我国部分地区水稻田鳢肠对吡嘧磺隆的抗性测定

李 丹, 李香菊, 于惠林, 崔海兰

(中国农业科学院植物保护研究所,北京 100193)

我国部分地区水稻田鳢肠对吡嘧磺隆的抗性测定

李 丹, 李香菊, 于惠林, 崔海兰*

(中国农业科学院植物保护研究所,北京 100193)

鳢肠EcliptaprostrataL.是我国水稻产区的主要恶性阔叶杂草之一,为了明确鳢肠对吡嘧磺隆的抗性发生情况,采用生物测定法检测了2011-2013年从山东省、湖北省和江苏省水稻田采集的28个鳢肠种群对吡嘧磺隆的抗性。结果表明,从山东省采集的7个种群、湖北省的17个种群和江苏省的3个种群均能被有效剂量30 g/hm2的吡嘧磺隆控制,表现为敏感；江苏省苏州市吴中区鳢肠种群LC12-25在30 g/hm2剂量下仍存活,进一步以江苏省敏感种群LC12-24为对照,对江苏省鳢肠种群LC12-25进行抗性水平测定。敏感种群LC12-24的GR50为0.25 g/hm2,抗性种群LC12-25的GR50为16.66 g/hm2,其抗药性指数(RI)达66.64,表明LC12-25种群对吡嘧磺隆产生了较高水平抗性。

鳢肠； 吡嘧磺隆； 抗药性

鳢肠EcliptaprostrataL.是菊科Asteraceae鳢肠属Eclipta—年生双子叶草本植物。鳢肠原产于亚洲,现在广泛分布在热带、亚热带和温带地区,且喜湿耐旱,抗盐耐瘠和耐阴,可生于河岸、路旁、水边湿地等[1-3]。其主要依靠种子繁殖和传播。种子随着流水尤其是在雨水季节,可以在较大范围漂移[4]。在我国长江流域,每年6月中旬至7月初为鳢肠萌发的高峰期,对水稻构成严重威胁[2]。鳢肠在我国山东、湖北、江苏、重庆等稻田大面积发生,其中在江苏多地区发生频率达100%[5]。鳢肠不仅直接危害水稻、花生等作物,也是多种病虫,如小核盘菌SclerotiniaminorJagg.、地老虎Agrotis、桑灯蛾AmsactamooreiButl.等病虫的寄主[5-6],从而间接危害作物。吡嘧磺隆(pyrazosulfuron-ethyl)属磺酰脲类除草剂,是乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase, ALS)抑制剂,其通过抑制杂草体内乙酰乳酸合成酶活性,阻碍细胞有丝分裂的正常进行,最终导致杂草死亡。吡嘧磺隆具有活性高、选择性强、杀草谱广及对非靶标生物安全等特点[7],是有效防控我国水稻田阔叶类杂草和莎草科杂草的主要除草剂品种之一。但是该类除草剂作用靶标单一,长期连续施用,易引起杂草产生抗药性,影响农田生态与水稻的安全生产。

自1990年日本日产化学工业株式会社开发出吡嘧磺隆并投放市场以来,到目前为止,在我国、日本、韩国、委内瑞拉和巴西等多个国家陆续发现雨久花MonochoriakorsakowiiRegeletMaack[8-9]、Linderniadubia(L.) P.[10]、狭叶母草LinderniamicranthaD. Don[11]、异型莎草CyperusdifformisL.[12-13]、SagittariamontevidensisCham.etSchltdl.[14]和野慈姑SagittariatrifoliaL.[15-18]等24种杂草对吡嘧磺隆产生了不同程度抗性。在我国对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的杂草有雨久花[9,19]、稗Echinochloacrus-galli(L.) P. Beauv.[20]、野慈姑[16-18]和耳叶水苋AmmanniaarenariaH. B.K.[21]等14种杂草,但目前还没有关于鳢肠对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的报道。

近年来,我国局部水稻产区吡嘧磺隆对鳢肠的防效在显著下降,农药标签推荐剂量已不能有效控制鳢肠的危害。本研究针对这种情况,采集了山东省、湖北省、江苏省水稻主产区成熟的鳢肠草种,采用整株生物测定法测定其对吡嘧磺隆的抗性水平,旨在为指导抗药性鳢肠的科学治理提供依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试鳢肠种群采集概况

