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安全剂cyprosulfam对烟嘧磺隆的解毒作用

烟嘧磺隆(nicosulfuron),中文名称为2一(4,6一二甲氧基嘧啶一2一基氨基甲酰氨基磺酰)N,N一甲基烟酰胺,是日本石原产业株式会社开发的玉米田磺酰脲类除草剂。烟嘧磺隆杀草谱广,具有较好的茎叶处理活性,除草效果突出,尤其对玉米田恶性禾本科杂草有较好的防除效果,因而在生产上被大面积推广应用。随着烟嘧磺隆使用面积的大幅度上升,其药害问题也日益突出,近年来不断有关于烟嘧磺隆对玉米造成药害的报道。陶波等研究表明:玉米不同类型品种间对烟嘧磺隆耐性差异明显,其中爆裂型玉米对烟嘧磺隆最为敏感。董晓雯等二研究表明:32种供试玉米品种中的7个品种对烟嘧磺隆较敏感,60 g a.i./hm 处理下,施药13 d后对敏感型玉米品种的鲜重抑制率高达65.59%。烟嘧磺隆对玉米产生药害的症状主要表现为:玉米叶片出现不规则褪绿斑,严重时叶片卷缩成筒状,叶缘皱缩,心叶呈牛尾状,不能正常抽出,植株矮化,有时会产生丛生、次生茎。

安全剂又称解毒剂或保护剂,可以在不影响除草剂对靶标杂草活性的前提下有选择地保护作物免受除草剂的药害,提高对作物的安全性,在化学除草应用中日益发挥重要作用。rosulfamide(CSA),即N一{4—[(环丙基氨基)羰基]苯基}磺酰基一2一甲氧基苯甲酰胺(图1),是拜耳作物科学公司开发的新型除草剂安全剂,可以减轻噻酮磺隆(thiencar—bazone—methy1)和异噁唑草酮(isoxaflutole)苗后茎叶处理对玉米的伤害。为了了解cyprosulfamide能否同样减轻烟嘧磺隆苗后茎叶处理对玉米的伤害,本试验利用温室盆栽法进行了cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用研究,并通过对玉米幼苗中谷胱甘肽转移酶含量的测定,初步探讨了cyprosulfamide保护玉米免受烟嘧磺隆药害的作用机理。

 

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试药剂:95.5%烟嘧磺隆原药(沧州科润化工有限公司);cyprosulfamide(Sigma公司);1一氯一2,4一二硝基苯(CDNB)、聚乙烯聚吡咯皖酮(PVPP)及还原型谷胱甘肽(GSH)、牛血清白蛋白(BSA),均购自上海生工生物工程有限公司。

供试玉米12HB02由河北省农林科学院粮油作物研究所玉米研究中心提供,试验土壤取自河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站1~15cm无污染的耕层土壤,过筛、自然风干后使用。土壤pH值为7.10,有机质含量为2.07%。

1.2 cyprosufamide对烟嘧磺隆的解毒效果试验

将精选的玉米种子均匀播种于装有营养土的盆钵中(高10 cm、直径11 cm),采用底部渗灌方式,使盆钵中的土壤完全湿润,然后覆土1.0 cm后置于温室苗床上。待玉米培养至3叶1心期,每盆定苗至3株。烟嘧磺隆处理浓度分别为30、60、90 g a.i./hm ,cyprosulfamide添加比例分别为1:0.2、1:1、1:5。喷药器械为ASS一1型农药喷洒系统,XR8003扇形喷头,喷雾压力为0.3 MPa,喷药量为400 L/hm 。施药14 d后测量各处理玉米株高及地上部分鲜重。每个处理设3次重复,数据采用DPS7.0软件进行处理和方差分析。

1.3 谷胱甘肽转移酶(GST)酶液制备及活性测定

施药3 d后,取玉米叶片1.0 g,液氮速冻后,研磨成粉末,然后向其中加入3 mL GST酶提取液(含1 mmol/L EDTA、14 mmoL/L巯基乙醇、75 聚乙烯吡咯烷酮的0.1 mol/L pH值7.5 Tris—HCI缓冲液)。4℃下15 000 g离心20 min,所得上清液即为待测酶液。参照Habig等试验方法 J,稍做修改,向含有30 ILL 100 mmol/L CDNB、30 L 100 mmoL/L GSH的0.1 mol/L pH值6.5的PBS溶液900 IxL中加入100 IxL酶液,共计1 mL体系,对照加入100 L PBS溶液,25 cI=水浴中保温10 min后,置于比色皿中,记录340 nm处吸光度在5 min内的变化,每隔1min读数1次。GSTs活力单位(p,mol/min)=(AD,加 ·v)/( ·L)式中:AD,柏 为每1 min 340 nm处吸光度的变化值, 为酶促反应体积(3 mL), 为产物的消光系数[0.009 6 L/(p.mol·cm)], 为比色杯光程(1 cm)。GST比活力[txmol/(min·mg)]=酶活力单位/测定所用酶蛋白量。蛋白定量测定参照Bradford的考马斯亮蓝G一250法 。

