崔亚魁 王晓琳 李贵
摘要：为监测江苏省不同地区菵草种群对甲基二磺隆的敏感性，采用室内整株生测法测定不同菵草种群在叶绿素含量、叶绿素荧光参数、1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性以及生物量积累方面对甲基二磺隆的响应。结果表明，甲基二磺隆影响菵草rubisco活性、最大光化学效率等光合生理指标，但不同地区菵草种群对其的响应存在差异。其中，甲基二磺隆处理10 d后，江苏淮安地区菵草种群生理指标变化较大。在甲基二磺隆36.00 g a.i./hm2剂量处理下，淮安地区菵草叶片rubisco活性较相应空白对照显著下降48.14%，在9.00～36.00 g a.i./hm2剂量下，叶绿素含量显著下降26.43%～47.75%，最大光化学效率显著下降1.13%～2.13%。而江苏南京高淳地区菵草叶片rubisco活性与相应空白对照相比下降幅度明显较缓慢，在9.00～36.00 g a.i./hm2 剂量处理下，叶绿素含量显著下降15.37%～32.59%，最大光化学效率则无显著性变化。整株生物活性测定结果表明，甲基二磺隆处理21 d后，淮安地区菵草地上部鲜重ED90值最低，为 32.745 a.i./hm2，高淳地区菵草的ED90值最高，为69.116 g a.i./hm2，远远超过甲基二磺隆的推荐剂量。可见，高淳菵草种群对甲基二磺隆敏感性明显低于其他地区菵草种群，生产中要密切注意其抗药水平的发展变化，及时调整化学防除策略。
关键词：菵草;种群;甲基二磺隆;响应;敏感性;光合参数
中图分类号：S451.2 文献标志码：A 文章编号：1003-935X（2019）01-0034-07
Abstract：The sensitivity to mesosulfuronmethyl of Beckmannia syzigachne on populations from different regions in Jiangsu was determined in whole-plant bioassays by measuring chlorophyll content，chlorophyll fluorescence parameters and rubisco enzyme activity. Mesosulfuron-methyl differentially effected the photosynthetic physiological indexes such as rubisco activity and the maximal photochemical efficiency of B. syzigachne from different regions. The physiological indexes of Huaian biotype had great influence after 10 days of spraying mesosulfuron-methyl. Compared with the control from the same region，Huaian biotype rubisco activity decreased by 48% at 36 g a.i./hm2;at doses from 9～36 g a.i./hm2，chlorophyll content decreased by 26.43%～47.75% and maximum photochemical decreased by 1.13%～2.13%. Rubisco activity of Gaochun biotype significantly decreased more slowly than that of the control from the same region;the chlorophyll content at 9～36 g a.i./hm2 treatment decreased by 15.37%，without change in photochemical efficiency. The ED90 for mesosulfuron-methyl based on whole plant biological activity determination 21 d after treatment for the Huaian and Gaochun biotypes were 32.7 and 69.1 g a.i./hm2，respectively;the latter being significantly higher than the recommended herbicide dose.The biotype from Gaochun was less sensitive to mesosulfuron-methyl than other biotypes. Therefore，it is important to pay attention to this biotype，and follow up any further decrease in its sensitivity to the herbicide while adjusting the weed control tactics to prevent the evolution ans spread of resistance.
