宋雪 ，王辉，伍洲洲，昝欣，胡长云，昝启杰 *

1. 深圳大学生命与海洋科学学院，广东 深圳 518060；2. 深圳中绿环境集团有限公司，广东 深圳 518060；3. 深圳小洲生态环境有限公司，广东 深圳 518101

薇甘菊（Mikania micrantha）是菊科（Asteraceae）假泽兰属（Mikania）多年生草质藤本，原产于热带美洲，是对自然生态系统造成严重破坏和对经济造成重大损失的最有害100种外来入侵物种之一（张国云，2013）。近年来，薇甘菊已在香港、广东、福建、广西、云南等地区迅速蔓延（李鸣光等，2012）。在冬季薇甘菊叶片和茎中花青素的积累提高了其对低温环境的适应性（Zhang et al.，2019）。薇甘菊通过在夜间吸收CO2来实现更高的光合作用能力，以补充白天碳的固定，并增强茎的光合作用效率，利于其更广泛的分布和危害。另外，它的代谢物通过富集参与氮循环途径的微生物来增加氮的利用率。而且分析薇甘菊染色体的规模参考基因组，发现其全基因组和部分片段重复（Liu et al.，2020）。因此，寻找防除效果好且成本低廉的薇甘菊防治方法，已是迫在眉睫。

氨氯吡啶酸属于吡啶类除草剂，具有高效、低毒、选择性强，内吸传导性强，对非靶标植物安全等特点，对阔叶类杂草有优良防除效果，目前在林业以及草原等非农田地区广泛应用（于红妍等，2017）。此类除草剂属内吸性除草剂，施药后被植物的叶片或根部迅速吸收，然后在植物体内进行传导，造成细胞分裂的失控和无序生长，最后导致维管束被破坏，也能够抑制细胞的分裂和生长（于红妍等，2017）。2, 4-滴属于苯氧羧酸类除草剂，单独使用较高浓度的2, 4-滴不能彻底杀灭薇甘菊，但该药剂对禾本科植物安全（赵丹阳等，2012；黄茂俊等，2013）。吡啶类除草剂对阔叶杂草效果显著，苯氧羧酸类除草剂对禾本科植物较为安全，目前尚未有氨氯吡啶酸和 2, 4-滴复配除草剂防治薇甘菊的报道。

本文以 25%滴酸·氨氯吡水剂（有效活性成分为质量分数ω=25%的2, 4-滴和氨氯吡啶酸，以下简称为“25%滴酸·氨氯吡水剂”）为试验药剂，以常用除草剂ω=24%的滴酸·二氯吡水剂（商品名为“紫薇清”，有效活性成分为ω=24%的2, 4-滴和二氯吡啶酸）和70%嘧磺隆水溶性粉剂（商品名为“森草净”）为对照药剂进行防除薇甘菊的试验。通过本研究，初步筛选出防治薇甘菊的最佳剂量，并探讨该剂量下除草剂对薇甘菊生理生化指标的影响，了解除草剂造成薇甘菊枯死的机理，以期减少除草剂对生态环境的影响，为科学合理防治薇甘菊提供更多可选择的技术及理论支持。

1 材料与研究方法

1.1 筛选不同剂量的除草剂最佳剂量试验设计

1.1.1 研究地概况

深圳位于广东省中南沿海地区，属亚热带海洋性气候。其福田区年平均气温22.55 ℃，年平均降雨量1926.80 mm，年平均相对湿度79%（刘俊武等，2010）。植被主要以天然次生林、人工林、经济果林等为主，绿地面积 3429 hm2，林木绿化率为42.2%（刘俊武等，2010）。本课题组在深圳市福田区进行野外薇甘菊防除试验。试验区植被盖度在90%以上，其中薇甘菊盖度约70%，其余植物盖度约30%。试验区主要植物种类有薇甘菊Mikania micrantha、鬼针草Bidens pilosa、马缨丹Lantana camara、肖梵天花Urena lobata、蔓生莠竹Microstegium fasciculatum、龙珠果Passiflora foetida、南美蟛蜞菊Sphagneticola trilobata、五爪金龙Ipomoea cairica、葛Pueraria montana、鸡矢藤Paederia foetida等。

