【摘要】：薺菜(Capsella bursa-pastoris(L.)Medik.)是我國(guó)小麥田主要闊葉雜草之一,廣泛分布于西南地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)和長(zhǎng)江流域。苯磺隆(Tribenuron-methyl)屬乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑,是我國(guó)長(zhǎng)期用作防除麥田薺菜的主要藥劑。但是由于大量、頻繁使用,其在中國(guó)主要小麥產(chǎn)區(qū)對(duì)薺菜的防治效果已明顯下降,部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了防治失敗的現(xiàn)象,嚴(yán)重危害小麥產(chǎn)量。本研究以采自河南省的28個(gè)薺菜種群為研究對(duì)象,針對(duì)麥田薺菜對(duì)苯磺隆的抗性,從抗性分布、抗性水平、靶標(biāo)及非靶標(biāo)抗性機(jī)理、交互抗性及抗性種群適合度代價(jià)等多方面研究,以期為科學(xué)合理防治麥田抗藥性薺菜種群提供理論指導(dǎo),從而延緩薺菜抗藥性的發(fā)生,主要研究結(jié)果如下:采用整株劑量反應(yīng)曲線法測(cè)定了28個(gè)薺菜種群對(duì)苯磺隆的抗性水平,結(jié)果顯示測(cè)定的28個(gè)種群對(duì)苯磺隆均產(chǎn)生了高水平的抗藥性,抗性倍數(shù)(RI)在11.3~595.8之間,其中采自駐馬店市的HN-13種群抗性水平最高。對(duì)薺菜ALS保守區(qū)片段序列進(jìn)行擴(kuò)增和測(cè)序,結(jié)果表明苯磺隆抗性種群中共含有以下7種ALS靶標(biāo)基因突變類型:Pro-197-His(CCT-CAT),Pro-197-Leu(CCT-CTT),Pro-197-Arg(CCT-CGT),Pro-197-Thr(CCT-ACT),Pro-197-Ser(CCT-TCT),Pro-197-Ala(CCT-GCT)和Trp-574-Leu(TGG-TTG)。連接轉(zhuǎn)化試驗(yàn)結(jié)果表明,薺菜中存在兩條ALS基因,且兩條ALS基因均可以發(fā)生突變,并通過Southern blot試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。在種群HN-01中,兩條ALS基因197位點(diǎn)同時(shí)發(fā)生了突變,其中ALS-1中發(fā)生Pro-197-Ser(CCT-TCT)取代,ALS-2中發(fā)生Pro-197-His(CCT-CAT)取代。以β蛋白基因?yàn)閮?nèi)參基因,采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法測(cè)定了薺菜抗敏種群中兩條ALS基因在轉(zhuǎn)錄水平的差異;施用苯磺隆前后抗敏種群中ALS基因表達(dá)量的變化;薺菜不同器官組織根、莖和葉中ALS基因的表達(dá)量差異。結(jié)果表明ALS-1和ALS-2基因在表達(dá)量上無明顯差異,抗性種群中ALS基因的表達(dá)量明顯高于敏感種群;使用苯磺隆后,抗性種群中ALS基因的表達(dá)量出現(xiàn)明顯上升;薺菜葉組織中ALS基因的表達(dá)量明顯高于根莖組織。分別以BsiY I和Nco I為內(nèi)切酶設(shè)計(jì)了dCAPS分子標(biāo)記,用于檢測(cè)薺菜ALS基因197和574位點(diǎn)的野生型薺菜種群,從而鑒定突變型抗性薺菜種群的存在。