Key words：Beckmannia syzigachne;mesosulfuron-methyl;sensitivity;photosynthetic
菵草[Beckmannia syzigachne （Steud.） Fernald]為1年生或越年生禾本科杂草，多生于水边和潮湿地方，是长江中下游地区稻茬麦田的主要杂草之一[1-2]。随着少耕/免耕模式的推广，菵草由稻茬麦田的次要杂草逐渐上升为主要杂草[3]。目前，稻麦轮作区菵草危害日趋严重，随着菵草发生密度的增加，小麦产量显著降低，菵草密度为3～50株/m2时，小麦减产6.7%～56.6%[4]。同时，由于冬小麦田化学除草剂使用频繁，菵草对除草剂敏感性出现不同程度的下降，有效防除趋于困难[5]。
甲基二磺隆属磺酰脲类除草剂[6]，通过抑制植物体内乙酰乳酸合成酶（ALS）活性而阻碍支链氨基酸生物合成，从而抑制植物细胞分裂和生长，用量为11～15 g a.i./hm2的茎叶处理可有效防除小麦田野燕麦、雀麦、看麦娘、菵草、节节麦等多种禾本科杂草，同时可兼除牛繁缕、播娘蒿、荠菜等部分阔叶杂草，尤其对菵草具有良好的防除效果，自商品化以来，逐渐成为控制稻麦轮作区菵草危害的主要除草剂品种之一[7]，使用量迅速增长[8]。但随着甲基二磺隆的持续使用，菵草耐/抗药性问题应该引起重视，不同地区菵草对甲基二磺隆生理响应及敏感性差异未见报道。因此，本研究选择江苏省4个不同地区的菵草为材料，通过整株生物测定探讨甲基二磺隆胁迫下不同地区菵草在叶绿素荧光参数、光合气体交换、光合关键酶1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性等方面的生理响应，明确它们对甲基二磺隆的敏感性差异，旨在为研究菵草对甲基二磺隆的敏感变化积累数据，为生产上菵草治理和甲基二磺隆的科学使用提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试材料 菵草[B. syzigachne （Steud.） Fernald]种子分别采自江苏南京高淳（GC）、江苏连云港（LYG）、江苏淮安（HA）、江苏盐城（YC）
1.1.2 供试药剂及剂量设计 30 g/L甲基二磺隆油悬浮剂（拜耳作物科学有限公司产品），设计剂量分别为0、2.25、4.50、9.00、18.00、36.00 g a.i./hm2。
1.1.3 材料培养及药剂处理 分别在直径为 6.5 cm 的塑料杯（盛有泥炭 ∶ 蛭石= 1 ∶ 1，底部打孔吸足水分） 中播入40粒菵草种子，覆盖 0.5 cm 浅土层，于自然条件下生长至2叶1心时定苗（20株/杯），3叶期按照设计剂量进行喷雾处理。喷雾采用农业农村部南京农业机械化研究所生产的3WPSH-500 D型生测喷雾塔，圆盘直径为50 cm，主轴转动速度为6转/min，喷头孔径为0.3 mm，喷雾压力为0.3 MPa，雾滴直径为 100 μm，喷头流量为 90 mL/min。每个处理喷液量为675 kg/hm2，同时设清水空白对照，每个处理重复4次。
1.2 测定指标
1.2.1 叶绿素含量的测定 于药剂处理后4、10 d 分别测定各处理菵草10张全展叶的叶绿素含量（SPAD值，所用仪器为日本Minolta公司SPAD-502便携式叶绿素计）。
1.2.2 PS Ⅱ最大光化学效率的测定 于药剂处理后4、10 d，各处理分别随机选择10张菵草全展叶，暗适应30 min后，采用英国 Hansatech公司Handy PEA測定叶片PS Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）、初始荧光 （Fo）、最大荧光（Fm）以及光合性能指数（PIabs）。
1.2.3 rubisco活性测定 于药剂处理后4 d，各处理随机选择4株菵草，测定1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）活性，参考Zhang等的方法[9]测定。
1.2.4 生物活性测定 于药剂处理后21 d分别测定各处理菵草植株地上部鲜重，利用统计软件对药剂剂量与菵草地上部鲜重抑制率进行回归分析，求出相应的毒力回归方程、相关系数和90%有效量（ED90）值及其95%置信区间。
1.3 数据分析
