不同菵草種群對甲基二磺隆的敏感性差異

崔亞魁 王曉琳 李貴

摘要：為監(jiān)測江蘇省不同地區(qū)菵草種群對甲基二磺隆的敏感性，采用室內(nèi)整株生測法測定不同菵草種群在葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性以及生物量積累方面對甲基二磺隆的響應(yīng)。結(jié)果表明，甲基二磺隆影響菵草rubisco活性、最大光化學(xué)效率等光合生理指標(biāo)，但不同地區(qū)菵草種群對其的響應(yīng)存在差異。其中，甲基二磺隆處理10 d后，江蘇淮安地區(qū)菵草種群生理指標(biāo)變化較大。在甲基二磺隆36.00 g a.i./hm2劑量處理下，淮安地區(qū)菵草葉片rubisco活性較相應(yīng)空白對照顯著下降48.14%，在9.00～36.00 g a.i./hm2劑量下，葉綠素含量顯著下降26.43%～47.75%，最大光化學(xué)效率顯著下降1.13%～2.13%。而江蘇南京高淳地區(qū)菵草葉片rubisco活性與相應(yīng)空白對照相比下降幅度明顯較緩慢，在9.00～36.00 g a.i./hm2 劑量處理下，葉綠素含量顯著下降15.37%～32.59%，最大光化學(xué)效率則無顯著性變化。整株生物活性測定結(jié)果表明，甲基二磺隆處理21 d后，淮安地區(qū)菵草地上部鮮重ED90值最低，為 32.745 a.i./hm2，高淳地區(qū)菵草的ED90值最高，為69.116 g a.i./hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過甲基二磺隆的推薦劑量。可見，高淳菵草種群對甲基二磺隆敏感性明顯低于其他地區(qū)菵草種群，生產(chǎn)中要密切注意其抗藥水平的發(fā)展變化，及時(shí)調(diào)整化學(xué)防除策略。

關(guān)鍵詞：菵草;種群;甲基二磺隆;響應(yīng);敏感性;光合參數(shù)

中圖分類號(hào)：S451.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1003-935X（2019）01-0034-07

Abstract：The sensitivity to mesosulfuronmethyl of Beckmannia syzigachne on populations from different regions in Jiangsu was determined in whole-plant bioassays by measuring chlorophyll content，chlorophyll fluorescence parameters and rubisco enzyme activity. Mesosulfuron-methyl differentially effected the photosynthetic physiological indexes such as rubisco activity and the maximal photochemical efficiency of B. syzigachne from different regions. The physiological indexes of Huaian biotype had great influence after 10 days of spraying mesosulfuron-methyl. Compared with the control from the same region，Huaian biotype rubisco activity decreased by 48% at 36 g a.i./hm2;at doses from 9～36 g a.i./hm2，chlorophyll content decreased by 26.43%～47.75% and maximum photochemical decreased by 1.13%～2.13%. Rubisco activity of Gaochun biotype significantly decreased more slowly than that of the control from the same region;the chlorophyll content at 9～36 g a.i./hm2 treatment decreased by 15.37%，without change in photochemical efficiency. The ED90 for mesosulfuron-methyl based on whole plant biological activity determination 21 d after treatment for the Huaian and Gaochun biotypes were 32.7 and 69.1 g a.i./hm2，respectively;the latter being significantly higher than the recommended herbicide dose.The biotype from Gaochun was less sensitive to mesosulfuron-methyl than other biotypes. Therefore，it is important to pay attention to this biotype，and follow up any further decrease in its sensitivity to the herbicide while adjusting the weed control tactics to prevent the evolution ans spread of resistance.

Key words：Beckmannia syzigachne;mesosulfuron-methyl;sensitivity;photosynthetic

菵草[Beckmannia syzigachne （Steud.） Fernald]為1年生或越年生禾本科雜草，多生于水邊和潮濕地方，是長江中下游地區(qū)稻茬麥田的主要雜草之一[1-2]。隨著少耕/免耕模式的推廣，菵草由稻茬麥田的次要雜草逐漸上升為主要雜草[3]。目前，稻麥輪作區(qū)菵草危害日趨嚴(yán)重，隨著菵草發(fā)生密度的增加，小麥產(chǎn)量顯著降低，菵草密度為3～50株/m2時(shí)，小麥減產(chǎn)6.7%～56.6%[4]。同時(shí)，由于冬小麥田化學(xué)除草劑使用頻繁，菵草對除草劑敏感性出現(xiàn)不同程度的下降，有效防除趨于困難[5]。

