野稷对烟嘧磺隆抗药性机制研究

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野稷(Panicum miliaceum L.var.ruderale kit.),一年生禾本科黍属杂草,因其耐旱耐贫瘠的特点,逐渐演变为玉米田中主要杂草,与作物竞争生长资源,造成减产。烟嘧磺隆(Nicosulfuron)是常用于玉米田中防除禾本科杂草的磺酰脲类除草剂,但由于长期大量的施用,其对玉米田中野稷的防除效果明显下降,辽宁省内多个地区已出现使用烟嘧磺隆后未能有效防除野稷的情况,抗药性野稷的发生情况严重。本研究以采集自不同地区的40个野稷种群为研究对象,从野稷分布情况、抗性水平、靶标及非靶标抗性机制、多抗性等方面进行研究。旨在填补杂草抗性机制理论上的空白,对杂草抗性机制的理论进行完善,在生产实践中,还可以根据针对野稷的抗药性机制制定合理的治理措施,指导田间抗药性野稷的防除,延缓野稷抗药性的发展,实现增产增收的目的。研究结果如下:采用整株生物测定法,测定了40个野稷种群对烟嘧磺隆的抗性水平,结果表明38个种群均对烟嘧磺隆产生了不同的程度的抗药性,抗性指数(RI)在2.1-56.77之间,其中采集自辽宁省阜新市的FX-4种群抗性水平最高,GR50值为205.97 g a.i/hm~2。多重抗药性测定结果表明,抗烟嘧磺隆的野稷种群对莠去津和硝磺草酮均产生了不同程度的抗药性。利用分子生物学技术首次扩增出野稷的乙酰乳酸合成酶(ALS)的DNA序列,长度为1667bp,编码555个氨基酸。将扩增出的野稷ALS基因序列在NCBI中进行BLAST比对,与柳枝稷(Panicum virgatum)、哈氏黍(Panicum hallii)和狗尾草(Setaria viridis)ALS序列同源性均为95%以上,可证明扩增产物为野稷的ALS序列。通过对敏感及抗性种群的ALS基因进行克隆测序比对,结果表明抗敏种群中,在报道的8个ALS突变位点中均未检测到基因突变。在离体条件下对靶标酶ALS的活性进行了测定,结果表明,抗性和敏感野稷种群中ALS酶活性基本一致,抗药性指数在1.02-1.22之间。以上结果表明,野稷对烟嘧磺隆产生抗性的原因并非由靶标基因突变及靶标酶的活性增强而引起的。以马拉硫磷作为细胞色素P450s抑制剂,研究P450s活性对抗性种群对烟嘧磺隆抗性水平的影响。结果表明,在1000 g a.i./hm~2浓度的马拉硫磷处理下,抗性种群的GR50值显著下降,TL-1、CY-2和FX-4的GR50分别为3.23、12.28和70.95g a.i.·hm-2,分别下降了75%、68%和55%。谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)活性测定结果表明,施药后1-4d内,测定的各种群的GSTs活性虽随时间有所波动,但抗药性种群的GSTs活性均显著高于敏感种群。整体实验结果表明,细胞色素P450s和谷胱甘肽-S-转移酶活性增强是导致野稷对烟嘧磺隆产生抗药性的主要机制,这是关于野稷对烟嘧磺隆抗药性机制的首次报道。
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