除草剂对黄芩叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响

张红刚，郭平毅，原向阳，张瑾华，2

（1.山西农业大学 农学院作物化学调控与化学除草实验室，山西 太谷 030801;2.晋中学院 生物科学与技术学院，山西 榆次 030600)

除草剂对黄芩叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响

张红刚1，郭平毅1，原向阳1，张瑾华1，2

（1.山西农业大学 农学院作物化学调控与化学除草实验室，山西 太谷 030801;2.晋中学院 生物科学与技术学院，山西 榆次 030600)

试验采用随机区组设计，在黄芩幼苗期喷施骠马、精喹禾灵、收乐通、烟嘧磺隆和世玛等除草剂。研究了5种除草剂对黄芩幼苗光合作用相关的叶绿素、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度以及荧光参数的影响。结果表明：按5种除草剂的推荐浓度处理后，叶绿素含量与CK相比分别下降了12.29%、14.29%、5.44%、27%、40.53%;净光合速率分别下降了11.68%、17.32%、16.5%、40.1%、52.5%;而荧光参数则表现出喷施骠马、精喹禾灵、收乐通后各项指标下降或升高的幅度小于喷施烟嘧磺隆、世玛各项指标的变化。除草剂对黄芩叶的光合和叶绿素荧光特性的影响表现出明显的剂量效应，即除草剂剂量越大，对黄芩叶片光合和叶绿素荧光特性的影响就越明显。由此得出结论：骠马、精喹禾灵、收乐通推荐剂量0.75kg·hm－2、0.6kg·hm－2、0.6kg·hm－2是比较安全的，而烟嘧磺隆、世玛推荐剂量1.52kg·hm－2、0.35kg·hm－2已对黄芩产生药害。

黄芩;光合特性;荧光参数;除草剂;安全性

黄芩（RadixScutellariae)别名山茶根、土金茶根，以根入药，是唇形科多年生草本植物，是我国常用大宗中药材之一。黄芩具有清热燥湿、止血安胎、抗菌、抗病毒、美白、防晒等作用，最近研究还发现黄芩具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、抗癌、调节免疫力和抑制艾滋病毒的作用［1］。随着黄芩用量加大，野生资源锐减，致使栽培黄芩已成为我国黄芩药源的主要来源［2］。黄芩在山西省各地区均有种植，面积约5333至6667hm2，年产量达600万kg左右。

黄芩田间常见的杂草有马齿苋、荠菜、卷茎蓼、看麦娘、田旋花、藜、菟丝子、稗草等禾本科杂草和阔叶杂草。这些杂草不仅与黄芩争夺土壤中的营养与水分，而且还恶化环境，传播疾病虫害，严重影响黄芩的产量与质量。由于缺乏除草剂在黄芩上生长安全性的理论指导，黄芩田间的杂草防除仍以人工除草为主，既费工又费力，增加了种植成本。

光合作用是植物生产最基本的生理过程之一，植物产量的提高都是通过各种农事活动直接或间接地改善植物的光合生理性能来实现的［3］。化学除草是最方便快捷的除草方式，但除草剂的喷施有可能影响到黄芩的光合特性，而有关除草剂对黄芩光合特性及荧光参数的研究，国内外鲜有报道。因此，研究除草剂对黄芩光合生理生化特性的影响可为安全使用除草剂提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

1.1.1 试验材料

黄芩品种为甘肃黄芩（Scutellariarehderiana Diels)，由河北省安国市中药材研究中心提供;

除草剂品种：骠马（精噁唑禾草灵，6.9%水乳剂，安万特作物科学公司);精喹禾灵（10.8%乳油，淄博新农基农药化工有限公司);收乐通 （烯草酮，24%乳油，河北省衡水北方农药化工有限公司);烟嘧磺隆（40g·L－1可分散油悬浮剂，山东先达化工有限公司)。