1.1.2 样地设置与施药方法

2017年9月，选择向阳坡地的草丛作为研究样地。设置4 m2的样方（每个样方彼此独立），每个样方3个重复。在薇甘菊生长旺盛期，采用手动式喷雾器（15 L）均匀定向喷洒药液至样地内所有植物的叶面、茎秆上。施药当天晴天，施药时温度28—32 ℃，无风，喷药后48 h未降雨。

以紫薇清和森草净为对比，采用 25%滴酸·氨氯吡水剂防除薇甘菊。25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清的剂量分别为 100、200、300、400 mL·hm-2（有效成分 25、50、75、150 g·hm-2），森草净的剂量为 35、70、100、150 g·hm-2（有效成分 25、50、75、150 g·hm-2），每个处理均设3次重复，初步筛选出 25%滴酸·氨氯吡水剂防除薇甘菊的最佳剂量。为了进一步探究除草剂对薇甘菊的生理生化的影响，以 25%滴酸·氨氯吡水剂的最佳剂量进行薇甘菊防除试验，并设置了1个不施药的样地作为对照。用手持式喷雾器喷药，喷液量为3 L·hm-2。所设浓度参考《森草净防除薇甘菊-对植物多样性的影响与敏感性及土壤残留量》（孙延军，2005）。

1.1.3 药效调查

在施药后0、4、11、18 d调查薇甘菊的盖度。为了进一步了解除草剂作用于薇甘菊产生症状的特征以及完全杀灭薇甘菊的最短时间，以 25%滴酸·氨氯吡水剂的最佳剂量喷施薇甘菊，施药后0、4、7、21 d调查薇甘菊的盖度。

1.1.4 数据处理

根据调查结果计算喷药后薇甘菊的杀灭率。运用Excel进行处理数据，SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）比较不同药剂对薇甘菊的杀灭率（%）。计算公式如下：

式中，P表示薇甘菊杀灭率（%）；A表示喷药前薇甘菊的盖度；B表示喷药后薇甘菊的盖度。

1.2 薇甘菊生理生化指标测定

1.2.1 植物组织样品的采集

采用 25%滴酸·氨氯吡水剂的最佳剂量喷施薇甘菊，于喷药后4 d和7 d，采集一年生长势基本一致的薇甘菊叶片15片，每个处理3个重复，用冰盒带回，测叶绿素含量、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性。

1.2.2 叶绿素a、b的含量测定

叶绿素a（Chla）和叶绿素b（Chlb）测定采用张宪政（1992）的丙酮-乙醇混合液法，用打孔器取新鲜叶片0.1 g至于15 mL离心管中，加入10 mL丙酮-乙醇提取液（80%丙酮∶乙醇=1∶1），摇匀后，置于黑暗处浸泡12 h，使叶片组织变白后在紫外分光光度计分别测定波长为663 nm和645 nm时的OD值，计算叶绿素a、叶绿素b的含量。

1.2.3 可溶性蛋白含量、抗氧化酶活性测定

可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法；过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法。以上植物样本可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性含量测定的具体操作参照南京建成试剂盒说明书。

1.2.4 数据分析

采用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），分析不同时间不同药剂对薇甘菊叶片生理生化指标的的影响。用 GraphPad Prism 5.0作图。

2 结果与分析

2.1 除草剂防除薇甘菊的效果

从表1可知，随着喷药时间的增加，除草剂对薇甘菊的防治效果越明显；随着除草剂剂量加大，杀灭率越高，防除效果越好。施药4 d后，300—400 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊杀灭率显著高于100—200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂；不同处理组的紫薇清对薇甘菊的杀灭率无明显区别；高剂量的150 g·hm-2森草净对薇甘菊杀灭率仅为 24.92%，且杀灭率显著低于同等剂量的 25%滴酸·氨氯吡水剂。施药11 d后，25%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊的杀灭率为 80.78%—96.22%，不同处理组无显著变化；紫薇清对薇甘菊的杀灭率为68.26%—98.67%，100 mL·hm-2的紫薇清对薇甘菊的杀灭率显著低于为 200—400 mL·hm-2的紫薇清处理组；35 g·hm-2森草净对薇甘菊的杀灭率显著低于其余处理组。施药18 d后，低剂量的100 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊杀灭率分别为95.87%和86.35%，杀灭率显著高于同等剂量的森草净；200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊的杀灭率为98.57%和97.22%，显著高于森草净处理组。由此可见，施药 18 d，200 mL·hm-2的 25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊杀灭效果较好。

