玉米田主要杂草对烟嘧磺隆的抗性

吴翠霞,　张宏军,　张　佳,　宋　敏,　孔繁华,　路兴涛*

(1. 山东省泰安市农业科学研究院,山东省除草剂新技术开发推广中心, 泰安　271000; 2. 农业部农药检定所, 北京　100125)



玉米田主要杂草对烟嘧磺隆的抗性

吴翠霞1,张宏军2,张佳2,宋敏1,孔繁华1,路兴涛1*

(1. 山东省泰安市农业科学研究院,山东省除草剂新技术开发推广中心, 泰安271000; 2. 农业部农药检定所, 北京100125)

为明确我国玉米田杂草对烟嘧磺隆的抗性水平及分布现状,于2010—2011年自山东、吉林、四川、河北4省采集连续多年施用烟嘧磺隆的玉米田杂草种子样本121个,在温室内采用盆栽法测定了其对烟嘧磺隆的抗性。结果显示:4个杂草样本对烟嘧磺隆产生了抗性,其中山东淄博张店区傅家镇高家村的牛筋草抗性种群的GR50为25.76g/hm2,是敏感种群(1.33g/hm2)的19.37倍,已产生明显的抗药性;四川彭山县谢家镇岳油村的稗草、河北大城县广安镇夏屯村的虎尾草和河北邯郸的狗尾草分别产生了6.14、5.43和5.65倍的低水平抗性;其余杂草样本均无明显抗性。同一杂草不同采集地点的敏感样本对烟嘧磺隆的敏感性存在差异。

烟嘧磺隆;玉米田杂草;抗药性

玉米是我国三大粮食作物之一,在各地均有种植,2012年全国播种面积达3 500万hm2[1]。影响玉米生产的因素很多,杂草是其中之一。尽管玉米田杂草群落受耕作方法、种植方式、播种密度、土壤肥力等因素的影响[24],但我国现阶段各地玉米田的优势杂草都以牛筋草(Eleusine indica)、马唐(Digitaria sanguinalis)、狗尾草(Setaria viridis)、稗(Echinochloa crusgalli)、反枝苋(Amaranthus retroflexus)等为主[57]。

适于玉米田苗后茎叶处理的除草剂品种较少,其中烟嘧磺隆(nicosulfuron)为日本石原产业株式会社开发的磺酰脲类除草剂,其通过抑制杂草体内乙酰乳酸合成酶(acetolactatesynthase,ALS)的活性,阻碍支链氨基酸合成。烟嘧磺隆杀草谱广,同时具有茎叶处理活性与土壤封杀作用,可有效防治一年生禾本科杂草、阔叶杂草及莎草,是玉米田防除禾本科杂草应用最为广泛的除草剂品种。施用烟嘧磺隆后杂草立即停止生长,4～5d后新叶褪色、坏死,并逐步扩展到整个植株,一般条件下20～25d植株死亡[8]。1998年40g/L烟嘧磺隆可分散油悬浮剂在我国获得正式登记,行政保护到期后国内企业陆续登记烟嘧磺隆及其混剂产品,截至2015年3月4日,在我国获得登记的烟嘧磺隆原药、制剂产品数量高达426个,在我国的玉米苗后除草剂市场中已占主导地位。

磺酰脲类除草剂的作用位点单一,长期大面积高频应用后杂草易对其产生抗药性,已成为抗性最严重的一类除草剂[910],目前在33个国家已出现了129个抗性种群(www.weedscience.com)。近年来,我国部分地区已出现玉米田内施用烟嘧磺隆防效下降的现象,但国内外关于玉米田杂草对烟嘧磺隆抗性的研究报道相对较少,仅见张宏军等[11]关于马唐对烟嘧磺隆产生抗性的报道。为明确我国玉米田杂草对烟嘧磺隆的抗性发生情况,本研究于2010-2011年,在玉米种植面积较大的山东、吉林、四川、河北4省,采集疑似抗性杂草种子及从未施用过烟嘧磺隆的敏感杂草种子样本,开展玉米田杂草对烟嘧磺隆的室内抗性检测,并根据抗性发生发展情况提出抗性杂草治理的初步策略,为玉米田杂草的治理和除草剂的选择提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

