一種脅迫, 而這種脅迫會在控制雜草危害的同時, 導致作物體內(nèi)生理生化過程的復雜變化, 進而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[23]。本研究表明, 噴施2,4-D丁酯和煙嘧磺隆對參試玉米品種的葉面積和根系長度均有一定的抑制作用, 均呈降低趨勢, 且隨噴施濃度增加, 降幅更大; 品種間的反應存在較大差異, 噴施苗后除草劑后‘京科968’和‘京農(nóng)科728’葉面積和根長的降幅小于‘鄭單958’和‘先玉335’; 對不同類型除草劑而言, 2,4-D丁酯對葉面積、根系長度、根系表面積和根系體積的抑制程度大于煙嘧磺隆。施用除草劑會對農(nóng)作物造成一定的逆境脅迫, 農(nóng)作物體內(nèi)抗氧化酶活性的變化是抗性變化的應激反應。前人研究表明, 當除草劑被作物吸收后, 葉片SOD活性上升, 活性氧自由基維持在較低水平, 但隨生育進程推進, 合成SOD能力下降, 當不足以將除草劑藥害產(chǎn)生的超氧陰離子清除時, SOD活性下降, 過氧化物質(zhì)積累增加, 細胞膜系統(tǒng)遭到破壞[24]。本研究表明, 噴施苗后除草劑后, 參試玉米品種葉片SOD和CAT活性呈降低趨勢, 而MDA含量呈升高趨勢; 品種間, 隨除草劑濃度增加, ‘鄭單958’和‘先玉335’的SOD和CAT活性降幅高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’; 對不同類型除草劑而言, 噴施2,4-D丁酯的影響程度大于煙嘧磺隆。低濃度的除草劑脅迫處理對玉米葉片保護酶活性影響程度較小, 但隨濃度增加則對玉米生長起到一定的抑制作用。這說明苗后除草劑濃度超過了玉米應激限度, 導致葉片H2O2的積累, 從而抑制了保護酶活性。這與黨建友等[15]的研究結(jié)果一致。噴施苗后除草劑在有效控制雜草生長的同時, 也會影響作物產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn), 噴施苗后除草劑導致參試玉米品種的穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量降低, 且隨噴施濃度增加降幅加大, 不同品種間則表現(xiàn)為‘鄭單958’和‘先玉335’減產(chǎn)幅度高于‘京科968’和‘京農(nóng)科728’。分析其原因, 主要是苗后除草劑抑制了玉米生長發(fā)育, 表現(xiàn)為生育期延遲、葉面積和根系長度降低, H2O2大量積累, 抑制了保護酶活性, 膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物積累, 在形態(tài)上表現(xiàn)為葉面積降低, 根系長度、表面積和體積減少, 灌漿中后期葉片衰老進程加快, 從而導致產(chǎn)量降低。

4 結(jié)論

2,4-D丁酯和煙嘧磺隆2種苗后除草劑對參試玉米品種的生育期、葉面積、葉片保護酶活性、根系性狀、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素等均存在顯著影響, 且2,4-D丁酯對玉米生長發(fā)育的抑制程度高于煙嘧磺隆。隨噴施濃度增加, 參試品種的生育期延長幅度以及葉面積、保護酶活性、根系性狀、產(chǎn)量相關(guān)性狀等降幅增大。不同品種間表現(xiàn)為‘京科968’和‘京農(nóng)科728’葉面積、保護酶活性、根系性狀、產(chǎn)量相關(guān)性狀等降幅低于‘鄭單958’和‘先玉335’。由此可見, ‘京科968’和‘京農(nóng)科728’對苗后除草劑2,4-D丁酯和煙嘧磺隆的耐受性好于‘鄭單958’和‘先玉335’。

[1] 陳海偉, 張魯華, 陳德富, 等. 除草劑及抗除草劑作物的應用現(xiàn)狀與展望[J]. 生物技術(shù)通報, 2012, (10): 35–40 CHEN H W, ZHANG L H, CHEN D F, et al. Current utilization status and future prospect of herbicide and herbicide-resistant crops[J]. Biotechnology Bulletin, 2012, (10): 35–40

