不同稗草種群對五氟磺草胺的敏感性差異

王曉琳　牛利川　蔣翊宸　張卓亞　李貴

摘要：為探討不同地區(qū)稗草種群對五氟磺草胺的敏感水平，采用室內(nèi)整株生測法測定五氟磺草胺對不同稗草種群的生物活性以及對不同稗草種群葉綠素含量、光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和Rubisco活性的影響。結(jié)果表明，五氟磺草胺影響稗草Rubisco活性、最大光化學(xué)效率以及光合速率等生理指標(biāo)，但不同稗草種群的變化略有差異。其中五氟磺草胺處理后4 d對安徽潛山稗草種群生理指標(biāo)影響較大，五氟磺草胺3.75～60.00 g a.i./hm2 處理劑量下稗草Rubisco活性較相同種群空白對照顯著降低24.45%～61.09%，15.00～60.00 g a.i./hm2 劑量下，稗草葉片凈光合速率較對照顯著降低30.04%～58.56%，60.00 g a.i./hm2劑量下，稗草葉綠素含量和最大光化合效率分別較對照顯著降低13.10～28.82%和6.64%～11.29%，而湖北武漢稗草種群葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)以及Rubisco活性無顯著變化，只是葉片凈光合速率較相同種群空白對照顯著降低18.82%～28.49%。整株生物活性測定結(jié)果表明，五氟磺草胺處理21 d后安徽潛山稗草地上部鮮質(zhì)量ED90值最低，為14.936 g a.i./hm2，而湖北武漢稗草的ED90值最高，為201.679 g a.i./hm2，顯著超過了五氟磺草胺生產(chǎn)使用的推薦劑量。可見湖北武漢稗草種群對五氟磺草胺敏感性明顯低于其他地區(qū)稗草種群，生產(chǎn)中需要密切注意其抗藥性水平的發(fā)展變化，及時調(diào)整化學(xué)防除策略。

關(guān)鍵詞：稗草；種群；五氟磺草胺；光合；敏感性

中圖分類號：S451文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1003-935X（2017）01-0008-07

The Sensitivity of Different Echinochloa crus-galli

Populations to Penoxsulam

WANG Xiaolin1，NIU Lichuan2，JIANG Yichen2，ZHANG Zhuoya1，Li Gui1

（1.Institute of Plant Protection，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China；

2.Colloge of Life Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Abstract： The differential sensitivity of Echinochloa crus-galli from different regions to penoxsulam was assessed with whole plant bioassays conducted to measure the effects of this herbicide on biological activity，chlorophyll content，photosynthetic characteristics，chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco activity. Penoxsulam can affect Rubisco

收稿日期：2016-11-27

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31272080）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201303022）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（15）1004]。

作者簡介：王曉琳（1986—），女，遼寧營口人，碩士，助理研究員，主要從事雜草生理治理研究工作。Tel：（025）84390335；E-mail：morethan365@126.com。

通信作者：李貴，研究員。E-mail：ippligui@126.com。activity，the maximal photochemical efficiency and photosynthetic rate and other physiological indicators，but the responses of Echinochloa crus-galli from different regions were only slightly different. The physiological indicators of Qianshan biotype had great influence after 4 days of spraying penoxsulam. Compared with the control from the same region，the increase in penoxsulam dosage from 3.75 g a.i./hm2 to 60 g a.i./hm2 significantly decreased the Rubisco activity by 24.45%～61.09%，and when penoxsulam dosage from 15 g a.i./hm2 to 60 g a.i./hm2，the net photosynthetic rate of Qianshan biotype significantly decreased by 3004%～58.56%，the chlorophyll content and the maximal photochemical efficiency decreased by 13.10%～2882% and 6.64%～11.29% at the dose of 60 g a.i./hm2. There had no significant difference on the chlorophyll content，chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco activity of Wuhan biotype，but，the net photosynthetic rate of Wuhan biotype significantly decreased by 18.82%～28.49%. In the whole-plant bioassays，Qianshan and Wuhan biotypes had the lowest （14.9 g a.i./hm2） and highest （201.7 g a.i./hm2） ED90 values to penoxsulam，respectively；the latter being far above the recommended field dose. The sensitivity of Wuhan biotype to penoxsulam was the lowest compared to that of biotypes from other regions. Therefore，proper attention shoud be paid to the possible evolution and levels of resistance to make the required adjustments to the chemical control strategy timely.