为了了解除草剂作用于薇甘菊产生症状的特征及完全杀灭薇甘菊的最短时间，分析了同等剂量的除草剂（200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和70 g·hm-2森草净）对薇甘菊的防除薇甘菊的试验结果，见表2。喷药4 d后，25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊杀灭率明显高于森草净，主要表现为25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清的样地内大部分薇甘菊叶片萎蔫、发黄，茎倒伏，森草净样地内薇甘菊叶片轻微萎蔫、发黄。喷药仅 7 d，25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊的杀灭率达74.29%—81.40%以上，但森草净对薇甘菊的杀灭率仅有37.82%，主要表现为25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清的样地内为大部分薇甘菊茎叶失水干枯，森草净样地内薇甘菊的顶端嫩叶、嫩茎干枯，大部分叶片极度发黄。喷药21 d，25%滴酸·氨氯吡水剂完全杀灭薇甘菊，紫薇清对薇甘菊的杀灭率为98.57%，森草净对薇甘菊杀灭率仅为59.40%。由此可见，200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊防除效果和紫薇清相当，显著优于森草净。因此，进一步分析 200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊叶片生理生化的影响。

表1 除草剂对薇甘菊的防除效果Table 1 The control effect of herbicides to M. micrantha

表2 同等剂量的除草剂对薇甘菊防除效果Table 2 The control effect of the same dose of herbicides on M. micrantha

图1 除草剂对薇甘菊叶绿素和可溶性蛋白含量的影响Fig. 1 Effect of herbicides on chlorophyll and soluble protein of M. micrantha

2.2 薇甘菊化学防除对薇甘菊生理生化的影响

2.2.1 除草剂对薇甘菊叶绿素的影响

如图1所示，喷药7 d，3种除草剂处理薇甘菊叶绿素 a的含量明显低于喷药 4 d的处理组（P＜0.05）。药后4 d，3种除草剂引起叶绿素含量下降，但不存在显著性差异。药后7 d，3种除草剂处理的叶绿素a的含量显著低于对照（P＜0.05），紫薇清和森草净处理的叶绿素b的含量显著低于对照（P＜0.05），但25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理的薇甘菊叶绿素a和叶绿素b的含量无显著差异。喷药7 d，与对照相比，25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理的叶绿素 a含量分别降低了51.38%、75.07%和59.65%，3个处理组叶绿素b含量分别降低了31.39%、58.60%和52.73%。

2.2.2 除草剂对薇甘菊可溶性蛋白的影响

如图1所示，喷药7 d，紫薇清处理薇甘菊可溶性蛋白的含量明显低于喷药4 d的紫薇清处理组（P＜0.05）。药后4 d，25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理薇甘菊，薇甘菊可溶性蛋白含量无明显变化。喷药7 d后，25%滴酸·氨氯吡水剂处理组的可溶性蛋白含量显著低于对照组（P＜0.05），紫薇清和森草净处理薇甘菊可溶性蛋白的含量与对照组比无明显差异。25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理可溶性蛋白的含量比对照组分别下降了68.84%、58.41%和34.31%。

2.2.3 除草剂对薇甘菊过氧化物酶的影响

从图2可知，喷药7 d，25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清处理薇甘菊POD的活性明显高于喷药4 d的25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清处理组（P＜0.05）。药后4 d，25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理后，薇甘菊POD活性无明显差异。药7 d后，25%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清处理的POD活性与对照相比，明显升高（P＜0.05）。25%滴酸·氨氯吡水剂处理组的 POD活性明显高于紫薇清处理组（P＜0.05），紫薇清处理薇甘菊的POD活性明显高于森草净处理组（P＜0.05），森草净处理组和对照组的POD活性差异不显著。25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理的POD活性比对照组分别提高了69.58%、59.18%和32.59%。由此可以说明，25%滴酸·氨氯吡水剂对POD活性有显著影响。

