2018, Vol. 20
对-羟苯基丙酮酸双氧化酶 (HPPD, EC1.13、11.27) 是在植物体合成质体醌和生育酚过程中的一种关键酶。若该酶被抑制，可导致质体醌和生育酚的正常合成途径被阻断，进而造成类胡萝卜素的生物合成减少、光合作用链电子传递受阻，以及质体的光氧化等，最终导致植物中叶绿素分子被破坏，促使叶片出现白化症状，甚至死亡[1]。由于HPPD抑制剂类除草剂既可在芽前使用也可在芽后使用，并具有高效、低毒、不易产生抗性、环境相容性好以及使用安全等特点[2]，故自20世纪90年代以来，该类除草剂已成为农药化学研究领域的热点，目前已开发的此类除草剂品种主要有硝磺草酮 (mesotrione)、双环磺草酮 (benzobicyclon)、异鰁唑草酮 (isoxaflutole) 和苄草唑 (pyrazoxyfen) 等[3]。
双环磺草酮 (benzobicyclon) 是由日本史迪士生物科学株式会社研发的双环辛烷类除草剂，化学名称为3-(2-氯-4-甲基磺酰基苯甲酰基)-2-苯硫基双环[3, 2, 1]辛-2-烯-4-酮[4]。该药剂用于水稻田苗前及苗后早期茎叶处理防除一年生和多年生杂草。Young[5]报道了双环磺草酮在美国中南部水稻田中的应用情况；截至目前，中国仅见25%双环磺草酮悬浮剂对水稻田部分杂草田间药效的报道[6]，有关其对多种常见杂草的杀草谱、除草活性及对不同水稻品种的安全性方面均未见报道。为了明确双环磺草酮在水稻田的应用技术，笔者采用温室盆栽法研究了其杀草谱、除草活性以及对不同水稻品种的安全性。
1 材料与方法 1.1 供试材料 1.1.1 供试药剂98%双环磺草酮 (benzobicyclon) 原药和97%硝磺草酮 (mesotrione) 原药。
1.1.2 供试杂草杂草均采自安徽凤阳周边地区。
秋熟杂草：牛筋草Eleusine indica、雨久花Monochoria korsakowii、空心莲子草Alternanthera philoxeroides、田皂角Aeschynomene indica、地锦Parthenocissus tricuspidata、异型莎草Cyperus difformis、稗草Echinochloa crusgalli、青葙Celosia argentea、千金子Euphorbia lathyris、鳢肠Eclipta prostrata、鸭跖草Commelina communis。
夏熟杂草：铁苋菜Acalypha australis、野老鹳草Geranium carolinianum、荠菜Capsella bursa-pastoris、日本看麦娘Alopecurus japonicus、小巢菜Vicia hirsuta、阿拉伯婆婆纳Veronica persica、风花菜Rorippa globosa。
将采集的杂草种子，放于室温为25 ℃左右的条件下自然风干后装入纸袋，室温保存待用。
1.1.3 供试水稻品种皖垦糯1号 (粳稻)、皖稻68(粳稻)、绿旱粳1号 (粳稻)、Y两优1号 (籼稻)、隆两优华占 (籼稻)、皖稻119(籼稻)、C两优608(籼稻) 和徽两优882(籼稻)，由安徽科技学院农学院提供。
1.1.4 主要仪器HCL-2000行走式喷雾塔，昆山恒创力科技有限公司；GXZ智能型光照培养箱，宁波江南仪器厂；FA1004型万分之一电子天平，上海精密科学仪器有限公司。
1.2 试验方法 1.2.1 药剂配制准确称取适量药剂，用少量丙酮溶解，配制成高浓度母液，使用时再用质量分数为0.1%的吐温-80水溶液稀释成所需浓度药液，以不含药剂的0.1%吐温-80水溶液为空白对照。
1.2.2 试材培养在生化培养箱中放入大小均匀一致的水稻或杂草种子，低温浸泡催芽至露白。供试土壤为砂壤土，pH值为7.0，有机质质量分数为1.7%，经风干过筛后备用。用塑料钵 (直径10 cm，高10 cm，底部打孔) 装满风干细土，采用盆钵底部渗灌方式加水，使土壤渗透吸水至充分饱和。待水稻或杂草种子露白时均匀播种于塑料钵内，每钵播种20粒种子，根据种子大小覆上0.2~1.0 cm细土，置于温室内培养，温室日平均温度为25~32 ℃，相对湿度为60%~80%，光照约12 h；播种夏熟杂草种子的盆钵置于光照培养箱内培养，光照培养箱内昼/夜温度分别为25 ℃/15 ℃，相对湿度75%，12 h黑暗/12 h光照，光照度为6 000 lx[7]。隔天补充水分，以保持土壤湿润。待杂草或水稻出苗整齐时进行定苗，每盆留取长势一致的10株，在禾本科杂草及水稻长至2~3叶期或阔叶杂草长至3片真叶时进行药剂喷雾处理。
1.2.3 双环磺草酮杀草谱试验参照 《农药室内生物测定试验准则 除草剂 第4部分: 活性测定试验茎叶喷雾法: NY/T 1155.4—2006》 [8]进行。施药剂量设为有效成分180和360 g/hm2，采用HCL-2000行走式喷雾塔喷雾，喷雾压力为275 kPa，喷液量为450 L/hm2，喷头与营养钵之间的距离为50 cm。喷施药剂后，定期观察植株的生长情况，第21天时称量并记录植株地上部分鲜重，按 (1) 式计算鲜重抑制率。
