荠菜对乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂的抗性水平及其分子机制

为明确荠菜种群对苯磺隆的抗性水平及其靶标抗性产生的分子机制,采用整株水平测定法测定了荠菜对苯磺隆及其他5种乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂类除草剂的抗性水平,同时扩增和比对了荠菜抗性和敏感种群之间ALS基因的差异。结果显示:与敏感种群15-ZMD-1相比,抗性种群15-ZMD-5对苯磺隆产生了高水平抗性,抗性倍数为219.6;15-ZMD-5种群不同单株中共存在3种突变方式,分别为ALS基因197位点脯氨酸（CCT）突变为亮氨酸（CTT）、574位点色氨酸（TGG）突变为亮氨酸（TTG）以及单株同时发生上述197和574位点的氨基酸突变。15-ZMD-5抗苯磺隆种群对嘧草硫醚、啶磺草胺和氟唑磺隆均产生了高水平的交互抗性,抗性倍数分别为41.2、79.3和87.8;对双氟磺草胺和咪唑乙烟酸产生了低水平的交互抗性,抗性倍数分别为8.5和5.6。分析表明,荠菜抗性种群ALS基因发生的氨基酸突变可能是导致其对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的重要原因之一。     

河南省麦田荠菜对苯磺隆的抗性及其交互抗性

为明确河南省荠菜Capsella bursa-pastoris种群对苯磺隆的抗性水平及其可能存在的抗性机理,应用整株法测定了采自驻马店及南阳等6个荠菜发生严重市的10个荠菜种群对苯磺隆的抗性,扩增和比对了荠菜苯磺隆抗性种群及敏感种群之间靶标酶乙酰乳酸合成酶基因ALS的差异,并使用单剂量法测定了以上种群对双氟磺草胺、啶磺草胺及氟唑磺隆等ALS抑制剂类除草剂的交互抗性。结果表明,驻马店市的汝南县冯湾村(ZMD-1)及平舆县五里路村(ZMD-3)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数分别为3.1和2.5,表现出低水平抗性;驻马店市汝南县赖楼村(ZMD-2)和周口市川汇区文庄村(ZK-1)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数分别为21.7和57.8,表现出高水平抗性;南阳市唐河县上屯村(NY-2)荠菜种群对苯磺隆的抗性倍数为116.5,表现出极高水平抗性,其它种群对苯磺隆仍然较敏感。NY-2、ZMD-2和ZK-1种群的ALS基因第197位氨基酸由脯氨酸(CCT)分别突变为丝氨酸(TCT)、丙氨酸(GCT)和亮氨酸(CTT),其它种群中均未发现有突变产生;这3个种群在氟唑磺隆推荐剂量处理下,死亡率仅为18.9%、23.3%和11.1%,说明已对氟唑磺隆产生了较高水平的交互抗性,其中NY-2种群对双氟磺草胺和啶磺草胺产生了低水平交互抗性,推荐剂量下死亡率分别为82.2%和83.1%。表明ALS基因突变很可能是导致荠菜种群对苯磺隆等ALS抑制剂类除草剂产生抗性的重要原因。     

不同小麦品种对双氟磺草胺的耐药性差异及机理

室内采用平皿法和酶活力测定法探讨了不同小麦品种对双氟磺草胺的耐药性差异及其机理。结果表明,不同小麦品种根对双氟磺草胺的耐药性差异较大,其中济宁13对该药剂最为敏感,IC50值仅为0.221 2 μg/mL,烟农15、枣20-28、济南17与之相当(耐药性倍数为1.09~1.99),泰山9818、山农6号和潍麦8号耐药性较强(耐药性倍数为10.33~13.92)。酶活力测定结果表明:虽然耐药型品种潍麦8号和敏感型品种济南17对双氟磺草胺的耐药性差异显著,但其靶标酶乙酰乳酸合成酶(ALS)在离体条件下对该药剂的敏感性却无显著差异;在活体条件下,二者ALS活力均可很快恢复,其中潍麦8号恢复较快。经双氟磺草胺处理后,与济南17相比,潍麦8号的代谢酶谷胱甘肽- S -转移酶(GSTs)相对活力变化幅度较大且反应时间较短,在第2 d即可达到峰值1.460,而济南17在第3 d才达到峰值1.398。研究表明,不同小麦品种对双氟磺草胺的耐药性存在差异 的原因之一可能是由于GSTs对双氟磺草胺的代谢差异,而与靶标酶ALS对药剂的敏感程度无关。     