甲基二磺隆屬磺酰脲類除草劑[6]，通過抑制植物體內(nèi)乙酰乳酸合成酶（ALS）活性而阻礙支鏈氨基酸生物合成，從而抑制植物細(xì)胞分裂和生長，用量為11～15 g a.i./hm2的莖葉處理可有效防除小麥田野燕麥、雀麥、看麥娘、菵草、節(jié)節(jié)麥等多種禾本科雜草，同時(shí)可兼除牛繁縷、播娘蒿、薺菜等部分闊葉雜草，尤其對菵草具有良好的防除效果，自商品化以來，逐漸成為控制稻麥輪作區(qū)菵草危害的主要除草劑品種之一[7]，使用量迅速增長[8]。但隨著甲基二磺隆的持續(xù)使用，菵草耐/抗藥性問題應(yīng)該引起重視，不同地區(qū)菵草對甲基二磺隆生理響應(yīng)及敏感性差異未見報(bào)道。因此，本研究選擇江蘇省4個(gè)不同地區(qū)的菵草為材料，通過整株生物測定探討甲基二磺隆脅迫下不同地區(qū)菵草在葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合氣體交換、光合關(guān)鍵酶1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性等方面的生理響應(yīng)，明確它們對甲基二磺隆的敏感性差異，旨在為研究菵草對甲基二磺隆的敏感變化積累數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)上菵草治理和甲基二磺隆的科學(xué)使用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試材料 菵草[B. syzigachne （Steud.） Fernald]種子分別采自江蘇南京高淳（GC）、江蘇連云港（LYG）、江蘇淮安（HA）、江蘇鹽城（YC）

1.1.2 供試藥劑及劑量設(shè)計(jì) 30 g/L甲基二磺隆油懸浮劑（拜耳作物科學(xué)有限公司產(chǎn)品），設(shè)計(jì)劑量分別為0、2.25、4.50、9.00、18.00、36.00 g a.i./hm2。

1.1.3 材料培養(yǎng)及藥劑處理 分別在直徑為 6.5 cm 的塑料杯（盛有泥炭 ∶ 蛭石= 1 ∶ 1，底部打孔吸足水分） 中播入40粒菵草種子，覆蓋 0.5 cm 淺土層，于自然條件下生長至2葉1心時(shí)定苗（20株/杯），3葉期按照設(shè)計(jì)劑量進(jìn)行噴霧處理。噴霧采用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所生產(chǎn)的3WPSH-500 D型生測噴霧塔，圓盤直徑為50 cm，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度為6轉(zhuǎn)/min，噴頭孔徑為0.3 mm，噴霧壓力為0.3 MPa，霧滴直徑為 100 μm，噴頭流量為 90 mL/min。每個(gè)處理噴液量為675 kg/hm2，同時(shí)設(shè)清水空白對照，每個(gè)處理重復(fù)4次。

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 葉綠素含量的測定 于藥劑處理后4、10 d 分別測定各處理菵草10張全展葉的葉綠素含量（SPAD值，所用儀器為日本Minolta公司SPAD-502便攜式葉綠素計(jì)）。

1.2.2 PS Ⅱ最大光化學(xué)效率的測定 于藥劑處理后4、10 d，各處理分別隨機(jī)選擇10張菵草全展葉，暗適應(yīng)30 min后，采用英國 Hansatech公司Handy PEA測定葉片PS Ⅱ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、初始熒光 （Fo）、最大熒光（Fm）以及光合性能指數(shù)（PIabs）。

1.2.3 rubisco活性測定 于藥劑處理后4 d，各處理隨機(jī)選擇4株菵草，測定1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性，參考Zhang等的方法[9]測定。

1.2.4 生物活性測定 于藥劑處理后21 d分別測定各處理菵草植株地上部鮮重，利用統(tǒng)計(jì)軟件對藥劑劑量與菵草地上部鮮重抑制率進(jìn)行回歸分析，求出相應(yīng)的毒力回歸方程、相關(guān)系數(shù)和90%有效量（ED90）值及其95%置信區(qū)間。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲基二磺隆對菵草葉綠素含量的影響

