王晓琳 牛利川 蒋翊宸 张卓亚 李贵
摘要：為探讨不同地区稗草种群对五氟磺草胺的敏感水平，采用室内整株生测法测定五氟磺草胺对不同稗草种群的生物活性以及对不同稗草种群叶绿素含量、光合特性、叶绿素荧光参数和Rubisco活性的影响。结果表明，五氟磺草胺影响稗草Rubisco活性、最大光化学效率以及光合速率等生理指标，但不同稗草种群的变化略有差异。其中五氟磺草胺处理后4 d对安徽潜山稗草种群生理指标影响较大，五氟磺草胺3.75～60.00 g a.i./hm2 处理剂量下稗草Rubisco活性较相同种群空白对照显著降低24.45%～61.09%，15.00～60.00 g a.i./hm2 剂量下，稗草叶片净光合速率较对照显著降低30.04%～58.56%，60.00 g a.i./hm2剂量下，稗草叶绿素含量和最大光化合效率分别较对照显著降低13.10～28.82%和6.64%～11.29%，而湖北武汉稗草种群叶绿素含量、叶绿素荧光参数以及Rubisco活性无显著变化，只是叶片净光合速率较相同种群空白对照显著降低18.82%～28.49%。整株生物活性测定结果表明，五氟磺草胺处理21 d后安徽潜山稗草地上部鲜质量ED90值最低，为14.936 g a.i./hm2，而湖北武汉稗草的ED90值最高，为201.679 g a.i./hm2，显著超过了五氟磺草胺生产使用的推荐剂量。可见湖北武汉稗草种群对五氟磺草胺敏感性明显低于其他地区稗草种群，生产中需要密切注意其抗药性水平的发展变化，及时调整化学防除策略。
关键词：稗草；种群；五氟磺草胺；光合；敏感性
中图分类号：S451文献标志码：A文章编号：1003-935X（2017）01-0008-07
The Sensitivity of Different Echinochloa crus-galli
Populations to Penoxsulam
WANG Xiaolin1，NIU Lichuan2，JIANG Yichen2，ZHANG Zhuoya1，Li Gui1
（1.Institute of Plant Protection，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China；
2.Colloge of Life Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）
Abstract： The differential sensitivity of Echinochloa crus-galli from different regions to penoxsulam was assessed with whole plant bioassays conducted to measure the effects of this herbicide on biological activity，chlorophyll content，photosynthetic characteristics，chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco activity. Penoxsulam can affect Rubisco
收稿日期：2016-11-27
基金项目：国家自然科学基金（编号：31272080）；公益性行业（农业）科研专项（编号：201303022）；江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（15）1004]。
作者简介：王晓琳（1986—），女，辽宁营口人，硕士，助理研究员，主要从事杂草生理治理研究工作。Tel：（025）84390335；E-mail：morethan365@126.com。
通信作者：李贵，研究员。E-mail：ippligui@126.com。activity，the maximal photochemical efficiency and photosynthetic rate and other physiological indicators，but the responses of Echinochloa crus-galli from different regions were only slightly different. The physiological indicators of Qianshan biotype had great influence after 4 days of spraying penoxsulam. Compared with the control from the same region，the increase in penoxsulam dosage from 3.75 g a.i./hm2 to 60 g a.i./hm2 significantly decreased the Rubisco activity by 24.45%～61.09%，and when penoxsulam dosage from 15 g a.i./hm2 to 60 g a.i./hm2，the net photosynthetic rate of Qianshan biotype significantly decreased by 3004%～58.56%，the chlorophyll content and the maximal photochemical efficiency decreased by 13.10%～2882% and 6.64%～11.29% at the dose of 60 g a.i./hm2. There had no significant difference on the chlorophyll content，chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco activity of Wuhan biotype，but，the net photosynthetic rate of Wuhan biotype significantly decreased by 18.82%～28.49%. In the whole-plant bioassays，Qianshan and Wuhan biotypes had the lowest （14.9 g a.i./hm2） and highest （201.7 g a.i./hm2） ED90 values to penoxsulam，respectively；the latter being far above the recommended field dose. The sensitivity of Wuhan biotype to penoxsulam was the lowest compared to that of biotypes from other regions. Therefore，proper attention shoud be paid to the possible evolution and levels of resistance to make the required adjustments to the chemical control strategy timely.
