稻田抗五氟磺草胺稗[Echinochloa crusgalli(L.)Beauv]种群扩散机制研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:helen_shen
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水稻作为我国三大粮食作物之一,其品质和产量很大程度上受到病虫草害的制约,其中杂草的危害最为严重。稗作为稻田恶性杂草之一,发生量大,危害严重,易对除草剂产生抗药性的特点使得田间杂草防除更加困难。本研究室已证实多个地区的稗对五氟磺草胺产生了抗药性,但其抗性扩散的机制目前尚未明确。为明确此问题,本文以安徽、江苏和上海等地采集的38个稗为研究对象,通过整株生测法确定其对五氟磺草胺的抗性水平,并通过SSR分子标记技术进行对供试种群的分子鉴定,分析其遗传多样性,并根据鉴定结果进行遗传类群分类。通过在非生物胁迫条件下对不同遗传类群的抗性稗的种子萌发和幼苗生长进行研究,明确了胁迫环境对不同遗传类群的稗种子萌发及幼苗的生理具有不同的影响,通过在不同播种时期和竞争条件下研究不同遗传类群抗性稗的生长繁殖特性,明确了不同遗传类群种群扩散能力的差异性。从种子、幼苗和成株三个阶段阐述抗性扩散机制,为后续不同地区抗五氟磺草胺稗的治理提供了依据。主要研究结果如下:设计不同浓度梯度的五氟磺草胺,检测38个供试种群的抗性水平。测定结果显示出各稗种群对五氟磺草胺产生了不同程度的抗药性。江苏JJCW-1对五氟磺草胺的敏感性最高,其ED50值为0.22 g a.i./ha,安徽AXXZ-4对五氟磺草胺的敏感性最低,ED50值为53.16 g a.i./ha,相对抗性倍数高达236.43倍。通过RAD测序,筛选出3081个SSR位点可用于PCR引物的开发,发现了 78个具有多态性的SSR位点。通过筛选出的8对引物和3对文献中引物的测序结果分析稗种群的遗传多样性,结果共获得146个等位基因条带,其中扩增出的等位基因条带数从19(EG2、EG5和RM234)到5(EG320),供试种群的总等位基因数从29(SSXB-1)到61(JJCW-1);观测等位基因数Na为2.500到5.545;有效等位基因数Ne为2.216到3.620;Shannon’s信息指数Ⅰ在0.051到0.175;期望杂合度在0.032到0.113之间,表现为低杂合度,种群内杂合度Hs从0.457到0.739;Nei基因遗传距离D为0.008到0.171;基因遗传相似度保持在较高水平,均高于0.82。通过贝叶斯聚类分析,将供试种群分为3个遗传类群,采自皖南的8个种群为1个遗传类群,而采自苏北的16个种群为1个遗传类群,苏中、苏南和上海的14个种群为1个遗传类群。通过在不同环境条件下对选定的3个遗传类群的抗五氟磺草胺稗的种子萌发和出苗情况进行研究,结果显示各胁迫条件对不同遗传类群抗性稗的萌发具有不同程度的影响,影响程度越高,其种子的萌发能力越差。低温胁迫、水势胁迫、盐胁迫对同一遗传类群的抗性种群JHHZ-1的影响程度比敏感种群JLGY-3高,高温胁迫、酸碱胁迫和埋土深度变化对两者影响程度相似。不同遗传类群的抗性种群的萌发能力各不相同,均表现为高低温胁迫、盐胁迫、水势胁迫、酸碱胁迫对AXXZ-8种子萌发的影响程度最高,SSXB-1次之,JHHZ-1最低,埋土深度对AXXZ-8的影响程度高于JHHZ-1和 SSXB-1。研究了不同播种时期与种间竞争条件下抗性稗的生长繁殖特性。结果表明3个遗传类群抗五氟磺草胺稗的营养生长和繁殖能力的特点各不相同。不同播种时期下的AXXZ-8在鲜重方面的竞争优势比JHHZ-1和SSXB-1弱,而在株高、分蘖数、单株穗数、单株种子数和千粒重方面表现出较强的竞争优势。在与水稻的种间竞争条件下,JHHZ-1和SSXB-1的各指标均无显著性差异,两者表现出相似的竞争优势,而AXXZ-8在各种植密度下的地上部鲜重均显著低于其余两者,在低密度水稻种植时的株高、分蘖数、单株穗数和单株穗重方面均显著比其余两者具有竞争优势,AXXZ-8的单株穗数和单株穗重受水稻种植密度影响程度高于其余两个种群。以上结果表明,AXXZ-8整体上在鲜重方面的竞争优势弱于JHHZ-1和SSXB-1,而在株高、分蘖数、单株穗数等方面的具有较强的竞争优势,表现出明显的资源分配理论特征。比较了三个遗传类群抗五氟磺草胺稗在低温10℃、高温40℃、-0.5MPa水势和300mM的NaCl盐胁迫条件下光合色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)含量、渗透调节物质(可溶性蛋白、可溶糖)和抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的变化,物质合成量变化的多少表明其对逆境胁迫的响应程度的高低,响应程度越高,表明种群应对逆境时所采取的调节机制越强。在低温10℃、-0.5MPa水势和300mM的NaCl盐胁迫条件下,JHHZ-1、SSXB-1和AXXZ-8的光合色素含量和抗氧化酶系活力整体上依次下降,三种群的光合能力和抗氧化能力依次降低;在高温40℃条件下,各种群光合能力和抗氧化能力无差异。在高温40℃和-0.5MPa水势下,AXXZ-8的可溶蛋白合成系统与可溶糖合成系统对逆境的响应程度较高,该种群具有较强的渗透调节能力;在300mM的NaCl盐胁迫下,JHHZ-1、AXXZ-8和SSXB-1的渗透调节能力依次降低;在低温10℃条件下,三者的渗透调节能力相同。
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