Glufosinate影响氮营养、生长、产量和种子成分Glufosinate-Resistant Glufosinate-Sensitive大豆

文摘

Glufosinate glufosinate-resistant作物可能漂移和伤害glufosinate-sensitive作物。领域研究了glufosinate时颁发新加坡莱佛士学院集团与影响植物伤害,叶绿素含量,有节,固氮酶活性,叶氮、产量和种子在大豆成分。Glufosinate漂移是由应用程序模拟45克/公顷glyphosate-resistant和常规(glufosinate-sensitive)大豆种植在3周后(WAP)。Glufosinate也影响评估在glufosinate-resistant大豆450克/公顷3和6 WAP应用两次。在glufosinate-resistant大豆、叶绿素、固氮酶活性,根呼吸,植物生物量、产量没有影响;种子氮和蛋白质的增加;种子含油量降低。glufosinate-sensitive大豆,glufosinate造成28 - 32%伤害,叶绿素含量下降35 - 42%在治疗后3 d (DAT),但大豆14 DAT完全康复了。Glufosinate没有影响植物生物量、固氮酶活性,和根呼吸在2009年和2010年不一致的影响。在glufosinate-sensitive大豆,glufosinate产量没有影响; increased leaf nitrogen, seed protein, and oleic acid; decreased oil content, linoleic, and linolenic acid. Glufosinate-sensitive soybean exposed to glufosinate drift may exhibit transient injury but soybean could recover without a yield penalty. Glufosinate altered seed composition in all soybean types.

1。介绍

(Glufosinate [2-amino-4) - hydroxymethylphosphinyl丁酸)是一种非选择性,苗期使用的除草剂控制广泛的多年生草和阔叶杂草和年度计划在作物和noncrop土地1- - - - - -4]。Glufosinate运输在木质部和韧皮部是有限的1,5,6]因此彻底喷雾覆盖需要完全杀死目标杂草。作为glufosinate不能搬到地下根状茎和匍匐茎,多年生杂草的控制是有限的。Glufosinate抑制谷氨酰胺合成酶的酶,转化为谷氨酸和谷氨酰氨(7]。glufosinate应用程序后,氨含量植物显著增加,导致代谢紊乱和植物死亡。Glufosinate扰乱了许多重要的氮代谢在植物通过抑制谷氨酰胺(氮同化)反应合成和间接抑制光合作用的电子流。氨降低pH梯度在解开光合磷酸化的膜(1,7,8]。损伤症状如萎黄病和枯萎通常发生在3 - 5 d glufosinate应用程序之后,紧随其后的是1 - 2周内坏死。

一些作物已经由稳定整合的转基因耐glufosinate编码phosphinothricin乙酰转移酶。Phosphinothricin乙酰转移酶将glufosinate转换为nonherbicidal乙酰化形式在植物1]。Glufosinate-resistant油菜1995年商业化紧随其后Glufosinate-resistant玉米1996年,2004年Glufosinate-resistant棉花,Glufosinate-resistant大豆在2009年(9]。因此,glufosinate应用频率增加了采用这些glufosinate-resistant作物和应用程序窗口已经扩大,因为这些作物种植日期的差异。Glufosinate漂移是一个问题,因为复合非选择性和可能导致受伤不属预定目标的敏感作物。2010年,大约7%的大豆面积种植与传统(glufosinate和草甘膦敏感)品种10]。此外,由于他们非凡的成功,glyphosate-resistant作物主导美国种子市场,glufosinate-resistant作物的种植面积是微不足道的。目前,没有报告任何抵抗glufosinate杂草物种,虽然已经有了抗药性20世界草甘膦(11]。Glufosinate-resistant大豆品种提供了必要的工具来管理glyphosate-resistant杂草[12),和glufosinate-resistant品种的种植面积可能会增加。因此,潜在的glufosinate漂移,不属预定目标的glyphosate-resistant和常规(glufosinate-sensitive)大豆确实存在。不致命的生理和代谢障碍由于glufosinate暴露在glufosinate-sensitive大豆被观察到。Glufosinate应用26岁和53 g /公顷11株高降低了21%,导致39 40%伤害在大豆和棉花13]。然而,作物恢复迅速,glufosinate接触并不影响产量。在另一项研究中,glufosinate应用在53 g /公顷产量减少3 - 30%的大米和11 - 13%玉米(14]。

