煙區(qū)土壤中除草劑殘留研究進(jìn)展及降低殘留藥害的探討1課件

1、贛州市煙草科學(xué)研究所鐘秋瓚 陳榮華 申昌優(yōu)2011.10.29煙區(qū)土壤中除草劑殘留研究進(jìn)展及降低殘留藥害的探討一、背景 1、煙草是對除草劑較為敏感的一類作物，早在2001 年，江西、廣東、湖南、云南等主要煙區(qū)，零星地發(fā)現(xiàn)土壤中除草劑殘留引起的藥害。隨著除草劑在煙草上的廣泛使用，煙區(qū)土壤中除草劑殘留藥害發(fā)生面積和受害程度逐年擴(kuò)大，一旦發(fā)生，呈整塊田同時發(fā)生藥害。 2、產(chǎn)生藥害的癥狀主要表現(xiàn)： 葉片畸形、黃化、白化等；有的似黃花菜狀、花葉狀或鼠尾狀；老葉片枯焦，新葉正常；生長停滯，幼苗皺縮，植株矮小嚴(yán)重的會出現(xiàn)死亡 。藥害癥狀百草枯藥害 草甘膦藥害苯氧羧酸類除草劑藥害（2甲4氯） 三嗪類除草劑藥害

2、 莠滅凈、莠去津等 3、當(dāng)前煙草除草劑藥害問題已成為煙草行業(yè)越來越關(guān)注的焦點，而煙區(qū)土壤除草劑殘留是煙草除草劑藥害的一個重要因素，自然也備受關(guān)注。 二、煙區(qū)土壤中除草劑殘留研究進(jìn)展 除草劑的廣泛使用，節(jié)省了大量勞動力，增加了農(nóng)作物產(chǎn)量，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，除草劑在土壤中的殘留毒性，對后茬作物煙草可產(chǎn)生危害。 1、 異丙甲草胺在土壤中的殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ct=11.809 e-0.0383t，相關(guān)系數(shù)r=0.9831，半衰期為18.1 d （李榮玉等）； 異丙甲草胺在土壤中的半衰期分別為10.30 d、11.12 d；施藥量100 g/667m2 150 g/667m2 ，土壤中殘留為

3、0.0040.052 mg/kg。說明異丙甲草胺是易降解農(nóng)藥，在正常條件下，煙草上使用是安全的（劉少平等); 異丙甲草胺在施藥后，如遇干旱高溫天氣，殘留對后茬輪作物煙草作物會產(chǎn)生一定的藥害（陳國參等）。 這些結(jié)論可為煙葉安全生產(chǎn)與評價提供依據(jù)。2、 在稻田施用一次二氯喹啉酸后,種植煙草的安全間隔期342d；當(dāng)水稻田施用二氯喹啉酸后，下茬種植煙草將會產(chǎn)生煙葉畸形生長。根據(jù)研究結(jié)果，他們提出前茬作物停止使用含有二氯喹啉酸等有害成份的農(nóng)藥建議，基本消除了煙葉畸形生長的現(xiàn)象； 試驗中還發(fā)現(xiàn)其它的農(nóng)藥如二甲四氯及其與磺酰脲混配的除草劑，也有可能引起煙葉畸形生長（陳澤鵬等）。3、硝磺草酮在正常農(nóng)作條件下,

4、半衰期5l5天，一般不會對后茬作物造成不良影響，但在土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的沙質(zhì)土中，下茬作物煙草易發(fā)生殘留毒害；在研究中，也發(fā)現(xiàn)水田使用二氯喹啉酸對后茬作物煙草引起藥害尤為突出（梁志剛等）。4、水稻田上年使用過二氯喹啉酸單、復(fù)方制劑和二甲四l氯除草劑，殘留土壤對下年所種煙葉生長產(chǎn)生毒害，表現(xiàn)為整塊煙田受害均勻一致，或明顯隨水流方向變化,輕者旺長中后期出現(xiàn)毒害癥狀，影響上部葉片，重者煙苗團(tuán)棵時即出現(xiàn)毒害癥狀，造成絕收（梁許清） 。5、到目前為止，研究發(fā)現(xiàn)煙區(qū)土壤中除草劑殘留易對后茬作物煙草發(fā)生殘留藥害有以下除草劑： 二氯喹啉酸、二甲四氯苯氧羧酸類除草劑（2甲4氯）、百草枯、草甘膦、苯氧基除草劑（2

