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黑龙江省稗草对三种玉米田常用除草剂抗药性研究

更新时间:2016-07-05

杂草是影响作物产量主要因素。稗草[Echino⁃chloa crusgalli(L.)Beauv]属于稗属一年生禾本科杂草,是玉米田主要恶性杂草,根系发达、再生力强,不易清除[1]。稗草密度达20株·m-2时可使玉米减产15%。为减少杂草对玉米影响,除草剂应用广泛。目前黑龙江省玉米田防除稗草常用除草剂主要有乙草胺、莠去津、烟嘧磺隆和硝磺草酮等,已连续应用多年,乙草胺、莠去津和烟嘧磺隆近年用量均保持在每年2 000 t,硝磺草酮年用量也达1 000 t。长期大量使用除草剂导致杂草抗药性增强,Giannopolitis等报道美国马里兰州稗草对莠去津产生抗性[2],加拿大和法国也在玉米田内检测到抗莠去津稗草[3-4],孙会杰等研究表明玉米田反枝苋(Amaranthus retroflexus)对莠去津抗性水平处于敏感性下降阶段[5]。张宏军等在我国东北、华北地区发现对烟嘧磺隆抗性达1 100倍的马唐(Digi⁃taria sanguinali)[6]。井秋月等报道黑龙江省部分地区稗草对烟嘧磺隆产生抗性[7]。但未见有关黑龙江省玉米田稗草对乙草胺、莠去津和硝磺草酮抗性研究。

杂草对除草剂抗性主要分为靶标抗性和非靶标抗性两大类。除草剂作用位点改变是抗性产生原因之一,Hernández等研究表明假高粱(Sorghum halepense)因ALS酶作用位点改变对烟嘧磺隆产生靶标抗性[8]。靶标酶基因表达量变化也可导致杂草产生靶标抗性,EPSPS(5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶)为作用靶标的草甘膦,过量5~17倍的EPSPS可对草甘膦至少增加8倍抗性[9]。很多杂草对ALS抑制剂中磺酰脲类和咪唑啉酮类、ACCase抑制剂类及二硝基苯胺类除草剂产生抗性是由于除草剂作用点改变引起,而三氮苯类、酰胺类以及取代脲类PSII抑制剂抗性产生大多涉及非靶标抗性机制。

非靶标抗性也是杂草抗性产生的重要原因,植物通过提高对除草剂轭和作用、降解作用及清除除草剂产生的有毒代谢产物解毒能力,对除草剂产生抗性,非靶标抗性大多抗性水平不高。杂草体内谷胱甘肽-S-转移酶(Glutathione-S-transfer⁃ase,GSTs)、超氧化物歧化酶(Superoxide dis⁃mutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)等均与杂草对除草剂解毒代谢能力有关[10]。谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)是植物体内主要解毒代谢酶,GSTs酶在大部分抗性杂草体内,可快速将除草剂转变成对植物无毒化合物。吴小虎等报道,谷胱甘肽(Glutathione)共轭作用可增强其解毒能力使苘麻(Abutilon theo⁃phrasti)对莠去津产生抗性[11]。稗草[12]、狗尾草[13]、黑麦草[14]、大穗看麦娘[15]除草剂抗性均由抗性生物型体内GSTs酶对除草剂解毒活性增强导致,三氮苯类除草剂重要解毒机制之一为抗性杂草体内GSTs活性和解毒能力增强[16]。Pyon等研究表明,小飞蓬(Erigeron canadensis)对草甘膦产生抗性可能是由抗氧化酶系活性提高和还原型谷胱甘肽含量升高共同导致[17]

1.5 统计学方法 采用SPSS 21.0统计学软件对数据进行处理。计量资料采用t检验,计数资料采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

本研究以采自黑龙江省12个主要玉米产区稗草为试验材料,开展其对乙草胺、莠去津和硝磺草酮抗性水平测定,同时测定稗草体内SOD、POD、CAT和GSTs酶活性。旨在明确黑龙江省玉米田稗草对乙草胺、莠去津和硝磺草酮抗性水平,初步探讨稗草体内酶与稗草产生抗性关系,为进一步研究稗草抗性机制奠定基础。同时为该抗性杂草治理及黑龙江省农业“三减”政策中除草剂减量使用提供理论依据,为黑龙江省玉米高产稳产提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试植物

供试稗草种子采集于黑龙江省东北农业大学校内(农大)、青冈县、通河县、肇东市、五常市、鸡西市、汤原县、哈尔滨市阿城区、牡丹江市东京城镇、宾县、铁力市、齐齐哈尔(齐市)12个地区田块,将采集成熟种子带回实验室,晾干后装纸袋保存待用。

