中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (14): 2713-2723.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.007
张丽雅1(), 李奇1(
), 史珊珊1, 马雨梦1, 刘亚琪1, 赵超伟1, 王鹤如2, 操海群1, 廖敏1, 赵宁1(
)
收稿日期:
2023-04-11
接受日期:
2023-05-14
出版日期:
2023-07-16
发布日期:
2023-07-21
通信作者:
联系方式:
张丽雅,E-mail:3012596087@qq.com。李奇,E-mail:qigi12345@163.com。张丽雅和李奇为同等贡献作者。
基金资助:
ZHANG LiYa1(), LI Qi1(
), SHI ShanShan1, MA YuMeng1, LIU YaQi1, ZHAO ChaoWei1, WANG HeRu2, CAO HaiQun1, LIAO Min1, ZHAO Ning1(
)
Received:
2023-04-11
Accepted:
2023-05-14
Published:
2023-07-16
Online:
2023-07-21
摘要:
【目的】稗草(Echinochloa crus-galli)是我国水稻田主要恶性杂草之一,五氟磺草胺等乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)抑制剂类除草剂是防治稻田稗草的主要除草剂种类。本研究团队前期在安徽省天长市水稻主产区发现疑似五氟磺草胺抗性稗草种群AHTC-01,明确其对稻田不同种类除草剂的抗性水平及可能的抗性分子机制,为抗性稗草有效防治、延缓其抗药性进一步发展提供理论依据。【方法】采用温室盆栽法在整株水平上测定稗草种群AHTC-01对五氟磺草胺的抗性水平及对不同除草剂的抗性模式,并通过靶标基因测序和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)分析探索其靶标抗性分子机制。【结果】相比敏感稗草种群AHFY-01,疑似抗性稗草种群AHTC-01已对五氟磺草胺产生高水平抗性,抗性倍数(resistance index,RI)为620。靶标抗性机制分析表明,AHTC-01种群ALS基因拷贝2(ALS2)第574位氨基酸由色氨酸(Trp)突变为亮氨酸(Leu),其种群突变频率为100%;在五氟磺草胺处理后12 h,抗性稗草种群AHTC-01 ALS相对表达量为敏感稗草种群AHFY-01的2.26倍。AHTC-01同时对其他3种ALS抑制剂类除草剂双草醚、嘧啶肟草醚、甲氧咪草烟产生不同水平交互抗性,抗性倍数分别为8.24、13.36、20.36;但是对乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACCase)抑制剂氰氟草酯、精噁唑禾草灵和烯草酮,4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD)抑制剂三唑磺草酮,合成生长素类(synthetic auxin mimic)氯氟吡啶酯等其他作用机制除草剂依旧较为敏感。【结论】稗草种群AHTC-01靶标基因ALS2第574位氨基酸突变和ALS过量表达是其对五氟磺草胺产生抗性的主要原因之一,该抗性机制同时赋予其对不同ALS抑制剂的交互抗性。农田生产实际中,可轮换使用其他作用机制除草剂对其进行有效防治。
张丽雅, 李奇, 史珊珊, 马雨梦, 刘亚琪, 赵超伟, 王鹤如, 操海群, 廖敏, 赵宁. 稻田稗草对五氟磺草胺的抗性机制及其防治药剂筛选[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2713-2723.
ZHANG LiYa, LI Qi, SHI ShanShan, MA YuMeng, LIU YaQi, ZHAO ChaoWei, WANG HeRu, CAO HaiQun, LIAO Min, ZHAO Ning. Resistance Mechanism of Barnyard Grass (Echinochloa crus-galli) to Penoxsulam and Screening Herbicides for Its Control in Rice Fields[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(14): 2713-2723.