2 结果与分析

2.1 cyprosulfamide减轻烟嘧磺隆对玉米生长影响的作用

由表1可以看出,随着烟嘧磺隆处理浓度的增大,对玉米株高及鲜重的抑制率逐渐增大。烟嘧磺隆30、60、90 g a.i./hm 处理下,对玉米株高的抑制率分别为18.10%、21.28% 、37.75% ,对玉米鲜重的抑制率分别为34.97%、42.97%、62.73%。添加不同比例cyprosulfamide之后,减轻了烟嘧磺隆对玉米株高、鲜重的抑制。烟嘧磺隆处理浓度相同,添加不同比例cyprosu~amide各处理之间对烟嘧磺隆的解毒效果存在差异。当烟嘧磺隆处理浓度为30 g a.i./hm 时,cyprosulfamide添加比例为1:0.2对其解毒效果最好,对玉米株高、鲜重的抑制率分别为13.68% 、23.92% ,分别比30 g a.i./hm 烟嘧磺隆处理降低4.42、11.05百分点。当烟嘧磺隆处理浓度为60 g a.i./hm 时,cyprosulfamide添加比例为1:1对其解毒效果最好,对玉米株高、鲜重的抑制率分别为17.44%、31.65% ,分别比60 g a.i./hm 烟嘧磺隆处理降低3.84、l1.32百分点。当烟嘧磺隆处理浓度为90 g a.i./hm 时,cyprosulfamide添加比例为1:5对其解毒效果最好,对玉米株高及鲜重的抑制率分别为18.43%、33.55% ,分别比90 g a.i./hn12烟嘧磺隆处理降低19.32、29.18百分点。

2.2 cyprosulfamide对玉米体内GST活性的影响

图2为烟嘧磺隆添加不同比例安全剂cyprosulfamide对玉米体内谷胱甘肽转移酶活性的影响。结果表明,烟嘧磺隆不同处理诱导玉米体内GST活性的增加。当烟嘧磺隆的处理浓度为30、60、90 g a.i./hm。时,玉米体内GST比活力活性分别为0.911、1.220、0.969 μmol/(min-mg),分别比对照的0.827 μmol/(min·mg)增加10.3%、47.8%、17.3%。添加不同比例cyprosuamide后,玉米体内GST比活力均有所增加。烟嘧磺隆处理浓度为30 g a.i./hm 时,cyprosulfamide添加比例为1:0.2、1:1、1:5,玉米体内GST比活力分别为1.224、1.131、1.102μmoL/(min·mg),分别比烟嘧磺隆单独使用增加34.4%、24.2% 、21.0% 。烟嘧磺隆处理浓度为60 g a.i./hm 时,不同比例cyprosulfamide处理玉米体内GST比活力分别为1.547、1.582、1.388μmol/(min·mg),分别增加了26.8% 、29.7%、13.7%。烟嘧磺隆处理浓度为90 g a.i./hm。时,不同比例cyprosulfamide处理玉米体内GST 比活力分别为1.142、1.3131.277μmol/(min·mg),分别增加了17.9%、35.6%、31.8%。GST比活力的增加,进一步催化谷胱甘肽烟嘧磺隆发生轭合,从而减轻了烟嘧磺隆对玉米生长的影响。

 

3 结论与讨论

安全剂的作用机制在过去几十年来一直受到人们的广泛关注,但明确的作用机制仍未阐明。相似结构活性理论(QSAR)、谷胱甘肽轭合论以及细胞色素P450单氧化酶催化的羟基化理论是最为普遍的机制解释。其中谷胱甘肽轭合论指出安全剂主要通过增进还原型谷胱甘肽含量及提高谷胱甘肽转移酶的活性来轭合除草剂的有毒代谢物,从而减轻或消除其毒害。Tan等研究了MG一191对玉米内乙草胺代谢的影响,发现玉米经安全剂MG一191处理后体内的GSH含量提高了30% ,GST酶的活性提高了34%。叶非等研究证实安全剂AD一27能够提高单嘧磺隆处理后的高粱幼苗中的GSH含量,促进单嘧磺隆与GSH的轭合作用,从而缓解单嘧磺隆对高粱产生的药害。本研究结果表明,添加不同比例安全剂cyprosulfamide后,玉米体内GST比活力均有所增加。当烟嘧磺隆处理浓度不同时,要减轻烟嘧磺隆对玉米生长的影响,所需要添加的安全剂cyprosulfamide比例不同。低浓度的烟嘧磺隆处理需要添加cyprosulfamide的比例较小,而当烟嘧磺隆浓度增大后,需要添加安全剂的比例也需要相应增大。叶非等研究指出,只有当安全剂AD一67与单嘧磺隆浓度为一定配比时,才能较好地起到保护作物免受除草剂药害的作用,与本研究结果类似。

安全剂是除草剂研究的一个分支,具有广阔的发展前景及开发应用市场。由于安全剂的作用机理还不十分清楚,因此今后需要利用生物化学、植物生理学及分子生物学等知识进一步从分子水平上研究安全剂的作用机理,并对除草剂、安全剂、作物三者之间的相互作用机制进行研究。

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