楊國(guó)斌,陳才志,溫欣宇,陳 暉,甘 霆,楊福孫

(海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院,?？?570228)

除草劑草甘膦和草銨膦具有廣譜、高效的優(yōu)點(diǎn),防除雜草效果較好,在全球范圍被廣泛使用[1-3]。草甘膦為廣譜內(nèi)吸性傳導(dǎo)型滅生性除草劑,能抑制植物體內(nèi)的5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸(EPSP)合成酶的形成,主要通過(guò)植物表皮組織吸收并進(jìn)入植物木質(zhì)部或韌皮部,抑制植物生長(zhǎng)[4-5]。草銨膦為廣譜觸殺型滅生性除草劑,能夠抑制谷氨酰胺合成酶(GS)的形成,引起植物體內(nèi)氮代謝紊亂,導(dǎo)致銨過(guò)量積累,葉綠體解體,抑制光合作用,最終抑制植物生長(zhǎng)[6]。研究發(fā)現(xiàn),草甘膦可以通過(guò)根部吸收并轉(zhuǎn)移至葉片進(jìn)而影響茶樹生長(zhǎng)[7]。草甘膦處理會(huì)降低毛桃幼苗根尖細(xì)胞分裂指數(shù),提高根尖細(xì)胞電解質(zhì)滲透率,總體降低葉片凈光合速率[8]。草甘膦會(huì)使毛桃幼苗側(cè)根及須根數(shù)量減少,從而抑制毛桃根系發(fā)育[9];草甘膦也會(huì)顯著降低向日葵根和莖的干質(zhì)量[10]。此外,使用除草劑往往會(huì)造成藥物漂移,影響非目標(biāo)作物[11]。除草劑噴施后可被植物根部吸收并在植物體內(nèi)傳播,導(dǎo)致植株生長(zhǎng)受到抑制,被處理的組織明顯變黃,最終導(dǎo)致植株死亡[12]。草銨膦能抑制谷氨酰胺合成酶活力,阻斷谷氨酸與氨合成谷氨酰胺的生化反應(yīng),導(dǎo)致植物死亡[13]。草銨膦也可被植物莖葉吸收,并遷移到植物根部[14]。草銨膦處理能抑制油菜根尖分生區(qū)細(xì)胞的有絲分裂[15],并能造成細(xì)胞膜損傷和嚴(yán)重壞死[16]。草銨膦主要通過(guò)外質(zhì)體或木質(zhì)部系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)[17],導(dǎo)致植物葉片萎黃或壞死[18];同時(shí),草銨膦也會(huì)抑制棉花根系生長(zhǎng),最終導(dǎo)致植株死亡[19]。

檳榔ArecacatechuL.是棕櫚科多年生常綠喬木,為中國(guó)“四大南藥”之首,具有重要的食用價(jià)值和藥用價(jià)值,是海南省第二大熱帶經(jīng)濟(jì)作物[20-21]。檳榔根系為須根系,主根不明顯,多數(shù)為不定根,不定根上又分化出許多分支根,構(gòu)成龐大的根系[22]。檳榔根系淺,易受除草劑毒性影響;幼齡檳榔園植株矮,除草劑噴施易漂移到葉面上;檳榔成齡后,基部產(chǎn)生氣生根,除草劑噴施易漂移到氣生根上。檳榔根系尤其氣生根能否吸收除草劑?吸收多少會(huì)影響檳榔生長(zhǎng)發(fā)育?一直是學(xué)者及種植戶關(guān)注的問(wèn)題。海南省屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候,水熱同期,有利于雜草繁殖[23]。海南省雨季正是檳榔葉片生長(zhǎng)及發(fā)根旺盛期,尤其是氣生根。為防除檳榔園雜草,種植戶頻繁使用除草劑草甘膦及草銨膦,使用面積占檳榔園面積的90%以上,極大地危害檳榔生長(zhǎng)。因此,我們以草甘膦及草銨膦為處理藥劑,研究其對(duì)幼齡檳榔與成齡檳榔根系發(fā)育的影響,為檳榔栽培管理提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料和處理

幼齡期檳榔,盆栽“熱研1號(hào)”,選擇3葉1心無(wú)病蟲害健康植株,試驗(yàn)地在海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)基地,北緯20°3′43.01″,東經(jīng)110°19′45.53″。