Key words： Echinochloa crusgalli；Populations；penoxsulam；photosynthesis；sensitivity

稗草是一年生禾本科稗屬植物的總稱，是世界惡性雜草之一，位于嚴(yán)重危害我國農(nóng)田的15種雜草之首，對水稻生產(chǎn)的影響尤為嚴(yán)重[1-5]。由于稗草與水稻具有親緣近似性，兩者在生物學(xué)特性方面極為相似，同時由于稗草和水稻分屬C4和C3植物，因此稗草在與水稻競爭中往往占據(jù)明顯優(yōu)勢，生長勢和抗逆性強，影響水稻正常生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。徐正浩等研究表明，在無芒稗干擾下，水稻每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量顯著降低，產(chǎn)量降低21.7%[6]。Chauhan等報道，1株水稻和4株稗草共生時，水稻減產(chǎn)86%[7]；但張自常等研究表明稗草對水稻產(chǎn)量的影響因不同水稻品種和稗草種類而異[8-9]。

我國水稻生產(chǎn)主要采用化學(xué)除草劑控制雜草危害，但對化學(xué)除草劑的過度依賴和長期使用導(dǎo)致水稻田雜草抗藥性發(fā)展迅速，抗藥性雜草治理問題日益突出，倍受關(guān)注[10]。五氟磺草胺屬三唑并嘧啶磺酰胺類化學(xué)除草劑，通過抑制敏感雜草乙酰乳酸合酶 （ALS），造成支鏈氨基酸代謝障礙，從2004年開始應(yīng)用于生產(chǎn)以來，已經(jīng)連續(xù)使用10多年，長江流域水稻田稗草對其敏感性下降的現(xiàn)象時有報道，有研究表明稗草乙酰乳酸合酶作用位點發(fā)生變化是其對五氟磺草胺產(chǎn)生抗藥性的主要原因[11]。但關(guān)于五氟磺草胺脅迫下不同敏感性稗草生理響應(yīng)的報道還不多見，因此，本研究以采自5個地區(qū)的不同稗草為材料，通過整株生物測定明確它們對五氟磺草胺的敏感性差異，并探討了五氟磺草胺脅迫下不同地區(qū)稗草在葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合氣體交換、光合關(guān)鍵酶Rubisco活性等方面的生理響應(yīng)，旨在為稗草抗藥性的預(yù)測積累基礎(chǔ)，為生產(chǎn)上稗草治理和化學(xué)除草劑精準(zhǔn)使用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.]種子 分別于2013年、2014年采自上海市奉賢縣莊行鎮(zhèn)（SH）、浙江省紹興縣孫端鎮(zhèn)（SX）、安徽省潛山縣槎水鎮(zhèn)（QS）、江蘇省南京市玄武區(qū)（NJ）、湖北省武漢市洪山區(qū)（WH）。

1.1.2 供試藥劑及劑量設(shè)計 25 g/L五氟磺草胺油懸浮劑（美國陶氏益農(nóng)公司生產(chǎn)）。設(shè)計劑量分別為0、3.75、7.50、15.00、30.00、60.00 g a.i./hm2。

1.1.3 材料培養(yǎng)及藥劑處理 分別在直徑 6.5 cm 的塑料杯（泥炭 ∶ 蛭石=1 ∶ 1，底部打孔吸足水分）中播入25粒稗草種子，覆蓋0.5 cm淺土層，于自然條件下生長至2葉1心時定苗（10株/杯），3葉期按照設(shè)計劑量進行供試藥劑噴霧處理。噴霧采用農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所生產(chǎn)的3WPSH-500D型生測塔噴霧，圓盤直徑50 cm，主軸轉(zhuǎn)動速度6轉(zhuǎn)/min，噴頭孔徑0.3 mm，噴霧壓力0.3 MPa，霧滴直徑100 μm，噴頭流量90 mL/min。每處理噴液量為675 kg/hm2，同時設(shè)清水空白對照。每處理重復(fù)4次。

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 葉綠素含量（SPAD值）測定 于藥劑處理后4 d測定每處理稗草全展葉的葉綠素含量（日本Minolta公司SPAD-502便攜式葉綠素計）。