2011年至2013年,作者所在研究团队分别在山东省、湖北省和江苏省水稻主产区,从不同用药历史的水稻田以及临近的从未使用过吡嘧磺隆等ALS抑制剂的荒地采集鳢肠草种,共采集到28个鳢肠种群。样品采集地点及用药史详见表1,其中LC11、LC12、LC13分别代表2011、2012、2013年采集的鳢肠种群。于2014年完成对28个鳢肠种群的抗性测定。

1.1.2 供试药剂与施药设备

供试药剂:10%吡嘧磺隆可湿性粉剂,江苏常隆农化有限公司生产。施药设备:ASS-4型行走式喷雾塔(配备Tee Jet 8003扇形喷头,喷雾压力为0.275 Mpa),国家农业信息化工程技术研究中心研制。

1.1.3 供试鳢肠种群幼苗培养

将未施用除草剂的农田表层土壤过筛,并按照3∶1(表层土∶营养土)的比例加入营养土(有机质含量≥15%,氮磷钾总含量≥0.88%,pH为7～7.5),定量装入10.5 cm×9 cm盆钵中备用。不同种群的鳢肠种子用清水于4℃浸种15 d,打破休眠,播种并均匀覆土,保持昼夜温度22～35℃。各种群按照试验设计播种足够的盆钵数,子叶展开至2叶期间苗,使每盆保留的植株分布均匀,各处理间植株生长基本一致,当鳢肠长至4叶期,按照设计剂量进行药剂处理。

1.2 试验方法

1.2.1 不同鳢肠种群在10%吡嘧磺隆WP推荐剂量处理下的存活率测定

以28个鳢肠种群为供试材料,每个种群播种10盆,按1.1.3中方法培养幼苗,选择其中生长基本一致的8盆,并在药前统计每盆鳢肠株数。以10%吡嘧磺隆WP有效剂量(下同)30 g/hm2配成喷液量为367.5 L/hm2的药液,以ASS-4型行走式喷雾塔进行茎叶喷雾。施药后14 d记录各种群鳢肠的存活株数,计算存活率。

存活率(%)=施药后存活株数/施药前总株数×100。

1.2.2 鳢肠对吡嘧磺隆的抗性水平测定

在试验1.2.1基础上,选用种群LC12-25和该省份的敏感种群LC12-24为试验材料。试材培养同1.1.3,子叶展开后间苗,每盆保留长势均匀一致的10株植株。吡嘧磺隆处理剂量为0、0.312 5、0.625、1.25、2.5、5、10、20、40、80、160、320 g/hm2,每处理3次重复。施药方法同试验方法1.2.1。

1.2.3 数据调查和分析

施药后观察药害症状的变化,施药后14 d测定不同剂量药剂处理后地上部分鲜重,计算各处理相对于对照的鲜重比。将获得的鲜重比数据采用Sigma Plot 12.0软件的双逻辑非线性回归模型进行处理,计算鲜重抑制中量GR50。计算公式如下：

Y(%)=YX/Y0×100；

Y=C+(D-C)/[1+(X/GR50)b]。

式中,X为10%吡嘧磺隆WP用药剂量；YX为施用剂量为X时杂草地上部分鲜重；Y0为对照杂草地上部分鲜重；Y为10%吡嘧磺隆WP施用剂量为X时杂草地上部分相对于对照的鲜重比；C为剂量反应下限；D为剂量反应上限；GR50为生长抑制中量；b为斜率。根据所得GR50值计算抗药性指数(resistance index,RI)。

RI=抗药性种群GR50/敏感种群GR50。

2 结果与分析

2.1 不同鳢肠种群在10%吡嘧磺隆WP作用下的存活率

施用30 g/hm210%吡嘧磺隆WP后14 d各鳢肠种群的存活率见表1。尽管不同地区采集的种群出苗时间、生长发育略有不同,但同一地区所采种群出苗时间和生长发育差异不大。喷施吡嘧磺隆后,江苏省鳢肠种群LC12-25和其他各种群之间表现出明显差异,LC12-25种群经30 g/hm210%吡嘧磺隆WP处理后全部存活,14 d后与对照相比虽然生长缓慢,但仍有新叶发生,继续培养,可以逐步恢复生长,并开花、结实。而其余供试种群对吡嘧磺隆较敏感,在施药3～4 d后,开始出现叶片萎蔫症状；7 d后,地上部分受到明显抑制,叶片褪绿呈黄色,新叶生长基本被抑制,甚至死亡；14 d后,全部枯死。