施药器械：3WSS0.8型手持压缩喷雾器，台州市路桥承玻奇花塑料厂生产。

1.1.2 试验地概况

盆栽试验于2010年在山西农业大学农作站试验田进行，盆栽所用基质的沙土比约为1∶2，盆栽所用土壤有机质含量为16.33g·kg－1，全氮0.92 mg·kg－1，速效磷 14.54mg·kg－1，速 效 钾128.7mg·kg－1，种苗培育期间水分供给一致，进行生长期的常规栽培管理。

1.2 试验设计

采取完全随机区组设计，各除草剂分别设5个浓度梯度（S1、S2、S3、S4、S5)，所设浓度参见表1，喷液量为500mL·6.67m－2。对照（CK)喷施等量清水。每个处理重复3次，共90盆。喷施时将3个重复的盆随机摆在6.67m2的限定小区内，均匀喷施。于黄芩苗期（株高5～7cm)喷施各除草剂，在处理后第3天9∶00～10∶30进行各指标的测定。

表1 试验所用除草剂各浓度设计Table 1 Herbicides each concentration design

1.3 测定项目及方法

1.3.1 喷施除草剂后，黄芩农艺性状观察记录

在喷施除草剂3d后，对田间黄芩叶片生长状况进行观察、记录。

1.3.2 叶片SPDA值的测定

用SPAD-502叶绿素计（日本美能达公司)测定。各处理选取长势相近的三株倒三叶进行挂牌标记，测得叶片SPDA值，每个处理3次重复。

1.3.3 光合参数的测定

采用CI-340手持式光合仪（美国CID公司)测黄芩叶片净光合速率（Pn，μmol CO2·m－2·s－1)、气孔导度（Gs，mmolH2O·m－2·s－1)、胞间 CO2浓度（Ci，μmol·mol－1)、气孔限制值（Ls＝1-Ci／Ca，Ca为测定时设定的CO2浓度)［4］。各处理测3片倒三叶，结果取平均值。由于黄芩叶片较小无法充满光合作用系统的叶室，测定前选择生长部位相同、大小一致、完全展开的倒三叶进行挂牌标记。用AM300叶面积仪预先测定拟放入叶室部分的黄芩叶面积并输入光合系统中，系统根据叶面积大小自动计算出所测叶片净光合速率等数据。

1.3.4 叶绿素荧光动力学参数的测定

采用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪（德国WALZ公司)，将挂牌的叶片暗适30min，在Fv／Fm模式下测定初始荧光（F0)、最大荧光（Fm)，并计算 PSII最大光化学效率（Fv／Fm)、PSII潜在光化学效率（Fv／F0)，表观光合电子传递速率（ETR)、实际光化学量子产量（ΦPSⅡ)。光化学淬灭系数qP＝（Fm＇－F＇)／（Fm＇－F0＇)、非光化学淬灭qN＝1－（Fm＇－F0＇)／（Fm－F0)＝1－Fv＇／Fv＝（Fv－Fv＇)／Fv］［5］。每个处理测定3个不同植株的倒三叶，重复3次，取平均值进行分析。

1.4 数据分析方法

所有数据采用Excel 2003软件处理，统计分析采用 SAS（StatisticalAnalysisSystem)8.0进行方差分析比较。

2 结果与分析

2.1 除草剂对黄芩叶片农艺性状的影响

骠马、收乐通5个浓度处理后对黄芩叶片农艺性状与对照差异不明显;精喹禾灵则从S3处理开始，新生叶略发黄，但与对照差异不明显;烟嘧磺隆和世玛处理后，黄芩叶片出现了较明显的发黄或萎蔫，且随着浓度增大，症状加重（见表2)。

表2 除草剂对黄芩叶片农艺性状的影响Table 2 The blade herbicide to radix scutellariae growth situation influence

