馬國(guó)蘭, 劉都才*,, 張 帥, 李新文, 劉雪源,彭亞軍, 李巳夫, 柏連陽(yáng)

(1. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 a.植物保護(hù)研究所；b.雜草生物學(xué)及安全防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2. 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京100125；3. 湖南省植保植檢站，長(zhǎng)沙 410005)

稗草Echinochloaspp. 是一年生禾本科稗屬雜草的總稱，屬世界性十大惡性雜草之一，也是中國(guó)水稻產(chǎn)區(qū)分布最廣、危害最重的雜草，嚴(yán)重影響水稻生產(chǎn)安全[1-3]。

目前，對(duì)于稻田稗草的防控措施仍以化學(xué)防治為主。五氟磺草胺 (penoxsulam) 是由美國(guó)陶氏益農(nóng)公司 (Dow AgroSciences) 開(kāi)發(fā)的三唑并嘧啶磺酰胺類除草劑，其作用靶標(biāo)為乙酰乳酸合成酶(ALS)，其于2007 年在中國(guó)正式登記，被廣泛用于防除稻田稗草、一年生莎草及多種闊葉類雜草，尤其對(duì)稗草高效[4]。五氟磺草胺具有殺草譜廣、對(duì)水稻安全、低毒、高效等特點(diǎn)[5]，已成為目前水稻田用量最大的除草劑之一，但由于其作用位點(diǎn)單一，長(zhǎng)期使用導(dǎo)致部分稻區(qū)稗草對(duì)其敏感性逐年降低，已產(chǎn)生不同程度的抗藥性[6]。

為探究中國(guó)稻區(qū)稗草對(duì)五氟磺草胺的抗性現(xiàn)狀，本研究監(jiān)測(cè)了中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)湖南、湖北、江西等7 省70 地稻區(qū)稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性，以期為該藥劑在稻田雜草防控的應(yīng)用以及稗草抗藥性治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試種子 稗草田間種群于2018 年采自長(zhǎng)江中下游稻區(qū)的湖南、湖北、江西、安徽和江蘇，東北稻區(qū)的黑龍江以及西北稻區(qū)寧夏共7 省70 地的水稻田 (表1)。于種子成熟時(shí)采收，晾干，置于4 ℃ 種子儲(chǔ)存柜中保存。稗草敏感種群HNS 于2013 年采自從未使用過(guò)除草劑的荒地，每年繁種以保持種子活力。

表1 稗草田間種群采集信息Table 1 Sampling information of Echinochloa spp. collected from fields

續(xù)表1Table 1 (Continued)

續(xù)表1Table 1 (Continued)

1.1.2 供試藥劑 25 g/L 五氟磺草胺 (penoxsulam)可分散油懸浮劑 (OD)，美國(guó)陶氏益農(nóng)公司。

1.1.3 主要儀器 3WP-2000 型行走式噴霧塔，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 供試植物培養(yǎng) 將無(wú)除草劑殘留的農(nóng)田土與育苗基質(zhì) (草炭、珍珠巖、蛭石等) 按質(zhì)量比1 : 1 混勻過(guò)篩并高溫滅菌后，裝于直徑為12 cm 的塑料盆缽內(nèi)至3/4 處，挑選均勻一致經(jīng)催芽已露白的稗草種子分別播種于盆缽內(nèi)，每盆播30 粒，表面覆蓋1 cm 土層，加水使土壤完全濕潤(rùn)后，置于可控日光溫室內(nèi)培養(yǎng)。試驗(yàn)期間溫室內(nèi)白天溫度28 ℃，晚上25 ℃，光照周期 12 D/12 L，光強(qiáng)度12 000～20 000 lx，相對(duì)濕度65%～85%，定時(shí)補(bǔ)水。

1.2.2 稗屬雜草對(duì)五氟磺草胺的抗藥性水平檢測(cè)采用整株生物測(cè)定法[7]測(cè)定。將稗草培養(yǎng)至2 葉期，每盆定苗至15 株。待其長(zhǎng)至3 葉期時(shí)，采用3WP-2000 型自動(dòng)噴霧裝置 (扇形噴頭) 進(jìn)行莖葉噴霧處理，噴施液量為450 L/hm2，噴霧壓力為0.275 MPa。25 g/L 五氟磺草胺可分散油懸浮劑的劑量 (有效成分) 設(shè)為0 (CK)、3.75、 7.5、15、30 和60 g/hm2。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，敏感種群 (HNS) 使用25 g/L 五氟磺草胺可分散油懸浮劑處理，有效成分分別為0(CK)、1.875、3.75、 7.5、15 和30 g /hm2。每處理3 次重復(fù)，于施藥后1 h將稗草置于溫室繼續(xù)培養(yǎng)。分別處理后3、5、10 和15 d 詳細(xì)記錄稗草的受害癥狀，如生長(zhǎng)受抑制、葉片黃化和畸形等。于處理后12 d 剪取各處理稗草地上部分，稱重，按 (1) 式計(jì)算實(shí)際鮮重抑制率 (E)。