图2 除草剂对薇甘菊过氧化物酶和过氧化氢酶的影响Fig. 2 Effect of herbicides on POD and CAT of M. micrantha

2.2.4 除草剂对薇甘菊过氧化氢酶的影响

从图2可以看出，喷药7 d，3种除草剂处理薇甘菊 CAT的活性明显高于喷药 4 d的处理组（P＜0.05）。药后4 d，25%滴酸·氨氯吡水剂处理薇甘菊，薇甘菊的 CAT活性显著高于其余处理组（P＜0.05），说明薇甘菊 CAT的活性对除草剂比较敏感。药后7 d，25%滴酸·氨氯吡水剂处理组CAT活性明显高于紫薇清处理组（P＜0.05），其次，紫薇清处理组的 CAT活性高于森草净处理组（P＜0.05）。喷药7 d后，与对照组相比，25%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净处理的CAT活性分别提高了87.55%、81.28%和69.22%，由此可见，25%滴酸·氨氯吡水剂对CAT活性有显著影响。

3 讨论

3.1 除草剂对薇甘菊防除效果

以紫薇清和森草净为对比，采用 25%滴酸·氨氯吡水剂防除薇甘菊。试验结果表明，施药后21 d，200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊杀灭率分别为100%、98.57%，但70 g·hm-2森草净对薇甘菊杀灭率不好，杀灭率低于78%。孙延军（2005）在内伶仃岛针对森草净对薇甘菊杀灭效果进行研究，结果表明，在坡地100 g·hm-2森草净防除薇甘菊的复发率为20%左右。使用2, 4-D钠盐和2, 4-D丁酯两种苯氧羧酸类除草剂对薇甘菊有极好的灭生性，但苯氧羧酸类除草剂抗药性明显增强，薇甘菊逐渐恢复生长（黄华枝等，2004）。另有学者施用紫薇清来防治非耕地生长的薇甘菊，发现使用 1200 mL·hm-2紫薇清对薇甘菊的防除效果为96.4%（张晖等，2012），这与黄茂俊等（2013）研究结果一致，只能杀灭薇甘菊的地上营养体，不能彻底杀死薇甘菊的根部。在杂草生长旺期喷施1500—2250 g·hm-2304 g·L-1氨氯吡啶酸 2, 4-滴水剂防除非耕地一年生阔叶杂草效果好（陈庆华等，2012）。该结果与本文得出的结果比较吻合，且本研究所施用除草剂剂量远远低于氨氯吡啶酸 2, 4-滴水剂。施用 20%氨氯吡啶酸·二氯吡啶酸·烯草酮可分散油悬浮剂防除油菜田杂草效果显著，总草鲜重防效可达 88.7%—98.0%，显著优于 30%二氯吡啶酸和24%氨氯吡啶酸水剂（朱文达等，2019）。由此看出，复配药剂能提高实际防治效果，同时也能够解决农药单剂应用过程中成本和抗性等问题（朱文达等，2019）。本文通过多次试验，筛选出25%滴酸·氨氯吡水剂防除薇甘菊的最低浓度为200 mL·hm-2，该浓度低于前人文献报道的剂量。