Glufosinate可能会破坏许多重要的氮代谢在植物通过抑制谷氨酰胺(氮同化)反应形成。谷氨酰胺合成酶的控制似乎参与根瘤菌固氮酶[15]因此抑制固氮的影响通过glufosinate优点调查。信息glufosinate对固氮作用的影响,产量,和种子在glufosinate-resistant组成,glyphosate-resistant,和传统大豆是有限的。本研究的目标是确定glufosinate速度标签对固氮作用的影响,叶氮、产量、在glufosinate-resistant特征和种子成分大豆和确定漂移率的影响glufosinate植物损伤、固氮、叶氮、产量和种子成分glyphosate-resistant和传统的大豆。

2。材料和方法

2.1。现场实验条件

场时颁发新加坡莱佛士学院集团与研究是在2009年和2010年期间进行USDA-ARS作物生产系统研究农场,Stoneville,女士,在一个灌溉的环境。土壤是邓迪粉砂壤土(fine-silty、混合、活跃、热象征性的Endoqualf)与pH值6.7,1.1%的有机质、阳离子交换容量15 cmol /公斤,和土壤结构分数26%的沙子,淤泥,55%和19%的粘土。实验区受到glyphosate-resistant大豆生产前两年。苗床准备由地面小距,深耕,地面小距,床上用品在前一年的秋天。在种植之前,提高床位被抚平。大豆种植在102 -使用MaxEmerge 2厘米宽行播种机(迪尔和有限公司Moline IL)在5月18日350000种子/公顷,2009年和2010年4月28日。年代-metolachlor ai在1.12公斤/公顷+ pendimethalin在ai 1.12公斤/公顷+百草枯在ai 1.12公斤/公顷种植后立即应用于整个实验区。百草枯是应用现有杀死杂草种植,年代-metolachlor和pendimethalin被用来提供赛季除草。除草剂应用与拖拉机悬挂喷雾器TeeJet 8004标准平喷雾喷嘴(TeeJet喷洒系统有限公司、惠顿,IL),交付187升/公顷水179 kPa。所有情节包括glufosinate治疗手中定期保持weed-free整个赛季。没有化肥氮应用和作物每年按灌溉。实验是在随机完全区组设计进行的六个复制。每个治疗情节由四行间距为102厘米,15.2米长。

2.1.1。Glufosinate-Resistant大豆

Glufosinate-resistant大豆品种“S080120LL”在2009年和2010年“SG4989NLL”种植评估氮营养、生长、产量、和种子成分反应标签glufosinate率。品种“SG4989NLL”是在2010年用于缺乏“S080120LL”。Glufosinate应用两次在3(苗期使用的早期,EPOST)和6(苗期使用的后期,LPOST)周后种植的速度(WAP) 450克ai /公顷。一个ai 450克/公顷代表建议的标签使用率(1 x)。3 WAP,大豆在2 - three-trifoliolate叶和6 WAP (V3-V4)阶段,大豆在六到——seven-trifoliolate叶(v7 v8)阶段。

2.1.2。常规和Glyphosate-Resistant大豆

传统的大豆品种“威廉姆斯82”和glyphosate-resistant大豆品种“AG4605RR / S”种植在不同的实验来评估生理及产量反应模拟glufosinate漂移。单个应用程序的glufosinate 45 g ai /公顷3 WAP应用(EPOST),当植物处于2 - three-trifoliolate叶阶段。Glufosinate 45克/公顷的速度被选中代表建议的标签使用10%(450克/公顷)来模拟除草剂漂移。其他研究人员利用1到20%的推荐率在除草剂模拟漂移与各种作物研究[13,14,16,17]。

2.2。射击,根和根瘤生物量、乙炔还原分析,根呼吸

十大豆植物被随机抽样从中间两排每个情节3和12 d后第一个glufosinate应用程序在所有三个大豆类型和后3个月和12 d第二glufosinate glufosinate-resistant大豆中的应用。植物和根与芽出土完整,立即送到实验室,化验后30分钟。固氮酶活性化验使用其它地方描述的乙炔还原试验[16,18]。短暂,根结节完整切除和孵化1 L Mason jar。6根放在罐子和密封,和10%的空气的体积被删除,取而代之的是同等体积的乙炔。一小时后在室温下孵化,重复1毫升气体样本删除和对乙烯气相色谱仪分析形成和有限公司₂进化如前所述[18,19]。一个安捷伦HP6960(安捷伦科技,威尔明顿DE)气相色谱仪配备火焰离子化检测器(FID),和热导检测器(TCD)是用于乙烯形成的量化和有限公司₂分别积累。孵化后,根洗净,和结节从根中删除。结节、根与芽”在烘干的(60°C, 72 h)和他们的干重量记录。

