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玉米耕作制度的改革和单一除草剂品种的高频度大量使用加剧了杂草群落的演替，鸭跖草、狗尾草、苘麻、铁苋菜等杂草已经成为玉米田恶性杂草。目前，玉米田鸭跖草的防除仍以化学除草剂莠去津为主要手段，但随着施用历史的延长，其防效有逐年降低的趋势。施用莠去津10年以上的东北地区玉米田，常规推荐剂量已不能有效控制鸭跖草的蔓延和危害，因而推测东北地区鸭跖草对莠去津产生了耐受性。杂草对莠去津产生抗药性主要是由于编码叶绿体D1蛋白的psbA基因790位碱基由A突变为G，致使D1蛋白的264位氨基酸由丝氨酸(Ser)突变为甘氨酸(Gly)，莠去津与杂草结合位点的亲和力降低导致。但是，大部分杂草生物型耐受莠去津的机制缺少相关试验数据。为了明确不同地理种群鸭跖草对莠去津的敏感性水平，探讨部分种群鸭跖草对莠去津的耐受性机制，本研究从黑龙江、吉林、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北和贵州等8个省份采集了46个鸭跖草种群，通过开展有关鸭跖草种群生物学特性，不同地理种群鸭跖草对莠去津的耐受性水平测定、靶标基因psbA表达量、解毒代谢酶活性、氧化应激反应与防御酶活性测定和高通量测序技术挖掘耐莠去津相关基因等研究，初步明确了鸭跖草对莠去津的耐受性机制。主要研究结果如下:
1.明确了鸭跖草种子最适萌发条件:温度20℃～25℃，土壤相对含水量40％，播种土层深度3cm。通过测定46个种群鸭跖草种子长、宽、厚和百粒重4个表观性状指标，结果显示，鸭跖草种子长2.33mm～4.08mm，变异系数12.26％;宽2.08mm～2.82mm，变异系数7.07％;厚1.32mm～1.75mm，变异系数6.28％;百粒重0.45g～1.09g，变异系数17.84％。依据这些表观性状，鸭跖草种群被聚类分成3类。
2.利用12对SSR荧光标记引物分析了46个种群鸭跖草的遗传多样性，结果发现，鸭跖草种群遗传多样性信息丰富。基于Dice遗传相似系数为0.772的UPGMA聚类、组分概率≥0.6的种群遗传结构模型、第一主成分和第二主成分对遗传变异的总贡献率为83.15％的主成分分析3种分析方法，均将46个种群鸭跖草分为3组:其中，黑龙江的5个种群遗传距离较近，聚为第一组;吉林、辽宁、河北、江苏和浙江5个省份的33个种群遗传距离较近，聚成第二组;湖北和贵州2个省份的8个种群遗传距离较近，聚成第三组。分子方差分析揭示鸭跖草种群间的变异是种群遗传多样性的主要因素，种群内变异较小，说明气候、温度和降雨量等因素对鸭跖草的种群遗传多样性影响较大。
3.采用莠去津单剂量甄别方法对46个鸭跖草种群进行了对莠去津的耐受性初筛。在此基础上，选择7个不同地理来源的代表性种群JS-10、HB-3、HB-6、JL-13、HLJ-2、JL-7和JL-1，研究其对莠去津的敏感性差异，发现:种群JS-10、HB-3和HB-6对莠去津敏感，GR50分别为122.21g ai/hm2、153.27g ai/hm2和158.13g ai/hm2;种群JL-13、HLJ-2、JL-7和JL-1对莠去津耐受性相对较强，GR50分别为273.98gai/hm2、277.29g ai/hm2、374.68g ai/hm2和379.57g ai/hm2。以上结果表明，不同地理种群鸭跖草对莠去津的耐受水平存在差异，从地理分布上呈由南向北耐受水平增加的趋势。各地理种群鸭跖草对莠去津的耐受性差异与不同地区莠去津的使用年限、使用剂量和使用频度密切相关。因此，选用耐受性相对较高的种群JL-1和耐受性最低的敏感种群JS-10为试验对象进行了鸭跖草对莠去津耐受性机制研究。