Key words： Echinochloa crusgalli；Populations；penoxsulam；photosynthesis；sensitivity
稗草是一年生禾本科稗属植物的总称，是世界恶性杂草之一，位于严重危害我国农田的15种杂草之首，对水稻生产的影响尤为严重[1-5]。由于稗草与水稻具有亲缘近似性，两者在生物学特性方面极为相似，同时由于稗草和水稻分属C4和C3植物，因此稗草在与水稻竞争中往往占据明显优势，生长势和抗逆性强，影响水稻正常生长发育和产量形成。徐正浩等研究表明，在无芒稗干扰下，水稻每穗粒数和千粒质量显著降低，产量降低21.7%[6]。Chauhan等报道，1株水稻和4株稗草共生时，水稻减产86%[7]；但张自常等研究表明稗草对水稻产量的影响因不同水稻品种和稗草种类而异[8-9]。
我国水稻生产主要采用化学除草剂控制杂草危害，但对化学除草剂的过度依赖和长期使用导致水稻田杂草抗药性发展迅速，抗药性杂草治理问题日益突出，倍受关注[10]。五氟磺草胺属三唑并嘧啶磺酰胺类化学除草剂，通过抑制敏感杂草乙酰乳酸合酶 （ALS），造成支链氨基酸代谢障碍，从2004年开始应用于生产以来，已经连续使用10多年，长江流域水稻田稗草对其敏感性下降的现象时有报道，有研究表明稗草乙酰乳酸合酶作用位点发生变化是其对五氟磺草胺产生抗药性的主要原因[11]。但关于五氟磺草胺胁迫下不同敏感性稗草生理响应的报道还不多见，因此，本研究以采自5个地区的不同稗草为材料，通过整株生物测定明确它们对五氟磺草胺的敏感性差异，并探讨了五氟磺草胺胁迫下不同地区稗草在叶绿素荧光参数、光合气体交换、光合关键酶Rubisco活性等方面的生理响应，旨在为稗草抗药性的预测积累基础，为生产上稗草治理和化学除草剂精准使用提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.]种子 分别于2013年、2014年采自上海市奉贤县庄行镇（SH）、浙江省绍兴县孙端镇（SX）、安徽省潜山县槎水镇（QS）、江苏省南京市玄武区（NJ）、湖北省武汉市洪山区（WH）。
1.1.2 供试药剂及剂量设计 25 g/L五氟磺草胺油悬浮剂（美国陶氏益农公司生产）。设计剂量分别为0、3.75、7.50、15.00、30.00、60.00 g a.i./hm2。
1.1.3 材料培養及药剂处理 分别在直径 6.5 cm 的塑料杯（泥炭 ∶ 蛭石=1 ∶ 1，底部打孔吸足水分）中播入25粒稗草种子，覆盖0.5 cm浅土层，于自然条件下生长至2叶1心时定苗（10株/杯），3叶期按照设计剂量进行供试药剂喷雾处理。喷雾采用农业部南京农业机械化研究所生产的3WPSH-500D型生测塔喷雾，圆盘直径50 cm，主轴转动速度6转/min，喷头孔径0.3 mm，喷雾压力0.3 MPa，雾滴直径100 μm，喷头流量90 mL/min。每处理喷液量为675 kg/hm2，同时设清水空白对照。每处理重复4次。
1.2 测定指标
1.2.1 叶绿素含量（SPAD值）测定 于药剂处理后4 d测定每处理稗草全展叶的叶绿素含量（日本Minolta公司SPAD-502便携式叶绿素计）。
1.2.2 光合参数测定 于药剂处理后4 d每处理随机选择4株稗草，分别测定其最新全展叶净光合速度（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速度（Tr）（美国LI-COR公司LI-6400便携式光合测定仪，天气晴朗，上午09：00—11：30测定）。测量条件：自然CO2浓度（380 μmol/mol），红蓝光源（LI-6400-02B LED），光有效辐射强度 1 200 μmol/（m2·s），重复4次。
1.2.3 PS Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）测定 于药剂处理后4 d，每处理随机选择6张稗草全展叶，暗适应30 min后，测定叶片PS Ⅱ 最大光化学效率Fv/Fm（英国Hansatech公司Handy PEA）。
1.2.4 Rubisco 活性测定 于药剂处理后4 d，每处理随机选择4株稗草，参考Zhang等的方法[12]测定。
1.2.5 整株生测 药剂处理后21 d，分别测定每处理稗草植株地上部鲜质量，利用统计软件对药剂剂量与稗草地上部鲜质量进行回归分析，求出毒力回归方程、相关系数和供试药剂对不同稗草的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 五氟磺草胺对稗草光合特性的影响
由表1可见，药剂处理后4 d，随着五氟磺草胺剂量的增加，不同地区稗草净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈下降趋势，而胞间CO2浓度总体呈不变或增加的趋势。其中7.50 g a.i./hm2及以上处理剂量下，WH、NJ、SH及SX地区稗草净光合速率分别较相同种群空白对照显著降低18.82%～28.49%、25.82%～64.05%、20.14%～41.30%、29.35%～48.71%，15.00 g a.i./hm2及以上剂量下QS地区稗草净光合速率较对照显著降低3004%～5856%。
2.2 五氟磺草胺对稗草叶绿素含量及最大光化学效率的影响