藥劑處理后4 d，隨甲基二磺隆劑量的上升，不同地區(qū)菵草種群葉片葉綠素含量總體呈下降趨勢，但下降的幅度有所不同。與同種群空白對照相比，GC、LYG、YC地區(qū)菵草在4.50 g a.i./hm2及以上劑量處理下顯著下降，而HA地區(qū)菵草則在 18.00 g a.i./hm2 及以上劑量出現(xiàn)顯著下降。其中，在9.00 g a.i./hm2及以上劑量處理下，GC、LYG、HA、YC地區(qū)菵草分別較相應(yīng)對照顯著下降34.51%～44.73%、34.32%～39.88%、18.06%～33.23%、39.96%～45.47%（圖1）。

藥劑處理后10 d，菵草葉片葉綠素含量變化趨勢與藥劑處理后4 d略有不同，與同種群空白對照相比，LYG、HA、YC地區(qū)在2.25 g a.i./hm2及以上劑量處理下出現(xiàn)顯著性下降，而GC地區(qū)菵草則在4.50 g a.i./hm2及以上劑量處理下顯著下降。在9.00～36.00 g a.i./hm2 劑量處理下，GC、LYG、HA、YC地區(qū)菵草分別較相應(yīng)對照顯著下降15.37%～32.59%、32.93～52.86%、26.43～47.75%、28.42～49.11%，其中GC地區(qū)菵草下降幅度相對較緩（圖2）。

2.2 甲基二磺隆對菵草葉片熒光參數(shù)的影響

由表1可知，藥劑處理后4 d，4個(gè)地區(qū)菵草葉片初始熒光均無顯著性差異。噴藥后10 d，與同種群空白對照相比，GC、LYG、YC地區(qū)菵草葉片初始熒光在 4.50 g a.i./hm2 及以上劑量處理下出現(xiàn)顯著差異趨勢，在9.00～36.00 g a.i./hm2劑量處理下，分別較相應(yīng)對照顯著下降8.61%～13.11%、5.16%～8.59%、10.09%～14.41%;HA地區(qū)菵草葉片初始熒光在4.50、36.00 g a.i./hm2 劑量處理下分別較其空白對照顯著下降17.02%、10.70%。最大熒光變化趨勢與初始熒光類似，藥劑處理后 4 d，各地區(qū)菵草葉片與相應(yīng)對照也基本無顯著差異。藥后10 d，與同種群空白對照相比，LYG、HA地區(qū)菵草葉片最大熒光在2.25 g a.i./hm2及以上劑量處理下顯著下降，而GC地區(qū)菵草則在4.50 g a.i./hm2及以上劑量處理下顯著下降，YC地區(qū)菵草則在 9.00 g a.i./hm2 及以上劑量處理下顯著下降。藥后10 d，與同種群空白對照相比，GC、LYG、HA、YC地區(qū)菵草葉片最大熒光在9.00～36.00 g a.i./hm2劑量處理下分別顯著下降8.20%～17.52%、10.03%～16.44%、10.30%～14.56%、14.72%～17.93%，下降幅度相差不大。

2.3 甲基二磺隆對菵草PS II最大光化學(xué)效率及光合性能指數(shù)的影響

由表2可知，藥劑處理后4 d，與葉綠素含量相比，最大光化學(xué)效率Fv/Fm變化較小，LYG地區(qū)菵草Fv/Fm在18.00～36.00 g a.i./hm2劑量處理下較其空白對照顯著下降1.24%，而GC、HA、YC地區(qū)菵草 Fv/Fm 在不同劑量處理下均無顯著性差異。藥劑處理后10 d，與同種群空白對照相比，LYG地區(qū)菵草Fv/Fm在4.50 g a.i./hm2及以上劑量處理下出現(xiàn)顯著差異，HA、YC地區(qū)菵草 Fv/Fm 在18.00～36.00 g a.i./hm2劑量處理下出現(xiàn)顯著差異，而GC地區(qū)各劑量處理下菵草Fv/Fm無顯著性變化。藥后10 d，與同種群空白對照相比，LYG、HA、YC地區(qū)菵草Fv/Fm在9.00～36.00 g a.i./hm2 劑量處理下分別下降1.77%～2.40%、1.13%～2.13%、0.89%～3.43%;在推薦劑量下，GC地區(qū)菵草Fv/Fm無顯著性下降，敏感性較低。

