野慈姑Sagittaria trifolia L.对苄嘧磺隆抗药性机理及适合度代价的初步研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:worldfly
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野慈姑(Sagittaria trifolia L.)是我国东北水稻产区常见阔叶杂草之一。20世纪80年代中后期,开始广泛使用以苄嘧磺隆为代表的乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂,野慈姑得到有效控制。2000年前后,苄嘧磺隆对野慈姑的防效明显下降。近年来,野慈姑的发生和危害日趋严重,逐渐成为部分稻田杂草群落的优势种群。本研究以我国东北三省稻田野慈姑为对象,测定30个野慈姑种群对苄嘧磺隆的抗药性水平及其交互抗药性,并测定其第二代对苄嘧磺隆的抗药性水平。从分子水平阐明抗药性产生机理,并选取不同生物型野慈姑研究其生物学、形态学和解剖学特性的变化,以及不同生物型之间的竞争作用,及与水稻的竞争作用和对水稻产量的影响。可为稻田恶性杂草野慈姑的危害水平和抗性风险进行评价,为田间抗药性野慈姑的快速鉴定提供参考,为抗药性野慈姑的治理提供初步的理论支持。主要结果如下:1.通过整株植物鉴定法,测定野慈姑第一、二代对苄嘧磺隆的抗药性水平及其交互抗药性。结果表明,30个种群均对苄嘧磺隆产生不同程度抗药性,抗药性指数在15.76-155.96之间,其中辽宁省灯塔市大河南镇种群(R-21)抗药性水平最高,指数达155.96。同时,野慈姑种群第二代抗药性水平与第一代没有显著差异。测定野慈姑种群对5个ALS抑制剂类除草剂包括乙氧磺隆(SU)、吡嘧磺隆(SU)、五氟磺草胺(TP)、嘧啶肟草醚(PTB)和双草醚(PTB)的交互抗药性结果表明,30个种群均对乙氧磺隆和吡嘧磺隆产生了交互抗药性;除R-29种群对五氟磺草胺、R-21种群对嘧啶肟草醚产生了低水平抗药性,其它种群对五氟磺草胺和嘧啶肟草醚敏感;除R-1、R-11、R-21、R-22和R-29种群对双草醚产生了低水平的抗药性,其他种群均未产生抗药性。2.通过靶标酶ALS活性测定及ALS基因对比从分子水平阐明抗药性产生机理。敏感及抗药性野慈姑ALS活性的测定结果与整株测定结果相互印证,进一步明确野慈姑对苄嘧磺隆产生不同程度的抗药性。对不同野慈姑ALS基因进行提取、扩增、测序和对比后发现,共产生五种突变。其中,抗药性R-16、R-25和R-26种群的ALS基因第197位脯氨酸(Pro)被苏氨酸(Thr)取代;抗药性R-4、R-8、R-18、R-24和R-28种群的ALS基因第197位脯氨酸(Pro)被组氨酸(His)取代;抗药性R-22和R-29种群的ALS基因第376位天冬氨酸(Asp)被谷氨酸(Glu)取代。另外,抗药性R-5、R-9、R-14、R-15和R-19种群的ALS基因没有发生突变。Pro-197-Thr、His和Asp-376-Glu这两种氨基酸上的3个突变是第一次在野慈姑种群中被发现。3.不同生物型野慈姑(S、R-19和R-22)生物学特性的比较。结果发现,在非竞争条件下,S在株高、植株干重、叶片数量及面积、球茎数量及大小、花期方面都超过R-19和R-22,但在种子量和种子大小方面不同生物型间无显著差异,并且抗药性生物型R-19和R-22之间不存在显著差异。同时,对不同生物型叶绿素含量及其光合作用进行研究,发现在生长初期,S与R-22叶绿素含量存在显著差异,而与R-19没有差异,随着生长时间的延长,到播种后60 d和90 d,S、R-19和R-22间叶绿素含量不存在显著差异。S、R-19和R-22的净光合速率,蒸腾速率和气孔导度不存在显著差异,表明不同生物型对光能的吸收、同化物的形成是相同的。4.不同生物型野慈姑叶片和茎的形态解剖结构的比较。结果发现,抗药性生物型(R-19和R-22)叶片气孔密度显著高于敏感生物型(S),但R-19和R-22之间没有区别,同时,不同生物型野慈姑其气孔大小没有区别;另一方面,不同生物型野慈姑叶片厚度、上下表皮厚度不存在显著差异。茎的形态解剖结构对比结果,敏感生物型(S)茎的边长及表皮厚度显著高于抗药性生物型(R-19和R-22),而R-19和R-22之间没有区别。5.野慈姑敏感和抗药性不同生物型之间,以及与水稻之间竞争作用的研究。结果发现,当抗药性和敏感生物型之间竞争时,敏感生物型(S)表现强的竞争作用,并且敏感生物型(S)种内竞争没有敏感生物型(S)与抗药性生物型(R-19和R-22)之间种间竞争激烈,两个抗药性生物型R-19和R-22之间不存在差异;当存在水稻竞争时,相对于S,水稻对R-19和R-22表现更强的抑制作用,结果表明在水稻竞争的不断增加时,S拥有能力去分配较多的资源。另一方面,测定不同野慈姑生物型不同密度对水稻的影响,结果表明水稻的株高、分蘖数、穗数和产量随野慈姑种植密度的增大而降低。在不同生物型野慈姑相同密度时,水稻的株高和分蘖数不存在显著差异,当野慈姑的密度达到并超过60株m-2时,抗药性生物型(R-19和R-22)和敏感生物型(S)对水稻产量的影响存在显著差异,S对水稻产量的抑制作用要强于R-19和R-22。
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