油菜田日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈抗性的生理應答

陳宏州， 楊敬輝， 張文文， 陳 露， 莊義慶

(江蘇丘陵地區鎮江農業科學研究所，江蘇 句容 212400)

在中國，冬油菜約占油菜總種植面積的90%， 主要分布于長江流域，且多為稻茬油菜田，這就導致了喜濕性禾本科雜草——日本看麥娘(Alopecurus japonicus)危害嚴重而又難以防除［1］。目前，油菜田日本看麥娘仍以化學防治為主，防除藥劑主要為芳氧基苯氧丙酸(Aryloxyphenoxypropionate，AOPP)類和環已烯酮(Cyclohexanedione，CHD)類除草劑，其中AOPP類除草劑——高效氟吡甲禾靈(Haloxyfop-R-methyl)為主導藥劑［1］。近年來，油菜田日本看麥娘發生比重不斷上升，危害日益嚴重，農民為了達到防除雜草的目的，不斷增加施藥量和施藥次數，使除草劑對雜草的選擇壓逐年上升。由于AOPP類和CHD類除草劑作用靶標單一，長時間連續單一使用，導致防效下降，甚至有產生明顯抗性的報道。楊彩宏等［2］、潘以樓等［3］報道油菜田日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈產生了明顯的抗藥性，且抗性程度與用藥年限的長短有一定的關系。陳宏州等［4］報道在江蘇省句容市部分油菜田，10.8%高效氟吡甲禾靈EC按推薦劑量的3倍使用，1次用藥后60 d，對日本看麥娘的株防效為負值。

AOPP類和CHD類除草劑作用靶標都是乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl coenzyme A carboxylase，ACCase)。研究人員發現雜草體內ACCase被修飾使雜草對多數AOPP類和CHD類除草劑的敏感性降低，從而產生抗藥性，而這種抗性多為單個基因控制［5-6］。這種抗藥性機制已在澳大利亞的抗性早熟禾、羊茅屬雜草和瑞士黑麥草中得到證實［7］。中國在雜草抗藥性方面的研究，與國外相比相對滯后，且多數集中于抗性雜草的鑒定方法上。近年來，為了延緩抗性的發展，越來越多的研究人員開始更加注重抗性產生的分子機理以及生理機制研究。黃世霞等［8］采用雙向等位基因特異性PCR研究不同抗性生物型看麥娘對ACCase抑制劑類除草劑稀禾啶和高效氟吡甲禾靈產生交互抗性的分子基礎，證實了靶標酶ACCase可能存在多個突變位點而產生不同模式的抗藥性，同時也表明AOPP類和CHD類除草劑的作用位點是有差異的。韓瑞娟等［9］研究了抗性和敏感日本看麥娘體內細胞色素P450還原酶和谷胱甘肽-S-轉移酶的活性差異，結果表明代謝酶活性增強是日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈產生抗性的機理之一。

目前，關于油菜田日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈產生抗性的生理機制還鮮有報道。本研究以種子生物測定法鑒定了3個油菜田日本看麥娘種群對高效氟吡甲禾靈的抗性水平，然后進行不同抗性生物型日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后在生理水平上的應答研究，以期為抗性日本看麥娘的防除與治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試種子

2011年5月，在高效氟吡甲禾靈使用15～20年的江蘇省句容市和丹陽市油菜田采集成熟的日本看麥娘種子，獲取2個日本看麥娘種群，分別命名為JR種群和DY種群［10］。野生日本看麥娘種群(CZ種群)由南京農業大學植物保護學院董立堯教授提供，該種群采自安徽滁州休閑田［2］。

1.2 供試藥劑

94.9%高效氟吡甲禾靈原藥(江蘇揚農化工有限公司)，用適量二甲苯溶解后，加入10%的吐溫－80，配制成10 000 μg/ml的母液置于4℃冰箱中備用;10.8%高效氟吡甲禾靈EC為美國陶氏益農公司產品。

1.3 日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈的抗性水平檢測

在預試驗基礎上，以種子生物測定法［11］，將50粒經預先催芽且芽長約1 mm的日本看麥娘種子放在鋪有一層濾紙的9 cm培養皿內，加入5 ml濃度分 別 為 0 μg/ml、80.000 00 μg/ml、40.000 00 μg/ml、 20.000 00 μg/ml、 10.000 00 μg/ml、5.000 00 μg/ml、2.500 00 μg/ml、1.250 00 μg/ml、0.625 00 μg/ml、0.312 50 μg/ml和0.156 25 μg/ml的高效氟吡甲禾靈藥液，加蓋確保種子處于濕潤狀態，置于光照培養箱內培養(光照/黑暗為12 h/12 h;溫度:白天18℃，晚上15℃)，每處理重復4次。藥劑處理10 d后，測量芽長，計算藥劑對雜草種子芽長的抑制率。