供试杂草:2010年于山东、四川、吉林和河北4省采集15种杂草72个样本,其中山东省牛筋草6个、稗2个、狗尾草2个、马唐2个、反枝苋6个、马齿苋(Portulaca oleracea)2个;四川省牛筋草3个、稗2个、鬼针草(Bidens pilosa)3个、蛇床(Cnidium monnieri )2个;河北省牛筋草1个、狗尾草6个、马唐8个、反枝苋2个、藜(Chenopodium album)2个、虎尾草(Chloris virgata)4个;吉林省狗尾草2个、苍耳(Xanthium sibiricum)6个、藜3个、金色狗尾草(Setaria glauca)2个、小藜(Chenopodium serotinum)2个、苘麻(Abutilon theophrasti)2个、酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium)2个。2011年从上述4省共采集9种杂草的49个种子样本,其中山东省反枝苋4个、马唐2个;河北省虎尾草6个、狗尾草7个、反枝苋4个、马唐6个;四川省反枝苋2个、牛筋草2个、鬼针草2个、稗2个、马唐4个;吉林省狗尾草2个、稗2个、藜2个、苘麻2个。

药剂:40g/L烟嘧磺隆可分散油悬浮剂,日本石原产业株式会社生产。

施药器械:ASS-3型农药室内喷洒系统、DG8003喷头,国家农业信息化工程技术研究中心研制。

1.2方法

1.2.1室内杂草培养

种子采集次年的4月份,选择各供试杂草饱满度一致的种子,采取变温处理、外力打破种皮、流水浸泡等方式打破休眠后,置于灭菌培养皿中催芽,培养温度为20～25℃。将催芽露白的杂草种子20粒均匀点播于直径12cm的塑料盆中,覆土0.5～1.0cm后置于温室内培养,室内温度20～26℃、相对湿度(65±15)%、自然光照。以盆钵底部渗灌方式补水,保持土壤湿度。

1.2.2杂草抗性水平测定

参照行业标准(NY/T1154.182006),对供试样本进行室内抗性水平测定。杂草1～2叶期间苗,每盆保留10株,3～4叶期施药,喷雾压力2.75MPa,喷液量400L/hm2。疑似抗性种群和敏感种群分别设40g/L烟嘧磺隆可分散油悬浮剂0.4、4、40、400、800g/hm2(有效成分,下同)共5个剂量处理,另设不施药空白对照,每处理4盆,重复4次。药液自然风干后置于温室内培养,观察药害症状,药后14d称量各处理杂草地上部分鲜重,计算鲜重防效。鲜重防效(%)=(空白对照鲜重-处理鲜重)/空白对照鲜重×100。

1.2.3数据分析

用DPS7.05软件对药剂剂量的对数值与鲜重防效的概率值进行回归分析,得出毒力回归方程、抑制杂草生长50%的除草剂剂量GR50(50%reductioningrowth)及相关系数。根据公式计算供试杂草样本抗性种群的相对抗性倍数,即抗性种群GR50/敏感种群GR50(resistance/susceptibility,R/S)。抗性水平判定标准参照文献[12]。敏感种群:1≤R/S<5;低抗性种群:5≤R/S<10;中抗性种群:10≤R/S<50;高抗性种群:R/S≥50。

