全 文 :中国棉花·不同棉区牛筋草对草甘膦的抗药性比较·2016,43(2):27-31
不同棉区牛筋草对草甘膦的抗药性比较
王新玲,马小艳,姜伟丽,任相亮,马亚杰,王莹莹,马艳*
(中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室,河南 安阳455000)
Resistance of Goosegrass[Eleusine indica(L.)Gaertn]
to Glyphosate in Cotton Fields
Wang Xinling,Ma Xiaoyan,Jiang Weili,Ren Xiangliang,Ma Yajie,Wang Yingying,Ma Yan*
摘要:为了明确和掌握我国黄河流域和长江流域棉区主要植棉地区棉田恶性杂草牛筋草对草甘膦的抗药
性水平,利用整株测定法评价了8个省48个采样点牛筋草的抗性水平。结果表明:不同棉田牛筋草对草甘
膦存在不同程度的抗药性,其中湖北汉川牛筋草种群的抗性最高,相比于河南安阳敏感对照种群,其抗性
指数达14.4;其次为江西湖口和河北枣强牛筋草种群。
关键词:棉田;牛筋草;草甘膦;抗性水平
中图分类号:S451.22 文献标志码:A 文章编号:1000-632X(2016) -0027-05
DOI:10.11963/issn.1000-632X.201602008
收稿日期:2015-12-13
*通信作者,aymayan@126.com
基金项目:国家棉花产业技术体系岗位科学家经费(CARS-
18-13);棉 花 生 物 学 国 家 重 点 实 验 室 基 金
(CB2015C15)
牛筋草[Eleusine indica (L.)Gaertn]属禾本
科,一年生杂草,俗称蟋蟀草、千人拔、油葫芦草等,
为世界十大恶性杂草之一,目前已在60多个国家
和地区46种作物田间发现其危害[1]。牛筋草多生
于较湿润的农田、果园或路边,广布全国各地,以黄
河流域、长江流域及长江以南地区发生较多,为秋
收旱作物田间危害较重的杂草[2]。作为棉田恶性
杂草之一,牛筋草的危害竞争严重影响棉花的生长
发育和产量水平,当棉田牛筋草密度达5株·m-2
时,棉花产量损失达20%~27%[3]。
由于我国棉田长期重复地使用单一禾本科杂
草靶标除草剂,增加了这类杂草的选择压力,加快
了除草剂靶标基因突变,提高了敏感杂草转变为抗
药性杂草的风险。如有研究报道湖南省部分地区
棉田牛筋草种群对高效氟吡甲禾灵抗药性指数在
2.4~18.4[4]。目前全球报道最主要的10种抗性
杂草中有5种是我国棉田常见杂草,包括反枝苋、
藜、狗尾草、牛筋草和稗草[5],因此棉田杂草的抗性
风险问题应该引起人们的高度重视。
草甘膦是美国孟山都公司开发的广谱灭生性
传导型有机磷类除草剂,作为全球最畅销的农药品
种之一,自20世纪80年代中期开始在我国南方的
大部分棉区使用,取得了不错的防效[6]。虽然草甘
膦的使用为保障棉花安全生产发挥了重要的作用,
但是由于不少棉农缺乏科学使用除草剂的知识,习
惯于大剂量、重复和使用单一药剂来防除杂草,伴
随而来的是标靶杂草对草甘膦很快产生了抗药性。
杨浩娜等[7]研究发现河南、河北、湖南以及山东等
部分地区棉田反枝苋和马齿苋对草甘膦均产生了
不同程度的抗药性。研究杂草的抗药性水平及抗
药性产生的机制,将有助于人们更为有效地防止抗
性杂草的产生。
为了明确我国黄河流域和长江流域棉区棉田
牛筋草对草甘膦的抗性水平,本研究以主要植棉地
区棉田牛筋草种群为试验材料,利用整株测定法评
价牛筋草对草甘膦的抗药性水平,为延缓棉田恶性
杂草牛筋草的抗性发展及抗性杂草的综合治理提
供了理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料
试验于2014年11月-2015年4月在中国农
业科学院棉花研究所完成。
供试种子:于2014年9-10月在河南、河北、
山东、湖南、湖北、安徽、江苏、江西等省主要植棉地
区,采集成熟的牛筋草种子,共采集到48个牛筋草
种群(表1),其中河南安阳地区(AY)牛筋草种子采
自从未施药的荒地,作为敏感对照种群。
·72·
02
供试药剂:41%草甘膦异丙胺盐水剂(美国孟 山都公司生产)。
表1 不同棉区牛筋草种子采集地点信息
省份 地区 简称 生境 采集日期