成齡期檳榔,“熱研1號(hào)”11～14年生掛果盛期植株,試驗(yàn)地在海南省定安縣南麗湖檳榔園基地,北緯19°32′41.67″,東經(jīng)110°26′22.99″。

除草劑,草甘膦,草甘膦異丙胺鹽含量41%,草甘膦含量30%,山東運(yùn)盛生物科技有限公司產(chǎn);草銨膦,精草銨膦含量10%,精草銨膦銨鹽有效含量11%,四川龍?zhí)镓S生化有限公司生產(chǎn)。施藥器械為3WBD-20型背負(fù)式電動(dòng)噴霧器。

幼齡期盆栽檳榔試驗(yàn):2017年,挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的檳榔幼苗定植于種植盆中,盆外徑36 cm,內(nèi)徑30 cm,高25 cm,每盆裝混合土11 kg,常規(guī)管理;設(shè)置盆栽幼苗人工拔除雜草、不施除草劑不處理雜草(對(duì)照)、噴施0.006 mol/L草甘膦250 mL/株、0.006 mol/L草銨膦100 mL/株等4個(gè)處理,試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,每重復(fù)7株,共84株;施藥當(dāng)天早上天氣晴朗,微風(fēng)。

成齡期檳榔試驗(yàn):2022年,設(shè)置對(duì)植株樹盤根系周圍地面噴施清水(對(duì)照)、0.016 mol/L草甘膦、0.013 mol/L草銨膦3個(gè)處理,用量均90 L/667 m2,完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,每重復(fù)7株,共63株。另外設(shè)置噴施0.032、0.048、0.064 mol/L草甘膦,0.002、0.004、0.013 mol/L草銨膦,噴施清水(對(duì)照)處理,用量均90 L/667 m2,完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次。

1.2 測(cè)定方法

根系形態(tài)指標(biāo)測(cè)定:采用EPSON SCAN(型號(hào)EU-88)根系掃描儀掃描檳榔幼苗根系后,采用WinRHIZO Pro 2008分析根系照片,獲得根系構(gòu)型參數(shù),包括白根、黃根、黑根數(shù)量,表面積、體積和長(zhǎng)度等,每15 d掃描根系測(cè)定1次;每次將植株地下部分根系清洗干凈,擦干水分用電子天平測(cè)量鮮質(zhì)量;再取幼苗根系105 ℃殺青后70 ℃烘干,稱量根系干質(zhì)量。

根系活力采用氯化三苯基四氮唑法(TTC法)測(cè)定[24],統(tǒng)計(jì)氣生根死亡數(shù)。

氣生根農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法:按照“植物源性食品中草銨膦殘留量的測(cè)定 液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法”(GB 23200.108—2018)進(jìn)行樣品處理。稱取試樣10 g(精確至0.01g),補(bǔ)水2 g,加入甲醇10 mL,渦旋震蕩提取2 min后3 800 r/min離心5 min,取上清液1 mL,用5 mg多壁碳鈉米管渦旋凈化,1 000 r/min離心3 min,上清液過(guò)直徑0.22 μm有機(jī)濾膜;取該上清液0.5 mL,加入50.0 g/L硼酸納緩沖液(pH值9)0.5 mL混勻,加入衍生試劑(氯甲酸-9-芴基甲酯)0.5 mL,渦旋1 min,40 ℃水浴衍生1 h,1 000 r/min離心1 min,過(guò)直徑0.22 μm有機(jī)濾膜后上機(jī)檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)曲線、質(zhì)控樣品按以上方法同時(shí)進(jìn)行衍生化。

氣生根的組織結(jié)構(gòu)觀察:采用石蠟切片番紅固綠染色法,步驟為石蠟切片脫蠟與水化,番紅染色,脫色,固綠染色,透明封片,顯微鏡鏡檢,圖像采集分析。

根系分類方法:依據(jù)根系顏色將根分為白根、黃根、黑根3個(gè)類型。白根,為嫩根,乳白色,質(zhì)地較軟,根尖部位,活性強(qiáng);黃根,黃色根系,質(zhì)地較硬,活性一般;黑根,為老根,灰色泛黑,空癟,活性低(見圖1)。

圖1 幼齡期檳榔根系

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel office、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,經(jīng)Dancun’s方差分析差異顯著水平,用Graphpad Pism 9.5 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)幼齡期檳榔根系鮮質(zhì)量的影響