表1
整株剂量响应试验所用除草剂处理详细信息"
除草剂 Herbicide | 系列剂量 Series of doses (g a.i.·hm-2) | |
---|---|---|
抗性种群AHTC-01 Resistant population AHTC-01 | 敏感种群AHFY-01 Susceptible population AHFY-01 | |
五氟磺草胺Penoxsulam | 0, 60, 120, 240, 480, 960, 1920 | 0, 0.04, 0.12, 0.37, 1.11, 3.33, 10 |
双草醚Bispyribac-sodium | 0, 45, 90, 180, 360, 720, 1440 | 0, 5.60, 11.30, 22.50, 45, 90, 180 |
嘧啶肟草醚Pyribenzoxim | 0, 37.50, 75, 150, 300, 600, 1200 | 0, 4.70, 9.40, 18.80, 37.50, 75, 150 |
甲氧咪草烟Imazamox | 0, 24, 48, 96, 192, 384, 768 | 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96 |
氰氟草酯Cyhalofop-butyl | 0, 0.49, 1.48, 4.44, 13.33, 40, 120 | 0, 0.49, 1.48, 4.44, 13.33, 40, 120 |
精噁唑禾草灵Fenoxaprop-P-ethyl | 0, 0.10, 0.50, 2.50, 12.40, 62.10, 310.50 | 0, 0.02, 0.10, 0.50, 2.50, 12.40, 62.10 |
烯草酮Clethodim | 0, 0.03, 0.17, 0.86, 4.32, 21.60, 108 | 0, 0.03, 0.17, 0.86, 4.32, 21.60, 108 |
三唑磺草酮Tripyrasulfone | 0, 0.04, 0.22, 1.08, 5.40, 27, 135 | 0, 0.04, 0.22, 1.08, 5.40, 27, 135 |
氯氟吡啶酯Florpyrauxifen-benzyl | 0, 0.15, 0.44, 1.33, 4, 12, 36 | 0, 0.15, 0.44, 1.33, 4, 12, 36 |
表3
稗草敏感和抗性种群ALS2序列比对"
物种/种群 Species/Population | 各氨基酸的位置和碱基及相应氨基酸序列 The amino acid position, relative sequence of nucleotide and derived amino acid | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
122 | 197 | 205 | 376 | 377 | 574 | 653 | 654 | |
拟南芥 A. thaliana | GCA | CCT | GCT | GAT | CGT | TGG | AGT | GGT |
Ala | Pro | Ala | Asp | Arg | Trp | Ser | Gly | |
AHFY-01 | GCC | CCC | GCC | GAT | CGT | TGG | AGC | GGT |
Ala | Pro | Ala | Asp | Arg | Trp | Ser | Gly | |
AHTC-01 | GCC | CCC | GCC | GAT | CGT | TTG | AGC | GGT |
Ala | Pro | Ala | Asp | Arg | Leu | Ser | Gly |
表4
稗草抗性种群AHTC-01对其他除草剂的抗性水平"
除草剂 Herbicide | GR50 (g a.i.·hm-2) | 抗性倍数 Resistance index | |
---|---|---|---|
AHTC-01 | AHFY-01 | ||
双草醚Bispyribac-sodium | 190.09 (8.30) | 23.07 (2.56) | 8.24 |
嘧啶肟草醚Pyribenzoxim | 207.05 (45.02) | 15.50 (6.68) | 13.36 |
甲氧咪草烟Imazamox | 197.32 (55.85) | 9.69 (2.18) | 20.36 |
氰氟草酯Cyhalofop-butyl | 7.79 (0.45) | 5.74 (0.35) | 1.37 |
精噁唑禾草灵Fenoxaprop-P-ethyl | 3.44 (0.27) | 2.06 (0.30) | 1.67 |
烯草酮Clethodim | 4.75 (2.20) | 3.27 (1.55) | 1.45 |
三唑磺草酮Tripyrasulfone | 5.27 (1.80) | 5.04 (2.58) | 1.05 |
氯氟吡啶酯Florpyrauxifen-benzyl | 1.04 (0.12) | 1.31 (0.49) | 0.80 |
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