經(jīng)驗(yàn)證,dCAPS分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠,與基因測(cè)序結(jié)果相一致。靶標(biāo)酶ALS離體活性測(cè)定結(jié)果表明,抗敏種群中ALS總催化活性基本一致。突變型抗性種群(HN-01,HN-02,HN-03,HN-04,HN-05,HN-06,HN-07,HN-08,HN-09,HN-11,HN-12,HN-13,HN-15,HN-18,HN-19,HN-22和HN-25)中ALS酶活對(duì)苯磺隆的敏感性較敏感種群顯著降低,為敏感種群的23.45-55.97倍,非突變型抗性薺菜種群(HN-10,HN-14,HN-16,HN-17,HN-20,HN-21,HN-23,HN-24,HN-26,HN-27和HN-28)ALS酶活對(duì)苯磺隆的敏感性與敏感種群基本一致。以馬拉硫磷作為P450s酶抑制劑,研究了其對(duì)抗性種群HN-06苯磺隆抗性水平的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,馬拉硫磷施用濃度為1000 g a.i.ha~(-1),可導(dǎo)致抗性薺菜種群對(duì)苯磺隆的敏感性提高,相較于敏感種群,抗性種群苯磺隆GR_(50)值下降25%。采用整株測(cè)定法測(cè)定了HN-06及HN-13兩個(gè)抗性種群對(duì)嘧草硫醚、雙氟磺草胺、啶磺草胺、氟唑磺隆及咪唑乙煙酸等ALS抑制劑類除草劑的交互抗性譜。結(jié)果表明,測(cè)定的2個(gè)苯磺隆抗性種群HN-06和HN-13均對(duì)ALS抑制劑類除草劑嘧草硫醚,雙氟磺草胺,啶磺草胺,氟唑磺隆產(chǎn)生了不同程度的高水平抗藥性;HN-06種群對(duì)咪唑乙煙酸表現(xiàn)敏感,HN-13種群對(duì)咪唑乙煙酸表現(xiàn)出低水平抗性,抗性倍數(shù)分別為1.1和5.6�？剐运j菜種群HN-05在光周期,溫度,pH,鹽脅迫,水勢(shì)及埋藏深度等環(huán)境因素方面與敏感種群HN-00相比不存在適合度代價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明,薺菜種子的萌發(fā)屬于光周期不敏感類型;薺菜種子最適萌發(fā)溫度為15-20℃;薺菜種子在pH=5-10范圍內(nèi)都有較高萌發(fā)率;薺菜種子的萌發(fā)對(duì)鹽脅迫敏感性不高;薺菜種子的萌發(fā)對(duì)滲透勢(shì)敏感;薺菜種子的出苗率在土壤表層時(shí)最高,隨著埋藏深度的增加其出苗率逐漸減少,當(dāng)埋藏深度超過1.2cm時(shí),薺菜的出苗將完全被抑制。本研究初步明確了我國(guó)河南省小麥田薺菜對(duì)苯磺隆的抗性分布情況及抗性水平。其中,雙ALS基因拷貝存在于薺菜植株中,抗性種群中ALS基因的表達(dá)量升高及ALS酶基因突變導(dǎo)致的靶標(biāo)酶敏感性降低,是導(dǎo)致薺菜對(duì)苯磺隆產(chǎn)生抗性的重要原因。P450s酶活性增強(qiáng)導(dǎo)致的對(duì)除草劑的代謝抗性也是抗性種群產(chǎn)生抗性的重要原因之一,且可與靶標(biāo)抗性機(jī)制在一株薺菜中同時(shí)存在。薺菜抗性種群對(duì)ALS抑制劑類除草劑產(chǎn)生了不同程度的交互抗性�；谒j菜ALS基因序列分析,構(gòu)建了快速檢測(cè)薺菜ALS基因突變的dCAPS分析方法。此外,本研究初步測(cè)定了在不同環(huán)境因素下薺菜的萌發(fā)、出苗的特性。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S451.221
【圖文】：

