湖北稻田稗对五氟磺草胺的靶标抗性机理及适合度研究

作     者：黄启超 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙正祥;鲁红学;李儒海

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 

主      题：稗 五氟磺草胺 乙酰乳酸合成酶 抗药性 抗性机理 适合度 

摘      要：稗属(Echinochloa Beauv.)杂草是我国水稻田主要恶性杂草之一,是造成水稻减产的主要因素之一。五氟磺草胺、二氯喹啉酸、乙草胺、丙草胺以及苄嘧磺隆等是目前最常用的稻田稗草除草剂。五氟磺草胺是乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂,由于五氟磺草胺的长期单一反复使用,导致稗属杂草对五氟磺草胺的抗性逐步加重。本研究以2018年采自湖北62个水稻主产区的稗属杂草种子为材料,采用整株生物测定法,探究了稗属杂草种群对五氟磺草胺的抗药性水平;运用分子生物学技术,明确了稗(Echinochloa crus-galli)18-WJJ-Ec种群对五氟磺草胺的靶标抗性机理;采用温室盆栽法,初步探究了抗五氟磺草胺稗18-WJJ-Ec种群的适合度代价。研究结果如下:1.稗草对五氟磺草胺的抗性水平结果表明,有26个地区稗属杂草种群存在抗性风险,其余36个地区稗属杂草种群对五氟磺草胺的抗性风险较低。通过剂量反应曲线,测定了18-HWMJ、18-WJJ和18-JSZ等3个稗属种群对五氟磺草胺的抗性水平。结果表明,五氟磺草胺对18-HWMJ和18-WJJ种群的ED分别为22.31g ***和14.34 g ***,对18-JSZ种群的ED分别为0.31 g ***。18-HWMJ和18-WJJ相对于敏感种群18-JSZ的抗性指数分别为71.97倍和46.26倍,属于高抗水平。2.稗对五氟磺草胺的靶标抗性机理结果表明,稗18-HWMJ-Ec和18-WJJ-Ec种群ALS氨基酸序列574位色氨酸Trp突变成了亮氨酸Leu;稗18-WJJ-Ec种群突变位点主要发生在ALS2基因序列拷贝上,其ALS2基因序列发生Trp-574-Leu突变频率为87.50%;18-HWMJ-Ec种群突变位点主要发生在ALS1基因序列拷贝上,其ALS1基因序列发生Trp-574-Leu突变频率为82.86%。氨基酸位点突变是造成18-HWMJ-Ec和18-WJJ-Ec对五氟磺草胺产生抗性的主要原因。未用五氟磺草胺处理前,18-HWMJ-Ec和18-WJJ-Ec种群的ALS浓度均高于敏感稗18-NJ种群,且稗18-WJJ-Ec和18-HWMJ-Ec种群相对敏感稗18-NJ种群的抗性指数分别为8.94倍和6.39倍,结果表明稗18-HWMJ-Ec和18-WJJ-Ec种群对五氟磺草胺产生抗性与稗ALS浓度提升以及稗ALS对五氟磺草胺的敏感性降低有关;此外,五氟磺草胺处理前和处理1 d后,稗18-WJJ-Ec和18-HWMJ-Ec种群ALS基因表达量均极显著高于18-NJ种群,结果表明稗18-WJJ-Ec和18-HWMJ-Ec种群均存在靶标基因过量表达机制。总体结果表明稗18-HWMJ-Ec和18-WJJ-Ec种群对五氟磺草胺均存在靶标抗性机制。3.抗五氟磺草胺稗种群适合度代价结果表明,抗五氟磺草胺稗18-WJJ-Ec种群的株高、地上部分鲜重和穗粒数均显著高于敏感稗18-NJ种群,稗18-WJJ-Ec种群种子萌发率高峰期早于敏感稗8-NJ种群。稗18-WJJ-Ec种群的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶绿素含量均与敏感稗18-NJ之间差异不显著。结果表明稗对五氟磺草胺抗性的产生提高了稗生长速率及萌发率适合度,对稗净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶绿素含量等适合度无显著影响。