從圖2可以看出,處理后60、75 d,草銨膦處理的根系鮮質(zhì)量下降,與人工除草處理相比差異顯著。處理后15 d,草甘膦、草銨膦處理的白根鮮質(zhì)量上升,草銨膦100 mL/株處理的白根鮮質(zhì)量與人工除草、對(duì)照(不除草)差異顯著;處理后60、75 d,草甘膦、草銨膦處理的白根鮮質(zhì)量降低,草銨膦處理的白根鮮質(zhì)量與人工除草處理差異顯著。人工除草的黃根鮮質(zhì)量比其他處理均較大,處理后不同時(shí)間各處理之間無(wú)顯著性差異。處理后90 d,草甘膦、草銨膦處理的黑根鮮質(zhì)量上升,與人工除草、對(duì)照(不除草)處理差異顯著。

注:采用鄧肯氏方差分析,不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),圖2至圖9同。

2.2 對(duì)幼齡期檳榔根系干物質(zhì)的影響

從圖3可以看出,處理后75 d,草銨膦處理的根系干質(zhì)量最低,與人工除草處理差異顯著。處理后15 d,草甘膦、草銨膦處理的白根干質(zhì)量上升,與人工除草、對(duì)照(不除草)差異顯著;而處理后60、75 d,草銨膦處理的白根干質(zhì)量下降,與人工除草差異顯著。人工除草的黃根干質(zhì)量比其他處理均較大,各處理之間無(wú)顯著性差異。處理后30 d,草甘膦處理的黑根干質(zhì)量上升,與人工除草處理差異顯著;處理后90 d,草甘膦處理的黑根干質(zhì)量上升,且與人工除草、對(duì)照(不除草)處理差異顯著。

圖3 不同除草劑等處理對(duì)幼齡期檳榔根系干質(zhì)量的影響

2.3 對(duì)幼齡期檳榔黑根質(zhì)量占比的影響

從圖4可以看出,處理后30 d,草甘膦處理的黑根鮮質(zhì)量占根系鮮質(zhì)量的比例上升,與人工除草處理差異顯著;處理后75 d,草銨膦處理的黑根鮮質(zhì)量占比上升,與人工除草處理差異顯著;處理后90 d,草銨膦處理的黑根鮮質(zhì)量占比下降,與人工除草處理差異顯著。處理后30 d,0.006 mol/L草甘膦250 mL/株處理的黑根干質(zhì)量占總根的百分比上升,與人工除草處理差異達(dá)顯著;處理后75 d,0.006 mol/L草銨膦100 mL/株處理的黑根干質(zhì)量占總根的百分比上升,與人工除草處理差異顯著;處理后90 d,0.006 mol/L草銨膦100 mL/株處理的黑根干質(zhì)量占總根的百分比下降,與人工除草處理差異達(dá)顯著。

圖4 不同除草劑等處理對(duì)幼齡期檳榔黑根質(zhì)量占根系質(zhì)量比例的影響

2.4 對(duì)幼齡期檳榔不同等級(jí)根系分布的影響

從表1可以看出,處理后0～90 d,各處理幼齡期檳榔不同直徑根系參數(shù)占總根的百分比,均以直徑0～1.5 mm為主,數(shù)量占比88%以上,表面積占比63%以上。對(duì)照(不除草)相比人工除草,直徑0～1.5 mm的根系表面積、數(shù)量、根長(zhǎng)、體積占比均減少。相比人工除草,草甘膦、草銨膦處理的直徑0～1.5 mm根系表面積、根長(zhǎng)、體積占比均增加;草甘膦處理的直徑0～1.5 mm根系數(shù)量占比下降,草銨膦處理的數(shù)量占比上升。

表1 不同除草劑等處理對(duì)幼齡期檳榔不同直徑根系參數(shù)占比的影響

2.5 對(duì)幼齡期檳榔根系活力的影響

從圖5可以看出,處理后45 d,對(duì)照(不除草)、草甘膦和草銨膦處理的根系活力下降,與人工除草相比差異顯著,且草甘膦處理的根系活力達(dá)到最低;處理后60 d,人工除草和對(duì)照(不除草)處理的根系活力上升,草甘膦和草銨膦處理的根系活力仍較低,前兩者與后兩者差異顯著;處理后75 d,人工除草和對(duì)照(不除草)處理的根系活力下降,草銨膦處理的根系活力達(dá)到最低,兩個(gè)藥劑處理與人工除草、對(duì)照(不除草)差異顯著;處理后90 d,4個(gè)處理的根系活力均上升,兩個(gè)藥劑處理的根系活力與人工除草,對(duì)照(不除草)仍存在顯著性差異。