根据初筛结果,采自山东省的7个种群、湖北省的17个种群和江苏省的3个种群对吡嘧磺隆敏感,而江苏省种群LC12-25则呈现出一定程度抗性。

表1 不同鳢肠种群经吡嘧磺隆30 g/hm2处理后14 d的存活率

Table 1 Survival rate ofEcliptaprostratapopulations against 10% pyrazosulfuron-ethyl WP at 30 g/hm2after 14 days

种群Population采集地点Collectionsite用药背景Backgroundofherbicideapplication总株数/株Totalplants存活株数/株Survivalplants存活率/%SurvivalrateLC11-1湖北省农科院试验基地ExperimentalbaseofHubeiAcademyofAgriculturalSciences不详Unknown5900LC11-2湖北省武汉市江夏区金口街道红灯村HongdengVillage,JinkouStreet,JiangxiaDistrict,WuhanCity,HubeiProvince不详Unknown8700LC11-3湖北省咸宁市嘉鱼县潘家湾镇羊毛岸村YangmaoanVillage,PanjiawanTown,JiayuCounty,XianningCity,HubeiProvince不详Unknown7800LC11-4湖北省武汉市江夏区白衣庵村BaiyianVillage,JiangxiaDistrict,WuhanCity,HubeiProvince不详Unknown9600LC11-5湖北省鄂州市华容区蒲团乡何桥村HeqiaoVillage,PutuanTown,HuarongDistrict,EzhouCity,HubeiProvince不详Unknown5600LC11-6湖北省黄冈市黄州区禹王街道汪家冲村WangjiachongVillage,YuwangStreet,HuangzhouDistrict,HuanggangCity,HubeiProvince不详Unknown7100LC11-7湖北省黄冈市黄州区禹王街道王家林村WangjialinVillage,YuwangStreet,HuanggangCity,HubeiProvince不详Unknown6600LC11-8湖北省黄冈市黄州区路口镇谢家小湾村XiejiaxiaowanVillage,LukouTown,HuangzhouDistrict,HuanggangCity,HubeiProvince不详Unknown7800LC11-9湖北省潜江市周矶农场ZhoujiFarm,QianjiangCity,HubeiProvince不详Unknown4900LC11-10湖北省江汉油田荒地(敏感种群)JianghanOilfield,wastelandofSinopec,HubeiProvince(sensitivepopula-tion)未使用过除草剂Noapplicationofherbicides6700LC11-11湖北省潜江市积玉口镇万里镇村WanlizhenVillage,JiyukouTown,QianjiangCity,HubeiProvince不详Unknown5100LC11-12湖北省荆门市沙洋县沈集镇鄢岗村YangangVillage,ShenjiTown,ShayangCounty,JingmenCity,HubeiProvince不详Unknown6400LC11-13湖北省荆门市子陵铺镇何院村HeyuanVillage,ZilingpuTown,JingmenCity,HubeiProvince不详Unknown3900LC11-14湖北省襄阳市宜城县孔湾镇吕岗村LvgangVillage,KongwanTown,YichengCounty,XiangyangCity,HubeiProvince不详Unknown8700LC11-15湖北省随州市广水县长岭镇白果树村BaiguoshuVillage,ChanglingTown,GuangshuiCounty,SuizhouCity,HubeiProvince不详Unknown7700LC11-16湖北省孝感市云梦县小湾宋村XiaowansongVillage,YunmengCounty,XiaoganCity,HubeiProvince不详Unknown5600

续表1 Table 1(Continued)