1.1.2 供试除草剂

38%莠去津悬浮剂(购自吉林金秋农药有限公司);15%硝磺草酮悬浮剂(购自吉林金秋农药有限公司);90%乙草胺乳油(购自美国孟山都公司)。

1.1.3 供试药剂

Tris-HCl缓冲液、1-氯-2,4-二硝基苯(CD⁃NB)、还原型谷胱甘肽、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无水乙醇、磷酸缓冲液、甲硫氨酸(Met)、氮蓝四唑(NBT)、乙二胺四乙酸钠(EDTA-Na2)、核黄素(FD)、1%愈创木酚、氯化硫胺素焦磷酸盐(TPP)、丙酮酸钠、1-萘酚、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、NaOH、KNO3、硫酸铵、肌酸、氯化镁、石英砂、30%H2O2

1.1.4 供试仪器

微量移液器(购自Gilson公司);离心机(购自日本日立公司);电热恒温水浴锅HWS-28(购自上海一恒科学仪器有限公司);双光束紫外可见分光光度计TU-1901(购自北京普析通用仪器有限责任公司);背负式WS-18D电动喷雾器(购自山东卫士)。

1.2 方法

1.2.1 琼脂法测定稗草对三种除草剂抗性

选取饱满、均匀稗草种子,打破休眠。在预备试验基础上,配制表1浓度梯度药液,将药液与6‰琼脂液均匀混合装入口径6.2 cm高9 cm塑料杯内,冷却备用,以不加药剂琼脂液为对照,选取长势一致且刚露白种子,于各处理琼脂表面均匀接种10粒稗草种子,3次重复。保鲜膜封住杯口保持湿润,置于(28±5)℃培养箱中培养(光照/黑暗:12 h/12 h)。处理后72 h测量芽长,计算IC50,根据IC50明确抗性生物型。

表1 琼脂法药剂浓度 Table 1 Concentrations of different herbicides in agar methods (μL·L-1)

试验药剂Herbicides药剂浓度Concentrations莠去津Atrazine硝磺草酮Mesotrione乙草胺Acetochlor 0 0 0 83 70 25 250 140 50 750 280 100 2 250 560 200 6 750 1 120 400

1.2.2 整株盆栽法测定稗草对三种除草剂抗性

将IC50(ED50)最小稗草生物型定为敏感生物型,其他稗草生物型IC50(ED50)与之对比,根据抗性指数=抗性生物型IC50/敏感生物型IC50,计算抗性指数(RI),RI越大表示该生物型抗性越强[20]。抗性水平评价参考文献[21]。当RI<3时,处于敏感阶段;RI在3~5时,为敏感性下降阶段;RI在5~10时,处于低水平抗性阶段;RI在10~40时,为中等水平抗性阶段;RI在40~60时,处于高水平抗性阶段;RI>160时,处于极高水平抗性阶段。

1.2.2.1 整株盆栽法测定稗草对乙草胺和莠去津抗药性

式(2)中,△470为反应时间内吸光度变化;t为反应时间(min);Vs表示测定时取用酶液体积(mL);Vt表示提取酶液总体积(mL);W表示样重(g)。

1.2.2.2 整株盆栽法测定稗草对硝磺草酮抗药性

第一步:播种。将未施用除草剂,经风干过筛后土壤装入直径14 cm塑料盆钵内,浇足底水,均匀播种20粒稗草种子,种子表面覆盖1 cm细土;室外自然条件下培养,出苗后间苗,每桶保留10株。第二步:施药。配制如表2浓度梯度莠去津、硝磺草酮和乙草胺药液,待稗草长到3~5叶期时,背负式喷雾器喷雾处理,设置3次重复,对照为清水处理。第三步:调查。于施药后15 d剪取地上部分,称量鲜重,计算鲜重抑制率、抑制中剂量值(ED50)和抗性指数。

第二天,风在刮,雨在下。停水停电了,我的心情有点压抑。到了下午,雨终于停了。实在是无聊,两天没出门了。下得楼来,哎呀!水已经爬进高高的楼道门槛,钻入狭窄的车库走廊,空中飘荡着侵略者的淫笑。这时,老天表情平静,有了彻底倾泻的快感和清爽。我突然有了挣脱的念头,小心翼翼地迈下三级台阶,水有点凉。但就像久别的亲戚,突然认了出来,冷漠之后是热情,腿上竟有淡淡的暖意。

表2 整株盆栽法药剂浓度 Table 2 Concentration of different herbicides in the whole plant method (g a.i·hm-2)

试验药剂Herbicides莠去津Atrazine硝磺草酮Mesotrione乙草胺Acetochlor药剂浓度Concentrations 0 0 0 228.000 39.375 202.500 684.00 78.75 405.00 2052.0 157.5 810.0 6 156 315 1 620 18 468 630 3 240