广东省水稻田稗对五氟磺草胺的抗性分析

为明确广东省水稻田杂草稗Echinochloa crus-galli对五氟磺草胺的抗性现状及其可能的抗性机理,采用整株剂量反应法测定不同地区稗种群对五氟磺草胺的抗性水平,对不同稗种群的乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase,ALS）基因片段进行扩增测序,分析细胞色素P450酶（cytochrome P450 monooxygenase,P450）和谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione-S-transferase,GST）抑制剂胡椒基丁醚（piperonylbutoxide,PBO）和4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂噁二唑（4-chloro-7-nitro-1,2,3-benzoxadiazole,NBD-Cl）对不同稗种群抗性水平的影响,并对替代药剂进行筛选。结果显示,广东省水稻田多数稗种群对五氟磺草胺仍表现敏感,但采自湛江市的1个种群BC-7对五氟磺草胺产生了抗性,抗性倍数达6.5倍。与敏感种群BC-2相比,BC-7种群并未发生已报道的ALS靶标抗性相关突变。PBO和NBD-Cl均可显著提高BC-7种群对五氟磺草胺的敏感性,其干重抑制中量GR₅₀由31.1 g/hm²分别降为11.0 g/hm²和24.7 g/hm²。BC-7种群对氰氟草酯和噁唑酰草胺仍较敏感,但对二氯喹啉酸和双草醚产生了抗性。表明P450和GST介导的代谢抗性是稗BC-7种群产生抗性的重要原因,氰氟草酯和噁唑酰草胺适用于治理该抗性种群。     

麦田抗性生物型荠菜对苯磺隆的抗性机制研究

为明确抗性生物型荠菜对苯磺隆的抗性机制,分别测定了苯磺隆对抗性和敏感生物型荠菜体内乙酰乳酸合成酶(ALS)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的影响。结果表明:离体条件下,抗性生物型荠菜体内ALS对苯磺隆的敏感性明显降低,苯磺隆对荠菜抗性和敏感生物型ALS的抑制中浓度(I50)分别为0.722 8和0.052 1 μmol/L,抗性与敏感生物型I50的比值为13.87;活体条件下,施用苯磺隆后,抗性和敏感生物型荠菜ALS活性均受到一定程度的抑制,但抗性生物型ALS活性受到抑制后能逐渐恢复,而敏感生物型则不能恢复;经苯磺隆处理后,抗性生物型GSTs相对活力明显高于敏感生物型,而抗性和敏感生物型体内POD、SOD和CAT相对活力无明显差异。研究表明,抗性生物型荠菜体内ALS对苯磺隆敏感性降低是其抗药性产生的原因之一,而GSTs对苯磺隆代谢能力的差异也可能与荠菜对苯磺隆的抗性有关。     

75%苯磺隆·双氟磺草胺WDG防治小麦田阔叶杂草效果及其安全性评价

筛选出高效除草剂是有效防治麦田主要杂草播娘蒿与荠菜的前提。采用随机区组试验设计方法,在田间测定75%苯磺隆·双氟磺草胺水分散粒剂(water dispersible granule,简称WDG)对小麦田播娘蒿与荠菜的防治效果和对小麦的安全性。结果表明,施药后45 d,75%苯磺隆·双氟磺草胺WDG 33.75、39.38、45.00、78.75 g a.i./hm~2剂量下对2种杂草总株数防效为66.6%、77.6%、78.1%、80.5%,总鲜质量防效分别为95.8%、96.5%、97.4%、97.7%,均高于对照药剂75%苯磺隆可湿性粉剂(wettable powder,简称WP)22.50 g a.i./hm~2和50 g/L双氟磺草胺悬浮剂(suspension concentrate,简称SC)4.50 g a.i./hm~2对杂草的防效。75%苯磺隆·双氟磺草胺WDG 4个处理区小麦的穗数、穗粒数、千粒质量和产量均显著高于空白对照区,除33.75 g a.i./hm~2处理外,其他处理区小麦增产5%以上。综上所述,苯磺隆·双氟磺草胺WDG推荐剂量为33.75 g a.i./hm~2,对小麦田播娘蒿与荠菜均有较好的防效,对小麦安全。     