2.3。叶氮、种子氮和三角洲¹⁵N

约25年轻完全展开有三小叶的叶片从中间两排每一个情节被随机抽样在V5和R4 [20.每年)大豆生长阶段。在收获约200大豆豆荚被随机抽样从中间两行种子含氮量。叶和谷物烘干的样本(60°C, 96 h)和精细。前一天晚上样本再干氮分析去除任何可能被吸收的水分。从复制样品总氮测定(10 - 15毫克)使用Flash EA 112元素分析仪(CE Elantech莱克伍德,新泽西)。氮是叶子和种子干重的百分比表示。

评估如果N₂固定的影响,氮同位素质谱法是利用歧视的三角洲¹⁵N基于氮同位素的丰度¹⁵N /¹⁴N比率(21在R4大豆生长阶段叶片样本。分析是由加州大学伯克利分校的稳定同位素中心生物地球化学使用Finnigan垫δ+ XL质量分光光度计(布伦南、德国)界面的CE Elantech 1500元素分析仪作为燃烧系统。仪器校准使用国家标准与技术研究所的标准。重复5毫克为每个情节叶样品进行了分析。

2.4。叶绿素的决心

叶绿素含量测定在3和12 d后第一个glufosinate应用程序在所有三种类型的大豆和3 d后第二glufosinate应用glufosinate-resistant大豆类型只使用最小的完全展开叶从三个植物在每个壶。叶绿素提取10毫升二甲亚砜和叶绿素浓度被Hiscox及所述量化spectrophotometrically Israelstam [22]。总叶绿素含量表示为毫克/克叶片鲜重。

2.5。大豆受伤和产量

大豆受伤是视觉估计在0(没有受伤)到100%(死亡)。受伤后被估计为3和12 d第一个glufosinate应用程序。大豆从所有四个行每个情节都使用结合收获,水分和谷物产量调整到13%。

2.6。种子蛋白质,油和脂肪酸

从每个治疗分析蛋白质,大豆谷物油和脂肪酸百分比使用近红外反射率二极管阵列饲料分析仪(Perten,斯普林菲尔德,IL)。校准方程是由明尼苏达大学使用Perten热银河克请智商软件(IL)的斯普林菲尔德。校准曲线一直定期更新根据官方分析化学家协会(23,24)方法。分析的基础上进行了干物质(百分比25,26]。

2.7。温室实验

温室实验在2010年春季USDA-ARS作物生产系统研究单位,Stoneville,女士glufosinate-resistant大豆品种(S080120LL) glyphosate-resistant品种(AG4605RR / S)和常规品种威廉姆斯(82)生长在15厘米直径的塑料罐子包含1.7公斤1:1 (v / v)的混合物丛林砂壤土土(fine-loamy、混合、和热松软Hapludalfs)和邓迪粉砂质粘壤土土(fine-silty、混合和热Aeric Ochraqualf)。邓迪的粉砂质粘壤土是从一个字段下连续大豆生产四年,包含丰富的土著居民Bradyrhizobium日本血吸虫。温室是维持在28/22±3°C,白天/晚上,温度与自然光辅以钠蒸汽灯提供13-h光周期。大豆被播种,后来减少到三统一的植物每锅后出现和subirrigated蒸馏水。大豆植物在two-trifoliolate叶(从播种21 d)被用于glufosinate治疗阶段。Glufosinate应用450和1350克/公顷的速度glufosinate-resistant大豆。传统和glyphosate-resistant大豆接受45和135克/公顷glufosinate模拟漂移10到30%的标签推荐率。更高的利率被选中代表“最坏情况”,促进大豆受伤。喷雾使用商业配方glufosinate解决方案准备。喷雾的解决方案是使用一个应用室内喷雾室配备一个air-pressurized系统交付使用8002 e 190升/公顷140 kPa flat-fan喷嘴。治疗被安排在一个随机完全区组设计七复制和实验重复了。

