【摘要】：野慈姑(Sagittaria trifolia L.)在我國東北三省地區(qū)分布普遍,是水稻作物的主要雜草之一。芐嘧磺隆(Bensufulron-methyl)是我國水稻田防治闊葉雜草的常用磺酰脲類除草劑,已有超過30年的使用歷史,前期對野慈姑具有較好的防治效果,近10年以來,防治效果明顯下降,日漸危害水稻正常生長,導致水稻減產(chǎn)嚴重。為進一步明確我國東北地區(qū)水稻田野慈姑對芐嘧磺隆的抗藥性水平及抗藥性機理,為有效防治抗藥性野慈姑提供初步理論參考。本研究以采集遼寧、吉林和黑龍江三省的38個野慈姑種群作為研究對象,測定了其對芐嘧磺隆的抗藥性水平,以P450抑制劑(馬拉硫磷,胡椒基丁醚(PBO))篩選出了疑似具有代謝抗藥性的野慈姑種群,對該種群進行分離、純化,鑒定得到確切的代謝抗藥性野慈姑種群,對其進行了交互抗藥性水平測定,通過HPLC-MS/MS分析技術(shù),測定了代謝抗藥性和敏感性野慈姑種群中芐嘧磺隆的代謝速率及代謝產(chǎn)物,采用轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)分析代謝抗藥性和敏感野慈姑種群基因的表達差異并對其進行了驗證,主要研究結(jié)果如下:1.采用整株測定法,選用芐嘧磺隆最大田間推薦劑量(45 g a.i./hm~2)作為甄別劑量對所有野慈姑種群進行了抗藥性篩選,發(fā)現(xiàn)采自田間的36個野慈姑種群對芐嘧磺隆全部產(chǎn)生抗藥性,采自沈陽渾河和龍?zhí)逗腟1和S2為敏感種群。測定所有野慈姑種群對芐嘧磺隆的抗藥性水平,結(jié)果表明,36個田間野慈姑種群均對芐嘧磺隆產(chǎn)生了不同程度的抗藥性水平,抗性指數(shù)為14.88~91.90,其中采自吉林榆樹的種群(J-3)抗藥性水平最高。馬拉硫磷和胡椒基丁醚(P450抑制劑)對芐嘧磺隆有不同程度的增效作用,對遼寧遼陽的種群(L-9)和吉林省舒蘭的種群(J-1)表現(xiàn)出的為顯著性增效,使芐嘧磺隆對種群L-9的抑制率由35.9%上升到了75.4%;對種群J-1的抑制率由54.1%上升到了63.4%。2.通過對L-9種群進行單株分離純化培養(yǎng),得到?jīng)]有ALS基因突變的二代野慈姑種群BC1,測定其對5種ALS抑制劑(芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、乙氧磺隆、五氟磺草胺、雙草醚)的抗藥性水平,結(jié)果表明BC1對5種ALS除草劑產(chǎn)生了交互抗藥性,抗性指數(shù)為2.14~51.53。體外ALS離體活性測定結(jié)果表明,抗藥性種群BC1和敏感種群S1總酶活及對芐嘧磺隆的敏感性無顯著性差異,表明BC1抗藥性與其ALS活性沒有相關(guān)性�？疾祚R拉硫磷對種群BC1和敏感種群S1抗藥性的影響,結(jié)果表明馬拉硫磷可以顯著降低BC1的抗藥性(降低1.8~6.9倍),說明種群BC1的P450活性高于敏感S1種群。綜上所述,野慈姑種群BC1對芐嘧磺隆形成了經(jīng)P450介導的代謝抗藥性。3.通過高效液相色譜-三重串聯(lián)四級桿液質(zhì)聯(lián)用儀(HPLC-MS/MS)測定芐嘧磺隆在敏感性S1種群和抗藥性BC1種群中的吸收和代謝差異。結(jié)果表明:芐嘧磺隆處理0.5、1、3、5、7和9 d后,BC1和S1對芐嘧磺隆的吸收水平并無顯著性差異;但芐嘧磺隆處理0.5 d后,抗藥性種群BC1對芐嘧磺隆的代謝速率顯著高于敏感種群S1。馬拉硫磷夠顯著抑制抗性種群BC1對芐嘧磺隆的代謝作用,但對敏感種群S1卻作用不明顯。由此表明,二者對芐嘧磺隆的抗性與對其的吸收能力無關(guān),但與對芐嘧磺隆代謝能力差異密切相關(guān)。4.通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),鑒定出在與代謝相關(guān)的15條上調(diào)表達基因,其中包括4條谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)基因、5條細胞色素P450單加氧酶(P450s)基因、1條ABC轉(zhuǎn)運蛋白(ABC transporters)基因、5條過氧化物酶體(Peroxidase)基因。采用實時熒光定量PCR對其進一步驗證,結(jié)果表明在抗藥性種群BC1中,顯著表達的為1個GSTs基因、2個P450s基因、1個Peroxidase基因和1個ABC transporters基因。由此推斷與代謝相關(guān)基因的上調(diào)表達導致了野慈姑對芐嘧磺隆產(chǎn)生了代謝抗藥性。
【圖文】：

個國家的 92 種作物中報道了以上這些抗除草劑雜草（Heap, 2019）。自抗道伊始，全球抗藥性雜草的數(shù)量逐年增加，起初抗藥性雜草的數(shù)量相對較低紀以 80 年代后期，全球抗藥性雜草數(shù)量和種類均成爆發(fā)式徒增，對全球糧了較大的影響（圖 1-1）。

沈陽農(nóng)業(yè)大學博士學位論文9圖1-2 全球抗藥性雜草分布概況（Heap, 2019）Fig. 1-2 The number of unique resistance case globally（Heap, 2019）如圖 1-3 所示，全球雜草產(chǎn)生抗藥性最多的前 5 種除草劑類型分別為：乙酰乳酸合成酶抑制劑（ALSinhibitors）、三氮苯類抑制劑（PS IIinhibitors）、乙酰輔酶 A 羧化酶抑制劑（ACCaseinhibitors）、有機磷類抑制劑（EPSPsynthaseinhibitors）、合成激素類抑制劑（SyntheticAuxins）、聯(lián)吡啶類抑制劑（PSIelectrondiverter），相對應(yīng)的抗藥性雜草數(shù)量依次為：160、74、48、43、39 和 32 個（Heap,2019）�？梢郧逦目闯觯珹LS抑制劑在所有除草劑中，雜草抗藥性問題最為嚴重。
【學位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S451.21

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本文編號：2624897