【摘要】：野慈姑(Sagittaria trifolia L.)在我國(guó)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(guó)水稻田防治闊葉雜草的常用磺酰脲類除草劑,已有超過(guò)30年的使用歷史,前期對(duì)野慈姑具有較好的防治效果,近10年以來(lái),防治效果明顯下降,日漸危害水稻正常生長(zhǎng),導(dǎo)致水稻減產(chǎn)嚴(yán)重。為進(jìn)一步明確我國(guó)東北地區(qū)水稻田野慈姑對(duì)芐嘧磺隆的抗藥性水平及抗藥性機(jī)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(gè)野慈姑種群作為研究對(duì)象,測(cè)定了其對(duì)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(duì)該種群進(jìn)行分離、純化,鑒定得到確切的代謝抗藥性野慈姑種群,對(duì)其進(jìn)行了交互抗藥性水平測(cè)定,通過(guò)HPLC-MS/MS分析技術(shù),測(cè)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(cè)序(RNA-seq)分析代謝抗藥性和敏感野慈姑種群基因的表達(dá)差異并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證,主要研究結(jié)果如下:1.采用整株測(cè)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(duì)所有野慈姑種群進(jìn)行了抗藥性篩選,發(fā)現(xiàn)采自田間的36個(gè)野慈姑種群對(duì)芐嘧磺隆全部產(chǎn)生抗藥性,采自沈陽(yáng)渾河和龍?zhí)逗腟1和S2為敏感種群。測(cè)定所有野慈姑種群對(duì)芐嘧磺隆的抗藥性水平,結(jié)果表明,36個(gè)田間野慈姑種群均對(duì)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(shù)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(duì)芐嘧磺隆有不同程度的增效作用,對(duì)遼寧遼陽(yáng)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(duì)種群L-9的抑制率由35.9%上升到了75.4%;對(duì)種群J-1的抑制率由54.1%上升到了63.4%。2.通過(guò)對(duì)L-9種群進(jìn)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(cè)定其對(duì)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(duì)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(cè)定結(jié)果表明,抗藥性種群BC1和敏感種群S1總酶活及對(duì)芐嘧磺隆的敏感性無(wú)顯著性差異,表明BC1抗藥性與其ALS活性沒(méi)有相關(guān)性�？疾祚R拉硫磷對(duì)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(shuō)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(duì)芐嘧磺隆形成了經(jīng)P450介導(dǎo)的代謝抗藥性。3.通過(guò)高效液相色譜-三重串聯(lián)四級(jí)桿液質(zhì)聯(lián)用儀(HPLC-MS/MS)測(cè)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(duì)芐嘧磺隆的吸收水平并無(wú)顯著性差異;但芐嘧磺隆處理0.5 d后,抗藥性種群BC1對(duì)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(duì)芐嘧磺隆的代謝作用,但對(duì)敏感種群S1卻作用不明顯。由此表明,二者對(duì)芐嘧磺隆的抗性與對(duì)其的吸收能力無(wú)關(guān),但與對(duì)芐嘧磺隆代謝能力差異密切相關(guān)。4.通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù),鑒定出在與代謝相關(guān)的15條上調(diào)表達(dá)基因,其中包括4條谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)基因、5條細(xì)胞色素P450單加氧酶(P450s)基因、1條ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABC transporters)基因、5條過(guò)氧化物酶體(Peroxidase)基因。采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR對(duì)其進(jìn)一步驗(yàn)證,結(jié)果表明在抗藥性種群BC1中,顯著表達(dá)的為1個(gè)GSTs基因、2個(gè)P450s基因、1個(gè)Peroxidase基因和1個(gè)ABC transporters基因。由此推斷與代謝相關(guān)基因的上調(diào)表達(dá)導(dǎo)致了野慈姑對(duì)芐嘧磺隆產(chǎn)生了代謝抗藥性。
【圖文】：

個(gè)國(guó)家的 92 種作物中報(bào)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(duì)較低紀(jì)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(duì)全球糧了較大的影響（圖 1-1）。

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)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(jī)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(duì)應(yīng)的抗藥性雜草數(shù)量依次為：160、74、48、43、39 和 32 個(gè)（Heap,2019）�？梢郧逦目闯�，ALS抑制劑在所有除草劑中，雜草抗藥性問(wèn)題最為嚴(yán)重。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S451.21

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