式中：NCK為空白對(duì)照處理雜草鮮重，NPT為施藥處理區(qū)雜草鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS(V3.01 專業(yè)版) 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)藥劑劑量對(duì)數(shù)值與雜草鮮重抑制率的概率值進(jìn)行回歸分析，計(jì)算毒力回歸方程、ED50值、95%置信限、相關(guān)系數(shù)和抗性指數(shù) (抗性種群ED50/敏感種群ED50)?？剐运椒旨?jí)標(biāo)準(zhǔn)：抗性指數(shù) (Resistance index，RI) ≤ 1 為敏感；1.0 ＜RI ≤ 3.0 為低水平抗性；3.0 ＜RI ≤ 10.0 為中等水平抗性；RI ＞10 為高水平抗性[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 五氟磺草胺處理后稗草的受害癥狀

結(jié)果如圖1 所示：處理后3 d，稗草敏感種群生長(zhǎng)停止，5 d 后老葉發(fā)黃，心葉褪綠，從葉尖開(kāi)始向下逐漸黃化，10 d 后莖基部發(fā)黑，輕輕一拔即斷；而抗性種群5～7 d 后植株生長(zhǎng)受抑制，葉片褪綠成淺灰色，葉鞘披散，心葉蜷曲畸形，15 d后葉色呈深綠色，植株矮化，后期繼續(xù)生長(zhǎng)。

2.2 稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性水平

監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯觯涸谒O(jiān)測(cè)的中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)70 個(gè)稗草田間種群中，高水平抗性種群達(dá)50.0%，中水平抗性種群47.1%，低水平抗性種群2.9%，無(wú)敏感種群。

表2 稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 2 Resistance levels of the field populations of Echinochloa spp. to penoxsulam

續(xù)表2Table 2 (Continued)

不同省份稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性及抗性稗草田間種群分布情況分別見(jiàn)圖2～圖3。在位于長(zhǎng)江中下游稻區(qū)的湖南省共計(jì)11 個(gè)種群中，采自漢壽縣株木山集鎮(zhèn)、安鄉(xiāng)縣下漁口鎮(zhèn)、常德市蒿子港鎮(zhèn)和韓公渡鎮(zhèn)，漢壽縣洲口鎮(zhèn)、益陽(yáng)市茈湖口鎮(zhèn)、張家塞鄉(xiāng)和沙頭鎮(zhèn)的8 個(gè)種群表現(xiàn)為中等抗性水平 (RI = 3.20～9.64，占比72.7%)，采自沅江市草尾鎮(zhèn)、千山紅鎮(zhèn)和漢壽縣蓮湖農(nóng)場(chǎng)的3 個(gè)種群表現(xiàn)為高水平抗性 (RI =27.3～42.1，占比27.3%)；在湖北省的10 個(gè)種群中，僅采自公安縣閘口鎮(zhèn)的1 個(gè)種群為低水平抗性 (RI = 2.78，占比10.0%)，公安縣章莊鋪鎮(zhèn)和黃梅縣張湖農(nóng)場(chǎng)的2 個(gè)種群為中等抗性水平 (RI =8.31 和9.18，占比20.0%)，而公安縣章田寺鄉(xiāng)、陽(yáng)新縣陶港鎮(zhèn)、木港鎮(zhèn)、軍墾農(nóng)場(chǎng)、浮屠鎮(zhèn)、武穴市大金鎮(zhèn)和荊州市江陵縣的7 個(gè)種群均為高水平抗性 (RI = 12.4～47.5，占比70.0%)；在江西的15 個(gè)種群中，采自寧都縣會(huì)同鄉(xiāng)、固村鎮(zhèn)和青塘鎮(zhèn)，余干縣瑞洪鎮(zhèn)，南昌縣五星農(nóng)場(chǎng)，南昌市羅家鎮(zhèn)，都昌縣中館鎮(zhèn)和鳴山鄉(xiāng)，余干縣大唐鄉(xiāng)和上高縣南港鎮(zhèn)的10 個(gè)種群為中等抗性水平 (RI =3.27～9.89，占比66.7%)，采自南昌縣幽蘭鎮(zhèn)、都昌縣北山鄉(xiāng)、余干縣古埠鎮(zhèn)、上高縣泗溪鎮(zhèn)和敖山鎮(zhèn)的5 個(gè)為高水平抗性 (RI = 10. 9～45.3，占比33.3%)；在采自安徽的4 個(gè)樣品中，除含山縣林頭鎮(zhèn)的1 個(gè)種群為中等抗水平 (RI = 9.85，占比25.0%)外，含山縣環(huán)峰鎮(zhèn)、昭關(guān)鎮(zhèn)和巢湖市高林鎮(zhèn)的3 個(gè)種群均達(dá)高水平抗性 (RI = 16.9～179，占比75.0%)；在采自江蘇的10 個(gè)種群中，采自揚(yáng)州市儀征市、淮安市洪澤區(qū)、連云港市東?？h、徐州市睢寧縣、蘇州市張家港市和揚(yáng)州市邗江區(qū)的6 個(gè)種群為中等抗性水平 (RI = 4.72～8.32，占比60.0%)，而鎮(zhèn)江市句容市、常州市武進(jìn)區(qū)、鹽城市鹽都區(qū)和南京市高淳區(qū)的4 個(gè)種群為高水平抗性 (RI = 13.7～58.7，占比40.0%)。