湖南 澧县 LX 棉田 2014-10-23
湖北 随县 SX 棉田 2014-10-24
黄梅县 HM 棉田 2014-10-24
襄阳市农科院 XY 棉田 2014-10-24
公安县 GA1 棉田 2014-10-24
公安县 GA2 棉田 2014-10-24
黄梅 HM2 棉田 2014-10-24
武穴 WX1 棉田 2014-10-25
汉川 HC 棉田 2014-10-25
仙桃 XT 棉田 2014-10-25
天门 TM 棉田 2014-10-25
江西 瑞昌 RC 棉田 2014-10-26
湖口 HK1 棉田 2014-10-26
湖口 HK2 棉田 2014-10-26
江苏 大丰 DF1 棉田 2014-10-10
大丰 DF2 棉田 2014-10-10
安徽 无为县 WW 棉田 2014-9-26
安庆皖河 WH 棉田 2014-9-26
至县大渡口 ZX 棉田 2014-9-27
太湖新仓镇 XC1 棉田 2014-9-26
安庆太湖 TH 棉田 2014-9-26
太湖新仓镇 XC2 棉田 2014-9-26
望江试验站 WJ 棉田 2014-9-27
山东 临清 LQ 棉田 2014-10-13
曹县 CX 棉田 2014-10-13
夏津 XJ 棉田 2014-10-13
武城 WC 棉田 2014-10-13
成武 CW 棉田 2014-10-13
河南 商丘 SQ 棉田 2014-10-13
鹿邑 LY 棉田 2014-10-13
西华 XH 棉田 2014-10-13
西华黄泛 FH 棉田 2014-10-13
鄢陵 YL1 棉田 2014-10-13
鄢陵 YL2 棉田 2014-10-13
尉氏 WS 棉田 2014-10-13
安阳中棉所农场 AY 荒地 2014-10-27
河北 沧州东光 DG 棉田 2014-10-17
沧州海兴 HX 棉田 2014-10-17
沧州吴桥 WQ 棉田 2014-10-17
沧州黄烨 HY 棉田 2014-10-17
南皮 NP1 棉田 2014-10-14
南皮 NP2 棉田 2014-10-14
成安 CA 棉田 2014-10-14
临漳 LZ 棉田 2014-10-14
曲周 QZ 棉田 2014-10-14
邱县 QX 棉田 2014-10-14
威县 WX2 棉田 2014-10-14
枣强 ZQ 棉田 2014-10-14
·82·
1.2试验方法
试验采用整株测定法。试验用壤土事先置于
烘箱中180℃烘干4h,以杀死其中的杂草种子,然
后将处理后的壤土与营养土按体积比2∶1混合均
匀,装入直径8.5cm、高6.5cm的塑料花盆内。播
种前牛筋草种子用0.125%的 KNO3 溶液浸泡
24h,除去漂浮的种子,剩余种子用清水冲洗干净,
挑选饱满的牛筋草种子30粒,均匀撒播在塑料盆
中,随后撒一层薄土将种子完全覆盖。将播种好的
花盆放入杂草培养室内,培养光照和温度周期设为
白天16h、30℃,晚上8h、25℃,定期浇水并上下调
换花盆位置,保证生长均匀一致。
待植株长至3~4叶期时间苗,保留长势一致
的牛筋草10株,于4~5叶期进行茎叶喷雾,草甘
膦剂量(有效成份)设置为0、76.875、153.75、
307.5、615、1230、2460、4920g·hm-2,其中清水为
空白对照,每公顷用水量为450L,每处理10株,4
次重复。施药14d后进行调查,剪去牛筋草地上
部分,称量其鲜物质质量。
1.3数据处理
计算不同浓度草甘膦处理对牛筋草的生长抑
制率,计算公式为:
生长抑制率%=(空白对照植株鲜物质质量-
处理植株鲜物质质量)/空白对照植株鲜物质质量
×100%。
采用DPS软件分别求出草甘膦对不同牛筋草
种群的毒力回归方程、相关系数(r)、抑制中浓度
(GR50)及95%置信限。
以安阳地区的牛筋草种群为相对敏感种群,计
算其他种群的抗性指数(Resistance index,RI):
RI=
抗性种群的GR50
敏感种群的GR50
。
2结果与分析
试验结果见表2,以河南安阳中国农业科学院
棉花研究所试验农场牛筋草种群为相对敏感对照,
其他地区牛筋草对草甘膦均表现出了不同程度的
抗药性,抗性倍数在1.1~14.4。其中湖北汉川牛
筋草种群的抗性水平最高,相对抗性倍数为14.4;