采用SPSS 22.0软件对试验数据进行统计分析，Duncans新复极差法进行差异显著性检验（α=0.05）。
2 结果与分析
2.1 甲基二磺隆对菵草叶绿素含量的影响
药剂处理后4 d，随甲基二磺隆剂量的上升，不同地区菵草种群叶片叶绿素含量总体呈下降趋势，但下降的幅度有所不同。与同种群空白对照相比，GC、LYG、YC地区菵草在4.50 g a.i./hm2及以上剂量处理下显著下降，而HA地区菵草则在 18.00 g a.i./hm2 及以上剂量出现显著下降。其中，在9.00 g a.i./hm2及以上剂量处理下，GC、LYG、HA、YC地区菵草分别较相应对照显著下降34.51%～44.73%、34.32%～39.88%、18.06%～33.23%、39.96%～45.47%（图1）。
药剂处理后10 d，菵草叶片叶绿素含量变化趋势与药剂处理后4 d略有不同，与同种群空白对照相比，LYG、HA、YC地区在2.25 g a.i./hm2及以上剂量处理下出现显著性下降，而GC地区菵草则在4.50 g a.i./hm2及以上剂量处理下显著下降。在9.00～36.00 g a.i./hm2 剂量处理下，GC、LYG、HA、YC地区菵草分别较相应对照显著下降15.37%～32.59%、32.93～52.86%、26.43～47.75%、28.42～49.11%，其中GC地区菵草下降幅度相对较缓（图2）。
2.2 甲基二磺隆对菵草叶片荧光参数的影响
由表1可知，药剂处理后4 d，4个地区菵草叶片初始荧光均无显著性差异。喷药后10 d，与同种群空白对照相比，GC、LYG、YC地区菵草叶片初始荧光在 4.50 g a.i./hm2 及以上剂量处理下出现显著差异趋势，在9.00～36.00 g a.i./hm2剂量处理下，分别较相应对照显著下降8.61%～13.11%、5.16%～8.59%、10.09%～14.41%;HA地区菵草叶片初始荧光在4.50、36.00 g a.i./hm2 剂量处理下分别较其空白对照显著下降17.02%、10.70%。最大荧光变化趋势与初始荧光类似，药剂处理后 4 d，各地区菵草叶片与相应对照也基本无显著差异。药后10 d，与同种群空白对照相比，LYG、HA地区菵草叶片最大荧光在2.25 g a.i./hm2及以上剂量处理下显著下降，而GC地区菵草则在4.50 g a.i./hm2及以上剂量处理下显著下降，YC地区菵草则在 9.00 g a.i./hm2 及以上剂量处理下显著下降。药后10 d，与同种群空白对照相比，GC、LYG、HA、YC地区菵草叶片最大荧光在9.00～36.00 g a.i./hm2剂量处理下分别显著下降8.20%～17.52%、10.03%～16.44%、10.30%～14.56%、14.72%～17.93%，下降幅度相差不大。
2.3 甲基二磺隆对菵草PS II最大光化学效率及光合性能指数的影响
由表2可知，药剂处理后4 d，与叶绿素含量相比，最大光化学效率Fv/Fm变化较小，LYG地区菵草Fv/Fm在18.00～36.00 g a.i./hm2剂量处理下较其空白对照显著下降1.24%，而GC、HA、YC地区菵草 Fv/Fm 在不同剂量处理下均无显著性差异。药剂处理后10 d，与同种群空白对照相比，LYG地区菵草Fv/Fm在4.50 g a.i./hm2及以上剂量处理下出现显著差异，HA、YC地区菵草 Fv/Fm 在18.00～36.00 g a.i./hm2剂量处理下出现显著差异，而GC地区各剂量处理下菵草Fv/Fm无显著性变化。药后10 d，与同种群空白对照相比，LYG、HA、YC地区菵草Fv/Fm在9.00～36.00 g a.i./hm2 剂量处理下分别下降1.77%～2.40%、1.13%～2.13%、0.89%～3.43%;在推荐剂量下，GC地区菵草Fv/Fm无显著性下降，敏感性较低。