5、，4-D)、三嗪類除草劑（莠滅凈、莠去津）和氯乙酰胺類（乙草胺、異丙甲草胺）。三、降低煙區(qū)土壤除草劑殘留藥害的途徑 除草劑在煙區(qū)土壤中的殘留藥害問題引起了煙草界的普遍，解決藥害的手段與方法不斷地被提出和更新，其中利用微生物降解土壤中除草劑殘留和除草劑解毒劑的研究已成為近年來討論比較熱烈的問題，國內(nèi)外已有相關(guān)的研究報道。1、微生物降解 近年來農(nóng)藥殘留的微生物降解是熱門的研究方向。農(nóng)藥降解微生物主要是從長期接觸該農(nóng)藥的土壤、水體或污泥等污染環(huán)境中直接分離篩選或經(jīng)富集培養(yǎng)獲得。即以目標(biāo)農(nóng)藥為微生物生長的限制性底物，在這種選擇條件下可獲得或誘發(fā)出降解目標(biāo)。 目前已研究的除草劑有：莠去津 、2，4-D

6、、草甘膦 、咪唑啉酮類除草劑等。 除草劑殘留微生物降解技術(shù)是一項新型的生物修復(fù)技術(shù)。李順鵬帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊以農(nóng)藥殘留降解菌為主要成分制成農(nóng)藥殘留降解劑，利用降解菌產(chǎn)生的酶類來降解土壤中除草劑殘留，此項成果已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)出“農(nóng)藥凈”系列產(chǎn)品。 目前，微生物降解已成為一項有效治理長效殘留除草劑的手段，有必要更多研究除草劑在煙區(qū)土壤中的微生物降解種類、降解機(jī)制、降解特性、影響因素、降解效果，通過改變煙區(qū)土壤的一些特性或施加優(yōu)勢降解菌來加速其降解，減少其長期殘留對后茬作物煙草的藥害。因此，微生物對煙區(qū)污染土壤的修復(fù)，特別是優(yōu)勢降解菌的篩選和應(yīng)用成為促進(jìn)除草劑在煙區(qū)土壤中降解的研究方

7、向。2、解毒劑 為解決除草劑的藥害問題，從60年代起人們開始研究除草劑的解毒劑。除草劑解毒劑這一概念是Hoffmann在多年研究的基礎(chǔ)上于1962年提出的22，解毒劑 (antidotes)又稱安全劑 (safeners)、拮抗(antagonist) 以及保護(hù)劑(protectant)，簡單說來，是指用來保護(hù)作物免受除草劑的藥害，從而增加作物的安全性和改進(jìn)雜草防除效果的化合物。2.1在煙稻輪作地區(qū)，試驗研究了除草安全劑奈安對煙株生長發(fā)育的影響,試驗表明: 葉面噴施奈安在一定程度上可分解除草劑的殘留，緩解煙葉體內(nèi)的藥害，但在土壤殘 留較重的情況下，尤其是團(tuán)棵前就表現(xiàn)藥害癥狀的僅采用葉面噴施奈安

8、，緩解作用不大。 土壤處理加葉面處理的結(jié)果卻明顯好于僅葉面處理，其原因可能是奈安施入土壤中，能與殘留土壤除草劑發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)，從而降低毒性，減輕除草劑在煙株體內(nèi)的積累，從而減輕對煙株的危害。而葉面噴施奈安的作用較小的主要原因可能是奈安在煙株體內(nèi)分解殘留土壤除草劑的速度要慢于根系吸收殘留土壤除草劑所積累的速度，所以逐漸造成危害(周梅榮)。 2.2為了緩解土壤中二氯喹啉酸殘留對煙草生長的影響, 評價其解毒的效果：采用盆栽試驗，模擬田間施用二氯喹啉酸的不同的劑量，混土處理可造成煙草畸形生長，并且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的加大,畸形癥狀加重。 選用赤霉素、植保素、油菜素內(nèi)酯、水楊酸、生石灰和活性炭對畸形煙草進(jìn)行

9、解毒試驗（陳澤鵬等）。 解毒試驗結(jié)果表明： 當(dāng)生石灰施用量為300 kg/hm2和600 kg/hm2時,雖生石灰對二氯喹啉酸引起的煙草畸形有一定的減輕癥狀作用,但不能使煙草恢復(fù)正常。當(dāng)活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.75 kg/hm2時，煙草生長正常，畸形癥狀可恢復(fù)到正常的生長水平，繼續(xù)增大活性炭的用量，對煙草生長不產(chǎn)生不良影響（陳澤鵬等）。 該解毒效果研究對殘留二氯喹啉酸的土壤處理具有指導(dǎo)意義。 隨著除草劑研制、開發(fā)和使用時間的延長，暴露出來的問題也日益增多，尤其是除草劑的藥害問題越來越突出，因此除草劑解毒劑的研發(fā)和應(yīng)用就成為了迫切需要解決的問題。3、其他措施 除了應(yīng)用微生物降解和解毒劑以降低除草劑