2.2 除草剂对黄芩叶SPAD值的影响

叶绿素是捕获光能，进行光能转换的基本色素，叶绿素的含量多少与植物捕获光能的能力有正相关，可以反映作物光合能力的大小及同化产物积累的多少［6］。图1可以看出，黄芩叶片叶绿素含量随着除草剂浓度的增大而减少。其中收乐通、精喹禾灵、骠马处理后叶绿素含量随着除草剂浓度的变化趋势相似，即CK同S1、S2、S3差异不显著，与S4、S5差异达到显著水平，S2处理（推荐浓度)与CK相比分别下降12.29%、14.29%、5.44%;烟嘧磺隆和世玛各处理与对照差异均达显著水平，其S4处理（推荐浓度)与CK相比分别下降了27%、40.53%。

2.3 除草剂对黄芩光合特性的影响

2.3.1 不同除草剂对黄芩净光合速率（Pn)的影响

光合作用是植物最基本的生理过程，各种自然因子，如干旱、淹水、低温、盐害等都会直接或间接地影响光合作用［7］。由图2可知，各除草剂处理后，黄芩叶片净光合速率随除草剂浓度的增加而减小，且均与CK差异达显著水平，呈现出明显的剂量效应，收乐通、精喹禾灵和骠马的S2处理与CK相比Pn分别下降11.68%、17.32%、16.5%;而世玛与烟嘧磺隆处理后Pn下降趋势一致，其S4处理（推荐浓度)与CK相比Pn分别下降了40.1%、52.5%，差异达到了极显著水平。

图1 不同除草剂处理后黄芩叶片SPAD的变化Fig.1 Different herbicides processing radix scutellariae blade after SPAD change

图2 不同除草剂处理后黄芩叶片Pn值的变化Fig.2 Different herbicides processing radix scutellariae blade after Pn value change

2.3.2 不同除草剂对黄芩气孔导度（Gs)、胞间CO2浓度（Ci)、气孔限制值（Ls)的影响

由图3分析可知，5种除草剂处理后Gs变化趋势与Pn变化趋势一致，均下降，各浓度除草剂处理后Gs下降程度均与CK差异显著，且世玛与烟嘧磺隆推荐浓度S4与CK差异达极显著水平。而Ci表现为收乐通、精喹禾灵、骠马推荐浓度与CK相比差异不显著，只有骠马的S4和S5浓度与CK差异达极显著水平，而世玛、烟嘧磺隆的推荐浓度S2即与CK差异达极显著。Ls表现为收乐通、精喹禾灵、骠马呈上升趋势，而世玛与烟嘧磺隆呈明显的梯度下降。

2.4 除草剂对黄芩叶片叶绿素荧光参数的影响

由图4可以看出，随着收乐通、精喹禾灵、骠马浓度增加，黄芩叶片的Fv／Fm、Fv／Fo、qP和 ΦPSⅡ降低，qN升高，F0均先降低后升高。

在施药后3d，随着浓度的升高，收乐通、精喹禾灵、骠马推荐剂量S2下，F0均呈降低趋势，且与CK差异达显著水平;Fv／Fm、Fv／F0、qP和 ΦPSⅡ值与CK差异未达显著水平;qN则与CK差异显著。烟嘧磺隆、世玛推荐剂量S4处理后，F0均呈降低趋势且与CK差异显著;Fv／Fm、Fv／F0、qP和ΦPSⅡ值与CK差异显著，均呈下降趋势;qN则与其相反，呈现出升高趋势，且与CK差异显著。整体上，5种除草剂处理后，加倍剂量的除草剂处理对黄芩叶片叶绿素荧光参数的影响比较大。烟嘧磺隆、世玛各处理与对照相比差异均达显著或极显著水平，其中对qP和ΦPSⅡ的影响更大。5种供试除草剂处理后，推荐浓度下，烟嘧磺隆和世玛使黄芩叶片的叶绿素荧光参数改变幅度最大，另外3种除草剂则影响较小。

图3 不同除草剂处理后黄芩叶片Gs、Ci、Ls值的变化Fig.3 Different herbicides processing radix scutellariae blade after Gs、Ci、Ls value change