2　结果与分析

2.12010年杂草样本对烟嘧磺隆的抗性水平

第三，心理矛盾左右为难。一方面，企业没有效益收入下降，另一方面又习惯了“老婆孩子热炕头”式的生活，不愿意走出去。

2.1.1牛筋草的抗性水平

山东淄博、沂南、泰安,四川青神、遂宁,及河北隆尧的牛筋草对烟嘧磺隆的抗性水平存在较大差异(表1)。山东淄博张店区傅家镇高家村的牛筋草,抗性种群的GR50为25.76g/hm2,敏感种群为1.33g/hm2,抗性倍数达19.37,已产生明显的抗药性;山东沂南、泰安、及四川青神牛筋草疑似抗性样本的抗性倍数均较低,仅为2.22、1.20和2.22,尚未产生抗药性。

2.1.2稗草的抗性水平

四川彭山、山东泰安的稗草对烟嘧磺隆的抗性水平差异较大(表1)。四川彭山县谢家镇岳油村的稗草抗性种群的GR50为43.81g/hm2,敏感种群GR50为7.13g/hm2,抗性倍数为6.14,已对烟嘧磺隆产生一定的抗药性;山东泰安的稗草疑似抗性样本、敏感样本的GR50分别为10.24g/hm2和8.88g/hm2,两者对烟嘧磺隆的敏感性无明显差异,抗性倍数较低,仅为1.15。

2.1.3狗尾草的抗性水平

山东、吉林、河北3省的6个狗尾草样本对烟嘧磺隆的抗性水平无明显差异(表1),山东沂南的狗尾草抗性样本抗性倍数最高,为2.31,其余狗尾草抗性样本抗性倍数均低于2.00,尚未产生抗药性。

2.1.4马唐等其他杂草的抗性水平

河北、山东、吉林、四川4省的马唐、反枝苋、苍耳等25个疑似抗性种群对烟嘧磺隆的抗性水平差异不大(表1),抗性倍数分布在1.01～4.35之间,大部分疑似抗性种群对烟嘧磺隆的耐受程度与敏感种群相近,9个疑似抗性样本抗性倍数大于2,14个样本抗性倍数低于2,均未对烟嘧磺隆产生抗药性。

2.22011年杂草样本对烟嘧磺隆的抗性水平

2011年玉米田杂草对烟嘧磺隆的抗性水平与2010年相似(表2),仅有2个杂草样本抗性倍数大于5.00,已产生低水平抗药性,其他杂草样本抗性倍数低于5.00,未产生抗药性。

表1　2010年采集的玉米田杂草对烟嘧磺隆的室内抗性测定结果1)

续表1Table1(Continued)