在北方稻區(qū)黑龍江省的8 個(gè)田間種群中，慶安縣平安鎮(zhèn)的種群為低水平抗性 (RI = 2.76，占比12.5%)，安慶縣豐收鄉(xiāng)和建民鄉(xiāng)的2 個(gè)種群為中等水平抗性 (RI = 3.11，4.16，占比25%)，而五常市五常鎮(zhèn)、衛(wèi)國(guó)鄉(xiāng)，哈爾濱市料甸鎮(zhèn)、阿什河街道、亞溝街道的5 個(gè)種群為高水平抗性 (RI =35.3～133，占比62.5%)；在寧夏的12 個(gè)種群中，靈武市崇興鎮(zhèn)、中寧縣石空鎮(zhèn)、中衛(wèi)市迎水橋鎮(zhèn)和青銅峽市大壩鎮(zhèn)的4 個(gè)種群為中等抗性水平(RI = 5.41～9.99，占比33.3%)，靈武市郝家橋鎮(zhèn)、梧桐樹(shù)鄉(xiāng)，中寧縣鳴沙鎮(zhèn)、余丁鄉(xiāng)，平羅縣通伏鄉(xiāng)、姚伏鎮(zhèn)，青銅峽市小壩鎮(zhèn)和瞿靖鎮(zhèn)共8 個(gè)種群為高水平抗性 (RI = 14.0～63.4，占比66.7%)。

3 結(jié)論與討論

雜草抗藥性是一種脅迫進(jìn)化現(xiàn)象，是伴隨著除草劑對(duì)雜草的選擇作用而出現(xiàn)的。不同地理區(qū)域由于用藥劑量及頻率的差異，導(dǎo)致雜草對(duì)藥劑的抗藥性發(fā)展速度不同[9-10]。本研究測(cè)定了中國(guó)湖南、湖北、江西、安徽和江蘇，東北稻區(qū)的黑龍江以及西北稻區(qū)寧夏共7 省70 地水稻田稗草種群對(duì)除草劑五氟磺草胺的敏感性，發(fā)現(xiàn)70 個(gè)稗草田間種群均對(duì)五氟磺草胺產(chǎn)生了不同程度的抗藥性，其中低水平抗性種群僅為2.9%，高水平抗性種群達(dá)50.7%。7 省均無(wú)敏感種群。在湖北、安徽、寧夏和黑龍江4 個(gè)省份中，高水平抗性種群均達(dá)60%以上，其他3 省的高水平抗性種群也在25%以上。表明這7 個(gè)水稻主產(chǎn)區(qū)的大部分稗草田間種群均對(duì)五氟磺草胺均產(chǎn)生了中、高水平的抗性，應(yīng)加強(qiáng)五氟磺草胺的用藥管理，建議在出現(xiàn)稗草高水平抗性地區(qū)暫停使用五氟磺草胺，在中、低水平抗性區(qū)域應(yīng)輪換使用不同作用機(jī)理的除草劑，以延緩其稗草抗藥性繼續(xù)發(fā)展。