1.2.3 莠去津对不同抗性水平稗草酶活性影响

稗草对莠去津酶活性测定试验于2016年2~3月在东北农业大学农学院杂草生测实验室内完成。

超氧化物歧化酶测定参照并改进高越方法[18]。①提取酶液。取0.2 g稗草叶片放入研钵中,加入2 mL pH 7.8磷酸缓冲液研磨,匀浆倒入3 mL离心管中,于10 000 r·min-1下冷冻离心20 min,上清夜为试验用粗提液,置于0~4℃下保存待用。②测定SOD酶活性。按母液顺序配制SOD反应液,磷酸缓冲液∶Met∶NBT∶EDTA-Na2∶核黄素(FD)∶H2O比例为15∶3∶3∶3∶3∶2.5。取型号相同试管,吸取0.05 mL酶液,加入2.95 mL反应液,4 000 lx照光30 min(尽量保证照光一致);同时取4支试管,2支不加酶液,以pH 7.8磷酸缓冲液代替,其中1支置暗处,作空白;另1支作对照(CK)与酶液同置于4 000 lx条件下照光30 min,遮光保存,以空白调零,560 nm比色。③超氧化物歧化酶活性测定和计算。置暗处加入缓冲液试管作空白调零,其余管560 nm下测定吸光值,已知SOD活性单位以抑制NBT光化还原的50%为一个酶活性单位表示。

1.2.3.1 供试材料准备

莠去津材料采集方法:选取宾县稗草种子,记作高抗性生物型(R),五常稗草种子记作中等抗性生物型(M),农大稗草种子记作敏感性生物型(S),将滤纸平铺于培养皿内,每个培养皿注入5 mL 0.083 mL·L-1莠去津药液,以清水为对照,并放入适量对应生物型稗草种子,置于(28±5)℃培养箱中培养(光照/黑暗:12 h/12 h),于整株盆栽法喷药前1 d、喷药后第1、3、5、7、9、11、13 d分别采样,记为0、1、3、5、7、9、11、13 d,取样后放于冰箱保存待用。

1.2.3.2 莠去津对SOD酶活性测定

吴建军:一系列针对性举措密集出台,最主要的信号是国家将大力支持民营企业发展,消除各种显性和隐性壁垒,切实解决民营企业在发展中遇到的难题,为其提供良好的法制环境和营商环境,依法保护民营企业的权益,鼓励、支持、引导民营企业继续发展壮大,充分发挥民营企业的活力和创造力,提升企业和市场的信心。目前,中国经济面临众多的困难和挑战,例如消费需求不足、投资增速下滑、出口受阻、金融不能为实体经济提供有效支持等等。成本与资金压力较大、债务问题不断增加、对未来发展的信心不足阻碍了民营经济进一步发展。以上困难与挑战,既有周期性因素,也有结构性因素,还与体制改革不到位及企业自身能力不足有关。

式(1)中,SOD酶活性以每克鲜重酶单位表示;ACK表示光照对照管吸光值;AE表示样品管吸光值;V表示样液总体积(mL);Vt表示测定样品用量(mL);W表示样重(g)。

1.2.3.3 莠去津对POD酶活性测定

①提取酶液。取0.2 g稗草叶片放入研钵中,加入2 mL pH 7.8磷酸缓冲液研磨,匀浆倒入3 mL离心管中,于10 000 r·min-1下冷冻离心20 min,上清夜为试验用粗提液,置于0~4℃下保存待用。②测定POD酶活性。POD酶活性测定反应:取10 mmol·L-1pH 7.0磷酸缓冲液2.2 mL,0.6 mL 1%愈创木酚,0.05 mL酶液于试管中,加入0.15 mL H2O2后反应开始,室温或37℃水浴5 min,以磷酸缓冲液代替酶液为对照调零。③过氧化物酶活性测定和计算。470 nm下每隔1 min读数1次,共读3次,以每分钟吸光度变化值表示酶活力。

第一步:播种。将未施用除草剂,经风干过筛后土壤装入直径14 cm塑料盆钵内,浇足底水,均匀播种10粒稗草种子,种子表面覆盖1 cm细土,置于室外培养。第二步:施药。配制如表2浓度梯度乙草胺和莠去津药液,于播种1 d后,背负式喷雾器土壤处理,设置3次重复,对照为清水处理。第三步:调查。于施药后30 d剪取地上部分,称量鲜重,计算鲜重抑制率并求出抑制中剂量值(ED50)和抗性指数。

1.2.3.4 莠去津对CAT酶活性测定

①提取酶液。取0.2 g稗草叶片放入研钵中,加入2 mL pH 7.8磷酸缓冲液研磨,匀浆倒入3 mL离心管中,10 000 r·min-1下冷冻离心20 min,上清夜为试验用粗提液,0~4℃下保存待用。②测定CAT酶活性。CAT酶活性测定反应:取10 mmol·L-1 pH 7.0磷酸缓冲液2.865 mL和0.1 mL酶液。25℃水浴5 min后,逐管加入0.035 mL H2O2反应液,沸水浴10 min对照管调零。③过氧化氢酶活性测定和计算。每管加入H2O2反应液后计时,迅速倒入石英比色杯中,240 nm下比色,每隔1 min读数1次,共读数3次。

1.2.3.5 莠去津对谷胱甘肽-S-转移酶活性测定

谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)测定参照并改进Pamela等方法[19]。①提取酶液。取0.2 g稗草新鲜组织,加入3 mL pH 7.5、0.1 mol·L-1Tris-HCl缓冲液冰块上研磨,将匀浆液于4℃,12 000 r·min-1离心20 min,上清夜为试验用粗酶提取液。②测定GSTs酶活性。取0.5 mL的3 mmol·L-1还原型谷胱甘肽,加入pH 6.5磷酸缓冲液2.3 mL,再加入10 μL粗酶提取液,最后加入0.15 mL 96%无水乙醇配制的20 mmol·L-1CDNB,分光光度计测定340 nm处OD值,GSTs活性以OD340nm表示。