圖5 不同除草劑等處理對(duì)幼齡期檳榔根系活力的影響

2.6 對(duì)成齡期檳榔氣生根農(nóng)藥殘留的影響

從圖6可以看出,處理后4 h,與對(duì)照(清水)處理相比,0.048、0.064 mol/L草甘膦處理的氣生根農(nóng)殘量增多且差異顯著;處理后4 d,不同濃度草甘膦處理的氣生根農(nóng)殘量下降,0.064 mol/L草甘膦處理的農(nóng)殘量與對(duì)照(清水)差異顯著。

圖6 不同濃度草甘膦和草銨膦分別處理對(duì)成齡期檳榔氣生根農(nóng)藥殘留量的影響

處理后4 h,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根農(nóng)殘量增多,與0.002 mol/L草銨膦處理、對(duì)照(清水)差異顯著;處理后4 d,不同濃度草銨膦處理的氣生根農(nóng)藥殘留均降低,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根農(nóng)殘量雖減少,與對(duì)照(清水)仍存在顯著性差異。

2.7 對(duì)成齡期檳榔氣生根解剖結(jié)構(gòu)的影響

從圖7可以看出,與0.016 mol/L草甘膦、對(duì)照(清水)處理相比,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根橫切片中,表皮被番紅染成紅色,皮層隨著維管束增加而增加,表皮組織厚度增加,形成木栓化,維管形成層表現(xiàn)較旺盛,加快木質(zhì)部及韌皮部組織的分化,新根的內(nèi)皮層不明顯,排列稀疏,同時(shí)根的表皮細(xì)胞大量死亡,導(dǎo)致脫落。與0.016 mol/L草甘膦處理、對(duì)照(清水)相比,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根縱切片中,在根冠部位,薄壁細(xì)胞數(shù)量減少,根冠薄壁細(xì)胞里的淀粉體下降,影響檳榔氣生根伸長(zhǎng)及向地性。

注:Ep為表皮,Co為皮層薄壁組織,En為內(nèi)皮層,Me為后生木質(zhì)部,Pr為原生木質(zhì)部,Ph為韌皮部,Qc為不活動(dòng)中心,Rc為根冠。

2.8 對(duì)成齡期檳榔根系活力的影響

從圖8可以看出,處理后7 d,0.016 mol/L草甘膦、0.013 mol/L草銨膦處理的根系活力下降,與對(duì)照(清水)差異顯著;處理后14 d,0.013 mol/L草銨膦處理的根系活力繼續(xù)下降,而0.016 mol/L草甘膦處理的根系活力上升,且與對(duì)照(清水)差異顯著;處理后21、28 d,0.016 mol/L草甘膦、0.013 mol/L草銨膦處理的根系活力均上升,0.013 mol/L草銨膦處理與0.016 mol/L草甘膦處理、對(duì)照(清水)差異顯著。0.016 mol/L草甘膦處理的根系活力在處理后7 d降至最低;而0.013 mol/L草銨膦處理的根系活力在處理后14 d降至最低,之后又逐漸上升。

圖8 草甘膦和草銨膦分別處理對(duì)成齡期檳榔氣生根根系活力和死亡數(shù)的影響

2.9 對(duì)成齡期檳榔氣生根死亡數(shù)的影響

從圖8可以看出,處理后7 d,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根死亡數(shù)增加,與0.016 mol/L草甘膦處理差異達(dá)顯著;處理后14 d,0.016 mol/L草甘膦處理的氣生根死亡數(shù)達(dá)最大,與其他兩個(gè)處理差異顯著;處理后28 d,0.013 mol/L草銨膦處理的氣生根死亡數(shù)上升至最大,與對(duì)照(清水)差異顯著。