| $\begin{aligned}{\text{鲜重抑制率}}/ {\text{%}}= \frac {\text{对照杂草鲜重} - \text{处理杂草鲜重}} { \text{对照杂草鲜重} } \times {\rm{100}}\end{aligned}$ | (1) |
杂草对双环磺草酮的敏感性按鲜重抑制率大小分为极敏感 (++++，>90%)、敏感 (+ + +，80%~90%)、中度敏感 (+ +，60%~79%)、一般耐药 (+，30%~59%) 和耐药 (－，<30%) 5个等级[7]。
1.2.4 双环磺草酮对主要秋熟杂草的生物活性双环磺草酮对稗草、牛筋草、雨久花、千金子、田皂角、异型莎草的生物活性测定施药剂量设为有效成分0、45、90、180、360和720 g/hm2，对照药剂硝磺草酮生物活性测定施药剂量设为有效成分0、50、100、150、200和400 g/hm2。于茎叶喷雾处理后21 d称量杂草植株地上部分鲜重，每处理4次重复，施药方法同1.2.3节。采用DPS软件统计分析双环磺草酮抑制杂草地上部分50%鲜重的剂量 (GR50) 和90%鲜重的剂量 (GR90)。以除草剂剂量对数值 (x) 为横坐标，鲜重抑制率几率值 (y) 为纵坐标，建立回归方程。
1.2.5 双环磺草酮对水稻的安全性测定参照《农药室内生物测定试验准则 除草剂 第8部分: 作物的安全性试验茎叶喷雾法: NY/T 1155.8—2007》 [9]进行。水稻品种为皖垦糯1号、皖稻68、绿旱粳1号、Y两优1号、隆两优华占、皖稻119、C两优608和徽两优882，在水稻长至2~3叶期时进行茎叶喷雾处理，施药方法同1.2.3节。双环磺草酮施药剂量设为有效成分360和720 g/hm2。在施药后21 d测量水稻株高和称量地上部分鲜重，每处理4次重复，计算株高和鲜重抑制率。
依据安全性测定结果，选取隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68和绿旱粳1号4个品种，双环磺草酮施药剂量设为有效成分0、45、90、180、360和720 g/hm2，对照药剂硝磺草酮剂量设为有效成分0、50、100、150、200和400 g/hm2，茎叶喷雾处理，方法同上。药剂剂量对数值与鲜重抑制率的几率值用DPS软件进行回归分析，计算出相关系数和抑制水稻地上部分10%鲜重的药剂剂量 (GR10) 和抑制水稻地上部分50%鲜重的药剂剂量 (GR50)，根据统计分析所得GR10和对稗草、雨久花、异型莎草地上部分鲜重的GR90值，计算双环磺草酮在水稻和稗草、雨久花、异型莎草之间的选择性指数。
| $\begin{aligned}{\text{株高抑制率}}/ {\text{%}}= \frac {\text{对照杂草株高} - \text{处理杂草株高}} { \text{对照杂草株高} } \times {\rm{100}}\end{aligned}$ | (2) |
| ${\text{选择性指数} }=\frac {{\text{抑制水稻生长}\,{10}}{\text{%}}\,\text{的剂量} ({\rm G}{{\rm R}_{10}})} {{\text{抑制杂草生长}\,{90}}{\text{%}}\,\text{的剂量}({\rm G}{{\rm R}_{90}})}$ | (3) |
茎叶喷雾处理21 d后发现，双环磺草酮对多种禾本科、莎草科和阔叶类秋熟杂草具有较好的防除效果 (表1)。其中，秋熟杂草在有效成分360 g/hm2剂量处理下，双环磺草酮对稗草、雨久花和异型莎草有极高的防除效果，其地上部分鲜重抑制率均超过90%，对千金子和青葙的地上部分鲜重抑制率为80%~90%，对牛筋草、鸭跖草、鳢肠、田皂角的地上部分鲜重抑制率为60%~79%，对空心莲子草和地锦的防除效果较差，其地上部分鲜重抑制率均小于30%。
双环磺草酮对夏熟杂草地上部分鲜重有一定的抑制作用。其中，在施药剂量为有效成分360 g/hm2时，对荠菜的抑制率为80%~90%，防治效果较好，对小巢菜的抑制率为60%~79%，对铁苋菜的抑制率为30%~59%，但对野老鹳草、日本看麦娘、风花菜和阿拉伯婆婆纳的防除效果均低于30%，防除效果较差 (表1)。
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表 1 双环磺草酮对杂草的防治效果 Table 1 Control effect of benzobicyclon against weeds |
2.2 双环磺草酮对主要秋熟杂草的除草活性
茎叶喷雾处理21 d后发现，双环磺草酮对水稻田的多种杂草有较高的除草活性，其中对异型莎草、稗草和雨久花的活性最高，GR50值分别为有效成分48、56和63 g/hm2; 其次是对千金子，GR50值为76 g/hm2；对牛筋草和田皂角的除草活性较低，GR50值分别为144和196 g/hm2。而对照药剂硝磺草酮对稗草、牛筋草的除草活性明显低于双环磺草酮 (表2)。
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表 2 双环磺草酮和硝磺草酮对稻田主要杂草的生物活性 Table 2 Biological activities of benzobicyclon and mesotrione to main weeds in rice field |