PIabs是以吸收光能為基礎(chǔ)的光化學(xué)性能指數(shù)。由表2還可知，與同種群空白對照相比，藥劑處理后4 d，HA地區(qū)菵草PIabs在36.00 g a.i./hm2劑量處理下顯著下降23.25%，其他3個(gè)地區(qū)各劑量處理下菵草PIabs均無顯著性變化;藥后10 d，LYG、YC地區(qū)菵草PIabs在4.50～36.00 g a.i./hm2 處理下顯著下降，HA地區(qū)菵草PIabs在18.00～36.00 g a.i./hm2 劑量處理下顯著下降，而GC地區(qū)菵草PIabs在36.00 g a.i./hm2劑量處理下差異顯著。藥后10 d，在9.00～36.00 g a.i./hm2劑量處理下，與相應(yīng)空白對照相比，GC、LYG、HA、YC地區(qū)菵草PIabs分別下降18.82%～25.85%、22.28%～27.30%、9.55%～34.92%、35.10%～43.93%，可見GC地區(qū)菵草下降幅度相對較緩。

2.4 甲基二磺隆對菵草rubisco活性的影響

藥劑處理后4 d，當(dāng)甲基二磺隆在 9.00 g a.i./hm2 及以上處理劑量下，不同地區(qū)菵草種群葉片rubisco活性基本顯著低于相應(yīng)空白對照（圖3），但下降幅度有所不同，其中GC地區(qū)菵草葉片rubisco活性下降幅度明顯較緩慢。與空白對照相比，LYG、HA地區(qū)菵草葉片rubisco活性在36.00 g a.i./hm2劑量下分別下降48.48%、48.14%。

2.5 甲基二磺隆對不同地區(qū)菵草生物活性的影響

藥劑處理后21 d，通過測定甲基二磺隆處理下菵草整株生物活性得出相應(yīng)的毒力回歸方程、相關(guān)系數(shù)、ED90值及其95%置信區(qū)間，結(jié)果見表3，可以看出，不同地區(qū)菵草對甲基二磺隆的敏感性有所差異。其中，HA 地區(qū)菵草對甲基二磺隆的敏感性最高，其ED90值最低，為32.745 g a.i./hm2，而GC地區(qū)菵草對甲基二磺隆敏感性明顯較低，其 ED90值為69.116 g a.i./hm2，明顯超過了生產(chǎn)推薦劑量，該地區(qū)菵草對甲基二磺隆敏感性下降的現(xiàn)象值得關(guān)注。

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物最穩(wěn)定、最重要的生理過程，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）催化光合作用CO2固定的第1步反應(yīng)，是碳同化的限速酶，對凈光合速率起著決定性的作用[10];同時(shí)，在逆境脅迫下植物生長變化通常首先表現(xiàn)為植物光合能力的變化，葉綠素降解-合成的平衡被打破，其捕獲光能進(jìn)行光能轉(zhuǎn)換的效能受到影響，表現(xiàn)為葉綠素含量、PS Ⅱ最大光化學(xué)效率、rubisco活性等生理指標(biāo)發(fā)生變化，因此逆境脅迫下的葉綠素?zé)晒饪焖僮兓餐ǔ１挥脕矸从持参锸苊{迫的程度[11]。

Fo是光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心處于完全開放時(shí)的最低熒光產(chǎn)量，代表的是色素所吸收的光能中不參與光化學(xué)反應(yīng)的能量，它與葉片葉綠素含量有關(guān)，但是與光合作用的光反應(yīng)無關(guān)[12]。葉綠素含量下降，F(xiàn)o降低，而PS Ⅱ反應(yīng)中心失活或損傷又使其升高，因此Fo變化的方向取決于這些因素中起主要作用的因素。4個(gè)地區(qū)Fo分別在不同劑量處理下出現(xiàn)不同程度的下降，說明葉綠素含量降低掩蓋了Fo的上升[13]。最大熒光（Fm） 是PS Ⅱ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，反映通過PS Ⅱ的電子傳遞情況[13]。PIabs是以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)，對環(huán)境因子更敏感，可以更準(zhǔn)確地反映植物光合機(jī)構(gòu)的狀態(tài)[14]，與同種群空白對照相比，本研究中各地區(qū)不同劑量處理下菵草PIabs整體呈下降趨勢，表明光合機(jī)構(gòu)受到脅迫，甚至已經(jīng)被傷害。