麥田雜草薺菜（Capsella bursa-pastoris (L.) Medik.）對(duì)苯磺隆抗性分子機(jī)制的研究雜草的抗藥性報(bào)道始于 20 世紀(jì) 50 年代，在 1957 年美國(guó)夏威夷州和加拿大略省分別發(fā)現(xiàn)鋪散鴨跖草（Commelina diffusa）和野胡蘿卜（Daucus caro苯氧羧酸類除草劑 2, 4-D 產(chǎn)生了抗藥性（Switzer, 1957; Whitehead and Swi963）。在 1970 年 Ryan Rick 報(bào)道了對(duì)莠去津和西瑪津產(chǎn)生抗性的歐洲千里Senecio vulgaris）（Ryan, 1970），此后抗藥性雜草報(bào)道案例逐年增加，幾乎線上升趨勢(shì)（圖 1-1）。

圖 1-2 全球不同作用機(jī)理除草劑抗性發(fā)展情況Figure 1-2 Chronological increase in resistant weeds to different mechanisms globally截至 2018 年 3 月，我國(guó)共有 27 種抗性雜草（共 43 個(gè)生物型）對(duì) 9 種作用機(jī)制的除草劑產(chǎn)生了抗藥性，抗性雜草生物型數(shù)量?jī)H次于美國(guó)（160 種大利亞（90 種）、加拿大（67 種）、法國(guó)（50 種）和巴西（46 種），排在全六位 (Heap, 2018)。 截止目前，抗藥性雜草分布于全球 70 個(gè)國(guó)家的 86 物田， 在所有作物中小麥?zhǔn)芸顾幮噪s草危害最嚴(yán)重，共報(bào)道抗藥性雜草，其中抗 ALS 抑制劑類除草劑雜草高達(dá) 68 種（Heap, 2018）。這與 ALS劑類除草劑靶標(biāo)明確、作用位點(diǎn)單一，以及在小麥田中長(zhǎng)期大量、重復(fù)使用相關(guān)。在我國(guó)，抗性雜草主要分布在小麥、玉米、水稻等作物田中，其中 A制劑類除草劑抗藥性是發(fā)生最多的類型（表 1-1）。表 1-1 中國(guó)除草劑抗性雜草 (截止到 2018 年 3 月)Table 1-1 Herbicide resistant weeds in China (By March 2018)

合成酶（acetohydroxy acid synthase, AHAS, EC 2.2.1.6），是植物生命過程中三種重要的支鏈氨基酸異亮氨酸、纈氨酸和亮氨酸合成過程中第一步反應(yīng)的關(guān)鍵酶（Devine and Shukla, 2000; Duggleby et al., 2008 ; Umbarger, 1978）。如圖1-3所示，ALS 既可以催化 1 分子的丙酮酸和 1 分子的 α-丁酮酸（2-ketobutyrate）生成 2-乙酰-2-羥基丁酸（2-aceto-2-hydroxybutyrate）作為異亮氨酸（Iso）合成的底物；也可以催化 2 分子的丙酮酸（pyruvate）生成乙酰乳酸（acetolactate）作為纈氨酸（Val）合成的底物；乙酰乳酸的后續(xù)產(chǎn)物 α-酮異戊酸（2-keto-isovalerate）與乙酰輔酶 A（acetyl-CoA）一起可作為合成亮氨酸（Leu）的底物（Aubert et al.,1997; Binder et al., 2007; McCourt et al., 2006; Schloss et al., 1988; Zhou et al.,2007）。

【參考文獻(xiàn)】

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1 張?jiān)圃?盧宗志;李洪鑫;崔海蘭;;抗芐嘧磺隆雨久花乙酰乳酸合成酶突變的研究[J];植物保護(hù);2015年05期

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5 李崗;王強(qiáng);蔡磊明;吳聲敢;趙學(xué)平;吳長(zhǎng)興;;二氯喹啉酸誘導(dǎo)稗草EcDnaJ基因表達(dá)[J];中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào);2013年09期

6 畢亞玲;劉君良;王兆振;卜東欣;郭文磊;王金信;;麥田抗性生物型薺菜對(duì)苯磺隆的抗性機(jī)制研究[J];農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

7 吳小虎;王金信;劉偉堂;郭鶴久;崔夕英;陳業(yè)兵;;山東省部分市縣麥田雜草麥家公Lithospermum arvense對(duì)苯磺隆的抗藥性[J];農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

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10 馬小艷;馬艷;彭軍;奚建平;馬亞杰;李希風(fēng);;我國(guó)棉田雜草研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];棉花學(xué)報(bào);2010年04期

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本文編號(hào)：2768676