叶面施用硫酸锰缓解草甘膦漂移对小麦生长的有害影响

《Communications in Soil Science and Plant Analysis》：Foliar Application of Manganese Sulfate Alleviates Detrimental Effects of Glyphosate Drift on Wheat Growth

　　

草甘膦漂移可严重降低非靶标作物（如小麦Triticum aestivum L.）的生长。然而，不同叶面锰（Mn）配方能否缓解这种损害尚不清楚。本研究将不同Mn配方（MnSO₄、黄腐酸（fulvic acid）+MnSO₄、Mn-乙二胺四乙酸（Mn-EDTA）和MnSO₄+Mn-EDTA）作为桶混剂与草甘膦一起叶面施用，或在草甘膦施用前3天单独施用。模拟草甘膦漂移在小麦Zadok 13期以推荐除草剂用量的2%、5%和10% v/v（分别相当于18、45和90 g ae ha^?1）施用。随着草甘膦用量的增加，SPAD值逐渐下降，表明叶片绿色度降低。在最高草甘膦用量下，无论施用方式如何，所有Mn配方均比单独草甘膦处理降低了莽草酸积累。在推荐草甘膦用量10% v/v下，所有Mn配方的桶混施用均缓解了草甘膦对小麦生长的植物毒性。相比之下，当单独施用时，仅在MnSO₄单独处理且仅在推荐草甘膦用量2% v/v下观察到缓解作用，与单独草甘膦处理相比，地上部干重增加了40%。MnSO₄的保护作用可能源于叶片表面Mn²⁺与草甘膦之间的相互作用，可能限制了草甘膦的吸收或生物有效性。这些发现表明，MnSO₄可能对小麦低水平草甘膦漂移损伤提供有限的保护。

**论文解读：叶面施用硫酸锰缓解草甘膦漂移对小麦生长影响的机制研究**

**研究背景与问题**

草甘膦（glyphosate）是一种广泛使用的非选择性除草剂，通过抑制靶标酶5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS，EC 2.5.1.19）阻断芳香族氨基酸的生物合成，进而影响蛋白质合成和光合作用。在草甘膦耐受性作物（如转基因油菜）的种植体系中，草甘膦多次施用导致的漂移（drift）会对邻近的非靶标作物（如小麦Triticum aestivum L.）造成严重伤害，表现为叶片黄化、生长抑制甚至减产。目前，应对除草剂漂移的农艺管理策略有限。

锰（Mn）是植物必需的微量营养元素，作为约37种酶的辅因子参与氧化还原、脱羧和水解反应。Mn缺乏常源于土壤中Mn²⁺的生物有效性低（如碱性土壤），叶面施用Mn肥是快速矫正缺Mn的常用方法。然而，已知草甘膦能与二价和三价金属阳离子（尤其是Mn²⁺）形成稳定络合物，桶混使用时可能降低草甘膦的除草效果，但这一互作在漂移场景下可能具有保护潜力——即通过络合减少草甘膦对非靶标作物的吸收。

尽管已有研究关注Mn与草甘膦的拮抗作用，但不同Mn配方（无机形态与螯合形态）在缓解草甘膦漂移损伤方面的效果尚不清楚。为此，研究人员开展了盆栽试验，旨在评估不同叶面Mn配方（MnSO₄、黄腐酸（fulvic acid）+MnSO₄、Mn-乙二胺四乙酸（Mn-EDTA）和MnSO₄+Mn-EDTA）及施用策略（桶混vs.提前3天单独施用）对小麦草甘膦漂移损伤的缓解效果，并探讨其潜在机制。该研究于《Communications in Soil Science and Plant Analysis》发表。

**主要技术方法**

本研究采用盆栽试验，供试土壤采自南澳大利亚Marion Bay附近农田（35°08′ S 136°58′ E），为砂质黏壤土（砂73.4%、粉砂3.6%、黏土23%），pH 7.69（0.01 M CaCl₂），DTPA可提取Mn 2.42 mg kg^?1。供试小麦品种为Vixen（种子Mn浓度36.8 mg kg^?1）。试验设置两个子实验：实验1评估三种Mn配方（MnSO₄、Mn-EDTA、MnSO₄+Mn-EDTA）在桶混或提前3天施用策略下，对10% v/v推荐草甘膦用量（90 g ae ha^?1）漂移的缓解效果；实验2评估四种Mn配方（MnSO₄、黄腐酸+MnSO₄、Mn-EDTA、MnSO₄+Mn-EDTA）在提前施用条件下，对2%、5%、10% v/v推荐草甘膦用量（18、45、90 g ae ha^?1）漂移的缓解效果。关键指标包括：SPAD值（相对叶绿素指数，使用SPAD-502叶绿素仪测定）、莽草酸浓度（shikimic acid concentration，作为EPSPS抑制的生物标志物，采用改良的Henry et al.方法）、地上部和根部干重、Mn浓度及Mn含量（通过ICP-MS测定）。数据采用单因素或双因素方差分析（ANOVA），Tukey HSD检验（p≤0.05）。