乙酰乳酸合成酶 (ALS) 抑制劑因活性高、殺草譜廣、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于防除農(nóng)田雜草[11]，但由于該類除草劑作用位點(diǎn)單一，雜草對(duì)其極易產(chǎn)生抗性，導(dǎo)致抗ALS 抑制劑類除草劑的生物型雜草已成為發(fā)展速度最快的抗性雜草[12]?；酋０奉惓輨┦怯擅绹?guó)陶氏益農(nóng)公司研制開(kāi)發(fā)的一類新的ALS 抑制劑，而在現(xiàn)有的6 個(gè)品種中，僅五氟磺草胺可用于水稻田除草[13]。自2008年五氟磺草胺在中國(guó)獲得登記以來(lái)，已被廣泛用于中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)防除稻田雜草[14-15]，而有關(guān)稗草對(duì)其產(chǎn)生抗性的報(bào)道也不斷增加。劉健等發(fā)現(xiàn)，中國(guó)東北稻區(qū)稻稗對(duì)五氟磺草胺產(chǎn)生了高水平抗性，抗性指數(shù)高達(dá)35.55[16]；單國(guó)俠等和李儉等也均在東北稻區(qū)發(fā)現(xiàn)了抗五氟磺草胺的稻稗生物型[17-18]；Fang 等在江蘇省發(fā)現(xiàn)了相對(duì)抗性高達(dá)33.33 的稗草[19]；王曉琳等在湖北省發(fā)現(xiàn)了抗性指數(shù)為13.50 的抗五氟磺草胺稗草[20]；Chen 等在研究不同稻區(qū)稗草對(duì)五氟磺草胺抗藥性時(shí)發(fā)現(xiàn)，稻田稗草對(duì)我國(guó)常用的二氯喹啉酸、雙草醚、嘧啶肟草醚等7 種除稗劑同時(shí)產(chǎn)生了抗性[21]；Yang 等研究發(fā)現(xiàn)，抗五氟磺草胺的稗草生物型同時(shí)對(duì)雙草醚和二氯喹啉酸具有高水平抗性[22-23]。本研究結(jié)果與上述報(bào)道基本相似，即在我國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)稻田稗草種群對(duì)五氟磺草胺產(chǎn)生了廣泛的抗性，尤其是湖南沅江、漢壽，湖北江陵、軍墾農(nóng)場(chǎng)，江西余干，安徽含山縣，江蘇南京市高淳區(qū)、鎮(zhèn)江市句容，寧夏中寧縣和平羅縣的直播稻區(qū)，以及黑龍江省哈爾濱的阿城區(qū)和五常市的機(jī)插秧稻區(qū)均達(dá)極高水平抗性，這與目前上述地區(qū)仍然使用五氟磺草胺作為稗草防控首選藥劑的情況相吻合，也與生產(chǎn)實(shí)踐中稗草的防除難度越來(lái)越大的現(xiàn)狀相一致。因此，建議在上述稻區(qū)停止使用五氟磺草胺，以延緩稗草抗性繼續(xù)發(fā)展。此外，不同稻區(qū)稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性水平差異較大，這可能與不同地理區(qū)域的施藥歷史有關(guān)，還很有可能是因?yàn)槲宸遣莅放c其他除草劑存在交互抗性相關(guān)[24]。

目前已報(bào)道的稗草種群對(duì)五氟磺草胺、雙草醚、嘧啶肟草醚等ALS 抑制劑抗性的產(chǎn)生與靶基因 (ALS) 的氨基酸突變[25-26]，拷貝數(shù)增加導(dǎo)致基因過(guò)量表達(dá)[24,27]以及細(xì)胞色素P450 代謝酶活性增強(qiáng)等均息息相關(guān)[28-32]。在靶基因突變方面，Panozzo等[25]報(bào)道了抗性稗草生物型中ALS 基因的574(Trp574) 位色氨酸被亮氨酸取代后，該雜草同時(shí)對(duì)磺酰脲類和咪唑啉酮類除草劑產(chǎn)生了抗性。Délye 和IWAKAMI 等報(bào)道，Pro197 被取代后僅對(duì)磺酰脲類除草劑產(chǎn)生高水平抗性[9,27]。而Ala122突變后幾乎對(duì)所有的ALS 抑制劑類除草劑均產(chǎn)生了抗性[33]。本研究明確了我國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)稗草田間種群對(duì)五氟磺草胺的抗性現(xiàn)狀，雖然該藥劑的藥效團(tuán)與其他乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑存在差異[11]，但其與其他稻田常用除草劑是否存在多抗性、交互抗性以及其抗性機(jī)理仍還需進(jìn)一步探明。