除草剂双氟磺草胺的合成研究

以5-氟尿嘧啶为起始原料,经过经氯化、甲氧基化、肼解、关环、转位、偶联、氧化和缩合反应后得到了新型除草剂双氟磺草胺,其合成总收率为42．8％,原药含量达95％。     

山东省小麦田荠菜对苯磺隆的抗性测定

为了明确山东省小麦田荠菜对苯磺隆的抗性水平及分布现状,在温室中采用整株剂量-反应测定法测定了51份荠菜样本对苯磺隆的敏感性。结果表明,山东省小麦田荠菜已普遍对苯磺隆产生抗性,所测样本中,抗性种群29个,占总样本数的56.86%,其中,中、高抗种群27个,占总样本数的52.94%。鲁南山区和鲁西北平原区采集点的荠菜对苯磺隆的抗性水平较高,胶潍河谷平原区的荠菜对苯磺隆的抗性水平则相对较低。     

中国北方部分地区麦田荠菜对苯磺隆的抗性水平

为明确北方地区冬小麦田荠菜对苯磺隆的抗性水平,运用培养皿法和温室盆栽法分别测定了山东、山西、河南、河北、陕西5省13个地区采集点麦田潜在抗药性生物型对苯磺隆的抗性水平,并分别测定了驻马店梁祝镇采集点荠菜潜在抗药性生物型和敏感生物型乙酰乳酸合成酶(ALS)对苯磺隆的敏感性。培养皿法测定结果表明:驻马店梁祝镇采集点荠菜抗药性生物型对苯磺隆的抗性水平最高,抗性倍数为6.17倍,其他采集点荠菜抗性倍数在0.94～2.04倍之间,仍处于较为敏感状态。温室盆栽法测定结果表明:驻马店梁祝镇采集点荠菜抗性倍数仍为最高,达到233倍, 其他地区采集点荠菜抗性倍数在1.23～3.73倍之间,尚未产生明显的抗药性。离体条件下,苯磺隆对荠菜抗药性和敏感生物型ALS的抑制中浓度(IC50)分别为0.664 μmol/L和0.053 3 μmol/L,抗药性生物型的抗性倍数达12.5倍。结果表明,驻马店梁祝镇采集点荠菜已对苯磺隆产生了较高水平的抗药性,而其体内ALS敏感性降低可能是抗药性产生的原因之一。     

宁夏地区稗草种群对五氟磺草胺的抗性机制研究

为了明确宁夏稻区稗草对五氟磺草胺抗性水平及抗性机制。采用整株生物测定法测定了宁夏地区6个稗的原变种Echinochloa crus-galli var.crus-galli种群对五氟磺草胺的抗性水平,并测定了每个种群的乙酰乳酸合酶基因(ALS)序列和ALS酶离体活性,以及P450抑制剂马拉硫磷对稗草种群抗性水平的影响。结果显示,与敏感种群相比,5个疑似抗性种群对五氟磺草胺表现出不同程度的抗性(10.18倍～32.71倍),其中抗性种群N14,N22,N27和N51的ALS 574位色氨酸突变为亮氨酸,N53的197位脯氨酸突变为亮氨酸,敏感种群N43没有发现突变位点,五氟磺草胺对抗性种群ALS酶的IC₅₀均明显高于敏感种群,马拉硫磷对五氟磺草胺有增效作用,可提高稗草种群对五氟磺草胺的敏感性。综上所述,稗草种群对五氟磺草胺产生抗性是由于靶标基因ALS突变,同时稗草种群对五氟磺草胺的抗性也可能与细胞色素P450介导的代谢增强有关。     