1.3 数据处理

1.3.1 抗性指数计算

“忘记跟你说了。他们进门都要给个小牌牌,那可要收好,那就是钱呢。住在这里,吃饭穿衣,梳洗打扮,就是擦个手纸,都要用那个牌牌买。你莫看东洋人个子矮,可猴精着呢。”

1.3.2 酶活性用活性变化率表示

式(5)中,A1表示除草剂处理后SOD活性,A0表示清水对照SOD活性。

GSTs酶、POD酶、CAT酶活性变化率计算同SOD。

2 结果与分析

2.1 不同稗草生物型对3种除草剂抗性测定结果

利用琼脂法和整株盆栽法检测黑龙江省12个地区稗草生物型对莠去津、乙草胺和硝磺草酮抗性,各地区用不同方法测定结果及抗性指数分级如下所述。其中M代表中等水平抗性、L代表低等水平抗性、D代表敏感性下降阶段、S代表敏感阶段。

营养袋苗以当地野生植物为主,种子植物以生长快、种子产量高的豆科植物为主,快速覆盖地表,满足生物多样性和群落稳定性的要求,形成初期先锋群落再逐步实现植物的自然演替。

2.1.1 不同稗草生物型对莠去津抗性测定结果

股份合作制改革是农村集体产权制度改革的关键所在。“产权不明晰,土地在农村就不是资产,而是负债。产权弄清楚了,下一步就是要盘活土地资源,实现资源变资产、资金变股金、农民变股东这样的‘三变’。”中国社会科学院农村发展研究所研究员党国英表示,在农村集体产权制度改革中,更重要的是要改革承包权。在一定条件下,要允许农村土地承包权进入市场自由流转。未来我国还将建立集体经营性建设用地增值收益分配机制,在此基础上,“三变”改革红利将加快释放。 (班娟娟)

GSTs酶是植物体内重要代谢解毒酶,也是非靶标抗性关键酶。GSTs酶对大多数如三氮苯、氯代乙酞胺、芳氧苯氧丙酸、二苯醚等类除草剂在植物体内代谢起重要作用,GSTs酶通过缀合作用完成代谢导致除草剂失活,使杂草产生抗性[31]。Huffman等研究表明长芒苋对莠去津代谢解毒能力增强产生抗性[32],Wright等研究证实GSTs酶参与稗草对精喹禾灵非靶标抗性机制[33]。本研究中,3种生物型施药后GSTs酶活性变化趋势相同,上升后恢复初始状态。3种生物型GSTs酶活性平均变化率与峰值时酶活性均为:宾县(R)>五常(M)>农大(S),与稗草对莠去津抗性水平呈正相关。可能由于杂草体内GSTs催化自身还原型谷胱甘肽(GSH)中巯基基团对除草剂作亲核攻击,两者结合后减少除草剂形成某些中间产物造成杂草损害,GSTs酶活性越高,对除草剂抵御能力越强。王彦辉等研究表明广西省甘蔗田马唐对莠去津产生抗性是马唐体内GSTs酶活性增强导致[34]。GSTs酶活性升高可能是宾县(R)和五常(M)两种生物型稗草对莠去津产生抗性原因之一。

整株法测定结果与琼脂法基本一致,符合度达83.33%。农大生物型对莠去津表现最为敏感,因此将其作为敏感生物型,计算其他生物型抗性指数。宾县生物型抗性指数为5.01,产生低等水平抗性;鸡西和五常生物型抗性指数分别为3.40和3.23,属于敏感性下降阶段;肇东等其他8个生物型抗性水平均低于3,处于敏感阶段。

英国史上最糟糕的麦克风政治风波发生在1993年,主角是时任首相梅杰。他骂内阁部分成员是“野种”,声称他们会被“钉死在十字架上”。事后,他遭到了国内严厉的指责。

2.1.2 不同稗草生物型对硝磺草酮抗性测定结果

由表4可知,琼脂法测定结果表明,农大生物型稗草对硝磺草酮 IC50值最低为 81.8924 μL·L-1,以此IC50值作为计算其他生物型抗性指数标准,鸡西等11个稗草生物型IC50值139.5284~219.969 μL·L-1,抗性指数在1.70~2.69,均低于3,处于敏感阶段。

整株法测定结果与琼脂法一致,符合度达100%。农大生物型对莠去津表现最为敏感,因此将其作为敏感生物型,计算其他生物型抗性指数。鸡西等11个生物型抗性指数1.08~2.15,均低于3,并未对硝磺草酮产生抗性。

表3 两种测定方法稗草对莠去津抗性测定结果 Table 3 Comparison of resistance of barnyardgrass to atrazine determined by two methods