采用DPS數據處理軟件，計算藥劑對不同日本看麥娘種群的毒力回歸方程、相關系數、EC50及其95%置信限，并計算相對抗性倍數。相對抗性倍數=不同地區日本看麥娘種群的EC50/敏感日本看麥娘種群的EC50［3］。

1.4 不同抗性生物型的生理指標測定

1.4.1 材料準備 將壤質菜園土與沙按3∶1混勻后，裝入直徑為9 cm的塑料盆缽內，然后將適量不同抗性生物型的日本看麥娘種子分別播種于盆缽內，并置于光照培養箱內培養，培養條件同方法1.3，出苗后每盆定苗30株。日本看麥娘長至3～4葉期后，用10.8%高效氟吡甲禾靈EC以400 ml/hm2進行莖葉噴霧處理，以清水處理為對照，各處理重復4次。以敏感種群受藥劑脅迫約7 d后開始出現明顯的受害癥狀為依據，分別于處理后0 d、1 d、2 d、3 d、5 d和7 d采集各處理植株的葉片，取樣后立即測定各項生理指標。

1.4.2 生理指標測定 分別測定各樣品的葉綠素(Chl.)、類胡蘿卜素(Car.)、可溶性糖和丙二醛(MDA)的含量以及過氧化物酶(POD)活性。測定方法參照《植物生理生化實驗原理和技術》［12］，其中可溶性糖含量用苯酚法測定;POD活性用愈創木酚法測定。試驗數據采用Excel 2003處理并作圖;用DPS數據處理軟件進行單因素方差分析，采用Duncan氏新復極差法進行多重比較，最小顯著法(LSD)檢驗差異顯著性。

2 結果

2.1 抗性水平檢測結果

抗性水平檢測結果(表1)表明，高效氟吡甲禾靈對JR、DY和CZ種群日本看麥娘種子胚芽生長抑制的 EC50分別為5.796 3 μg/ml、0.425 2 μg/ml和0.067 9 μg/ml。以采自安徽滁州未用藥的日本看麥娘種群(CZ種群)對高效氟吡甲禾靈的敏感性作為敏感基線得出，JR和DY種群的相對抗性倍數分別為85.36和6.26。即JR種群為高抗生物型，DY種群為低抗生物型。

表1 不同日本看麥娘種群對高效氟吡甲禾靈的抗性水平檢測Table 1 Resistance levels of different Alopecurus japonicus populations to haloxyfop-R-methyl

2.2 日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片光合色素含量

從表2可以看出，JR種群日本看麥娘，在藥劑脅迫后的第 0 d、1 d、2 d、3 d、5 d 和 7 d，葉綠素 a(Chl.a)、葉綠素 b(Chl.b)和總葉綠素(Chl.)含量略有下降，而對照均略有上升;類胡蘿卜素(Car.)含量和 Chl.a/Chl.b比值與對照一樣略有上升;Car./Chl.比值略有上升趨勢，對照則基本穩定。DY種群和CZ種群日本看麥娘，在藥劑脅迫后，Chl.a、Chl.b、Chl.和 Car.含量均顯著下降，而對照略有上升。CZ種群日本看麥娘，在藥劑脅迫后第 7 d，Chl.a、Chl.b、Chl.和Car.含量分別為對照的 31.52%、40.83%、34.00%和23.97%，下降最顯著。DY種群和CZ種群日本看麥娘，Chl.a/Chl.b比值均有下降，CZ種群下降較明顯，而對照略有上升。DY種群日本看麥娘 Car./Chl.比值略有上升，對照基本穩定。CZ種群日本看麥娘 Car./Chl.比值下降顯著，對照基本穩定。

表2 不同抗性生物型日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片光合色素的含量Table 2 Photosynthetic pigments contents in the leaves of Alopecurus japonicus with different resistances after haloxyfop-R-methyl spraying

2.3 日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片可溶性糖含量

從圖1可以看出，不同抗性生物型日本看麥娘在噴施高效氟吡甲禾靈后，葉片可溶性糖含量均有上升趨勢，其中高抗生物型略有上升，敏感和低抗生物型上升較為顯著。JR種群可溶性糖含量增加相對較少，藥劑脅迫后第7 d，可溶性糖含量為其對照的1.5倍;DY種群在藥劑脅迫后第7 d，可溶性糖含量為其對照的2.3倍;CZ種群可溶性糖含量增加最顯著，藥劑脅迫后第7 d，可溶性糖含量為其對照的3倍。