固氮酶活性,根呼吸,射击,根和根瘤生物量,拍摄含氮量测定如上所述。所有三个植物在每个壶采样后12 d glufosinate应用程序在所有三个大豆类型。三根结节完整孵化在60毫升塑料注射器而不是1 L梅森罐密封橡胶隔板耦合微带线。

2.8。统计分析

数据从每个大豆类型分别进行了分析研究glufosinate在每个大豆类型的影响。使用PROC混合数据进行方差分析(统计分析系统、统计分析系统研究所,卡里,NC),和治疗手段分离在5%显著性水平使用LSD费雪的保护测试。数据平均在两年(田间试验)和两个试验(温室实验)年/审判glufosinate治疗没有显著的交互。

3所示。结果与讨论

3.1。现场试验

3.1.1。大豆损伤和叶绿素含量

可见伤害症状如萎黄病和坏死的叶子拦截喷雾在glyphosate-resistant明显在glufosinate后3 d应用程序和传统的大豆。Glufosinate应用在glyphosate-resistant漂移率导致28 32%伤害和传统大豆在3 d EPOST(表1)。大豆伤害减少加班,和大豆完全从伤病中恢复过来后14 d内应用程序(数据未显示)。这些发现是类似以前的文献报道(13]。Glufosinate应用于漂移率(4 - 53克/公顷)2 - 3-trifoliloate叶阶段大豆造成7点伤害DAT 0到40%,伤害减少到14 DAT, 0到14%,大豆完全恢复了28 DAT [13]。Glufosinate顺序应用速度标签没有造成伤害(≤3%)预计在glufosinate-resistant大豆(表1)。

Glufosinate应用漂移速度降低叶片的叶绿素含量在glyphosate-resistant 35 - 42%,传统大豆在3 d EPOST和叶绿素含量恢复到水平与参与植物14 d EPOST(表1)。叶绿素含量在3或14 d EPOST glufosinate-resistant大豆是不受序列标签率(表的应用程序1)。

3.1.2。植物茎和根生物量、结节生物量、乙炔还原分析,根呼吸

glufosinate-resistant大豆,glufosinate顺序应用速度标签(450和450克/公顷)没有有害影响植物生物量生根,发芽,结节生物量、固氮酶活性,或者根呼吸3和12 d应用程序在两年后(表2)。

glufosinate Glyphosate-resistant大豆更敏感的漂移率比2009年2010年45克/公顷。这可能是由于不同的天气。2009年治疗后12天期间天气很热,干燥(34.7°C最大程度上的每日空气温度和降雨量)比2010年(32.8°C最大程度上的每日空气温度和降雨量2.9厘米)。大豆在2010年积极增长相比,大豆在2009年在压力之下。拍摄、根和根瘤生物量显著降低在glufosinate-treated大豆在3和12 DAT抽样日期在2010年而不是2009年(表3)。2009年在12 DAT固氮酶活性显著降低和3 DAT 2010年。然而,在传统的大豆,拍摄生物量降低了漂移率glufosinate直到2010年(表4)。固氮酶活性和根系呼吸是在2009年和2010年减少的影响。

3.1.3。叶氮、种子氮和三角洲¹⁵N

glufosinate-resistant大豆,glufosinate显著增加叶片含氮量在V5增长阶段(表5在V7中),但是没有效果,V9(数据未显示),或在R4阶段发展(表5)。种子含氮量较高glufosinate-treated比参与glufosinate-resistant大豆。尽管有迹象显示增加的氮在植物组织glufosinate-treated参与大豆相比,奥卡万戈三角洲¹⁵N值相似和相对较低的处理和参与大豆表明固氮通过mid-reproductive发展阶段提供大部分的叶氮和固氮作用不会受到glufosinate应用程序。

在glyphosate-resistant大豆,glufosinate没有影响叶片含氮量在V5增长阶段,但增加叶片氮在R4的发展阶段(表5)。在glufosinate-resistant大豆相比,种子含氮量是影响glufosinate glyphosate-resistant大豆。δ¹⁵治疗和参与大豆N值相似,表明固氮作用没有受到glufosinate应用程序。在传统大豆,glufosinate增加叶片含氮量在V5和R4增长阶段;然而,种子氮不受影响。类似水平的三角洲¹⁵N浓缩在处理和未经处理的大豆,再次表明固氮被glufosinate应用程序不受影响。