1.2.2 光合參數(shù)測定 于藥劑處理后4 d每處理隨機選擇4株稗草，分別測定其最新全展葉凈光合速度（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速度（Tr）（美國LI-COR公司LI-6400便攜式光合測定儀，天氣晴朗，上午09：00—11：30測定）。測量條件：自然CO2濃度（380 μmol/mol），紅藍(lán)光源（LI-6400-02B LED），光有效輻射強度 1 200 μmol/（m2·s），重復(fù)4次。

1.2.3 PS Ⅱ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）測定 于藥劑處理后4 d，每處理隨機選擇6張稗草全展葉，暗適應(yīng)30 min后，測定葉片PS Ⅱ 最大光化學(xué)效率Fv/Fm（英國Hansatech公司Handy PEA）。

1.2.4 Rubisco 活性測定 于藥劑處理后4 d，每處理隨機選擇4株稗草，參考Zhang等的方法[12]測定。

1.2.5 整株生測 藥劑處理后21 d，分別測定每處理稗草植株地上部鮮質(zhì)量，利用統(tǒng)計軟件對藥劑劑量與稗草地上部鮮質(zhì)量進行回歸分析，求出毒力回歸方程、相關(guān)系數(shù)和供試藥劑對不同稗草的ED90值及其95%置信區(qū)間。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，Duncans新復(fù)極差法進行差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 五氟磺草胺對稗草光合特性的影響

由表1可見，藥劑處理后4 d，隨著五氟磺草胺劑量的增加，不同地區(qū)稗草凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率呈下降趨勢，而胞間CO2濃度總體呈不變或增加的趨勢。其中7.50 g a.i./hm2及以上處理劑量下，WH、NJ、SH及SX地區(qū)稗草凈光合速率分別較相同種群空白對照顯著降低18.82%～28.49%、25.82%～64.05%、20.14%～41.30%、29.35%～48.71%，15.00 g a.i./hm2及以上劑量下QS地區(qū)稗草凈光合速率較對照顯著降低3004%～5856%。

2.2 五氟磺草胺對稗草葉綠素含量及最大光化學(xué)效率的影響

藥劑處理后2 d，不同地區(qū)稗草葉片葉綠素含量和PS Ⅱ最大光化學(xué)效率存在差異（表2），其中3.75～60.00 g a.i./hm2劑量處理后2 d，NJ地區(qū)和SX地區(qū)稗草葉片葉綠素含量較相同種群空白對照分別顯著下降27.74%～34.25%和15.41%～23.68%，QS地區(qū)稗草在15.00 g～60.00 a.i./hm2 處理后葉綠素含量較對照顯著下降14.98%～1943%，而WH和SH地區(qū)稗草葉綠素含量與相應(yīng)空白對照沒有顯著性差異。

與葉綠素含量相比，F(xiàn)v/Fm變化幅度較小，15.00～60.00 g a.i./hm2劑量處理后 2 d，NJ地區(qū)稗草葉片F(xiàn)v/Fm低于相應(yīng)空白對照6.34%～859%，差異顯著，QS地區(qū)、SH地區(qū)、SX地區(qū)稗草葉片F(xiàn)v/Fm只在30.00～60.00 g a.i./hm2劑量處理下分別較相應(yīng)空白對照顯著下降5.53%～664%、3.50%～377%、13.21%～13.34%，而WH地區(qū)稗草葉片F(xiàn)v/Fm在供試劑量下與相應(yīng)空白對照沒有顯著性差異。

藥劑處理后4 d，不同地區(qū)稗草葉綠素含量較相應(yīng)空白對照下降幅度、差異水平與藥劑處理后 2 d 結(jié)果相接近，3.75～60.00 g a.i./hm2劑量脅迫下，NJ地區(qū)和SX地區(qū)稗草葉綠素含量較相應(yīng)空白對照分別下降14.89%～28.09%和17.92%～29.72%，QS地區(qū)稗草15.00～60.00 g a.i./hm2劑量下葉綠素含量顯著低于相應(yīng)空白對照1310%～2882%，WH和SH地區(qū)稗草葉片葉綠素含量與相應(yīng)空白對照沒有顯著性差異。