杂草Weed地点Site种群Population回归方程Regressionequation相关系数CorrelationcoefficientGR50/g·hm-2抗性倍数R/Sratio马唐Digitariasanguinalis河北邯郸Handan,HebeiRy=0.2887x+4.54400.987637.982.21Sy=0.3722x+4.54050.981417.161河北昌黎Changli,HebeiRy=0.4311x+4.32460.985736.892.36Sy=0.4322x+4.48420.989515.611河北大城Dacheng,HebeiRy=0.3853x+4.48130.966122.201.28Sy=0.3872x+4.52050.962017.311山东淄博Zibo,ShandongRy=0.5114x+4.32420.995720.971.28Sy=0.5116x+4.37790.994916.441河北定州Dingzhou,HebeiRy=0.4003x+4.39410.963332.641.11Sy=0.4093x+4.39910.964229.391反枝苋Amaranthusretroflexus山东沂南Yinan,ShandongRy=0.4305x+4.18310.982378.974.35Sy=0.5078x+4.36050.981318.171山东淄博Zibo,ShandongRy=0.4326x+4.33000.995335.382.16Sy=0.4294x+4.47870.979616.381山东滕州Tengzhou,ShandongRy=0.2451x+4.65770.996424.931.49Sy=0.2423x+4.70370.990616.711河北定州Dingzhou,HebeiRy=0.4408x+4.36370.986827.791.95Sy=0.4166x+4.51950.983814.231苍耳Xanthiumsibiricum吉林松原Songyuan,JilinRy=0.1900x+4.65600.987964.642.33Sy=0.2948x+4.57470.915627.711吉林公主岭Gongzhuling,Ji-linRy=0.2294x+4.61690.965746.771.81Sy=0.3134x+4.55720.952325.891吉林长春Changchun,JilinRy=0.2656x+4.59840.922332.521.74Sy=0.3327x+4.57700.974718.681藜Chenopodiumalbum吉林白山Baishan,JilinRy=0.5478x+4.30210.961818.793.39Sy=0.4628x+4.65600.99695.541河北昌黎Changli,HebeiRy=0.3149x+4.64020.981713.901.40Sy=0.3172x+4.68350.99399.951吉林松原Songyuan,JilinRy=0.4750x+4.57820.99847.731虎尾草Chlorisvirgata河北大城Dacheng,HebeiRy=0.3292x+4.76900.98765.031.01Sy=0.3491x+4.75730.98714.961河北邯郸Handan,HebeiRy=0.4342x+4.38550.988426.011.30Sy=0.4429x+4.42420.988719.951鬼针草Bidenspilosa四川彭山Pengshan,SichuanRy=0.5249x+4.69800.99633.761.27Sy=0.5878x+4.72350.98292.951四川绵阳Mianyang,SichuanRy=0.6077x+4.65190.96523.74-金色狗尾草Setariaglauca吉林松原Songyuan,JilinRy=0.1872x+4.81240.980010.053.72Sy=0.2420x+4.89560.97892.701蛇床Cnidiummonnieri四川彭山Pengshan,SichuanRy=0.7096x+3.65220.976479.322.80Sy=0.6032x+4.12410.975928.331小藜Chenopodiumserotinum吉林桦甸Huadian,JilinRy=0.3346x+4.38100.948170.762.23Sy=0.3357x+4.49560.958931.791苘麻Abutilontheophrasti吉林公主岭Gongzhuling,Ji-linRy=0.3248x+4.42620.959458.421.32Sy=0.3247x+4.46500.957044.421马齿苋Portulacaoleracea山东滕州Tengzhou,ShandongRy=0.4467x+4.11350.951496.551.24Sy=0.4504x+4.14790.955477.991酸模叶蓼Polygonumlapathifolium吉林长春Changchun,JilinRy=0.4664x+4.11690.995078.211.13Sy=0.4822x+4.11320.996669.051

1)R为潜在抗性种群,S为敏感种群; “-”表示未计算抗性倍数。下同。

RrepresentsforthepotentialresistantpopulationandSrepresentsforthesusceptiblepopulation; “-”representsfortheabsenceofR/Sratio.Thesamebelow.

表2　2011年采集的玉米田杂草对烟嘧磺隆的室内抗性测定结果

2.2.1狗尾草的抗性水平

河北隆尧、邯郸、大城及吉林白山采集的狗尾草对烟嘧磺隆的抗性水平有一定差异,邯郸狗尾草抗性种群相对敏感种群的抗性倍数为5.65,已对烟嘧磺隆产生抗药性,但抗性倍数较低,为低抗群体;其余狗尾草样本的抗性倍数均较低,未产生抗药性。

2.2.2虎尾草的抗性水平

河北采集的3个虎尾草样本中,大城县广安镇夏屯村的虎尾草抗性样本GR50值为18.80g/hm2,敏感样本为3.46g/hm2,抗性倍数为5.43,已对烟嘧磺隆产生低水平抗性,为低抗群体;其余虎尾草的抗性倍数均较低,未产生明显抗药性。

2.2.3马唐等其他杂草的抗性水平

山东、河北、四川采集的6个马唐疑似抗性种群样本,抗性倍数在1.16～2.06之间,5个反枝苋疑似抗性种群样本,抗性倍数在1.20～2.52之间;吉林省白山市浑江区六道江镇的苘麻、四川省彭山县公义镇马道村的鬼针草及四川青神县植保站的牛筋草抗性倍数分别为1.45、1.12和3.32,均较低,未产生明显抗药性。