琼脂法Agar methods 整株盆栽法Whole plant methods生物型Biotype R2RI抗性分级Resistance classification R2RI抗性分级Resistance classification宾县肇东青岗铁力齐市五常通河牡丹江佳木斯阿城鸡西农大回归方程(Y=bX+a)Regression formula Y=0.8841X+1.9502 Y=0.8061X+2.4249 Y=1.0754X+1.8460 Y=1.2607X+1.0561 Y=1.1609X+1.3638 Y=1.2709X+0.8053 Y=0.9043X+2.4057 Y=1.1438X+1.6301 Y=0.9359X+1.9589 Y=0.9551X+1.9702 Y=1.0979X+1.5208 Y=1.0068X+2.2520 0.9961 0.9933 0.9772 0.9845 0.9726 0.9437 0.9910 0.9954 0.9600 0.9951 0.9883 0.9933 IC50(μL·L-1)2814.2933 1564.9851 856.93740 1343.6539 1356.0723 1997.2598 739.45940 883.28420 1776.0059 1487.4375 1475.6172 536.45990 5.25 2.92 1.60 2.50 2.53 3.72 1.38 1.65 3.31 2.77 2.75 1.00 LSSSSDSSDSSS回归方程(Y=bX+a)Regression formula Y=0.8077X+1.8542 Y=0.7159X+2.3853 Y=0.8685X+2.1294 Y=0.8404X+2.0549 Y=0.9509X+1.7887 Y=0.7671X+2.1593 Y=0.9095X+2.0626 Y=0.6947X+2.5810 Y=0.6553X+2.7495 Y=0.9017X+1.7284 Y=0.7673X+2.1413 Y=1.0034X+1.7944 0.9834 0.9397 0.9978 0.9624 0.9750 0.9913 0.9863 0.9806 0.9954 0.9939 0.9989 0.9913 ED50(g a.i·hm-2)7847.1026 4492.6896 2019.3781 3193.7965 2382.8754 5048.8633 1696.8589 3034.0880 2719.0737 4247.7230 5318.7066 1565.3056 5.01 2.87 1.29 2.04 1.52 3.23 1.08 1.94 1.74 2.71 3.40 1.00 LSSSSDSSSSDS

表4 两种测定方法稗草对硝磺草酮抗性测定结果 Table 4 Comparison of resistance of barnyardgrass to mesotrione determined by two methods

琼脂法Agar methods 整株盆栽法Whole plant methods生物型Biotype R2IC50(μL·L-1)RI抗性分级Resistance classification回归方程(Y=bX+a)Regression formula R2ED50(g a.i·hm-2)RI抗性分级Resistance classification鸡西青岗铁力牡丹江肇东五常宾县阿城佳木斯通河齐市农大回归方程(Y=bX+a)Regression formula Y=1.3069X+1.9388 Y=1.2161X+2.1953 Y=1.4603X+1.6842 Y=1.5496X+1.5075 Y=1.628X+1.36660 Y=1.4431X+1.8459 Y=1.4437X+1.8651 Y=1.4888X+1.7695 Y=1.4433X+1.8700 Y=1.4894X+1.7728 Y=1.4298X+1.9336 Y=1.2567X+2.5956 0.9926 0.9836 0.9759 0.9554 0.9616 0.9815 0.9873 0.9837 0.9938 0.9842 0.9682 0.9820 219.969 202.4907 186.4942 179.3919 170.5188 153.3507 148.3912 147.8452 147.4640 146.8222 139.5284 81.89240 2.69 2.47 2.28 2.19 2.08 1.87 1.81 1.81 1.80 1.79 1.70 1.00 S S S S S S S S S S S S Y=1.1417X+2.2579 Y=1.1581X+2.4146 Y=1.3259X+1.9306 Y=1.0194X+2.7362 Y=1.3649X+1.7453 Y=1.3504X+1.7841 Y=1.0388X+2.6003 Y=0.7513X+3.2634 Y=1.4388X+1.6991 Y=1.1951X+2.3220 Y=1.5231X+1.8003 Y=0.8782X+3.1948 0.9980 0.9579 0.9909 0.9706 0.9779 0.9925 0.9814 0.9323 0.9962 0.9931 0.9274 0.9837 252.1799 170.2249 206.5162 166.2501 242.4260 240.6673 204.1860 204.8821 196.8754 174.1533 126.1444 117.0378 2.15 1.45 1.76 1.42 2.07 2.06 1.74 1.75 1.68 1.49 1.08 1.00 S S S S S S S S S S S S

2.1.3 不同稗草生物型对乙草胺抗性测定结果

两种测定方法稗草对乙草胺抗性测定结果见表5。由表5可知,琼脂法测定结果表明,农大生物型稗草对莠去津表现最敏感,IC50值0.1842 μL·L-1,以此稗草作为敏感生物型,作为计算其他生物型抗性指数标准。佳木斯等11个生物型抗性指数1.59~2.95,均低于3,处于敏感阶段。