种群Population采集地点Collectionsite用药背景Backgroundofherbicideapplication总株数/株Totalplants存活株数/株Survivalplants存活率/%SurvivalrateLC11-17湖北省孝感市云梦县下义堂镇六合村LiuheVillage,YitangTown,YunmengCounty,XiaoganCity,HubeiProvince不详Unknown4400LC12-18山东省临沂市沂南县界湖镇张家营村ZhangjiayingVillage,JiehuTown,YinanCounty,LinyiCity,ShangdongProcince吡嘧磺隆使用3年Applicationofpyrazosulfuron-ethylfor3years6700LC12-20山东省济宁市鱼台县三里屯村SanlitunVillage,YutaiCounty,JiningCity,ShandongProvince不详Unknown8900LC12-22山东省临沂市郯城县杨集镇杨北村YangbeiVillage,YangjiTown,TanchengCounty,LinyiCity,ShandongProvince吡嘧磺隆使用5年;苄嘧磺隆使用10年Applicationofpyrazosulfuron-ethylfor5years;Applicationofbensulfuron-methylfor10years5600LC12-24江苏省扬州市高邮市界首镇龙祥村荒地(敏感种群)WastelandofLongxiangVillage,JieshouTown,GaoyouCity,JiangsuProvince(sensitivepopulation)未使用过除草剂Neveruseofherbicides6600LC12-25江苏省苏州市吴中区横泾街道新路村XinluVillage,HengjingStreet,WuzhongDistrict,SuzhouCity,JiangsuProvince吡嘧磺隆-乙草胺混剂使用10年Applicationofmixtureofpyrazosulfuron-ethylandacetochlorfor10years6969100LC13-27山东省济南市槐荫区吴家堡镇陈家庄村荒地(敏感种群)WastelandofChenjiazhuangVillage,WujiapuTown,HuaiyinDistrict,Ji’nanCity,ShandongProvince(sensitivepopulation)未使用过除草剂Noapplicationofherbicides6100LC13-29山东省淄博市高青县常家镇大卢村DaluVillage,ChangjiaTown,GaoqingCounty,ZiboCity,Shan-dongProvince未使用过除草剂Noapplicationofherbicides4400LC13-31山东省临沂市郯城区杨集镇杨北村YangbeiVillage,YangjiTown,TanchengCounty,LinyiCity, ShandongProvince吡嘧磺隆使用6年;苄嘧磺隆使用11年Applicationofpyrazosulfuron-ethylfor6years;Applicationofbensulfuron-methylfor11years6000LC13-33山东省济宁市鱼台县清河镇石集农场ShijiFarm,QingheTown,YutaiCounty,JiningCity,ShandongProvince不详Unknown4900LC13-36江苏省扬州市高邮市界首镇老人桥村LaorenqiaoVillage,JieshouTown,GaoyouCounty,YangzhouCity,JiangsuProvince吡嘧磺隆使用2年Applicationofpyrazosulfuron-ethylfor2years5600LC13-37江苏省盐城市盐都区潘黄镇跃马村YuemaVillage,PanhuangTown,YanduDistrict,YanchengCity,JiangsuProvince吡嘧磺隆使用6年Applicationofpyrazosulfuron-ethylfor6years5000

2.2 江苏省LC12-25鳢肠种群对吡嘧磺隆的抗性水平

施药后14 d观察不同鳢肠种群生长情况,结果表明敏感性鳢肠种群LC12-24在10%吡嘧磺隆WP处理剂量为0.312 5～1.25 g/hm2时,鳢肠叶片呈现畸形,叶缘开始枯黄；处理剂量为2.5～20 g/hm2时,叶片部分枯萎；当处理剂量为40～320 g/hm2时,叶片全部枯萎。而抗药性鳢肠种群LC12-25在处理剂量为0.3125和0.625 g/hm2时与空白对照无明显差异；处理剂量为1.25～20 g/hm2时,相比对照生长缓慢；处理剂量为40～320 g/hm2时,鳢肠叶片呈现畸形,叶缘枯黄(图1)。

图1 敏感和抗药性鳢肠种群在施用吡嘧磺隆14 d后的药效反应Fig.1 Injury symptoms of different Eclipta prostrata populations treated with different doses of pyrazosulfuron-ethyl for 14 days

采用整株测定法得到不同鳢肠种群对吡嘧磺隆的剂量反应曲线(图2)。在供试剂量范围内,随着吡嘧磺隆处理剂量的升高,鳢肠种群的鲜重显著降低。当处理剂量为0.312 5 g/hm2时,敏感种群LC12-24相对于对照的鲜重比为47.64%,而抗药性种群LC12-25相对于对照的鲜重比为97.89%；当处理剂量为20 g/hm2时,LC12-24的鲜重比为5.21%,而LC12-25的鲜重比为53.43%；当处理剂量为320 g/hm2时,LC12-24的鲜重比为1.62%,而LC12-25的鲜重比为11.29%。

图2 敏感和抗药性鳢肠种群对10%吡嘧磺隆WP的剂量-反应曲线Fig.2 The dose-response curves of sensitive andresistant Eclipta prostrata populations to10% pyrazosulfuron-ethyl WP

根据双逻辑非线性回归模型计算出10%吡嘧磺隆WP对鳢肠敏感种群LC12-24和鳢肠抗药性种群LC12-25的GR50值分别为0.25 g/hm2和16.66 g/hm2,LC12-25的抗药性指数(RI)为66.64(表2),这表明鳢肠种群LC12-25已对吡嘧磺隆产生较高水平抗性。