3.2 除草剂对薇甘菊生理生化的影响

除草剂的作用机理分为抑制光合作用、干扰蛋白质、脂肪酸合成以及干扰激素平衡等（陈秋英，2010）。一些除草剂本身作为植物生长调节剂，其除草机制是能够改变植物生长代谢，在植物体内残留期较长，可通过作用于敏感植物的生理、生化代谢等方面而防治杂草（刘井兰等，2006）。叶绿素是高等植物光合作用的主要色素，一定程度反映光合速率的大小。叶绿素含量有时被作为植物抗性的指标之一，评价环境污染物（如除草剂）对植物的影响（Marwood et al.，2001）。除草剂处理后植物叶片会使植物叶绿素a、b含量降低（Wang et al.，2010；Wang et al.，2011）。本研究表明，药后7 d，3种除草剂与未喷药的对照组比较，使薇甘菊叶绿素a的含量明显降低，25%滴酸·氨氯吡水剂对叶绿素b的含量影响不明显，表明这3种除草剂主要通过降低叶绿素a的含量来降低叶绿素。文献报道，药后9 d，48%灭草松水剂1倍推荐量及10%草甘膦水剂1倍推荐量处理叶绿素含量与对照相比显著降低（彭俊等，2013）。草甘膦、扑草净和三氟啶磺隆混合使用处理6 d导致棉花、龙葵的叶绿素含量下降（陈秋英，2010），这与本文得出的研究结论基本一致。叶绿素降低的原因可能是薇甘菊细胞膜破坏，活性氧的积累，叶绿素分解加快，而叶绿素的破坏会导致薇甘菊的光合作用受阻，导致叶片衰老（沈燕等，2007）。植物可溶性蛋白含量可作为植物应对胁迫的指标，其含量的大小直接或间接影响植物的代谢情况，反映除草剂对植物的伤害程度（Zhang et al.，2004）。本文结果表明，在喷施25%滴酸·氨氯吡水剂7 d后，薇甘菊可溶性蛋白的含量与对照组相比显著减少，但紫薇清和森草净对薇甘菊的可溶性蛋白的含量与对照组相比无明显差别。由此可见，25%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊伤害程度稍微大于紫薇清和森草净。可溶性蛋白减少的原因是 25%滴酸·氨氯吡水剂破坏了薇甘菊叶片中的细胞膜，使得细胞内可溶性蛋白含量减少。植物对不良环境（或逆境）的抵抗能力是通过活性氧清除系统来完成的。POD和CAT是植物体内活性氧清除系统的抗氧化酶，对细胞膜保护起着重要作用（曾小康等，2017）。本文中薇甘菊叶片中的活性氧系统受到3种除草剂影响，药后7 d，POD和CAT活性显著高于对照组。文献报道，药后10 d，2, 4-D处理下燕麦的CAT和POD活性显著高于对照组（宋旭东，2015），这与本文得出的结果较吻合。活性氧系统受到影响的原因是除草剂进入植物体内激发了活性氧清除系统，启动了自我保护机制，产生更多的H2O2，诱导POD和CAT的活性升高，以清除体内过多的 H2O2，免受除草剂的伤害（宋旭东，2015）。本文25%滴酸·氨氯吡水剂处理组的POD和CAT活性升高最快，侧面反映了薇甘菊受到 25%滴酸·氨氯吡水剂的毒害作用大，薇甘菊需产生过多的活性氧来达到解毒作用。因此，25%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊的毒害作用主要是通过减少叶绿素a的含量，干扰蛋白质的合成，破坏活性氧的平衡来完成。

4 结论

本文选取100—400 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂、紫薇清和森草净开展薇甘菊的防除试验及除草剂对薇甘菊生理生化特征影响的研究。从防治效果来看，200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂和紫薇清对薇甘菊的防治效果显著优于森草净，仅喷药21 d，25%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊杀灭率达 100%，紫薇清对薇甘菊杀灭率达 98.57%。从生理生化指标来看，喷药4 d后，25%滴酸·氨氯吡水剂对薇甘菊的CAT活性有显著影响，对其他生理生化指标无明显影响。喷药7 d后，3种除草剂对薇甘菊叶绿素a的含量有明显影响，25%滴酸·氨氯吡水剂显著降低了薇甘菊叶片可溶性蛋白的含量。薇甘菊体内活性氧系统POD、CAT活性明显受到除草剂影响，影响程度表现为：25%滴酸·氨氯吡水剂＞紫薇清＞森草净＞对照组。因此，通过25%滴酸·氨氯吡水剂能够对薇甘菊达到显著的防除效果，该药剂对薇甘菊的杀灭作用主要通过降低叶绿素a的含量，影响蛋白质的合成以及叶片内活性氧系统来完成。建议在薇甘菊危害较严重的区域采用200 mL·hm-225%滴酸·氨氯吡水剂防除薇甘菊。