其次是江西湖口和河北枣强地区的种群相对抗性
倍数均为11.6,河北威县和湖北武穴种群的相对抗
性倍数也分别高达9.4和9.3。按省份的总体水平
划分,以江西省牛筋草种群的抗性倍数最高,平均
抗性倍数为5.0;其次为河北省和湖北省,牛筋草种
群的平均抗性倍数分别为4.9和4.8;山东省平均
抗性倍数为3.8;安徽省平均抗性倍数为3.0;而江
苏、河南、湖南地区未出现高抗性种群,平均抗性水
平分别为2.2、1.9和1.4。由于受采集地点和棉花
种植面积等条件限制,采集的种群仅代表各个省份
的部分棉区抗性情况,仅提供一定的参考价值。
3讨论
抗性杂草是指杂草种群中一些个体能够忍受防
除该种群中大多数个体致死的除草剂剂量的能力,
并具有遗传能力及在其种群中发展起来的能力[8]。
一般来说,抗性杂草是由于除草剂对种群内抗性个
体的选择性筛选,而杂草群体天然性的忍受除草剂
称之为耐受性杂草。杂草获得抗药性是由于在同一
地区、连续使用单一除草剂,或作用机理相同或相似
的除草剂使杂草对除草剂抵抗力的提高。杂草产生
抗药性的内在机制主要由杂草的生物学和遗传学特
性决定,如个体的多实性、易变性、多型性及对环境
的高度适应性[9],而除草剂长期、单一地使用是诱发
个体产生或筛选抗性的主要原因。
目前,国内外检测植物对草甘膦的抗药性的方
法多种多样,现有的方法主要包括整株测定法、培
养皿种子法、莽草酸含量变化的测定以及植株内部
叶绿素含量或叶绿素荧光参数的差异测定等;也有
从分子水平研究的报道,如针对草甘膦的靶标酶—
EPSPS(5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶,5-
enolpyruvyl shikimate-3-phosphate synthase)基因
进行克隆测序,以明确基因的表达量及目的基因片
段。植株地上部的症状表现是衡量植物对除草剂
抗性的最直观的指标之一。因此,整株测定法检测
杂草抗药性是目前最为普遍的检测方法[10]。
草甘膦的作用机理主要是通过竞争性地抑制
EPSPS的活性,造成植株体内莽草酸的积累,阻断
了芳香族氨基酸的的生物合成,从而打乱了生物体
内的正常氮代谢,对植物的蛋白质合成过程、蒸腾、
呼吸、细胞分裂及叶绿素的合成等造成影响[11-12]。
植物对草甘膦的药害症状具体变现为:叶片枯黄、
植株矮小、顶端优势减弱,地下根系粗短、畸形扭曲
或枯死。草甘膦是内吸型灭生性除草剂,它不同于
触杀型的农药,内吸有一个传导的过程,杂草中毒
症状表现较慢,一年生杂草一般3~4d后开始出
现反应,15~20d全株枯死;多年生杂草3~7d后
开始出现症状,地上部叶片先逐渐枯黄,继而变褐,
最后倒伏,地下部分腐烂,一般30d左右地上部分
基本干枯。其中杂草的枯死时间还受施药量和气
温的影响。
·92·
表2 不同牛筋草种群对草甘膦的抗性水平
地点 毒力回归方程 (y=) 相关系数(r)
GR50抑制中浓度/
(g·hm-2)
95%置信区间/
(g·hm-2)
抗药性指数
(RI)
LX 1.3065x+2.6720 0.9741 60.523 37.2345~98.3787 1.4
SX 0.8720x+3.5115 0.9849 50.939 32.8199~79.0596 1.1
HM 1.2951x+2.6280 0.9151 67.849 24.8207~185.4720 1.5
XY 1.7216x+1.5044 0.9333 107.275 53.7513~214.0964 2.4
GA1 1.7551x+0.5596 0.9656 338.850 237.2888~483.8797 7.6
GA2 1.2366x+2.9000 0.9031 49.186 15.1043~164.9773 1.1
HM2 1.7026x+1.0581 0.9574 206.614 131.1115~325.5947 4.6
WX1 1.7427x+0.4331 0.9715 417.380 297.5864~585.3955 9.3
HC 2.4750x-1.9528 0.9312 644.575 367.7701~1372.5997 14.4
XT 1.7163x+1.5266 0.9537 105.645 60.3363~184.9764 2.4