表2 10%吡嘧磺隆WP对敏感和抗药性鳢肠种群的GR50

Table 2 The GR50values of 10% pyrazosulfuron-ethyl WP to

sensitive and resistantEcliptaprostratapopulations

种群PopulationGR50±SE/g·(hm2)-1相关系数(r)Correlationcoefficient抗性指数(RI)ResistanceindexLC12-240.25±0.020.99-LC12-2516.66±4.550.9966.64

3 结论与讨论

本研究从湖北省、山东省、江苏省采集的28个鳢肠种群中,除江苏省鳢肠种群LC12-25对吡嘧磺隆产生了一定程度抗性外,其余27个种群均表现为敏感。从其用药背景分析,LC12-25表现抗性与其所在区域长期连续使用吡嘧磺隆密切相关。李茹等[22]研究发现,调查的10个鳢肠种群对苄嘧磺隆均敏感,GR90为25.81～71.25 g/hm2,尚未发现明显抗性种群。而本研究中,施药20 g/hm210%吡嘧磺隆WP对敏感种群LC12-24相对于对照的鲜重比为5.21%,与李茹的研究结果相比,LC12-24对ALS抑制剂类除草剂的敏感性差异不大；而抗药性种群LC12-25相对于对照的鲜重比为53.43%,表现出对ALS抑制剂类除草剂敏感性降低。随着单一或作用机制相同的除草剂使用年限的增加,抗药性个体得以存活并不断产生种子,使种群中抗药性个体数量不断增加,从而引起抗药性杂草的蔓延,以致常规用药剂量已不能达到预期的防除效果[23]。

单就防除对吡嘧磺隆敏感的鳢肠种群而言,目前在除草剂的选择上还有较大空间,结合除草时期及正确施药技术,可得到较理想的防除效果并能有效延缓抗药性鳢肠的发生。本研究发现,江苏省鳢肠种群LC12-25具有10年以上的吡嘧磺隆使用历史,已产生较高水平抗性(RI=66.64)。针对这种常规剂量已不能防除的鳢肠种群而言,若盲目加大吡嘧磺隆用量,不仅不能有效防除(80 g/hm2时仍能产生种子)鳢肠,反而增加了对抗性鳢肠生物型的选择压力,使其种群数量不断增加,因此宜慎用或不用ALS抑制剂类除草剂,或与其他不同作用机理的除草剂轮换使用。本试验调查了山东省、湖北省和江苏省水稻田鳢肠抗药性发生情况,今后还将对我国其他水稻主产区鳢肠种群的抗药性水平进行监测,以指导农民科学合理使用除草剂。本研究结果中江苏省鳢肠种群LC12-25对吡嘧磺隆的敏感性降低,尚不明确其抗性机理是由靶标位点抗性还是非靶标位点抗性引起[24-27],有待进一步深入研究。

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(责任编辑:杨明丽)

Detection of resistance ofEcliptaprostrataL. to pyrazosulfuron-ethyl in some provinces of China

Li Dan, Li Xiangju, Yu Huilin, Cui Hailan

(InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)

EcliptaprostrataL. is one of the main malignant broadleaf weeds in paddy fields in China. In order to detect the resistance ofE.prostratato pyrazosulfuron-ethyl and its distribution, the seeds of 28E.prostratapopulations were collected from the main occurrence areas in Shandong, Hubei and Jiangsu rice fields from 2011 to 2013, and the resistance of these 28 populations to pyrazosulfuron-ethyl were detected. The results showed that 7 populations from Shandong, 17 from Hubei and 3 from Jiangsu Province, were susceptible to pyrazosulfuron-ethyl. The population LC12-25 collected from Jiangsu Province could survive after application with 30 g/hm2pyrazosulfuron-ethyl, showing resistance to it. Taking sensitive population LC12-24 as the control, whole-plant dose-response experiments demonstrated that the GR50value of population LC12-25 from Jiangsu Province was 16.66 g/hm2, with the resistant index of 66.64, while the GR50value of the sensitive population LC12-24 was 0.25 g/hm2, The above results indicated that the population LC12-25 had higher level of resistance to pyrazosulfuron-ethyl.

Ecliptaprostrata; pyrazosulfuron-ethyl; resistance

2016-03-21

2016-07-13

公益性行业(农业)科研专项(201303031)

S 481.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.02.035

* 通信作者 E-mail: cuihailan413@163.com