PIabs是以吸收光能为基础的光化学性能指数。由表2还可知，与同种群空白对照相比，药剂处理后4 d，HA地区菵草PIabs在36.00 g a.i./hm2剂量处理下显著下降23.25%，其他3个地区各剂量处理下菵草PIabs均无显著性变化;药后10 d，LYG、YC地区菵草PIabs在4.50～36.00 g a.i./hm2 处理下显著下降，HA地区菵草PIabs在18.00～36.00 g a.i./hm2 剂量处理下显著下降，而GC地区菵草PIabs在36.00 g a.i./hm2剂量处理下差异显著。药后10 d，在9.00～36.00 g a.i./hm2剂量处理下，与相应空白对照相比，GC、LYG、HA、YC地区菵草PIabs分别下降18.82%～25.85%、22.28%～27.30%、9.55%～34.92%、35.10%～43.93%，可见GC地区菵草下降幅度相对较缓。
2.4 甲基二磺隆对菵草rubisco活性的影响
药剂处理后4 d，当甲基二磺隆在 9.00 g a.i./hm2 及以上处理剂量下，不同地区菵草种群叶片rubisco活性基本显著低于相应空白对照（图3），但下降幅度有所不同，其中GC地区菵草叶片rubisco活性下降幅度明显较缓慢。与空白对照相比，LYG、HA地区菵草叶片rubisco活性在36.00 g a.i./hm2剂量下分別下降48.48%、48.14%。
2.5 甲基二磺隆对不同地区菵草生物活性的影响
药剂处理后21 d，通过测定甲基二磺隆处理下菵草整株生物活性得出相应的毒力回归方程、相关系数、ED90值及其95%置信区间，结果见表3，可以看出，不同地区菵草对甲基二磺隆的敏感性有所差异。其中，HA 地区菵草对甲基二磺隆的敏感性最高，其ED90值最低，为32.745 g a.i./hm2，而GC地区菵草对甲基二磺隆敏感性明显较低，其 ED90值为69.116 g a.i./hm2，明显超过了生产推荐剂量，该地区菵草对甲基二磺隆敏感性下降的现象值得关注。
3 讨论与结论
光合作用是植物最稳定、最重要的生理过程，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（rubisco）催化光合作用CO2固定的第1步反应，是碳同化的限速酶，对净光合速率起着决定性的作用[10];同时，在逆境胁迫下植物生长变化通常首先表现为植物光合能力的变化，叶绿素降解-合成的平衡被打破，其捕获光能进行光能转换的效能受到影响，表现为叶绿素含量、PS Ⅱ最大光化学效率、rubisco活性等生理指标发生变化，因此逆境胁迫下的叶绿素荧光快速变化也通常被用来反映植物受胁迫的程度[11]。
Fo是光系统Ⅱ反应中心处于完全开放时的最低荧光产量，代表的是色素所吸收的光能中不参与光化学反应的能量，它与叶片叶绿素含量有关，但是与光合作用的光反应无关[12]。叶绿素含量下降，Fo降低，而PS Ⅱ反应中心失活或损伤又使其升高，因此Fo变化的方向取决于这些因素中起主要作用的因素。4个地区Fo分别在不同剂量处理下出现不同程度的下降，说明叶绿素含量降低掩盖了Fo的上升[13]。最大荧光（Fm） 是PS Ⅱ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，反映通过PS Ⅱ的电子传递情况[13]。PIabs是以吸收光能为基础的性能指数，对环境因子更敏感，可以更准确地反映植物光合机构的状态[14]，与同种群空白对照相比，本研究中各地区不同剂量处理下菵草PIabs整体呈下降趋势，表明光合机构受到胁迫，甚至已经被伤害。
本研究结果表明，在甲基二磺隆化学胁迫下，菵草在叶绿素含量、PS Ⅱ最大光化学效率、rubisco活性等方面出现了不同程度的变化，最终导致菵草光合性能受损，干物质积累量下降。本研究结合生物测定、叶绿素含量、PS Ⅱ最大光化学效率与离体酶活测定结果可知，在甲基二磺隆处理后 4 d，GC地区rubisco活性受影响较小，10 d后叶绿素含量下降幅度相对较小，21 d后鲜重抑制率相对较低，说明GC地区菵草对甲基二磺隆敏感性明显较低。这可能与当地甲基二磺隆的使用年限、使用剂量及使用水平等有关。因此，在生产中应加强抗性监测的频度，密切关注包括甲基二磺隆在内的化学除草剂科学使用，避免长期、高剂量使用单一除草剂品种，应按照除草剂轮换使用的原则，合理使用作用机制不同的除草剂品种进行菵草防治，提倡3～5年的合理轮换，完善不同作用靶标除草剂的搭配使用技术，抑制杂草抗药性的发生、发展，针对不同抗性水平的杂草种类，结合生物生态措施，及时调整化学防除策略。
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