河南省部分地区麦田荠菜对苯磺隆的抗性水平及抗性靶标分子机制

为明确河南省部分地区麦田荠菜Capsella bursa-pastoris对苯磺隆的抗性水平及抗性靶标分子机制,采用整株生物法测定了12个荠菜种群的抗性水平,并对乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)离体活性和ALS基因突变进行了测定分析。结果表明,商丘市民权县花园村(MQ)、周口市西华县小于楼村(XH)、平顶山市叶县穆寨村(YX)、许昌市长葛市董庄村(CG)采集的荠菜种群对苯磺隆产生了较高的抗性,GR_(50)分别为129.14、110.67、62.91和85.29 g/hm~2,抗性倍数分别为215.23、184.45、104.85和142.15倍;ALS离体活性测定所得I_(50)分别为5.85、4.87、1.38和3.83μmol/L,抗性倍数分别为83.57、69.57、19.71和54.71倍;其余8个种群的GR_(50)在0.60~2.86 g/hm~2之间,抗性倍数在1.00~4.77之间;I_(50)在0.07~0.37μmol/L之间,抗性倍数在1.00~5.29之间。荠菜种群MQ、XH的ALS基因Domain A区域第197位脯氨酸(CCT)均突变为丝氨酸(TCT),荠菜种群CG的第197位脯氨酸(CCT)突变为亮氨酸(CTT),表明靶标ALS基因突变是荠菜对苯磺隆产生抗性的重要原因之一,但荠菜种群YX的ALS基因保守区内暂未发现突变位点,其抗药性可能由其它原因造成。     

有效防除麦田抗性杂草荠菜的新型除草剂——双唑草酮

双唑草酮为中国创制的新型对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)抑制剂类除草剂,已于2018年取得中国农药登记。为了测定其对麦田抗性杂草荠菜的除草效果,共采集了36个荠菜种群,其中1个敏感种群采自未施用过除草剂的路边,其他35个疑似抗性种群均采自于中国苯磺隆使用历史超过20年的冬小麦田。在温室中采用整株盆栽法测定了荠菜种群对双唑草酮、苯磺隆、双氟磺草胺、甲基二磺隆、唑草酮和2甲4氯的抗性水平。结果表明,有28个种群对苯磺隆产生了抗性,其中种群K16009、K17005、15053和17003表现出高水平抗性。这4个种群对其他除草剂的交互抗性检测试验表明:种群K16009、K17005和15053对双氟磺草胺和甲基二磺隆表现出高水平交互抗性,其抗性指数范围为25-321,其GR₅₀值远高于供试药剂登记的田间推荐剂量;而上述4个抗性种群对双唑草酮、唑草酮和2甲4氯均较为敏感,其GR₅₀值均低于供试药剂登记的田间推荐剂量。唑草酮和2甲4氯也可用于小麦田抗性荠菜种群的防治,但该类药剂对施药时间要求较为严格。本研究结果表明,双唑草酮可有效防除对乙酰羟基酸合成酶（AHAS）类除草剂已经产生抗性的荠菜。     

Resistance of Camelina microcarpa to acetolactate synthase inhibiting herbicides

An accession of Camelina microcarpa suspected to be resistant to sulfonylurea herbicides was identified in Oregon in 1998 field experiments. Greenhouse research confirmed that the putative resistant biotype was resistant to chlorsulfuron and metsulfuron on a whole plant level. Compared with the resistant (R) biotype, the susceptible (S) biotype was 1000 and 10 000‐fold more sensitive to metsulfuron and chlorsulfuron respectively. The R biotype was also resistant to other sulfonylurea, sulfonylaminocarbonyl‐triazolinone, imidazolinone and triazolopyrimidine herbicides. An in vivo enzyme assay indicated that acetolactate synthase (ALS) from the R plants required 111 times more chlorsulfuron to inhibit activity by 50% compared with the amount required to have a similar effect on ALS from S plants. Analysis of the nucleotide and amino acid sequences demonstrated that a single‐point mutation from G to T in the als1 gene conferred the change from the amino acid tryptophan to leucine at position 572 in the resistant biotype. This research confirmed that ALS inhibitor resistance in an Oregon accession of C. microcarpa is based on an altered target site conferred by a single‐point mutation.     