3　讨论

杂草抗药性的发生与除草剂使用频率、年限等密切相关,在同一地块内连续多年使用一种或作用机制相同的除草剂,容易造成抗药性杂草的出现。本研究中4省玉米田杂草对烟嘧磺隆的抗药性程度存在差异,这与当地烟嘧磺隆施用的时间及剂量等有关。吉林大部分地区将烟嘧磺隆作为土壤封闭处理后的补救药剂,施药量较少,尚未发现杂草对其产生抗药性;室内抗性水平测定结果表明,从吉林采集的杂草除藜有低水平抗性外,狗尾草、苍耳、金狗尾草、小藜、稗草、苘麻以及酸模叶蓼等杂草,疑似抗性种群对烟嘧磺隆耐受程度与敏感种群相近,尚未产生抗药性,与调查结果一致。前期调查发现山东连续多年普遍施用烟嘧磺隆,用药量逐步增大,2000-2005年平均用药量为60g/hm2,2006-2008年增加到了68g/hm2,田间杂草有可能对烟嘧磺隆产生抗性。本研究中山东张店区傅家镇高家村玉米田,自2000年后每年使用40g/L烟嘧磺隆可分散油悬浮剂1次,用药量72g/hm2,牛筋草抗性种群相对于敏感种群的抗性倍数为19.37,已产生明显的抗药性。河北的调查情况与2010年盆栽结果一致,采集的杂草尚无抗性产生,但2011年在邯郸采集的狗尾草和大城采集的虎尾草已产生了低水平抗性,抗性倍数分别为5.65和5.43,说明河北省玉米田杂草对烟嘧磺隆的抗性呈现出发展的态势。四川省烟嘧磺隆推广应用时间较短,且大多混用,但用药量增加可能导致杂草抗性产生,其中彭山县谢家镇岳油村玉米田使用烟嘧磺隆7～10年,每次施用剂量为40.5～60g/hm2,每年施药1次,此地的稗草已产生抗药性,抗性倍数为6.14。

本研究中同一杂草不同采集地的敏感样本对烟嘧磺隆的敏感性存在差异:2010年采集于四川青神县的牛筋草GR50是山东淄博的21.70倍,吉林白山的狗尾草GR50是山东沂南的4.88倍,采自河北定州的马唐是河北昌黎的1.88倍;2011年采集的虎尾草GR50最小值为3.46g/hm2,最大值则为76.69g/hm2,两者相差22.16倍,造成这种差异的原因可能与当地的地理特征、耕作模式、杂草的生物学特性等有关[1314]。在计算抗性倍数时,如若不采用当地敏感种群GR50,而用各杂草中GR50最低值,杂草的抗药性水平将会有很大差异。

尽管本研究中山东、河北、吉林、四川各地室内盆栽筛选结果表明大部分杂草尚未对烟嘧磺隆产生明显抗性,但抗性杂草在田间具有一定的适合度和竞争力,在高浓度药剂的定向选择下,抗性群体将会逐渐扩大,抗性水平也会逐渐提高,将给烟嘧磺隆防除玉米田杂草带来一定的风险。因此要通过选择最佳施药时期,限制烟嘧磺隆使用剂量,控制施药次数,采取科学的混配用药及轮换用药等措施来延缓杂草对烟嘧磺隆抗性的发展,同时明确抗性杂草的发生机制,避免潜在的环境污染及粮食安全问题。

[1]中华人民共和国农业部. 中国农业统计资料[M]. 北京:中国农业出版社, 2013:13.

[2]刘方明, 梁文举, 闻大中. 耕作方法和除草剂对玉米田杂草群落的影响[J]. 应用生态学报, 2005, 16(10):18791882.