整株法测定结果与琼脂法一致,符合度达100%。农大生物型对莠去津表现最为敏感,因此将其作为敏感生物型,计算其他生物型抗性指数。佳木斯等11个生物型抗性指数1.17~2.58,均低于3,并未对乙草胺产生抗性。

表5 两种测定方法稗草对乙草胺抗性测定结果 Table 5 Comparison of resistance of barnyardgrass to acetochlor determined by two method

琼脂法Agar methods 整株盆栽法Whole plant methods生物型Biotype R2IC50(μL·L-1)RI抗性分级Resistance classification回归方程(Y=bX+a)Regression formula R2ED50(g a.i·hm-2)RI抗性分级Resistance classification佳木斯宾县铁力鸡西齐市肇东通河五常青岗阿城牡丹江农大回归方程(Y=bX+a)Regression formula Y=0.5287X+5.1399 Y=0.5705X+5.1754 Y=0.5501X+5.1778 Y=0.5826X+5.1938 Y=0.5759X+5.2120 Y=0.5635X+5.2105 Y=0.5612X+5.2186 Y=0.5614X+5.2302 Y=0.5345X+5.2231 Y=0.5487X+5.2808 Y=0.551X+5.29370 Y=0.5136X+5.3774 0.9888 0.9637 0.9273 0.9906 0.9841 0.9564 0.9562 0.9851 0.9845 0.9686 0.9743 0.9884 0.5437 0.4928 0.4751 0.4649 0.4284 0.4231 0.4077 0.3890 0.3824 0.3078 0.2930 0.1842 2.95 2.68 2.58 2.52 2.33 2.30 2.21 2.11 2.08 1.67 1.59 1.00 S S S S S S S S S S S S Y=1.508X+1.84300 Y=1.1759X+2.6359 Y=0.5501X+5.1778 Y=0.5826X+5.1938 Y=1.0122X+3.0461 Y=1.2375X+2.5379 Y=1.3022X+2.3206 Y=1.3017X+2.3442 Y=1.2322X+2.5373 Y=1.0678X+3.0234 Y=1.1533X+2.9273 Y=1.257X+2.8265 0.9794 0.9818 0.9273 0.9906 0.9889 0.9909 0.9713 0.9901 0.9939 0.9825 0.9851 0.9936 124.0336 102.4434 0.475100 0.464900 85.18300 97.63490 114.2015 109.6933 99.68020 70.96760 62.68830 53.58320 2.31 1.91 2.58 2.52 1.59 1.82 2.13 2.05 1.86 1.32 1.17 1.00 S S S S S S S S S S S S

2.2 莠去津对稗草酶活性影响

2.2.1 莠去津对稗草SOD酶活性影响

2.2.2 莠去津对稗草CAT酶活性影响

图1 不同处理时间SOD酶活性变化 Fig.1 Change of SOD activity at different treatment times

以施用清水和莠去津的宾县、五常和农大生物型稗草组织为研究对象,分别记作抗性生物型(R)、中等抗性生物型(M)、敏感性生物型(S),即农大(S)、五常(M)和宾县(R),研究3种不同种生物型内SOD酶变化率(见图1)。施用莠去津2 d后,SOD酶活性变化率为农大(S)>五常(M)>宾县(R),五常(M)和宾县(R)均与敏感生物型农大(S)差异显著;第3天时,五常(M)>农大(S)>宾县(R),宾县(R)与敏感生物型农大(S)差异显著,而五常(M)与敏感生物型农大(S)差异不显著;第7天时,SOD酶变化率为宾县(R)>农大(S)>五常(M),宾县(R)与五常(M)和农大(S)均差异显著。由此可见,3种生物型SOD酶活性变化率无规律,说明稗草对莠去津产生抗性与体内SOD酶活性无关。

试验材料和处理方法同2.2.1,研究3种不同生物型体内CAT酶活性不同时间内变化情况(见图2)。

施用莠去津2 d后,CAT酶活性变化率为农大(S)>五常(M)>宾县(R);第3天时五常(M)>农大(S)>宾县(R);第7天时,CAT酶活性变化率为宾县(R)>农大(S)>五常(M)。第2、3和7天时,3种生物型间CAT酶活性变化率均差异显著。3种生物型CAT酶活性变化并无规律,因此稗草CAT酶活性与其对莠去津产生抗性无关。

随着新课程改革的不断推进,国家对不同的学科都提出了不同的要求,且教师根据学科要求都开始了相对应的改革,初中物理教学也是如此。对于初中物理教学而言,新课程改革越来越重视教师对于初中物理教学中的实验教学的创新之处。初中物理教师想要适应好新课程标准的要求,最为关键的就是要在实验教学中能够有创新之处,让学生能够在新颖的实验教学中学会创新。因此,笔者将结合人教版初中物理教材,对初中物理实验教学方法的创新思路展开探讨。

图2 不同处理时间CAT酶活性变化 Fig.2 Change of CAT enzyme activity at different treatment time