4.利用染色体步移技术结合普通PCR方法，首次克隆得到鸭跖草psbA基因保守区域序列，全长1062bp，编码353个氨基酸;Blast序列比对发现，鸭跖草种群JL-1的D1蛋白264位氨基酸为丝氨酸(Ser)，未发生突变，说明其对莠去津的耐受性不是由靶标基因突变引起的;采用实时荧光定量PCR技术对鸭跖草psbA基因进行表达水平分析，结果发现，自然条件下，耐受性较高的种群JL-1的psbA基因表达量比敏感种群JS-10高10.54倍;莠去津处理后，种群JL-1的psbA基因表达相对于种群JS-10上调7.16倍。以上结果表明，鸭跖草对莠去津耐受性与psbA基因表达量呈正相关。
5.采用酶联免疫(ELISA)法分别测定种群JL-1和JS-10的解毒代谢酶如细胞色素P450氧化酶和谷胱甘肽-S-转移酶的活性，丙二醛含量以及防御酶系如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶的活性。结果显示，在莠去津胁迫下，种群JL-1解毒代谢酶活性、丙二醛含量和防御酶活性相对于种群JS-10均有所升高，说明，鸭跖草对莠去津的耐受性与解毒代谢酶和防御酶活性呈正相关。
6.挖掘到鸭跖草耐莠去津相关基因12个，包括2个GST家族基因(GSTU1、GS TU17)、2个CYP450家族基因(CYP71A9、CYP76C4)、3个UDP-葡糖基转移酶相关基因(UDP-glycosyltransferase73C6、UDP-glycosyltransferase71A16、UDP-glycosyltransferase88F1)、过氧化物酶基因POD、过氧化物肌氨酸钠氧化酶相关基因PSO、查尔合酮酶相关基因CHS1、隐花色素相关基因Cry1、磷脂酶相关基因PL。利用实时定量PCR技术对候选差异基因验证的结果与转录组结果一致，其中GST和CYP450相关基因在鸭跖草对莠去津耐受性机制中发挥重要作用。
综上所述，本研究初步明确了鸭跖草种群对莠去津的耐受性机制:在高频度使用莠去津的长期选择压力下，鸭跖草sbA基因表达量上调;GST、CYP450相关基因表达上调，谷胱甘肽-S-转移酶和细胞色素P450氧化酶活性增强，从而增强了鸭跖草对莠去津的解毒代谢能力;丙二醛含量升高和防御酶活性增强，鸭跖草通过氧化应激反应增强了自身对莠去津的抵抗能力，对莠去津敏感性降低，产生耐受性。
1.明确了鸭跖草种子最适萌发条件:温度20℃～25℃，土壤相对含水量40％，播种土层深度3cm。通过测定46个种群鸭跖草种子长、宽、厚和百粒重4个表观性状指标，结果显示，鸭跖草种子长2.33mm～4.08mm，变异系数12.26％;宽2.08mm～2.82mm，变异系数7.07％;厚1.32mm～1.75mm，变异系数6.28％;百粒重0.45g～1.09g，变异系数17.84％。依据这些表观性状，鸭跖草种群被聚类分成3类。
2.利用12对SSR荧光标记引物分析了46个种群鸭跖草的遗传多样性，结果发现，鸭跖草种群遗传多样性信息丰富。基于Dice遗传相似系数为0.772的UPGMA聚类、组分概率≥0.6的种群遗传结构模型、第一主成分和第二主成分对遗传变异的总贡献率为83.15％的主成分分析3种分析方法，均将46个种群鸭跖草分为3组:其中，黑龙江的5个种群遗传距离较近，聚为第一组;吉林、辽宁、河北、江苏和浙江5个省份的33个种群遗传距离较近，聚成第二组;湖北和贵州2个省份的8个种群遗传距离较近，聚成第三组。分子方差分析揭示鸭跖草种群间的变异是种群遗传多样性的主要因素，种群内变异较小，说明气候、温度和降雨量等因素对鸭跖草的种群遗传多样性影响较大。