[2] 張國, 逯非, 黃志剛, 等. 我國主糧作物的化學農(nóng)藥用量及其溫室氣體排放估算[J]. 應用生態(tài)學報, 2016, 27(9): 2875–2883 ZHANG G, LU F, HUANG Z G, et al. Estimations of application dosage and greenhouse gas emission of chemical pesticides in staple crops in China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(9): 2875–2883

[3] 趙德友. 乙草胺對玉米藥害的研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學, 2005 ZHAO D Y. The study on phytotoxicity of acetochlor against maize[D]. Beijing: China Agricultural University, 2005

[4] 宋波, 呂香玲, 王健, 等. 玉米種質(zhì)對煙嘧磺隆除草劑的抗性鑒定與評價[J]. 種子, 2016, 35(4): 89–93 SONG B, LYU X L, WANG J, et al. Evaluation and identification of maize germplasms for tolerance to nicosulfuron herbicide[J]. Seed, 2016, 35(4): 89–93

[5] 董曉雯, 王金信, 畢建杰, 等. 不同玉米品種對煙嘧磺隆的敏感性差異[J]. 植物保護學報, 2007, 34(2): 182–186 DONG X W, WANG J X, BI J J, et al. The sensitivity of different maize varieties to the nicosulfuron[J]. Acta Phytophylacica Sinica, 2007, 34(2): 182–186

[6] 葛選良, 錢春榮, 宮秀杰, 等. 玉米對煙嘧磺隆敏感性差異的相關(guān)研究進展[J]. 玉米科學, 2016, 24(2): 103–107 GE X L, QIAN C R, GONG X J, et al. Related research progress in sensitivity differences of maize to nicosulfuron[J]. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(2): 103–107

[7] 車志平, 田月娥, 周驥, 等. 二甲戊靈和2, 4-滴丁酯對5種作物種子萌發(fā)的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學, 2017, 45(2): 31–35 CHE Z P, TIAN Y E, ZHOU J, et al. Effects of pendimethalin and 2, 4-D butylate on seeds germination of five kinds of crops[J]. Guizhou Agricultural Sciences, 2017, 45(2): 31–35

[8] 劉方明, 梁文舉, 聞大中. 耕作方法和除草劑對玉米田雜草群落的影響[J]. 應用生態(tài)學報, 2005, 16(10): 1879–1882 LIU F M, LIANG W J, WEN D Z. Effects of tillage method and herbicide on cornfield weed community[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(10): 1879–1882

[9] 石小堰, 李鳳海. 玉米苗前除草劑種質(zhì)抗性評價及鑒定指標篩選[J]. 玉米科學, 2017, 25(4): 48–54 SHI X Y, LI F H. Herbicide resistant germplasm evaluation of maize seedling stage and screening of herbicide resistance appraisal index[J]. Journal of Maize Sciences, 2017, 25(4): 48–54

[10] 李致聞, 史振聲, 林繼山, 等. 不同抗性基因型玉米對煙嘧磺隆除草劑的反應差異[J]. 玉米科學, 2012, 20(4): 32–36 LI Z W, SHI Z S, LIN J S, et al. Response difference of different resisted-genotypes of maize to nicosulfuron[J]. Journal of Maize Sciences, 2012, 20(4): 32–36

[11] GREEN J M, ULRICH JF. Response of corn (L.) inbred lines and hybrids to sulfonylurea herbicides[J]. Weed Science, 1993, 41(3): 508–516

[12] RALPH P J. Herbicide toxicity ofassessed by chlorophyll afluorescence[J]. Aquatic Botany, 2000, 66(2): 141–152

[13] 石小堰. 玉米自交系抗苗前除草劑種質(zhì)鑒定及抗性生理研究[D]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學, 2017 SHI X Y. Study on the germplasm identification and physiological mechanism of herbicide resistance of maize inbred lines[D]. Shenyang Agricultural Uinversity, 2017

[14] 王敏強, 李遠想. 玉米對磺酰脲類除草劑敏感性及土壤殘留的研究[J]. 玉米科學, 2006, 14(2): 78–80 WANG M Q, LI Y X. The study on sensitivity and remain of sulfonylurea herbicides to maize varieties[J]. Journal of Maize Sciences, 2006, 14(2): 78–80