本研究結(jié)果表明，在甲基二磺隆化學(xué)脅迫下，菵草在葉綠素含量、PS Ⅱ最大光化學(xué)效率、rubisco活性等方面出現(xiàn)了不同程度的變化，最終導(dǎo)致菵草光合性能受損，干物質(zhì)積累量下降。本研究結(jié)合生物測定、葉綠素含量、PS Ⅱ最大光化學(xué)效率與離體酶活測定結(jié)果可知，在甲基二磺隆處理后 4 d，GC地區(qū)rubisco活性受影響較小，10 d后葉綠素含量下降幅度相對較小，21 d后鮮重抑制率相對較低，說明GC地區(qū)菵草對甲基二磺隆敏感性明顯較低。這可能與當(dāng)?shù)丶谆锹〉氖褂媚晗蕖⑹褂脛┝考笆褂盟降扔嘘P(guān)。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)抗性監(jiān)測的頻度，密切關(guān)注包括甲基二磺隆在內(nèi)的化學(xué)除草劑科學(xué)使用，避免長期、高劑量使用單一除草劑品種，應(yīng)按照除草劑輪換使用的原則，合理使用作用機(jī)制不同的除草劑品種進(jìn)行菵草防治，提倡3～5年的合理輪換，完善不同作用靶標(biāo)除草劑的搭配使用技術(shù)，抑制雜草抗藥性的發(fā)生、發(fā)展，針對不同抗性水平的雜草種類，結(jié)合生物生態(tài)措施，及時(shí)調(diào)整化學(xué)防除策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]褚建君，李揚(yáng)漢. 菵草（Beckmannia syzigachne）生物學(xué)特性及其可利用性探討[J]. 雜草科學(xué)，2002（1）：2-5.

[2]張 迪. 小麥田主要雜草抗藥性監(jiān)測及治理技術(shù)研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[3]李凌緒. 菵草（Beckmannia syzigachne Steud.）對精唑禾草靈的抗性研究[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[4]李 俊，饒 娜，董立堯，等. 稻茬麥田菵草發(fā)生動(dòng)態(tài)及其對小麥生長和產(chǎn)量的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：67-70.

[5]韓玉皎. 菵草[Beckmannia syzigachne （Steud.） Fernald]對甲基二磺隆的抗性研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2015.

[6]劉學(xué)儒，李志貧，王大圣，等. 3%世瑪油懸劑防除麥田雜草試驗(yàn)[J]. 雜草科學(xué)，2003（3）：31-32.

[7]唐建明. 江蘇麥田惡性禾本科雜草及其適用除草藥劑[J]. 雜草科學(xué)，2008（3）：75-76.

[8]李宜慰，梅傳生，李永豐，等. 麥田菵草和日本看麥娘對綠黃隆抗性的初步研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1996（2）：37-41.

[9]Zhang L D，Zhang L X，Sun J L，et al. Rubisco gene expression and photosynthetic characteristics of cucumber seedlings in response to water deficit[J]. Scientia Horticulturae，2013，161 （2）：81-87.

[10]潘 璐，劉杰才，李曉靜，等. 高溫和加富CO2溫室中黃瓜Rubisco活化酶與光合作用的關(guān)系[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2014，41（8）：1591-1600.

[11]安飛飛，簡純平，楊 龍，等. 木薯幼苗葉綠素含量及光合特性對鹽脅迫的響應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，31（3）：500-504.

[12]盧廣超，許建新，薛 立，等. 黃石采石場廢棄地植物的生長與光合特性研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（3）：78-85，89.

[13]孫駿威，付賢樹，奚 輝，等. 水稻不同葉位氣體交換和葉綠素?zé)晒庋芯縖J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2007，33（3）：277-283.

[14]徐 瀾，高志強(qiáng)，安 偉，等. 冬麥春播條件下旗葉光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化及其與產(chǎn)量的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，27（1）：133-142.