[3]林琳, 姜林林, 孙备, 等. 不同肥力和密度下玉米田杂草群落的研究[J]. 玉米科学, 2008, 16(3):150153.

[4]殷红, 刘芳, 李建东, 等. 不同种植方式春玉米田杂草的生态经济阈值研究[J]. 作物杂志, 2009(6):4952.

[5]王金信. 山东省夏玉米田杂草发生及其化学防除[J]. 农药, 1998, 37(1):1315.

[6]丁祖军, 张洪进, 张夕林, 等. 玉米田杂草发生规律、经济防除阈值及竞争临界期研究[J]. 杂草科学, 2003(2):1517.

[7]魏守辉, 张朝贤, 翟国英, 等. 河北省玉米田杂草组成及群落特征[J]. 植物保护学报, 2006, 33(2):212218.

[8]徐汉虹. 植物化学保护学[M]. 北京:中国农业出版社, 2010:199200.

[9]张朝贤, 倪汉文, 魏守辉, 等. 杂草抗药性研究进展[J]. 中国农业科学, 2009, 42(4):12741289.

[10]Powles S B, Yu Qin. Evolution in action plants resistant to herbicides [M]∥ Merchant S, Briggs W R, Ort D. Annual Review of Plant Biology, 2010, 61:317347.

[11]张宏军, 王贵启, 刘学, 等. 马唐对烟嘧磺隆的抗药性研究[J]. 杂草科学, 2013, 31(2):3436.

[12]高兴祥, 李美, 高宗军, 等. 山东省小麦田播娘蒿对苯磺隆的抗性测定[J]. 植物保护学报, 2014, 41(3):373378.

[13]韩庆莉, 沈嘉祥. 杂草抗药性的形成、作用机理研究进展[J]. 云南农业大学学报, 2001, 19(5):556561.

[14]李秉华, 王贵启, 魏守辉, 等. 河北省冬小麦田杂草群落特征[J]. 植物保护学报, 2013, 40(1):8388.

(责任编辑：杨明丽)

ResistanceofweedstonicosulfuronincornfieldsinChina

WuCuixia1,ZhangHongjun2,ZhangJia2,SongMin1,KongFanhua1,LuXingtao1

(1.Tai’anAcademyofAgriculturalSciences,DevelopmentandPromotionCenterofNewHerbicideTechnologyofShandongProvince,Tai’an271000,China; 2.InstitutefortheControlofAgrochemicals,MinistryofAgriculture,Beijing100125,China)

ToinvestigatetheresistancelevelanddistributionofweedspeciestonicosulfuronincornfieldsinChina,atotalof121populationsofweedinnicosulfuroncontinuouslyusedfieldswerecollectedfromShandong,Jilin,SichuanandHebeiprovincesfrom2010to2011.Theresistancewasdetectedinthegreenhousebywholeplantpotmethod.Theresultsshowedthatfourpopulationsofweedswereresistanttonicosulfuron.Amongthem,theGR50valueofaresistantEleusine indicapopulationcollectedfromGaojiavillage,FujiaTown,ZhangdianDistrict,Zibo,ShandongProvincewas25.76g/hm2,whichwas19.37-foldhigherthanthecorrespondingsusceptiblepopulation(GR50=1.33g/hm2).TheEchinochloa crusgallifromPengshan,SichuanProvince, Chloris virgatafromDacheng,andSetaria viridisfromHandan,HebeiProvinceshowedlowlevelresistancetonicosulfuronwithresistanceratiosof6.14, 5.43and5.65,respectively.Therestsampleswereallsusceptibletothenicosulfuron.

nicosulfuron;weedspeciesincornfields;resistance

20150514

20150706

农业部财政项目(2010-2011年度)

E-mail:xingtaolu@163.com

S451.222

ADOI：10.3969/j.issn.05291542.2016.03.037

致谢：山东省、河北省、吉林省、四川省农药检定所惠赠供试杂草种子,特此致谢。