3.采用莠去津单剂量甄别方法对46个鸭跖草种群进行了对莠去津的耐受性初筛。在此基础上，选择7个不同地理来源的代表性种群JS-10、HB-3、HB-6、JL-13、HLJ-2、JL-7和JL-1，研究其对莠去津的敏感性差异，发现:种群JS-10、HB-3和HB-6对莠去津敏感，GR50分别为122.21g ai/hm2、153.27g ai/hm2和158.13g ai/hm2;种群JL-13、HLJ-2、JL-7和JL-1对莠去津耐受性相对较强，GR50分别为273.98gai/hm2、277.29g ai/hm2、374.68g ai/hm2和379.57g ai/hm2。以上结果表明，不同地理种群鸭跖草对莠去津的耐受水平存在差异，从地理分布上呈由南向北耐受水平增加的趋势。各地理种群鸭跖草对莠去津的耐受性差异与不同地区莠去津的使用年限、使用剂量和使用频度密切相关。因此，选用耐受性相对较高的种群JL-1和耐受性最低的敏感种群JS-10为试验对象进行了鸭跖草对莠去津耐受性机制研究。
4.利用染色体步移技术结合普通PCR方法，首次克隆得到鸭跖草psbA基因保守区域序列，全长1062bp，编码353个氨基酸;Blast序列比对发现，鸭跖草种群JL-1的D1蛋白264位氨基酸为丝氨酸(Ser)，未发生突变，说明其对莠去津的耐受性不是由靶标基因突变引起的;采用实时荧光定量PCR技术对鸭跖草psbA基因进行表达水平分析，结果发现，自然条件下，耐受性较高的种群JL-1的psbA基因表达量比敏感种群JS-10高10.54倍;莠去津处理后，种群JL-1的psbA基因表达相对于种群JS-10上调7.16倍。以上结果表明，鸭跖草对莠去津耐受性与psbA基因表达量呈正相关。
5.采用酶联免疫(ELISA)法分别测定种群JL-1和JS-10的解毒代谢酶如细胞色素P450氧化酶和谷胱甘肽-S-转移酶的活性，丙二醛含量以及防御酶系如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶的活性。结果显示，在莠去津胁迫下，种群JL-1解毒代谢酶活性、丙二醛含量和防御酶活性相对于种群JS-10均有所升高，说明，鸭跖草对莠去津的耐受性与解毒代谢酶和防御酶活性呈正相关。
6.挖掘到鸭跖草耐莠去津相关基因12个，包括2个GST家族基因(GSTU1、GS TU17)、2个CYP450家族基因(CYP71A9、CYP76C4)、3个UDP-葡糖基转移酶相关基因(UDP-glycosyltransferase73C6、UDP-glycosyltransferase71A16、UDP-glycosyltransferase88F1)、过氧化物酶基因POD、过氧化物肌氨酸钠氧化酶相关基因PSO、查尔合酮酶相关基因CHS1、隐花色素相关基因Cry1、磷脂酶相关基因PL。利用实时定量PCR技术对候选差异基因验证的结果与转录组结果一致，其中GST和CYP450相关基因在鸭跖草对莠去津耐受性机制中发挥重要作用。
综上所述，本研究初步明确了鸭跖草种群对莠去津的耐受性机制:在高频度使用莠去津的长期选择压力下，鸭跖草sbA基因表达量上调;GST、CYP450相关基因表达上调，谷胱甘肽-S-转移酶和细胞色素P450氧化酶活性增强，从而增强了鸭跖草对莠去津的解毒代谢能力;丙二醛含量升高和防御酶活性增强，鸭跖草通过氧化应激反应增强了自身对莠去津的抵抗能力，对莠去津敏感性降低，产生耐受性。