3.1.4。大豆产量和种子成分

Glufosinate应用两次速度1 x glufosinate-resistant大豆和曾以0.1倍的速度glyphosate-resistant传统大豆和大豆并不影响收益率与参与大豆相比(表1)。缺乏glufosinate glufosinate-resistant大豆影响产量的预期。没有负面影响glufosinate漂移速度在传统大豆产量在这项研究是与先前的研究相符。埃利斯和格里芬(13]表明,模拟漂移4 - 53 g ai /公顷glufosinate(代表0.8到12.5%的ai 420克/公顷利用率)在传统的大豆产量没有显著的影响。

在glufosinate-resistant大豆,glufosinate治疗增加种子蛋白质含量和降低含油量比参与控制(表6)。脂肪酸的概要文件被大大地影响了大量的油酸增加和丰富的亚麻酸降低。然而,亚麻油酸(表6)、硬脂和棕榈酸(数据未显示)未受影响。大豆高油酸和亚麻酸含量低是非常可取的较差的可存储性氧化潜力的变化存储。glyphosate-resistant大豆,漂移率glufosinate增加蛋白质含量,但降低含油量,观察在glufosinate-resistant大豆(表6)。同样,有一个类似的籽油成分的变化更丰富的油酸和亚麻酸下降。在glyphosate-resistant大豆,亚油酸含量也下降后glufosinate应用程序。种子蛋白质类似的趋势,石油,油酸,亚油酸,亚麻酸也观察到在传统大豆(表6)。结果表明,glufosinate可能改变碳代谢。据报道,草甘膦等除草剂可以改变碳流(27,碳和氮同化(19),导致蛋白质,油和脂肪酸的变化。观察到的逆关系蛋白质和油之前已经报道过(28,29日]。种子蛋白质的增加glufosinate应用程序可能是由于应激反应后的大豆除草剂。例如,它发现种子蛋白质的增加是由于干旱等环境压力(30.),疾病(31日,32],草甘膦(19]。油酸和亚麻酸下降的增加可能是由于间接影响脂肪酸desaturases生理干扰,所建议的贝内特et al。(33),或由于碳代谢改变所显示Bellaloui et al。19]。

3.2。温室试验

自从glufosinate对植物生物量和固氮酶活性的影响要么是缺席在glyphosate-resistant glufosinate-resistant大豆或不一致和传统大豆在野外条件下,温室进行了研究使用glufosinate速度1和3 x标签(450和1350克/公顷、职责)glufosinate-resistant大豆。Glufosinate 45和135克/公顷,代表一个场景的10到30%的标签率(450克/公顷)是用来模拟在常规和glyphosate-resistant大豆漂移。更高的利率被选来模拟“最坏情况”,促进大豆受伤。应用1 x或3 x glufosinate率没有影响glufosinate-resistant大豆射击,根和根瘤生物量、固氮酶活性或者根呼吸,然而拍摄的含氮量显著增加率增加的glufosinate(表7)。当标签glufosinate率30%用于glyphosate-resistant或传统大豆,生物质生根,发芽,固氮酶活性和呼吸参与植物(表相比明显减少7)。作为glufosinate-resistant大豆观察,拍摄含氮量显著增加,增加的glufosinate glyphosate-resistant和传统的大豆。

这些结果表明,glyphosate-resistant和传统大豆暴露glufosinate漂移可能出现瞬态损伤(散斑、坏死和萎黄病),可以从伤病中恢复过来。Glufosinate产量没有影响;增加叶氮在R4增长阶段,种子蛋白质,和油酸;降低含油量,亚麻油酸和亚麻酸glufosinate-sensitive大豆。glufosinate-resistant大豆的叶绿素含量、固氮酶活性根呼吸,植物,和大豆产量没有影响而种子氮和蛋白质增加,种子含油量降低。改变N积累和种子成分在回应glufosinate观察大豆类型字段的条件下。在温室的一项研究中,glufosinate 30%降低生物质生根,发芽,固氮酶活性,和根呼吸在glufosinate-sensitive大豆glufosinate 3 x速度没有影响这些参数在glufosinate-resistant大豆。总的来说,glyphosate-resistant和传统大豆能充分补偿的前提下尽可能地暴露于一个温和的漂移glufosinate产量。

确认

作者感谢戈登,伯爵艾夫伦福特、特里•牛顿和桑德拉·莫斯利实地和实验室技术支持。出版物中提及的贸易名称或商业产品是专为提供具体信息,并不意味着推荐或认可美国农业部。

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