低剂量草甘膦分次施用对蚕豆生长、代谢及抗氧化状态的影响：探寻最优策略

《Scientific Reports》：Effect of splitting the sub-lethal dose of glyphosate on plant growth shikimate pathway-related metabolites and antioxidant status in faba beans

为探究低剂量草甘膦对蚕豆（Vicia faba L.）的影响及缓解其毒性的策略，研究人员开展了将推荐草甘膦剂量（170 g a.i. ha-1）分为 2 - 5 次喷施的研究。结果表明，分次喷施会产生累积抑制效应，影响蚕豆生长、代谢物及抗氧化状态，该研究为草甘膦合理使用提供依据。

　　在农业生产中，蚕豆是埃及人饮食的重要组成部分，然而它却深受 Orobanche crenata 这种全寄生植物的侵害，产量可能会锐减 80%。为了应对这一困境，人们尝试用低剂量草甘膦来控制寄生植物，虽然有一定效果，但草甘膦会对蚕豆产生毒性，影响其生长和产量。而且，在无寄生虫的情况下，低剂量草甘膦对宿主植物的影响尚不明确。为了解决这些问题，来自埃及国家研究中心（National Research Centre）的研究人员开展了一项研究，探究将推荐的草甘膦剂量（170 g a.i. ha^-1）分成 2 - 5 次喷施，对三种蚕豆品种的生长、与莽草酸途径（shikimate pathway，是许多初级和次级代谢产物的主要来源）相关的代谢物以及抗氧化状态的影响。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过盆栽实验，设置不同草甘膦喷施次数和蚕豆品种的多组实验，进行随机区组设计；利用高效液相色谱（HPLC）分析技术，检测莽草酸、芳香族氨基酸（AAAs）、酚酸等物质的含量；采用特定的试剂和方法测定总酚、抗氧化活性，以及通过特定的酶提取和检测方法测定抗氧化酶的活性。

研究结果如下：

1. 生长和生产力性状：所有草甘膦分次处理都使蚕豆植株鲜重和干重减少，在第一季减少 43 - 53%，第二季减少 14 - 40%，同时豆荚数量和重量也显著下降。不同品种对草甘膦处理的响应不同，第一季 Nubaria 4 品种生长和产量参数表现较好，第二季 Giza 716 品种表现较好。不同处理次数在两季中的影响也不同，第一季两次喷施处理对生长和生产力的抑制最大，第二季则是五次喷施处理。
2. 莽草酸积累：所有喷施处理都使莽草酸含量显著增加，Nubaria 5 品种积累的莽草酸比其他两个品种更多。喷施次数不同，莽草酸增加幅度也不同，3 - 5 次喷施增加幅度较大，两次喷施增加幅度最小。
3. 游离芳香族氨基酸（AAAs）：不同喷施次数下，三个品种的游离 AAAs 响应各异，但总体上处理后的植株积累更多苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Trp），酪氨酸（Tyr）含量变化较小。多数处理使 AAAs 水平增加，两次喷施处理对三种 AAAs 的增加作用显著。
4. 总酚含量：所有喷施处理都使三个品种的总酚和总黄酮含量显著降低。不同品种积累的酚类物质不同，Giza 716 品种积累较多酚类，Nubaria 5 品种积累较多黄酮类。喷施次数对总酚和总黄酮含量影响不同，4 次喷施对总酚抑制最大，4 - 5 次喷施对总黄酮抑制最大。
5. 酚酸组成：蚕豆叶片中检测到多种酚酸，多数酚酸受草甘膦处理影响而减少，但原儿茶酸在 3 - 5 次喷施处理下增加。不同品种的酚酸含量和响应模式存在差异。
6. 抗氧化活性：所有草甘膦处理都使三个品种的抗氧化活性显著降低，Giza 716 品种的抗氧化活性均值最高。喷施次数不同，抗氧化活性降低幅度不同，4 次喷施降低最多。
7. 抗氧化酶活性：所有喷施处理都使超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）的活性显著增加，不同品种的酶活性变化不同，4 次喷施处理使酶活性增加最多。

研究结论和讨论部分指出，在无寄生虫条件下，低剂量草甘膦分次处理对蚕豆生长、莽草酸途径相关代谢物和抗氧化状态有累积负面影响，抑制效果因喷施次数、品种和季节而异。草甘膦分次处理会增加莽草酸、原儿茶酸和苯丙氨酸的含量，降低总酚、总黄酮和多数酚酸的水平。同时，处理导致的氧化应激表现为酚类含量和抗氧化活性降低，以及抗氧化酶活性升高。该研究结果与以往认为分次施用低剂量草甘膦可降低对宿主植物毒性的观点不一致，可能是因为以往研究未在无寄生虫条件下测定对除草剂靶标代谢物的影响。本研究为深入了解草甘膦对蚕豆的影响提供了重要依据，有助于优化草甘膦的使用策略，对农业生产中合理控制草甘膦使用、减少其对作物的负面影响具有重要意义。