野慈姑（Sagittaria trifolia L.）对苄嘧磺隆代谢抗药性研究

发布时间：2020-04-12 15:47

【摘要】：野慈姑(Sagittaria trifolia L.)在我国东北三省地区分布普遍,是水稻作物的主要杂草之一。苄嘧磺隆(Bensufulron-methyl)是我国水稻田防治阔叶杂草的常用磺酰脲类除草剂,已有超过30年的使用历史,前期对野慈姑具有较好的防治效果,近10年以来,防治效果明显下降,日渐危害水稻正常生长,导致水稻减产严重。为进一步明确我国东北地区水稻田野慈姑对苄嘧磺隆的抗药性水平及抗药性机理,为有效防治抗药性野慈姑提供初步理论参考。本研究以采集辽宁、吉林和黑龙江三省的38个野慈姑种群作为研究对象,测定了其对苄嘧磺隆的抗药性水平,以P450抑制剂(马拉硫磷,胡椒基丁醚(PBO))筛选出了疑似具有代谢抗药性的野慈姑种群,对该种群进行分离、纯化,鉴定得到确切的代谢抗药性野慈姑种群,对其进行了交互抗药性水平测定,通过HPLC-MS/MS分析技术,测定了代谢抗药性和敏感性野慈姑种群中苄嘧磺隆的代谢速率及代谢产物,采用转录组测序(RNA-seq)分析代谢抗药性和敏感野慈姑种群基因的表达差异并对其进行了验证,主要研究结果如下:1.采用整株测定法,选用苄嘧磺隆最大田间推荐剂量(45 g a.i./hm~2)作为甄别剂量对所有野慈姑种群进行了抗药性筛选,发现采自田间的36个野慈姑种群对苄嘧磺隆全部产生抗药性,采自沈阳浑河和龙潭湖的S1和S2为敏感种群。测定所有野慈姑种群对苄嘧磺隆的抗药性水平,结果表明,36个田间野慈姑种群均对苄嘧磺隆产生了不同程度的抗药性水平,抗性指数为14.88~91.90,其中采自吉林榆树的种群(J-3)抗药性水平最高。马拉硫磷和胡椒基丁醚(P450抑制剂)对苄嘧磺隆有不同程度的增效作用,对辽宁辽阳的种群(L-9)和吉林省舒兰的种群(J-1)表现出的为显著性增效,使苄嘧磺隆对种群L-9的抑制率由35.9%上升到了75.4%;对种群J-1的抑制率由54.1%上升到了63.4%。2.通过对L-9种群进行单株分离纯化培养,得到没有ALS基因突变的二代野慈姑种群BC1,测定其对5种ALS抑制剂(苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、乙氧磺隆、五氟磺草胺、双草醚)的抗药性水平,结果表明BC1对5种ALS除草剂产生了交互抗药性,抗性指数为2.14~51.53。体外ALS离体活性测定结果表明,抗药性种群BC1和敏感种群S1总酶活及对苄嘧磺隆的敏感性无显著性差异,表明BC1抗药性与其ALS活性没有相关性。考察马拉硫磷对种群BC1和敏感种群S1抗药性的影响,结果表明马拉硫磷可以显著降低BC1的抗药性(降低1.8~6.9倍),说明种群BC1的P450活性高于敏感S1种群。综上所述,野慈姑种群BC1对苄嘧磺隆形成了经P450介导的代谢抗药性。3.通过高效液相色谱-三重串联四级杆液质联用仪(HPLC-MS/MS)测定苄嘧磺隆在敏感性S1种群和抗药性BC1种群中的吸收和代谢差异。结果表明:苄嘧磺隆处理0.5、1、3、5、7和9 d后,BC1和S1对苄嘧磺隆的吸收水平并无显著性差异;但苄嘧磺隆处理0.5 d后,抗药性种群BC1对苄嘧磺隆的代谢速率显著高于敏感种群S1。马拉硫磷够显著抑制抗性种群BC1对苄嘧磺隆的代谢作用,但对敏感种群S1却作用不明显。由此表明,二者对苄嘧磺隆的抗性与对其的吸收能力无关,但与对苄嘧磺隆代谢能力差异密切相关。4.通过转录组测序技术,鉴定出在与代谢相关的15条上调表达基因,其中包括4条谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)基因、5条细胞色素P450单加氧酶(P450s)基因、1条ABC转运蛋白(ABC transporters)基因、5条过氧化物酶体(Peroxidase)基因。采用实时荧光定量PCR对其进一步验证,结果表明在抗药性种群BC1中,显著表达的为1个GSTs基因、2个P450s基因、1个Peroxidase基因和1个ABC transporters基因。由此推断与代谢相关基因的上调表达导致了野慈姑对苄嘧磺隆产生了代谢抗药性。
【图文】：

个国家的 92 种作物中报道了以上这些抗除草剂杂草（Heap, 2019）。自抗道伊始，全球抗药性杂草的数量逐年增加，起初抗药性杂草的数量相对较低纪以 80 年代后期，全球抗药性杂草数量和种类均成爆发式徒增，对全球粮了较大的影响（图 1-1）。

沈阳农业大学博士学位论文9图1-2 全球抗药性杂草分布概况（Heap, 2019）Fig. 1-2 The number of unique resistance case globally（Heap, 2019）如图 1-3 所示，全球杂草产生抗药性最多的前 5 种除草剂类型分别为：乙酰乳酸合成酶抑制剂（ALSinhibitors）、三氮苯类抑制剂（PS IIinhibitors）、乙酰辅酶 A 羧化酶抑制剂（ACCaseinhibitors）、有机磷类抑制剂（EPSPsynthaseinhibitors）、合成激素类抑制剂（SyntheticAuxins）、联吡啶类抑制剂（PSIelectrondiverter），相对应的抗药性杂草数量依次为：160、74、48、43、39 和 32 个（Heap,2019）。可以清晰的看出，ALS抑制剂在所有除草剂中，杂草抗药性问题最为严重。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S451.21

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本文编号：2624897