2.3 双环磺草酮对水稻的安全性
结果表明：茎叶喷雾处理21 d后，在有效成分720 g/hm2剂量处理下，双环磺草酮对隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68和绿旱粳1号4个水稻品种株高和鲜重的抑制率较低，株高抑制率在3.98%~8.36%之间，鲜重抑制率介于4.59%~4.96%之间；而徽两优882、C两优608、皖稻119和Y两优1号存在明显的植株矮化及叶片白化的药害症状，株高抑制率在28.53%~62.76%之间，鲜重抑制率介于29.95%~58.89%之间 (表3)。
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表 3 不同施药剂量处理21 d双环磺草酮对水稻株高和鲜重的抑制效果 Table 3 The inhibitory effect of benzobicyclon on the plant height and fresh weight of rice 21 d after treatment |
由表4、表5可知：双环磺草酮对隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68和绿旱粳1号的GR10值分别为有效成分1 205、1 479、1 105和1 084 g/hm2，均明显大于硝磺草酮对该4个水稻品种的GR10值，双环磺草酮对隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68、绿旱粳1号4种水稻与异型莎草、稗草、雨久花3种杂草之间的选择性指数分别为3.66~4.37、4.50~5.37、3.36~4.01、3.29~3.93，明显高于对照药剂硝磺草酮。
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表 4 不同水稻品种对双环磺草酮与硝磺草酮的耐药性测定 Table 4 Tolerance of different rice varieties to benzobicyclon and mesotrione |
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表 5 环磺草酮和硝磺草酮在4个水稻品种和不同杂草间的选择性指数 Table 5 The selectivity index of benzobicyclon and mesotrione between 4 rice varieties and different weeds |
3 小结与讨论
HPPD是继乙酰乳酸合成酶 (acetolactate synthetase, ALS) 和乙酰辅酶A羧化酶 (acetyl-CoA carboxylase, ACCase) 后又一重要的除草剂作用靶标[2]。双环磺草酮作为HPPD抑制剂类除草剂，与目前水稻田广泛应用的ALS抑制剂类除草剂五氟磺草胺、吡嘧磺隆、苄嘧磺隆、双草醚，ACCase抑制剂类除草剂鰁唑酰草胺、氰氟草酯和合成激素类除草剂二氯喹啉酸等作用机制不同[10-14]，因此，该药剂可以应用于水稻田作为防除因长期单一使用某类除草剂而导致的抗ALS、ACCase、合成激素类抑制剂杂草的轮换药剂。
长久以来，人们常采用改变种植方式、加强田间管理及使用除草剂等措施来控制杂草的危害。然而，随着这些措施产生的选择压和生态环境的变化，杂草群落也不断演变，致使水稻田间生物链发生了改变，进一步加大了稻田杂草的防治难度[15]。因此，新型除草剂的研发及商品化变得十分重要[16-18]。本研究发现，双环磺草酮对主要秋熟杂草如稗草、异型莎草、雨久花等水稻田禾本科、阔叶类和莎草科杂草具有较高的生物活性，杀草谱较广，这使得其在稻田推广使用具有较好的前景。
对水稻的安全性测定结果表明，双环磺草酮在720 g/hm2剂量下进行茎叶喷雾处理21 d后，徽两优882、C两优608、皖稻119和Y两优1号4个品种存在明显的植株矮化及叶片白化等药害症状，而隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68和绿旱粳1号4个品种的耐药性则较强。其中，双环磺草酮在4个水稻品种——隆两优华占、皖垦糯1号、皖稻68和绿旱粳1号与3种杂草——异型莎草、稗草和雨久花之间的选择性指数均高于对照药剂硝磺草酮。试验结果表明，双环磺草酮对供试的3个粳稻品种安全，在供试的5个籼稻品种中，仅对隆两优华占安全，其安全性优于硝磺草酮。因为中国水稻品种繁多，而本研究仅探索了8个水稻品种对双环磺草酮的耐药性差异，所以针对不同的水稻品种，仍需在进行广泛安全性试验基础上才能得以应用，并确定最佳适宜的施药时间和剂量。
综上所述，双环磺草酮具有杀草谱宽、持效期长、作用机制新颖等特点，本研究通过温室盆栽法测定了双环磺草酮的杀草谱、除草活性及对不同水稻品种的安全性，还需进一步通过田间试验测定和评价双环磺草酮在水稻田的应用技术。
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