论文部分内容阅读
随着长期、大面积的使用化学除草剂,农田杂草的抗药性问题越发严峻。反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)是大豆田常见的一年生阔叶杂草,在我国分布广泛,严重地减少了大豆的产量,世界上许多地方将其列为恶性杂草。咪唑乙烟酸是乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂,曾经在大豆田阔叶杂草防除中起到重要作用。但由于长期、过量的使用咪唑乙烟酸,黑龙江省一些地区的反枝苋种群对咪唑乙烟酸产生了不同程度的抗药性,田间推荐剂量3倍仍难以有效防除,且随着用药年限的增加,反枝苋的抗药性也不断增强。为了进一步阐明反枝苋对咪唑乙烟酸的抗药性机制,为抗性杂草研究和治理提供理论依据,本研究以黑龙江省黑河市嫩江县大豆田的反枝苋R种群和黑龙江省牡丹江市东宁县非耕地反枝苋S种群为研究对象,从反枝苋R种群对咪唑乙烟酸抗性的生理机制、代谢机制、靶标酶活性的变化及靶标基因的突变方面进行了研究。主要研究结果如下:(1)反枝苋对咪唑乙烟酸抗性的生理机制1)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的叶绿素含量均先下降,7天后开始上升,施药后14天,叶绿素含量恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后28天,反枝苋R种群的叶绿素含量比未进行喷药处理的反枝苋R种群减少了11.2%,反枝苋S种群的叶绿素含量比未处理的反枝苋S种群减少了63.1%。在整个试验过程中,反枝苋R种群的叶绿素含量始终比反枝苋S种群高。2)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的光合速率均先下降,7天后开始上升,施药后14天,光合速率恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后28天,反枝苋R种群的光合速率比未进行喷药处理的反枝苋R种群减少了13.9%,反枝苋S种群的光合速率比未进行喷药处理的反枝苋S种群减少了56.6%。在整个试验过程中,反枝苋R种群的光合速率始终比反枝苋S种群高。3)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的气孔导度均先下降,7天后开始上升,施药后14天,气孔导度恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后28天,反枝苋R种群的气孔导度比未进行喷药处理的反枝苋R种群减少了10.8%,反枝苋S种群的气孔导度比未进行喷药处理的反枝苋S种群减少了78.4%。在整个试验过程中,反枝苋R种群的气孔导度始终比反枝苋S种群高。4)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的SOD活性均先下降,7天后开始上升,施药后14天,SOD活性恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后21天,反枝苋R种群和反枝苋S种群SOD活性分别比未施用咪唑乙烟酸的对照组减少了8.0%和23.0%。整个试验阶段反枝苋R种群SOD活性始终比反枝苋S种群高。5)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的POD活性均先下降,7天后开始上升,施药后14天,POD活性恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后21天,反枝苋R种群和反枝苋S种群POD活性分别比未施用咪唑乙烟酸的对照组增加了30.0%和15.0%。整个试验阶段反枝苋R种群POD活性始终比反枝苋S种群高。6)咪唑乙烟酸处理后,反枝苋R种群和S种群的CAT活性均先下降,7天后开始上升,施药后14天,CAT活性恢复到最高水平,随后开始持续下降。施药后21天,反枝苋R种群和反枝苋S种群CAT活性分别比未施用咪唑乙烟酸的对照组增加了17%和5%。整个试验阶段反枝苋R种群CAT活性始终比反枝苋S种群高。(2)反枝苋对咪唑乙烟酸的代谢抗性机制1)三种P450s抑制剂马拉硫磷、咪鲜胺和增效醚与咪唑乙烟酸共同处理均会使反枝苋R种群对咪唑乙烟酸的抗性减弱,其中马拉硫磷的效果最好,与单独施用咪唑乙烟酸相比,反枝苋R种群的鲜重抑制率增加了27.7%。2)施用咪唑乙烟酸后,反枝苋R种群和S种群的GSTs活性均先下降,7天后开始上升,施药后14天,GSTs活性恢复到最高水平,随后开始持续下降。反枝苋R种群的GSTs活性比未进行喷药处理的反枝苋R种群增加了1.05倍,反枝苋S种群的GSTs活性比未进行喷药处理的反枝苋S种群增加了0.55倍。整个试验过程中,反枝苋R种群GSTs活性始终比反枝苋S种群高,反枝苋R种群GSTs活性受抑制程度小且能够始终保持在较高水平。(3)靶标酶ALS活性的变化施用咪唑乙烟酸后,反枝苋R种群和S种群的ALS活性均先下降,7天后开始上升,施药后14天,ALS活性恢复到最高水平,反枝苋R种群比未施药组增加了4.91%,而反枝苋S种群比未施药组减少了0.3%。随后开始持续下降。整个试验过程中,反枝苋R种群ALS活性始终比反枝苋S种群高,反枝苋R种群ALS活性受抑制程度小且能够始终保持在较高水平,自我修复能力更强。(4)反枝苋对咪唑乙烟酸和氟磺胺草醚的抗性机制反枝苋R种群在ALS基因序列的保守区域发生了不同位点的突变,三个突变位点均在同一采集地的反枝苋R种群中发现,分别为205位GCT突变为GTT,即缬氨酸取代了丙氨酸;574位TGG突变为TTG,即亮氨酸取代了色氨酸;653位AGC突变为ACC,即苏氨酸取代了色氨酸。反枝苋R种群PPO基因上的PPX2L基因发生了突变,分别为128位AGG突变为GGG,导致精氨酸被甘氨酸取代;476位GAT突变为AAT,导致天冬氨酸被天冬酰胺取代。