2.2.3 莠去津对稗草POD酶活性影响

试验材料和处理方法同2.2.1,研究不同稗草生物型体内POD活性变化情况(见图3)。农大(S)、五常(M)和宾县(R)3个生物型施用莠去津后11 d内,各生物型稗草体内POD活性变化率趋势均呈先升再降趋势。0~11 d农大(S)POD酶活性平均变化率为16.72%,第5天达到高峰,峰值46.51%;五常(M)POD酶活性平均变化率为31.96%,也是第5天达到高峰,峰值133.33%;宾县(R)在11 d内POD酶活性平均变化率为88.45%,第3天达到峰值234.38%,同期宾县(R)POD酶活性变化率与农大(S)间差异极显著,五常(M)与农大(S)间达差异极显著,宾县(R)与五常(M)间差异达极显著。POD酶活性平均变化率和峰值顺序均为宾县(R)>五常(M)>农大(S),可知,稗草体内POD酶活性与莠去津抗性呈正相关。

2.2.4 莠去津对稗草GSTs酶活性影响

试验材料和处理方法同2.2.1,研究不同生物型稗草体内GSTs酶活性变化情况(见图4)。

由图4可知,施用莠去津后11 d内,各生物型稗草体内GSTs活性变化率均呈先升再降趋势。0~11 d农大(S)GSTs酶活性平均变化率为17.52%,第3天达到高峰,酶活性变化率峰值为39.29%;五常(M)GSTs酶活性平均变化率为33.08%,第3天达到高峰,酶活性变化率峰值为94.29%;宾县(R)GSTs酶活性平均变化率为58.32%,于第5天达到高峰,酶活性变化率峰值为122.58%,此时宾县(R)、五常(M)和农大(S)3个生物型体内GSTs酶活性差异极显著,GSTs酶活性平均变化率和峰值顺序均为:宾县(R)>五常(M)>农大(S),由此可见稗草体内GSTs酶活性与其对莠去津抗性呈正相关。

式中:EPjilsma表示工序Ojils选择刀具集在机床Mm上加工时的工序加工能耗;是0-1变量,若工序Ojils选择刀具集在机床Mm上加工,则否则

图3 不同处理时间POD酶活性变化 Fig.3 Change of POD enzyme activity at different treatment time

图4 不同处理时间GSTs活性变化 Fig.4 Change of GSTs enzyme activity at different treatment time

3 讨 论

3.1 不同稗草生物型对3种除草剂抗性水平

采用琼脂法和整株盆栽法测定黑龙江省12个地区玉米田稗草生物型对莠去津、乙草胺和硝磺草酮抗性水平。检测出稗草对莠去津产生抗性,宾县生物型对莠去津产生低等水平抗性,占比8.3%;鸡西和五常生物型属于敏感性下降阶段,占比16.7%;其余生物型处于敏感阶段,占比75%;12种生物型稗草均未对乙草胺和硝磺草酮产生抗性,但黑龙江省其他地区稗草对乙草胺和硝磺草酮是否产生抗性仍不确定,需扩大检测范围方可确定。

本研究首次发现黑龙江省玉米田稗草对莠去津产生抗性。虽然抗性仅达低等水平且抗性生物型占比不高,但抗性杂草在田间具有一定适合度和竞争力,在高浓度药剂定向选择下,抗性群体将逐渐扩大,抗性水平也逐渐提高,给莠去津防除玉米田稗草带来一定风险。Gronwald等在马里兰州发现苘麻对莠去津产生10倍于敏感生物型抗性,Gray等试验结果表明,马里兰州苘麻对莠去津抗性已达敏感生物型100倍[22-23]。因此应对莠去津抗性发展给予重视,加强黑龙江省玉米田稗草抗性监测力度,逐步扩大抗性稗草生物型监测范围,及时了解抗性稗草生物型发展动态。

目前黑龙江省土壤处理剂以乙草胺、莠去津、异丙甲草胺、嗪草酮及其混剂为主[24],特别是乙莠混剂近年发展迅速,已成为玉米田苗前除草主导产品。茎叶处理除草剂中莠去津和烟嘧磺隆及烟莠混剂用量最大,吴翠霞等报道玉米田中稗草已对烟嘧磺隆产生抗性[25]。因此,生产中应减少莠去津及其混剂用量,尽量选取不同类型除草剂替换使用。封闭处理时乙草胺尽量选择与嗪草酮、异恶草酮和苯嘧磺草胺等除草剂混用,茎叶处理时可将莠去津与硝磺草酮、噻吩磺隆等除草剂混用。此外,还要结合轮作、耕作、生态等多种措施综合防控,避免化学除草主导下抗性稗草发生和蔓延。

3.2 琼脂法与整株盆栽法测定稗草对除草剂抗性符合度分析

琼脂法和整株盆栽法是目前杂草研究者广泛应用的测定杂草抗药性水平方法。琼脂法灵敏度高、操作简单;整株盆栽法中除草剂活性及使用情况类似田间,为最适宜抗性鉴定方法[26],但测定种群数量较多时工作量大,试验周期较长。