小麦田麦家公对苯磺隆的抗性机理

为明确麦田阔叶杂草麦家公Lithospermum arvense L.对苯磺隆的抗性机理,以苯磺隆抗性和敏感型麦家公为材料,比较分析这2个生物型麦家公靶标酶乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase,ALS）、解毒酶谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione-S-transferase,GST）以及保护酶过氧化物酶（peroxidase,POD）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）对苯磺隆的响应差异性。结果表明,抗性麦家公ALS对苯磺隆的敏感性较敏感型麦家公显著下降,苯磺隆的抑制中浓度分别为0.187、0.036 μmol/L。苯磺隆胁迫后,抗性和敏感型麦家公ALS活性都出现下降,但抗性麦家公ALS活性可恢复,而敏感型麦家公ALS活性则不能恢复;2个生物型麦家公GST活性都能被苯磺隆诱导,但抗性麦家公GST累计活性为29.31 U,高于敏感型麦家公（25.90 U）;抗性麦家公SOD累计活性为24.49 U,较敏感型麦家公（19.31 U）高,且具有较强的恢复能力;抗性麦家公POD和CAT累计活性分别为126.92~550.68 U和41.41~77.19 U,也高于敏感型麦家公的93.75~271.04 U、42.17~57.28 U。因此,靶标酶ALS对苯磺隆敏感性减弱是麦家公产生抗性的一个重要原因,解毒酶GST、SOD、POD和CAT活性升高可能与抗性有关。     

山东省部分市县麦田杂草麦家公Lithospermum arvense对苯磺隆的抗药性

采用温室盆栽法和培养皿法测定了山东省部分市县冬小麦田杂草麦家公Lithospermum arvense L.对苯磺隆的抗药性水平,以及其抗药性生物型乙酰乳酸合成酶(ALS)对苯磺隆的敏感性。温室盆栽结果显示,供试杂草对苯磺隆产生了不同程度的抗药性,其中胶州麦家公生物型抗性水平最高,抗性倍数为12.8倍;培养皿法测定结果也显示胶州麦家公生物型抗性水平最高,但抗性倍数为3.89倍。交互抗性测定结果表明,胶州抗性麦家公生物型对其他ALS抑制剂噻吩磺隆和苄嘧磺隆已产生不同程度的交互抗性,其中对噻吩磺隆的抗性倍数达到3.11倍。离体条件下,与敏感生物型ALS活力的抑制中浓度(IC50)相比较,胶州抗性麦家公生物型的IC50值是敏感麦家公的 2.65倍。表明ALS敏感性降低可能是山东部分市县麦家公对苯磺隆产生抗药性的重要原因之一。     

A mutation confers Monochoria vaginalis resistance to sulfonylureas that target acetolactate synthase

Acetolactate synthase (ALS) is the target enzyme for four distinct families of compounds: sulfonylureas (SUs), imidazolinones, triazolopyrimidine sulfonanilides, and pyrimidinyl oxybenzoates. We cloned and sequenced the fragments encoding ALS genes from biotypes of Monochoria vaginalis susceptible (S) and resistant (R) to SU-herbicides. The nucleotide sequences of the 39 bp Domain A region for R M. vaginalis biotype differed from that of the S biotype by a single nucleotide substitution at variable Pro codon of Domain A (CCT to TCT), predicting a Pro in the S but a Ser in the R biotype. No nucleotide differences between S and R M. vaginalis were observed in Domain D. We suggest that the amino acid substitution at Domain A region is responsible for resistance to SU-herbicides in M. vaginalis collected from Ushiku City, Ibaraki Prefecture, Japan.