王维静 纪明山 杜颖 孙中华 郭红霞 李京
摘要：为明确东北地区不同稻田区稻稗对五氟磺草胺、二氯喹啉酸和唑酰草胺的抗性情况，采用整株生物测定法研究东北地区32个稻稗种群对3种除草剂的多抗性情况及抗性水平。结果表明：在32个稻稗种群中，3个种群（ HLJ4、LN1、LN24 ）对3种除草剂产生了多抗性，其中HLJ4 种群对二氯喹啉酸产生了高水平的抗药性，LN1和LN24种群对二氯喹啉酸产生了极高水平的抗药性，抗性指数分别为65.85、145.21和269.60;HLJ4 和 LN1种群对唑酰草胺产生了高水平的抗药性，抗性指数分别为10.64和23.59，LN24对唑酰草胺产生了中等水平的抗药性，抗性指数为9.86。HLJ4、LN24、LN1分别对五氟磺草胺产生了低、中、高水平的抗药性，抗性指数分别为4.80、8.66、25.67。
关键词：稻稗;多抗性;五氟磺草胺;二氯喹啉酸;唑酰草胺
中图分类号：S451文献标志码：A文章编号：1003-935X（2019）02-0021-07
Mutiple Resistance of Echinochloa oryzicola Populations from Northeast China to Herbicides with Three Different Action Mechanisms
WANG Weijing，JI Mingshan，DU Ying，SUN zhonghua，GUO Hongxia，LI Jing
（College of Plant Protection，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）
Abstract：The response of 32 Echinochloa oryzicola （Vasing.） Vasing populations from Northeast China to penoxsulam，metamifop and quinclorac was determined in whole-plant bioassays. Three of 32 populations had multiple resistance to the three herbicides. HLJ4 was highly resistant to quinclorac whereas LN1 and LN24 were very highly resistant，with resistance indexes （RI） of 65.8，145.2 and 269.6，respectively. HLJ4 and LN1 populations were also relatively highly resistant to metamifop （RI of 10.6 and 23.6，respectively）; LN24 had intermediate resistance （RI = 9.9）. HLJ4，LN24，and LN1 expressed low to high resistance levels to penoxsulam with RIs of 4.8，8.7 and 25.7，respectively.
Key words：Echinochloa oryzicola; multiple resistance; penoxsulam; metamifop; quinclorac
收稿日期：2019-04-25
基金項目：国家重点研发计划（编号：2018YFD0200202-3）。
作者简介：王维静（1995—），女，河北唐山人，硕士研究生，研究方向为杂草学。 E-mail：syauwwj@163.com。
通信作者：纪明山，博士，教授，博士生导师，主要从事生物农药及杂草学研究。 E-mail：jimingshan@163.com。
伴随着除草剂的广泛使用，杂草抗药性已成为农田杂草防除方面严峻的问题。截至2019年4月，抗药性杂草分布于全球70个国家的86种作物田。我国共有27种抗性杂草，43个生物型，对9种不同作用机制的除草剂产生了抗药性[1]。近年来，杂草抗药性不仅仅表现在一种杂草生物型对某一种除草剂产生抗药性，更严重的是可能对其他几种除草剂产生交互抗性和多抗性[2]。多抗性是指杂草对2种或者2种以上不同抗性机制的除草剂产生抗药性，自1980年起，世界范围内，多抗性杂草数量逐年增多。早在1998年，澳大利亚南部发现瑞士黑麦草已经对5种不同作用机制的15种除草剂产生了多抗性[3]。2018年，武向文等研究发现，上海地区稻田稗草对3种不同机制的除草剂产生了多抗性[2]。
