日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵抗药性机理的研究

日本看麦娘(Alopecurus japonicus Steud.)是我国油菜田和麦田的恶性禾本科杂草，对油菜和小麦的产量及品质造成严重危害。芳氧基苯氧基丙酸酯（AOPPs)类除草剂高效氟吡甲禾灵自70年代后期开始在我国广泛用于油菜田一年生禾本科杂草的防除，具有活性高、杀草谱广和选择性强等优点。但由于该除草剂长期在田间频繁使用，近年来不断有农技人员和农民反映其田间防除效果下降甚至完全丧失。本研究室对江苏、安徽9个点的初步研究发现：江苏句容种群已达高抗水平。本研究旨在进一步检测不同地区日本看麦娘种群对高效氟吡甲禾灵的敏感性，明确各代表性区域的抗药性水平；揭示日本看麦娘种群对高效氟吡甲禾灵产生抗性的生理生化及分子生物学机理，丰富抗性机理理论。为延缓日本看麦娘的抗性发展、进行抗性治理和指导农民科学防除杂草提供理论和方法。

截止2012年11月，本项目组承担的国家自然科学资金项目“日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵抗药性机理的研究”已全部顺利完成，解决了有关试验技术问题，实现了研究目标。1、发现并首次报道了高抗高效氟吡甲禾灵的日本看麦娘种群，明确了我国部分油菜田日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵的抗性水平。采集了江苏、安徽、上海、浙江等油菜主产区16个有代表性的日本看麦娘种群，采用种子生物测定法，测定它们对高效氟吡甲禾灵的敏感性，发现了高抗高效氟吡甲禾灵的江苏句容油菜田日本看麦娘种群和比较敏感的江苏金坛薛坪休闲田日本看麦娘种群，相对抗性倍数在320倍以上，且此抗性可在子代中稳定表现。2、初步搞清楚靶标酶乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）抗性是日本看麦娘抗高效氟吡甲禾灵的重要原因。ACCase活性在高效氟吡甲禾胁迫下，敏感植株下降明显，而抗性植株变化小于敏感植株；抗性生物型的ACCase氨基酸序列有4处突变，分别位于氨基酸链的1734位、1738位、1739位和2041位，其中第2041位异亮氨酸突变为天冬酰胺已被报道与鼠尾看麦娘和黑麦草对AOPP类除草剂的抗性相关，同时，由该位点突变导致的抗性不会对CHD类除草剂产生交互抗性也在本研究中得到验证，初步推断2041位异亮氨酸突变为天冬酰胺是导致日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵产生抗药性的机理之一。其他四个位点突变是否与抗性相关，尚有待于进一步研究。3、细胞色素P450 单加氧酶（P450s）及谷胱甘肽-S-转移酶（GST）在抗性产生中发挥了部分作用。细胞色素P450单加氧酶系含量的提高，增强了抗性植株体内的解毒代谢能力；在药剂处理前后，抗性日本看麦娘中GST的活性均显著高于敏感种群，可能是日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵产生抗性的机理之一；P450s 和GST两种代谢酶在抗性和敏感种群中的表达量均无显著差异，初步推测日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵抗性的产生与代谢酶基因的表达量无直接联系。4、氧化胁迫也是日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵抗性的机理之一。用高效氟吡甲禾灵处理后，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、叶绿素含量在抗性及敏感日本看麦娘体内表现的差异极为显著，抗性种群无明显变化，且随着药剂胁迫时间的延长抗性种群变化趋势缓慢于敏感日本看麦娘。