药剂处理后2 d，不同地区稗草叶片叶绿素含量和PS Ⅱ最大光化学效率存在差异（表2），其中3.75～60.00 g a.i./hm2剂量处理后2 d，NJ地区和SX地区稗草叶片叶绿素含量较相同种群空白对照分别显著下降27.74%～34.25%和15.41%～23.68%，QS地区稗草在15.00 g～60.00 a.i./hm2 处理后叶绿素含量较对照显著下降14.98%～1943%，而WH和SH地区稗草叶绿素含量与相应空白对照没有显著性差异。
与叶绿素含量相比，Fv/Fm变化幅度较小，15.00～60.00 g a.i./hm2剂量处理后 2 d，NJ地区稗草叶片Fv/Fm低于相应空白对照6.34%～859%，差异显著，QS地区、SH地区、SX地区稗草叶片Fv/Fm只在30.00～60.00 g a.i./hm2剂量处理下分别较相应空白对照显著下降5.53%～664%、3.50%～377%、13.21%～13.34%，而WH地区稗草叶片Fv/Fm在供试剂量下与相应空白对照没有显著性差异。
药剂处理后4 d，不同地区稗草叶绿素含量较相应空白对照下降幅度、差异水平与药剂处理后 2 d 结果相接近，3.75～60.00 g a.i./hm2剂量胁迫下，NJ地区和SX地区稗草叶绿素含量较相应空白对照分别下降14.89%～28.09%和17.92%～29.72%，QS地区稗草15.00～60.00 g a.i./hm2剂量下叶绿素含量显著低于相应空白对照1310%～2882%，WH和SH地区稗草叶片叶绿素含量与相应空白对照没有显著性差异。
药剂处理后4 d Fv/Fm变化与药剂处理后2 d结果稍有差别，30.00～60.00 g a.i./hm2剂量下QS地区、SX地区和WH地区稗草叶片Fv/Fm分别显著低于相应对照6.64%～11.29%、13.86%～1844%和5.91%，而60.00 g a.i./hm2剂量下NJ地区和SH地区稗草叶片Fv/Fm显著低于相应空白对照6.62%和4.90%。
2.3 五氟磺草胺对稗草Rubisco活性的影响
药剂处理后4 d 测定结果显示五氟磺草胺胁迫下稗草叶片Rubisco活性均有不同程度的变化（图1）。其中， 在供试剂量处理下QS地区稗草叶
片Rubisco活性均显著低于相应空白对照，下降幅度在24.45%～61.09%，而SH地区、NJ地区和SX地区稗草叶片Rubisco活性分别在7.50、3000、60.00 g a.i./hm2剂量下出现显著变化，而WH地区稗草叶片Rubisco活性在供试剂量下没有显著变化。
2.4 五氟磺草胺对不同地区稗草生物活性的差异
药剂处理后21 d测定结果显示不同地区稗草对五氟磺草胺的敏感性有着明显差异。QS地区稗草对五氟磺草胺的ED90值最低，為 14.936 g a.i./hm2，而WH地区稗草对五氟磺草胺敏感性明显较低，其ED90值为 201.679 g a.i./hm2，明显超过了生产推荐剂量（表3）。
3 讨论
光合作用是植物最稳定、最重要的生理过程[13]，其中净光合速率Pn是反映植物光合作用强弱的重要指标，而逆境胁迫下的植物生长变化通常首先体现在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，同时也会影响气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、Rubisco活性等生理指标[14-16]。Rubisco活性与叶片的净光合速率密切相关[17]，另外叶绿素荧光在逆境胁迫的快速变化也通常被用来反映植物受胁迫的程度[18]。本研究结果表明，五氟磺草胺化学胁迫下，稗草在净光合速度（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速度（Tr）、蒸腾速度（Tr）、叶绿素含量、最大光化学效率、Rubisco活性等方面出现不同程度的变化，其中净光合速率变化较为显著，最终导致稗草光合性能受损，干物质积累下降，但不同地区的稗草因受不同生长环境、用药水平等影响而表现出胁迫响应的差异，在生产上反应出对五氟磺草胺胁迫的敏感性不同。药剂处理后4 d，QS、NJ、SH及SX地区稗草净光合速率及气孔导度显著下降，而叶片胞间CO2浓度呈不变或增加的趋势，说明叶绿素合成受阻，导致CO2同化速率降低可能是光合速率下降重要因素，但WH地区稗草净光合速率下降幅度相对较小，说明五氟磺草胺胁迫下其光合生理性能受到较小影响，表现出一定的耐受性。同样，本研究结果显示，五氟磺草胺胁迫下，WH地区、SX地区稗草叶片Rubisco活性受影响程度较小。结合五氟磺草胺对稗草生物活性的测定结果，说明WH地区稗草对五氟磺草胺敏感性明显降低，这可能与当地五氟磺草胺的使用年限、使用剂量及使用水平等有关。
因此生产中需要密切关注包括五氟磺草胺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，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，降低杂草抗药性的发生、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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