[15] 黨建友, 裴雪霞, 王姣愛, 等. 除草劑使用時期對小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)及光合特性的調(diào)控效應[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2009, 17(2): 291–296 DANG J Y, PEI X X, WANG J A, et al. Effect of herbicide spray-time on yield, quality and net photosynthesis of wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2009, 17(2): 291–296

[16] 王愛國, 羅廣華. 植物的超氧物自由基與羥胺反應的定量關(guān)系[J]. 植物生理學通訊, 1990, (6): 55–57 WANG A G, LUO G H. Quantitative relation between the reaction of hydroxylamine and superoxide anion radicals in plants[J]. Plant Physiology Communications, 1990, (6): 55–57

[17] CHANCE B, MAEHLY A C. Assay of catalases and peroxidases[J]. Methods in Enzymology, 1955, 2: 764–775

[18] 趙世杰, 劉華山, 董新純. 植物生理學實驗指導[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1998ZHAO S J, LIU H S, DONG X C. Plant Physiology Experiment Instruction[M]. Beijing: China Agriculture Science and Technology Press, 1998

[19] 祁麗婷, 李中青, 李齊霞, 等. 4種除草劑對玉米田雜草防除和玉米生長、產(chǎn)量的影響[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學, 2016, 44(10): 1519–1521 QI L T, LI Z Q, LI Q X, et al. Effect of 4 herbicides on weed control and the growth, yield of maize[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2016, 44(10): 1519–1521

[20] 胡景平, 李敏權(quán), 楊發(fā)榮, 等. 11種除草劑對全膜雙壟溝播玉米田雜草的防治效果[J]. 雜草科學, 2013, 31(3): 26–31 HU J P, LI M Q, YANG F R, et al. Weed control effect of 11 herbicides in the whole film and double furrow sowing corn field[J]. Weed Science, 2013, 31(3): 26–31

[21] 張玉聚, 孫化田, 王春生. 除草劑及其混用與農(nóng)田雜草化學防治[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000: 37–44 ZHANG Y J, SUN H T, WANG C S. Herbicide and Its Mixture with Chemical Control of Field Weeds[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000: 37–44

[22] 李萍, 楊小環(huán), 王宏富, 等. 不同谷子[(L.) Beauv]品種對除草劑的耐藥性[J]. 生態(tài)學報, 2009, 29(2): 860–868 LI P, YANG X H, WANG H F, et al. The tolerance of different millet [(L.) Beauv] cultivars to herbicides[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(2): 860–868

[23] 黃頂成, 尤民生, 侯有明, 等. 化學除草劑對農(nóng)田生物群落的影響[J]. 生態(tài)學報, 2005, 25(6): 1451–1458 HUANG D C, YOU M S, HOU Y M, et al. Effects of chemical herbicides on bio-communities in agroecosystems[J]. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(6): 1451–1458

[24] 張定一, 楊武德, 黨建友, 等. 除草劑對強筋小麥產(chǎn)量及生理特性的影響[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2007, 13(3): 294–300 ZHANG D Y, YANG W D, DANG J Y, et al. Effects of herbicides on grain yield and physiological characteristics of strong gluten wheat[J]. Chinese Journal of Application and Environmental Biology, 2007, 13(3): 294–300

Effects of herbicides on growth, development and yield of different maize varieties*

XU Tianjun?, LYU Tianfang?, ZHAO Jiuran**, WANG Ronghuan**, CHEN Chuanyong, LIU Yue’e, LIU Xiuzhi, XING Jinfeng, WANG Yuandong, LIU Chunge

(Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097, China)