图4 不同除草剂处理后黄芩叶片叶绿素荧光参数的变化Fig.4 Different herbicides processing of chlorophyll fluorescence after radix scutellariae variation of parameters

3 讨论

3.1 光合指标

环境条件的变化可明显地改变植物叶片的光合作用、营养物质的吸收及其在植物体内的重新分配等一系列生理过程。植物叶片的净光合速率Pn的大小是衡量植物光合作用能力强弱的重要指标，它的变化直接反应出光合作用的程度以及光合作用的变化情况。叶绿素是光合作用中能量转化的物质基础［8，9］，植物通过蒸腾作用运输矿物质、调节叶面温度、供应光合作用所需要的水分等，与植物净光合速率关系密切［10］，而气孔限制值（Ls)反映植物叶片对大气CO2相对利用效率的大小［4］。

影响Pn大小的因素主要有Ci（胞间CO2浓度)、Gs（气孔导度)和Ls（气孔限制值)。它们在植物光合作用进行时，协同发挥作用，使得光合作用顺利进行。Farquhar等［12］认为，影响Pn下降有气孔限制和非气孔限制两方面因素，气孔限制是Gs的下降，阻止了CO2的供应;非气孔限制是叶肉细胞光合能力的下降，使叶肉细胞利用CO2的能力降低，从而使胞间CO2含量增加。一般用气孔限制值（Ls)和Ci变化方向作为判别依据和标准，其中Ci是关键指标，当Pn和Gs下降时，若Ls增大和Ci降低，则为气孔限制，若Ls减小和Ci增大或不变，则为非气孔限制［11］。本研究表明，5种除草剂处理后黄芩叶片叶绿素、Pn和Gs均下降，且趋势一致，烟嘧磺隆、世玛处理后Ls减小和Ci增大，骠马、精喹禾灵、收乐通处理后Ls增大和Ci降低，由此说明收乐通、精喹禾灵、骠马这3种除草剂导致黄芩Pn下降的主要因素为气孔限制，而烟嘧磺隆、世玛处理后为非气孔限制导致Pn降低，可能与后两种除草剂对黄芩的光合系统造成伤害，致使黄芩不能正常进行光合作用和呼吸作用，气孔调节系统受损有关。

3.2 荧光

一般认为，当叶绿素含量下降，以及存在天线热耗散时，F0降低;而PSII反应中心失活或损伤时，F0升高［13］，F0变化的方向取决于这些因素中起主要作用的因素［14］。本研究中，5种除草剂处理后均呈现先降低后升高的现象，说明随着除草剂浓度增大，影响F0变化的主要因素先是叶绿素含量的降低，后是由于除草剂浓度增大而引起的PSII反应中心失活或损伤。

可变荧光和最大荧光之比（Fv／Fm)被称为PSII的光化学效率，在非逆境条件下，多种植物的这一效率值在0.85左右，但在逆境条件下，这一效率值明显降低［15］。本研究中，在除草剂处理后黄芩叶片的Fv／Fm呈下降的趋势，说明除草剂胁迫对黄芩的光能转化效率的能力下降，而后两种除草剂的下降趋势更明显，表明除草剂胁迫使PSII受到损伤，降低了光反应能力，其伤害部位可能位于PSII氧化传递链或PSII反应中心或PSII原初电子受体。

在充分暗适应条件下，正常植株的PSII反应中心全部开放，Fv／Fm值最大;光照条件下，PSII反应中心部分关闭，Fv／Fm反映了PSII的实际光化学效率和反应中心的开放程度。较高的Fv／Fm有利于提高作物的光能转化效率，为暗反应的碳同化积累更多的能量［16］。qP和qN反映PSII的光化学效率，较高的qP反映PSII中开放的反应中心比例和参与CO2固定的电子较多，而qN反映的是天线色素吸收的光能不能用于电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分，而热耗散是植物保护PSII的重要机制。这些叶绿素荧光参数综合起来可以很好地反映逆境对植物光合作用影响的部分机理［17］。本研究表明除草剂胁迫下，黄芩叶片的F0值在S1、S2处理下与CK相比较有下降趋势，且达显著水平，而S3～S5又呈升高趋势，Fm、Fv／Fm、ΦPSII、qP均小于无除草剂处理的对照，而qN却相反。并且可以看出，后两种除草剂下降或上升的趋势均比前三种除草剂要大，说明后两种除草剂胁迫下，PSII反应中心的结构产生变化，开放程度降低，参与CO2固定的电子较少，光化学效率较低。从而反映出5种除草剂中，前三种推荐浓度对黄芩是安全的，而后两种除草剂推荐剂量即对黄芩产生了药害，且有明显的剂量效应。