藥劑處理后4 d Fv/Fm變化與藥劑處理后2 d結(jié)果稍有差別，30.00～60.00 g a.i./hm2劑量下QS地區(qū)、SX地區(qū)和WH地區(qū)稗草葉片F(xiàn)v/Fm分別顯著低于相應(yīng)對照6.64%～11.29%、13.86%～1844%和5.91%，而60.00 g a.i./hm2劑量下NJ地區(qū)和SH地區(qū)稗草葉片F(xiàn)v/Fm顯著低于相應(yīng)空白對照6.62%和4.90%。

2.3 五氟磺草胺對稗草Rubisco活性的影響

藥劑處理后4 d 測定結(jié)果顯示五氟磺草胺脅迫下稗草葉片Rubisco活性均有不同程度的變化（圖1）。其中， 在供試劑量處理下QS地區(qū)稗草葉

片Rubisco活性均顯著低于相應(yīng)空白對照，下降幅度在24.45%～61.09%，而SH地區(qū)、NJ地區(qū)和SX地區(qū)稗草葉片Rubisco活性分別在7.50、3000、60.00 g a.i./hm2劑量下出現(xiàn)顯著變化，而WH地區(qū)稗草葉片Rubisco活性在供試劑量下沒有顯著變化。

2.4 五氟磺草胺對不同地區(qū)稗草生物活性的差異

藥劑處理后21 d測定結(jié)果顯示不同地區(qū)稗草對五氟磺草胺的敏感性有著明顯差異。QS地區(qū)稗草對五氟磺草胺的ED90值最低，為 14.936 g a.i./hm2，而WH地區(qū)稗草對五氟磺草胺敏感性明顯較低，其ED90值為 201.679 g a.i./hm2，明顯超過了生產(chǎn)推薦劑量（表3）。

3 討論

光合作用是植物最穩(wěn)定、最重要的生理過程[13]，其中凈光合速率Pn是反映植物光合作用強弱的重要指標(biāo)，而逆境脅迫下的植物生長變化通常首先體現(xiàn)在植物光合能力的變化，葉綠素降解-合成的平衡被打破， 其捕獲光能進行光能轉(zhuǎn)換的效能受到影響，同時也會影響氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、Rubisco活性等生理指標(biāo)[14-16]。Rubisco活性與葉片的凈光合速率密切相關(guān)[17]，另外葉綠素?zé)晒庠谀婢趁{迫的快速變化也通常被用來反映植物受脅迫的程度[18]。本研究結(jié)果表明，五氟磺草胺化學(xué)脅迫下，稗草在凈光合速度（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速度（Tr）、蒸騰速度（Tr）、葉綠素含量、最大光化學(xué)效率、Rubisco活性等方面出現(xiàn)不同程度的變化，其中凈光合速率變化較為顯著，最終導(dǎo)致稗草光合性能受損，干物質(zhì)積累下降，但不同地區(qū)的稗草因受不同生長環(huán)境、用藥水平等影響而表現(xiàn)出脅迫響應(yīng)的差異，在生產(chǎn)上反應(yīng)出對五氟磺草胺脅迫的敏感性不同。藥劑處理后4 d，QS、NJ、SH及SX地區(qū)稗草凈光合速率及氣孔導(dǎo)度顯著下降，而葉片胞間CO2濃度呈不變或增加的趨勢，說明葉綠素合成受阻，導(dǎo)致CO2同化速率降低可能是光合速率下降重要因素，但WH地區(qū)稗草凈光合速率下降幅度相對較小，說明五氟磺草胺脅迫下其光合生理性能受到較小影響，表現(xiàn)出一定的耐受性。同樣，本研究結(jié)果顯示，五氟磺草胺脅迫下，WH地區(qū)、SX地區(qū)稗草葉片Rubisco活性受影響程度較小。結(jié)合五氟磺草胺對稗草生物活性的測定結(jié)果，說明WH地區(qū)稗草對五氟磺草胺敏感性明顯降低，這可能與當(dāng)?shù)匚宸遣莅返氖褂媚晗蕖⑹褂脛┝考笆褂盟降扔嘘P(guān)。

因此生產(chǎn)中需要密切關(guān)注包括五氟磺草胺在內(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，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)，降低雜草抗藥性的發(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，及時調(diào)整化學(xué)防除策略。

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