3 討論與結(jié)論

根系是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ),也是植物營(yíng)養(yǎng)吸收的主要器官。除草劑防除雜草的同時(shí)也會(huì)給非靶標(biāo)作物造成傷害,抑制植物根系生長(zhǎng)發(fā)育,進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)[25]。大量研究表明,除草劑濃度超過(guò)植物的耐受范圍會(huì)導(dǎo)致葉片變黃,根部干鮮質(zhì)量下降,且除草劑濃度越高抑制越明顯[26]。本試驗(yàn)中,噴施除草劑對(duì)幼齡期檳榔的根系干鮮質(zhì)量、白根數(shù)量和表面積等生長(zhǎng)指標(biāo)都有一定的抑制作用。馮淇[27]研究指出,噴施除草劑對(duì)崧藍(lán)幼苗根長(zhǎng)和根系干鮮質(zhì)量等生長(zhǎng)指標(biāo)具有一定程度的抑制作用,且隨著除草劑處理濃度增加則抑制越明顯。李志華等[28]研究表明,噴施不同濃度除草劑對(duì)高粱芽苗的根長(zhǎng)及根系干質(zhì)量具有抑制作用。馮艷[29]研究表明,噴施除草劑對(duì)棉花根系生長(zhǎng)有顯著的抑制,且隨著除草劑處理濃度的增加,抑制越明顯。周晶等[30]研究也表明,噴施除草劑對(duì)水稻直播秧苗的白根數(shù)具有抑制作用。這些研究結(jié)果表明,噴施除草劑能夠抑制植物根系生長(zhǎng),與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

根系活力是衡量植物根系功能的主要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)中,噴施草甘膦和草銨膦會(huì)使檳榔根系活力降低,抑制檳榔根系生長(zhǎng)。張小龍等[31]研究表明,除草劑脅迫降低苧麻根系活力,且除草劑濃度越高抑制越明顯。王學(xué)貴等[32]研究表明,施用草甘膦及百草枯除草劑降低了三葉草的根系活力,抑制根系生長(zhǎng),起到防除雜草的作用。本試驗(yàn)中,草甘膦、草銨膦導(dǎo)致檳榔氣生根農(nóng)藥殘留,抑制氣生根的伸長(zhǎng)及增粗,進(jìn)而導(dǎo)致氣生根死亡。王麗麗[33]研究表明,噴施除草劑會(huì)增加藥用植物根系的農(nóng)藥殘留量。張永志[34]研究也表明,施用除草劑會(huì)造成茶樹體內(nèi)農(nóng)藥殘留。這些研究結(jié)果表明,施用除草劑能夠造成植株體農(nóng)藥殘留,破壞植株內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),使植株根系活力下降,導(dǎo)致氣生根死亡數(shù)上升,進(jìn)而影響植株生長(zhǎng)。隨著除草劑濃度增加,供試檳榔氣生根農(nóng)藥殘留量升高,破壞了氣生根組織結(jié)構(gòu),使表皮組織變硬,內(nèi)皮層排列稀疏,抑制氣生根伸長(zhǎng)與增粗;同時(shí)增加氣生根死亡數(shù)量,進(jìn)而影響根系生長(zhǎng)。

本研究中,幼齡期檳榔根系以直徑0～1.5 mm根系為主,數(shù)量占總根的88%以上,表面積占總根的63%以上。噴施草甘膦和草銨膦顯著降低檳榔幼苗根系鮮干質(zhì)量、白色吸收根比例、吸收根活力。對(duì)于成齡期檳榔氣生根,噴施草甘膦和草銨膦均引起氣生根藥劑殘留,且農(nóng)殘量隨施用濃度增加而增加。噴施草甘膦和草銨膦阻礙了成齡期檳榔氣生根發(fā)育,草甘膦處理后14 d氣生根死亡數(shù)達(dá)到最高,草銨膦處理后28 d達(dá)到最高。草銨膦損害了氣生根組織結(jié)構(gòu),使新根內(nèi)皮層排列稀疏,表皮組織厚度增加,木栓化程度加深,導(dǎo)致根表皮細(xì)胞大量死亡,抑制了氣生根伸長(zhǎng)與增粗。研究結(jié)果表明,草甘膦和草銨膦導(dǎo)致檳榔根系木栓化,加速根系死亡,從而抑制其根系生長(zhǎng)與發(fā)育,檳榔生產(chǎn)中應(yīng)慎用這兩種除草劑。