4 结论

综上所述，施用除草剂对黄芩叶片的光合和叶绿素荧光特性的影响表现出明显的剂量效应，除草剂剂量越大，对黄芩叶片光合和叶绿素荧光特性的影响就越大。在这5种除草剂中，骠马、精喹禾灵和收乐通推荐浓度分别为0.75kg·hm－2、0.6 kg·hm－2和0.6kg·hm－2对黄芩比较安全;而烟嘧磺隆、世玛推荐浓度 1.52kg·hm－2、0.35 kg·hm－2已对黄芩产生了药害。但是喷施除草剂后，随着黄芩的生长这种伤害能不能恢复，尚待进一步研究。

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Effect of Herbicides on the Photosynthetic Properties and Chlorophyll Florescence Parameters ofScutellariaBaicalensisGeorgi

ZHANG Hong－gang1，GUO Ping－yi1，YUAN Xiang－yang1，ZHANG Jin-hua1，2
（1.LaboratoryofCropChemicalRegulationandChemicalWeedControl，CollegeofAgriculture，ShanxiAgriculturalUniversity，TaiguShanxi030801，China;2.BioengineeringInstituteofJinzhongUniversity，YuciJinzhong030600，China)

The experiment was designed in random block，and spraying herbicides included fenoxaprop－p-ethyl，quizalofop－p-ethyl，clethodim，nicosulfuron，and mesosulfuron at seedling period ofScutellariabaicalensisGeorgi.It was researched about the influence on the radix seedling photosynthesis related chlorophyll，net photosynthetic rate，stomatal conductance，the intercellular CO2concentration and fluorescence and chlorophyll fluorescence characteristic parameters，which were related with photosynthesis ofScutellariabaicalensisGeorgi seedlings by the five herbicides.The results showed that after the recommended concentration treatments of the five herbicides，chlorophyll contents decreased 12.29%，14.29%，5.44%，27%and 40.53%compared to CK;net photosynthetic rate reduced 11.68%，17.32%，16.5%，40.1%and 52.5%;But for the fluorescence and chlorophyll fluorescence characteristic parameters，the change rates of the first three herbicides were smaller than that of the last two.The influence on photosynthetic index of chlorophyll fluorescence parameters ofScutellariabaicalensisGeorgi leaves displayed remarkable dose-response，which meant more dosages more influence.It concluded that the recommended dosages of fenoxaprop－p-ethyl，quizalofop－pethyl，clethodim were 0.75kg·hm－2，0.6kg／hm，0.6kg·hm－2，respectively，which were safe，but the recommended dosages of 1.52kg·hm－2，0.35kg·hm－2for nicosulfuron and mesosulfuron respectively caused drug misadventures toScutellariabaicalensisGeorgi.

ScutellariaBaicalensisGeorgi;Photosynthetic properties;Chlorophyll florescence parameters;Herbicide;Safety

Q945.11

A

1671-8151（2011)06-0522-07

2010-10-18

2010-10-29

张红刚（1985-)，男（汉)，山西曲沃人，硕士，主要从事作物化学调控与化学除草方面的研究。

郭平毅，教授，博士，博士生导师。Tel：0354- 6286938;E-mail：pyguo126＠126.com。

山西省科技攻关项目（20100321103);山西省重点留学项目（201004)

（编辑：武英耀)