稻稗[Echinochloa oryzicola （Vasing） Vasing，简称E. oryzicola]为一年生禾本科稗属杂草，是世界性恶性杂草[4-5]，是水稻伴生植物，也是稗草在稻田的一种适应类型[6]，稻稗与水稻有相近的生活习性，对逆境的适应能力又强于水稻[7]，在我国稻区的危害面积分布较为广泛，并且防除较为困难。
五氟磺草胺由美国陶农科公司开发，2005年在中国登记，通过抑制乙酰乳酸合成酶（ALS）而起作用。其对水稻安全性极好，该药剂应用适期广，能有效防除各种稗草。但早在2009年，在希腊南部就首次发现2个稻稗种群对五氟磺草胺产生了抗药性[8]。二氯喹啉酸，是德国巴斯夫公司于1984年开发的高度选择性的激素型除草剂，对禾本科杂草的个种和亚种都有效，其使用范围遍布世界各地[9]。如今，我国各水稻主产区均出现了有关二氯喹啉酸产生抗药性的报道[10]，据报道，50%二氯喹啉酸可湿性粉剂的推荐剂量已从最初的450 g/hm2增加到750g/hm2[11]。唑酰草胺由韩国化工技术研究院开发，通过抑制乙酰辅酶 A 羧化酶（ACCase）的活性从而阻断脂肪酸的合成，最终杀死杂草[12]。它对大多数一年生禾本科杂草防效良好，能够有效防除水稻田多种杂草，但是该类除草剂作用靶标位点单一，长期使用极易导致杂草种群产生抗药性[13]。近年来，在我国水稻种植区，稻稗的发生和危害日趋严重[14-17]，五氟磺草胺、二氯喹啉酸、唑酰草胺这3种具有不同作用机制的主流药剂也出现防除困难。
本研究以东北地区32个稻稗种群为研究对象，通过单剂量筛选以及整株生物測定的方法，明确不同地区稻稗种群对二氯喹啉酸、五氟磺草胺和唑酰草胺的敏感性情况以及抗药性水平、多抗性稻稗发生情况，旨在为延长除草剂的使用寿命及稻稗的化学防除提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.1.1 试验仪器 CAI HUI TC-108/118小型空气压缩机，喷笔由台湾美事连公司生产，型号为F-470。
1.1.2 试剂 本研究所用除草剂及推荐最高剂量见表1。
1.1.3 供试种子 供试稻稗种子采集于2018年9月，具体地点见表2。
1.2 试验方法
1.2.1 单剂量筛选抗性种群
将32个不同种群的稻稗种子低温干燥储藏5个月后，取适量放于装有2层滤纸的直径9 cm的培养皿中，置于30 ℃的光照培养箱（光—暗周期为14 h—10 h）中催芽3 d，分别种植于直径 7 cm×高 6 cm的塑料花盆内，种植深度为1 cm，放置于温室内，生长条件为白天温度 （25±5） ℃，夜间温度 （14±5） ℃，相对湿度（80±5）%，光照14 h/d。出苗后每盆保留10株生长一致的植株，待其长到2～3叶期，按田间推荐最高剂量喷施药剂，每个种群重复3次，并设3个清水对照， 21 d 后剪取每盆稗草的地上部分称重。参照陈金奕的单剂量筛选抗性种群的方法，根据相对鲜质量≥25%确定疑似抗药性种群，相对鲜质量最低的为疑似敏感性种群[18]。
相对鲜重=处理植株鲜重对照植株鲜重×100%。
1.2.2 多抗性稻稗种群抗药性水平的测定
将筛选出的对种除草剂产生疑似多抗性的种群（HLJ4、LN1、LN24）和疑似敏感性种群（LN12）按“1.2.1”节的方法培养至2～3叶期，分别喷施表3所示药剂系列浓度，每个处理3次重复，并设3个清水对照。
观察施药后的症状变化，在施药后21 d，剪取地上部分，称重。整株植物测定结果按照logistic模型进行非线性回归分析[19]。
y=C+（D-C）/[1+（x/ED50）b]
式中：C为剂量反应下限，D为剂量反应上限，b为斜率，ED50为鲜质量（GR50）抑制中量，x为除草剂用量，y为特定除草剂用量下所测杂草鲜质量相对于对照的百分率。抗性程度根据抗性指数判定，抗药性指数（resistance index，简称RI）计算公式如下。用SigmaPlot 12.5绘制标准回归剂量曲线。
RI=抗药性种群的GR50敏感性种群的GR50。
2 结果和分析