Chemical weed control is convenient for crop field management, but the damage has become increasingly pronounced, especially for herbicides. Field experiments were conducted to study the effects of herbicides on growth process, morphological characteristics, protective enzymes activities and yield traits of different maize varieties in this study. Four widely cultivated maize varieties in the region (‘Zhengdan958’, ‘Xianyu335’, ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’) and two herbicides (2,4-D butyl ester and nicosulfuron) were used in the experiment. No herbicide (manual weeding) was set as CK treatment, the recommended application concentration (optimum concentration) of herbicides was set as T1 treatment and two-times optimum concentration was set as T2 treatment. The herbicides were applied at V4 stage of maize. The results showed that after herbicide application, the growth period of maize varieties prolonged and those of ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’ were longer than those of ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’. The growth period of tested maize varieties after applying 2,4-D butyl ester was longer than that after applying nicosulfuron. After spraying herbicides, leaf area, root length, root surface area and root volume of the tested maize varieties decreased, while the extent of reduction increased with increasing herbicide concentration. Leaf area, root length, root surface area and root volume of ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’ were lower than those of ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’. After spraying herbicides, SOD activity, CAT activity and MDA content were significantly different among the tested maize varieties, herbicide type and herbicide dose. SOD and CAT activities of the tested maize varieties decreased, while MDA content increased. With increasing concentration of sprayed herbicides, the effect on protective enzymes activities increased. The decrease in SOD and CAT activities of ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’ was higher than those of ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’. Also with increasing concentration, the effect of 2,4-D butyl ester treatment was higher than that of nicosulfuron. Application of herbicides after seedling resulted in a significant reduction in grain number per ear, 100-grain weight and yield. With increasing herbicide concentration, yield reduction intensified for ‘Jingke968’, ‘Jingnongke728’, ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’, decreased respectively by 8.9%, 9.3%, 14.0% and 16.5% after using 2 times concentration of 2,4-D butyl ester. However, it decreased by 3.6%, 5.0%, 7.9% and 8.7% after using two times concentration of nicosulfuron, respectively. The reductions in yields of ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’ were higher than of ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’. Thus the application of two herbicides after seedling had significant effects on growth period, leaf area, leaf protection enzyme activity, root characteristics, yield and yield composition of maize varieties. The inhibition effect of 2,4-D butyl on growth and development of maize was higher than that of nicosulfuron. The extent of reduction in leaf area, protective enzyme activity, root traits and yield of the tested varieties increased with increasing application concentration. The reasons for this trend were as follows: the application of herbicides controlled weeds, but also resulted in the accumulation of peroxidation products, destruction of membrane systems, decrease in leaf area, root length, surface area and volume, and acceleration of leaf senescence in the middle and late grain-filling periods of maize. Herbicide tolerance of ‘Jingke968’ and ‘Jingnongke728’ were better than that of ‘Zhengdan958’ and ‘Xianyu335’.

Herbicide; Maize variety; Growth and development; Root; Antioxidant enzyme; Grain yield

ZHAO Jiuran, E-mail: maizezhao@126.com; WANG Ronghuan, E-mail: ronghuanwang@126.com

Jan. 9, 2018;

May 5, 2018

S365

A

1671-3990(2018)08-1159-11

10.13930/j.cnki.cjea.180033

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300106)、北京市農(nóng)林科學院青年科研基金(QNJJ201728)、北京市農(nóng)林科學院院級科技創(chuàng)新團隊建設項目(JNKYT201603)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金(CARS-02-11)資助

趙久然, 主要從事玉米育種與栽培研究, E-mail: maizezhao@126.com; 王榮煥, 主要從事玉米栽培生理研究, E-mail: ronghuanwang@126.com

?同等貢獻者: 徐田軍, 主要從事玉米栽培研究, E-mail: xtjxtjbb@163.com; 呂天放, 主要從事玉米栽培研究, E-mail: 314565358@qq.com

2018-01-09

2018-05-05

* This study was supported by the National Key Research and Developing Program of China (2016YFD0300106), the Youth Research Fund of Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences (QNJJ201728), the Innovative Team Construction Project of Beijing Academy of Agriculture and Forestry Science (JNKYT201603) and the Special Fund for the Industrial System Construction of Modern Agriculture of China (CARS-02-11).

?Equal contributors

徐田軍, 呂天放, 趙久然, 王榮煥, 陳傳永, 劉月娥, 劉秀芝, 邢錦豐, 王元東, 劉春閣. 除草劑對不同玉米品種生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2018, 26(8): 1159-1169

XU T J, LYU T F, ZHAO J R, WANG R H, CHEN C Y, LIU Y E, LIU X Z, XING J F, WANG Y D, LIU C G. Effects of herbicides on growth, development and yield of different maize varieties[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(8): 1159-1169