圖1 不同抗性生物型日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片可溶性糖含量Fig.1 Soluble sugar contents in the leaves of Alopecurus japonicus with different resistances after haloxyfop-R-methy spraying

2.4 日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片MDA含量

從圖2可以看出，不同抗性生物型日本看麥娘在噴施高效氟吡甲禾靈后，葉片MDA含量變化差異顯著。JR種群在藥劑脅迫后7 d內，葉片MDA含量與其對照差異不顯著。DY種群在藥劑脅迫后第3 d，葉片MDA含量開始呈上升趨勢，藥劑脅迫后第7 d，葉片MDA含量為其對照的2.2倍。CZ種群在藥劑脅迫后，葉片MDA含量呈上升趨勢，藥劑脅迫后第7 d，葉片MDA含量為其對照的4倍。

圖2 不同抗性生物型日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片MDA含量Fig.2 MDA contents in the leaves of Alopecurus japonicus with different resistances after haloxyfop-R-methyl spraying

2.5 日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片POD活性

從圖3可以看出，不同抗性生物型日本看麥娘在噴施高效氟吡甲禾靈后，葉片POD活性均呈現先上升后下降的趨勢，其中高抗生物型變化平緩，而低抗和敏感生物型則反應強烈。JR種群在藥劑脅迫后第5 d，葉片POD活性為其對照的1.7倍，第7 d降至其對照的1.4倍。DY種群在藥劑脅迫后5 d內，葉片POD活性有明顯上升趨勢，第5 d時為其對照的3倍，第7 d時葉片又降至對照的1.5倍。CZ種群在藥劑脅迫后5 d內，葉片POD活性上升最顯著，第5 d時為其對照的3.7倍，第7 d時又降至對照的2.2倍。這表明，高抗生物型日本看麥娘受高效氟吡甲禾靈的影響較小，表現出一定的生理適應性。

圖3 不同抗性生物型日本看麥娘噴施高效氟吡甲禾靈后葉片POD的活性Fig.3 POD activities in the leaves of Alopecurus japonicus with different resistances after haloxyfop-R-methyl spraying

3 討論

由于過度依賴和長期使用相對有限的化學除草劑，導致了雜草抗藥性的發生和發展，且雜草抗藥性問題越來越突出，備受全球關注?？顾幮詸z測是抗性雜草治理的重要環節，其研究方法不斷發展并日漸重要［13］。目前，雜草抗藥性檢測的方法主要有種子生物測定法、整株測定法、幼苗實驗法、分蘗法、花粉粒檢測法、酶聯免疫測定(ELISA)法、PCR 檢測法等［14-16］。種子生物測定法，只需觀察種子發芽趨勢就可準確判斷是否發生抗藥性，具有快速、簡便易行、設備簡單、成本低、占用空間小、適用于大面積種子的檢測等優點，因而在抗藥性檢測中被廣泛應用。本研究利用種子生物測定法檢測了不同油菜田日本看麥娘種群對高效氟吡甲禾靈的抗藥性，結果表明采自江蘇省句容市的JR種群日本看麥娘為高抗生物型，這與前人的研究結果一致［2-3］，而采自江蘇省丹陽市的 DY種群為低抗生物型。

在噴施高效氟吡甲禾靈后，低抗和敏感生物型油菜田日本看麥娘葉片的 Chl.a、Chl.b、Chl.和 Car.含量有明顯下降，光合色素構成發生變化，葉片可溶性糖和MDA含量上升顯著，POD活性先上升后下降并且反應強烈。這表明，低抗和敏感生物型日本看麥娘植株體內的保護酶系統受到損害，清除活性氧及過氧化物自由基，能力大幅下降，細胞質膜受損嚴重，其中敏感生物型比低抗生物型受藥劑的影響更為明顯。高抗生物型日本看麥娘，通過增加滲透調節劑可溶性糖含量，來保護原生質與環境之間的滲透平衡和結構的完整性，增加POD活性來清除活性氧及過氧化物自由基，從而降低了藥劑脅迫下葉片膜脂過氧化產物MDA的生成量。這表明，高抗生物型日本看麥娘對高效氟吡甲禾靈具有一定的生理適應性。

致謝: 感謝南京農業大學植物保護學院董立堯教授為本研究提供了油菜田野生日本看麥娘種子!

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