2.1 单剂量筛选抗性种群
试验结果（表4）表明，在施药后21 d，不同稻稗种群受到3种除草剂不同程度的影响。32个供试种群当中，23个种群对五氟磺草胺产生了抗药性，其中LN5、LN6相对鲜质量高达100%，LN12种群相对鲜质量最低，为12.43%;9个种群对二氯喹啉酸产生了抗药性，其中HLJ4和LN1、LN24种群的相对鲜质量超过90%，LN12种群相对鲜质量最低，为9.73%;17个种群对唑酰草胺产生了抗药性，其中LN10种群相对鲜质量最高，为62.71%，JL1和LN12种群相对鲜质量较低，分别为12.25%和12.40%。
对3种除草剂单剂量筛选结果进行分析，发现在32个种群当中，HLJ4、LN1、LN24等3个种群出现了对种供试除草剂的多抗性，而LN12种群对3种除草剂均表现为敏感，相对鲜质量较低。因此筛选HLJ4、LN1、LN24为疑似多抗性种群，LN12为疑似敏感种群。
2.2 多抗性稻稗种群抗药性水平的测定
不同稻稗种群对种除草剂的抗药性水平测定结果（图1至图3）表明，3个疑似多抗性种群对五氟磺草胺产生了低到高等水平的抗药性，其中LN1种群抗性指数最高，为25.67，GR50为 58.27 g.a.i/hm2;3个种群均对二氯喹啉酸产生了高等水平以上的抗药性，其中LN1、LN24种群抗性指数分别高达145.21、269.60，GR50分别为 2 279.73、4 232.76 g.a.i/hm2;3个种群对唑酰草胺产生了中到高等水平的抗药性，其中HLJ4、LN1种群抗性指数分别高达10.64、23.59，GR50分别为91.27、202.40 g.a.i/hm2。
由表5可知，LN1种群对3种除草剂抗药性严重，均产生了高水平及以上的抗性;HLJ4种群对五氟磺草胺产生了低水平的抗药性，对二氯喹啉酸和唑酰草胺产生了高水平抗药性;而 LN24 种群对二氯喹啉酸产生了极高的抗药性，对五氟磺草胺和唑酰草胺产生了中等水平的抗药性。
3 结论与讨论
五氟磺草胺、二氯喹啉酸和唑酰草胺是不同作用机制的稻田除草剂，凭借着对水稻安全性极好、应用适期宽、对环境安全和有广泛的可混性等优势，成为近年来广泛应用于稻田稗草防除的特效药剂。它们的出现加速了我国直播稻的发展，但是伴随着连续使用，杂草产生抗药性，它们的优势逐渐被淹没[20-22]。本研究对2018年9月采集的32个稻稗种群采用单剂量筛选的方法，进行3种除草剂的敏感性测定，结果表明：在32个种群中，有26个种群产生了抗药性，其中包括17个种群对2种不同作用机制的除草剂产生多抗性，3个种群对3种除草剂产生多抗性。
自20世纪80年代以来，全球抗药性杂草的发展呈直线上升趋势，其中ALS抑制剂、ACCase抑制剂、人工合成植物激素抗药性杂草数量分别位居第1、第3、第5。此外，多抗性杂草逐年增加，引起广泛关注。本研究发现，在32个种群当中，23个种群对ALS抑制剂五氟磺草胺产生了抗药性，17个种群对ACCase抑制剂唑酰草胺产生了抗药性，抗药性发生率较高，这与我国东北地区对ALS抑制剂、ACCase抑制剂常年广泛应用有关，有研究表明，ALS抑制剂类除草剂一般连续使用3～5年有可能会使杂草产生抗药性[23]，ACCase抑制剂类除草剂一般连续使用6～10年，杂草就会产生抗药性[13]。供试种群中有9个种群对二氯喹啉酸产生了抗药性，抗药性水平试验结果表明，供试的3个种群对二氯喹啉酸均产生了很强的抗药性，此药剂基本失去了对其的控制能力，在8倍推荐剂量下，抗性稻稗种群依旧存活。武向文等研究了上海地区稗草对二氯喹啉酸的抗药性水平，也得到相似的结果，药剂基本失去了对抗性稗草的控制能力[2]。由此可见，稻稗一旦对二氯喹啉酸产生抗药性，很难再用其进行防除。因此，为了预防以及控制抗药性杂草的蔓延，应避免频繁使用单一或同一作用机制的除草剂，提高除草剂的使用寿命[24]。要合理利用现有的化合物，科学混配，轮换施药，进一步完善抗性杂草化学防除技术体系[25]。
本研究明确了东北地区32个稻稗种群对五氟磺草胺、二氯喹啉酸和唑酰草胺的敏感性，筛选出对3种除草剂的多抗性种群，并测定了抗药性水平，为东北地区稻田恶性杂草稻稗抗药性的监测与治理工作提供了一定的理论依据。关于其抗药性机制以及与其他除草剂是否存在交互抗性等，还有待进一步研究。
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