**研究结果**

**实验1.1：桶混施用**
通过桶混施用对比发现，所有Mn配方与草甘膦的桶混处理（G10MS、G10ME、G10MSME）均显著缓解了草甘膦对小麦的毒性。具体表现为：SPAD值在15天监测期内与对照（C）无显著差异，而单独草甘膦处理（G10）的SPAD值从第3天起显著下降；莽草酸浓度在G10处理中为对照的8倍，而所有桶混处理中莽草酸浓度降低至对照的2~3倍（G10MS和G10ME仍显著高于对照，但G10MSME与对照无差异）。地上部干重在所有桶混处理中与对照相当，约为G10处理的两倍。根部干重在G10中比对照降低70%，而桶混处理降低幅度较小（G10MS和G10MSME降低20%，G10ME降低50%）。此外，桶混处理提高了地上部Mn含量（2~5倍）。

**实验1.2：单独施用**
当Mn配方提前3天单独施用时，不同Mn配方均降低了莽草酸积累（约比G10低30%），且地上部Mn浓度和Mn含量显著增加。然而，SPAD值在草甘膦处理后仍显著下降，地上部和根部干重与G10处理无显著差异，表明提前施用Mn未能完全缓解草甘膦毒性，仅部分降低了EPSPS抑制程度。

**实验2：不同Mn配方对多种草甘膦用量的缓解效果**
通过提前施用四种Mn配方并设置三个草甘膦用量梯度，研究发现：仅MnSO₄（MS）在2% v/v推荐剂量（18 g ae ha^?1）下显著缓解了草甘膦损伤，使地上部干重比G2处理增加40%，且与对照无差异。但在5%和10% v/v剂量下，所有Mn配方均未改善地上部干重。黄腐酸+MnSO₄（FAMS）在5%和10%剂量下降低了莽草酸浓度约60%，但未提高干重。Mn-EDTA（ME）和MnSO₄+Mn-EDTA（MSME）在10%剂量下降低了莽草酸积累，但未改善生长。此外，在没有草甘膦的处理中，Mn配方本身未促进生长。

**讨论与结论**
讨论部分指出，桶混Mn配方与草甘膦可形成草甘膦-Mn络合物，减少草甘膦吸收，从而保护小麦。但Mn-EDTA由于螯合稳定常数高（log k=13.81），理论上不易与草甘膦络合，但本研究仍观察到保护效果，可能与喷施液中高Mn:草甘膦摩尔比（4.5:1）导致部分配体交换有关。提前施用Mn虽能降低莽草酸积累，但不足以完全解毒，可能是因为Mn²⁺在韧皮部移动性差，主要滞留在处理叶片中，无法有效络合被吸收的草甘膦。仅MnSO₄在低剂量下有效，是因为其提供游离Mn²⁺，能在叶片表面与草甘膦形成不溶性络合物，限制其进入植物组织；而螯合形式的Mn（如Mn-EDTA和黄腐酸+MnSO₄）虽能提高叶片Mn含量，但缺乏游离Mn²⁺，无法形成有效络合。

**结论**：本研究证实，在草甘膦喷雾液中添加Mn盐可减少草甘膦对小麦的损伤，但保护作用仅限于低剂量漂移（2% v/v推荐剂量）且使用MnSO₄的情况。通过测定莽草酸积累和组织Mn含量，确认保护作用来源于叶片表面残留的Mn离子，而非组织内的Mn。因此，草甘膦耐受性作物邻近的种植者可使用叶面MnSO₄提供一定程度的保护，但效果有限且可能短暂。未来需进一步研究Mn介导保护的生理机制，并探索其他微量营养元素配方能否增强作物对除草剂漂移的耐受性。