本试验采用琼脂法和整株盆栽法测定12个地区稗草生物型对三种除草剂抗性水平,通过确定两种方法符合度明确琼脂法能否代替最接近田间实际情况的整株盆栽法鉴定稗草对除草剂抗药性。结果表明,采用琼脂法和整株盆栽法对供试12个稗草生物型作抗性测定,对硝磺草酮和乙草胺抗性分级一致;对莠去津抗性分级符合度为83.33%。因此在检测稗草生物型对莠去津、乙草胺和硝磺草酮是否产生抗药性时,为确保省时省力、结果准确,可先利用更为灵敏、简便琼脂法初步测定,然后整株盆栽法进一步验证可疑稗草种群。

3.3 稗草体内酶活性与其对莠去津抗性关系

通常情况下,植物体内处于活性氧平衡状态,但植物受除草剂、干旱、低温、病、虫、盐碱及涝害逆境胁迫后,活性氧产生和清除系统平衡被打破,活性氧自由基在植物体内不断累积,对植物产生毒害作用,引起生物膜损伤。SOD、POD、CAT等酶组成植物抗氧化保护酶体系,在胁迫条件下可通过自身防御机制作出保护性应激反应,有效阻止活性氧在植物体内积累,避免生物膜受伤害[27]

本研究中抗性生物型稗草在施用莠去津后POD酶活性升高,且与对莠去津抗性程度呈正相关。可能因施用莠去津后,稗草体内发生氧化胁迫反应产生大量有毒物质H2O2,胁迫反应产生的H2O2在植物体内主要由POD酶催化转换成H2O和无毒物质,因此POD酶活性高的生物型对莠去津抵御能力越强。李萍等研究显示,大部分谷子品种对扑草净有耐药性原因是扑草净药剂处理后谷子POD酶活性提高[28]。马鹏生报道猪殃殃对双氟磺草胺抗性可能是因为POD酶对双氟磺草胺产生一种保护机制,与SOD活性变化无明显关系[29]。毕亚玲等研究表明麦田荠菜对苯磺隆产生抗性与CAT酶活性无关[30]。宾县(R)、五常(M)、农大(S)3种生物型SOD和CAT酶活性无明显变化规律,与稗草对莠去津抗性程度无关,因此SOD和CAT酶活性与对莠去津抗性产生无关。

由表3可知,琼脂法测定结果表明,农大生物型稗草对莠去津表现最为敏感,IC50值为536.4599 μL·L-1,以此稗草为敏感生物型,作为计算其他生物型抗性指数标准。其中宾县生物型对莠去津抗性指数为5.25,产生低等水平抗性;五常和佳木斯生物型对莠去津抗性指数分别为3.72和3.31,属于敏感性下降阶段;肇东等其他8个生物型的抗性水平均低于3,处于敏感阶段。

这一时期西方文化的传播规模之大,影响之广,是中国历史上前所未有的。其中值得一提的是,作为士大夫阶层中的精英人物徐光启从一个精通八股的进士,转而与利玛窦合作翻译欧几里得的科学名著《几何原本》,之后又模仿此书所体现的科学思维方式,写成了《农政全书》60卷。梁启超曾经盛赞“利、徐合译之《几何原本》,字字精金美玉,为千古不朽之作”。士大夫中少数人的这种变化,虽然无法和欧洲的思想启蒙相比,却对中国传统文化的变迁具有独特的意义。只是由于清廷以及罗马教廷政策的改变,这次和平方式的“西学东渐”被迫中断。

本研究仅从代谢抗性和抗氧化酶系活性方面初步研究抗性产生机理,但抗性产生是否涉及其他酶系作用,有待进一步研究。

前文提及,唐代的隋堤柳吟咏基本都集中在中晚唐时期,安史之乱前,除开元时期的王泠然外,鲜有诗歌涉及相关话题。为何中晚唐诗人对隋堤柳吟咏如此热衷?这就不能不提到通济渠、邗沟运道与唐代交通和中晚唐政治的关系了。与唐代诗歌中诸多的柳意象相比,隋堤柳可以说是直接由运河交通所催生的文学意象。中晚唐时期通济渠、邗沟运道地位的巨大提升及由此带来的运河怀古热潮,与隋堤柳吟咏的勃兴有直接关系。

4 结 论

a.本研究采用室内琼脂法与整株盆栽法检测稗草对三种除草剂抗药性,检测抗性水平结果基本一致,因此可利用琼脂法快速筛选稗草三种除草剂抗性生物型,再以整株盆栽法进一步验证。

b.黑龙江省12个地区玉米田稗草生物型中,宾县生物型对莠去津产生低水平抗性,鸡西和五常生物型属于敏感性下降阶段;12个稗草生物型均未对乙草胺和硝磺草酮产生抗性。

c.稗草体内GSTs和POD酶活性变化率与莠去津抗性呈正相关;SOD和CAT酶活性变化无规律,与莠去津抗性无关。宾县(R)和五常(M)两种生物型稗草可能对莠去津产生基于代谢能力增强的非靶标抗性。

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刘亚光,唐兴佳,刘蓝坤,朱金文,张建树
《东北农业大学学报》2018年第04期文献

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