10、殘留藥害外，還必須配以其他措施，改善煙草生長條件： 如采取耕作措施，疏松土壤，排水降漬，提高土壤透氣性，改善土壤呼吸作用；根據(jù)作物生長狀況，適時噴施一些速效肥，如磷酸二氫鉀混入適量氮肥進(jìn)行葉面噴施；一些多元素復(fù)合葉面肥和腐殖酸類有較明顯減輕或者緩解藥害的作用，如因磺酰脲類引起的藥害，及時葉面噴施綠勃康、黃腐酸鹽、稀土等，可起到較好的效果； 噴施一些助長及助壯的植物生長調(diào)節(jié)劑，如噴施赤霉素，云苔素內(nèi)酯等對2、4-D丁酯和2甲4氯等造成的藥害有緩解藥害程度的作用。四、展望 1、利用DNA重組技術(shù)，構(gòu)建工程菌，改造微生物降解能力。 DNA重組技術(shù)（recombinantDNAtechnique）又稱

11、遺傳工程，在體外重新組合（DNA）分子，并使它們在適當(dāng)?shù)募?xì)胞中增殖的遺傳操作。這種操作可把特定的基因組合到載體上，并使之在受體細(xì)胞中增殖和表達(dá)。 分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展為農(nóng)藥降解菌從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用提供了可能。人們寄希望通過基因工程技術(shù)將農(nóng)藥降解酶基因或降解質(zhì)?？寺〉胶线m的宿主菌中并使其高效表達(dá)，構(gòu)建“高效農(nóng)藥降解菌”，為農(nóng)藥的微生物降解開辟一條新途徑。這一領(lǐng)域已成為當(dāng)今環(huán)境生物技術(shù)的研究熱點之一，也是今后工作的重點。 Richard等構(gòu)建的帶有有機(jī)磷水解酶基因的工程大腸桿菌能夠快速降解有機(jī)磷農(nóng)藥。沈標(biāo)等采用三親接合法成功地將帶有l(wèi)ux AB基因的Ptrl02質(zhì)粒轉(zhuǎn)入甲基1605降解菌DLL-

12、1中，獲得的接合子熒光非常強(qiáng)，而且標(biāo)記質(zhì)粒非常穩(wěn)定。此外，除草劑2，4-D降解質(zhì)粒、莠去津降解酶基因等已成功地克隆表達(dá)。 目前的研究發(fā)現(xiàn)，降解酶往往比產(chǎn)生這類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，而且酶的降解效果遠(yuǎn)勝于微生物本身。降解酶基因經(jīng)過生物工程技術(shù)改造之后，可以高效表達(dá)，這樣就顯著提高了對除草劑的降解率。 從被有機(jī)磷農(nóng)藥污染的土壤中篩選出了能夠降解多種有機(jī)磷農(nóng)藥的細(xì)菌，從中克隆出了有機(jī)磷降解酶的編碼基因，并成功地利用畢赤酵母高效表達(dá)了有機(jī)磷降解酶，有機(jī)磷降解酶表達(dá)量達(dá)到 6gL以上，這是國內(nèi)外目前報道的有機(jī)磷降解酶最高的表達(dá)量。 目前，改造后的工程菌，主要應(yīng)用以下兩方面： 首先，直接將人

13、工快繁的工程菌株施用到已受污染的土壤小環(huán)境中，來迅速降解除草劑。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院動物研究所在有機(jī)磷農(nóng)藥降解微生物的篩選、菌株的基因改造方面都取得了很大進(jìn)展。 其次，還可以通過工程菌得到降解酶，制成酶制劑，進(jìn)而施用到已受污染的土壤小環(huán)境中。用微生物產(chǎn)生的酶來處理農(nóng)藥殘留而不是直接使用微生物菌株，那么對環(huán)境造成威脅或潛在威脅的風(fēng)險即可降低。 2、利用生物測定技術(shù)評價土壤中殘留的除草劑對后茬作物煙草的毒害。 除草劑生物測定(Bioassay)是通過測定除草劑對生物影響程度，來確定它的生物活性、毒力等。 在人參的生產(chǎn)上，利用生物測定技術(shù)，評價土壤中殘留的除草劑的毒害，已有報道，技術(shù)非常成熟。 在煙草生產(chǎn)上，目前，華南農(nóng)大已經(jīng)開始嘗試：采用生物測定技術(shù)，發(fā)現(xiàn)二氯喹啉酸在0.00055 mg/L濃度范圍內(nèi)，煙苗的根短、莖長、鮮重輕，根長和煙芽鮮重明顯受到抑制；在濃度為5 mg/L時，畸形苗率達(dá)35 。 3、 培育抗除草劑品種。 通過可降解除草劑微生物得到降解酶，逆轉(zhuǎn)錄，得到其cDNA，