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稗(Echinochloa crus-galli)是我国乃至全世界水稻田最重要的恶性杂草,严重影响水稻产量和质量。五氟磺草胺(Penoxsulam),作用靶标为乙酰乳酸合成酶(Acetolactate synthase,ALS),自上市以来,一直被用来防治水稻田稗及其他杂草。但因其作用位点单一,再加上过度使用以及使用年限的增加,稗对五氟磺草胺的抗药性逐步产生并得到发展,田间防治效果下降。本研究室从2012年开始采集各稻区抗性稗种群并报道了稗对五氟磺草胺抗药性,但稗对五氟磺草胺的抗性机理尚不明确。为明确这一问题,本研究首先明确了多个种群对五氟磺草胺的的敏感性水平,同时研究了其中5个抗性种群的交互抗性和多抗性水平,为各抗性稗的化学防治提供了理论基础;并以采自江苏、安徽、湖南三省的5个抗性稗种群和1个敏感种群为试验材料,通过靶标酶ALS离体活性、靶标酶ALS基因序列、靶标酶ALS基因表达量的研究,初步明确了稗对五氟磺草胺产生抗性的靶标酶机理。本研究结果如下:采用整株生物测定的方法测定了 32个稗种群对五氟磺草胺的鲜重抑制中剂量(ED50)值。根据本实验室标准,32个供试稗种群中,13个种群对五氟磺草胺敏感(相对抗性倍数≤2倍),6个种群对五氟磺草胺敏感性下降(2倍<相对抗性倍数≤4倍),4个种群对五氟磺草胺低抗(4倍<相对抗性倍数≤10倍),5个种群对五氟磺草胺中抗(10倍<相对抗性倍数≤30倍),4个种群对五氟磺草胺高抗(30倍<相对抗性倍数≤150倍)。这说明经过几年的使用,我国部分地区稗对五氟磺草胺已经产生了较高水平的抗性,与田间防效下降的事实相符。同时,选取5个不同抗性程度的稗种群进行交互抗性和多抗性的研究。从种群来看,高抗种群AXXZ-2对嘧啶肟草醚、啶磺草胺、氟吡磺隆、砜嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆、氟唑磺隆、丙嗪嘧磺隆、氟酮磺草胺产生交互抗性;高抗种群AXXZ-6对双草醚、嘧啶肟草醚、啶磺草胺、氟吡磺隆、砜嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆、氟唑磺隆产生交互抗性;中抗种群AXXZ-8对啶磺草胺、氟吡磺隆、氟唑磺隆、氟酮磺草胺产生交互抗性;中抗种群HYYJ-1对双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、砜嘧磺隆、丙嗪嘧磺隆、氟酮磺草胺产生交互抗性;低抗种群JNRG-2对嗪吡嘧磺隆产生交互抗性。AXXZ-2、AXXZ-6、AXXZ-8、JNRG-2和HYYJ-1种群对多种其他作用机理的除草剂也产生了不同程度的多抗性,主要是AXXZ-2、AXXZ-6和AXXZ-8三个种群对二氯喹啉酸、氰氟草酯、噁唑酰草胺和噁嗪草酮产生多抗性,对其他除草剂仍相对较敏感,特别是对五种土壤处理剂乙氧氟草醚、噁草酮、丙草胺、二甲戊乐灵、苯噻酰草胺和茎叶处理剂敌稗等,这些药剂仍可用来防治抗性稗种群。靶标酶机理的研究从ALS活性、ALS基因序列、ALS基因表达量三方面进行。在ALS离体活性研究中发现,在无五氟磺草胺处理时,抗性种群和敏感种群的ALS差异不大。但在五氟磺草胺的处理下,AXXZ-2、AXXZ-6、AXXZ-8、JNRG-2和HYYJ-1种群对五氟磺草胺的敏感性与敏感种群相比均有不同程度下降,以抑制其活性50%的药剂浓度(IC50)计算,相对抗性倍数分别为8.02、8.43、6.00、4.86和3.07倍,这说明抗性稗体内ALS敏感性下降是稗对五氟磺草胺产生抗药性的机理之一。以DNA为模板,采用多聚酶链式反应方法(Polymerase Chain Reaction,PCR)扩增得到稗ALS基因的全长序列,其长度约为2300bp,不同种群略有差异,但均不含内含子,编码区为1930bp左右,编码约643个氨基酸。通过比对发现AXXZ-2、AXXZ-6、AXXZ-8、JNRG-2、HYYJ-1和JLGY-3种群的ALS基因拷贝数也有差异,拷贝数分别是3、3、3、2、2、2。与敏感种群JLGY-3的ALS序列相比,在AXXZ-2种群发现了第205位丙氨酸突变为缬氨酸,AXXZ-6种群第574位色氨酸突变为精氨酸,JNRG-2种群第122位丙氨酸突变为甘氨酸,氨基酸突变是三个种群对五氟磺草胺产生抗性的靶标酶机理之一。在HYYJ-1和AXXZ-8种群并未发现已报道的可导致ALS抗性的位点突变,其抗性机理仍需进一步明确。采用荧光定量PCR的方法测定了 ALS基因表达量的变化,结果显示在五氟磺草胺处理后,各种群的ALS基因表达量均出现上调,在处理3天时达到最大值,且敏感种群JLGY-3和低抗种群JNRG-2上调倍数最高,其他抗性种群上调倍数相差不大,推测可能是由于种群间差异导致,因此靶标酶表达量的差异并不是抗性产生的原因。综上所述,本研究首先明确了 32个稗种群对五氟磺草胺的敏感性水平;并选取了 5个抗性种群进行交互抗性及多抗性的研究,明确了抗性种群对常用除草剂的敏感性。以5个抗性种群为材料进行靶标酶抗性机理的研究,初步明确了三个已报道的靶标酶ALS氨基酸突变以及ALS活性升高是抗性产生的重要原因,而靶标酶表达量的差异并不是抗性产生的原因。