TM 1.3458x+1.9785 0.9879 175.858 128.9810~239.7713 3.9
RC 1.1857x+2.9349 0.9948 55.176 44.8962~67.8085 1.2
HK1 1.3887x+2.2912 0.8309 89.257 34.6989~229.5964 2.0
HK2 1.7651x+2.2492 0.9295 521.157 176.7117~1536.9927 11.6
DF1 1.3397x+2.3785 0.8885 90.477 27.9250~293.1471 2.0
DF2 1.5604x+1.8348 0.8661 106.756 34.4859~330.4775 2.4
WW 1.5228x+1.8340 0.9624 119.982 63.8279~225.5402 2.7
WH 1.3157x+2.3584 0.8291 101.804 26.6029~389.5838 2.3
ZX 1.6077x+1.3198 0.9028 194.604 79.833~474.3732 4.3
XC1 1.2742x+2.4842 0.8529 94.275 22.3468~397.7219 2.1
TH 1.4889x+1.8366 0.9556 133.239 76.2539~232.8109 3.0
XC2 1.6046x+1.2387 0.9375 220.824 114.1093~427.3367 4.9
WJ 1.7859x+1.6417 0.8492 75.944 21.0143~274.4571 1.7
LQ 1.3915x+2.4275 0.9624 70.591 38.7438~128.6176 1.6
CX 1.1086x+2.9687 0.9046 67.967 23.2007~199.1124 1.5
XJ 1.9576x+0.0129 0.9835 363.676 287.4563~453.6756 8.1
WC 1.6979x+0.8535 0.9895 276.755 228.2374~312.7821 6.2
CW 1.2315x+2.6380 0.8629 82.808 23.6979~289.3562 1.8
SQ 1.4638x+2.2566 0.8564 74.829 19.7387~283.6763 1.7
LY 1.6048x+1.4334 0.9237 166.924 83.5722~333.4083 3.7
XH 1.3689x+2.3679 0.9553 83.722 43.3224~161.7969 1.9
FH 1.5083x+1.8433 0.9288 123.854 59.0277~259.8761 2.8
YL1 1.4826x+2.4843 0.9045 49.750 15.1898~162.9430 1.1
YL2 1.4529x+2.3644 0.931 65.173 26.3154~161.4100 1.5
WS 1.3834x+2.3255 0.944 85.775 41.0133~179.3905 1.9
AY 1.1338x+3.1277 0.9129 44.812 11.9452~168.1069 1.0
DG 1.1599x+2.8632 0.8811 69.534 18.3583~263.3637 1.6
HX 1.2025x+2.7630 0.7855 72.504 10.5408~498.7079 1.6
WQ 1.3656x+2.1854 0.9128 15.099 49.0373~270.1582 2.6
HY 1.1859x+2.7192 0.7934 83.812 8.6990~807.5035 1.9
NP1 1.2358x+2.4680 0.9606 111.915 58.8094~212.9738 2.5
NP2 1.6532x+1.8475 0.9348 80.720 37.5122~173.6943 1.8
CA 1.4152x+1.4837 0.9886 305.263 250.4205~334.4509 6.8
LZ 2.2316x+0.5385 0.9842 303.277 243.7846~323.4738 6.8
QZ 1.6169x+1.1006 0.9862 258.047 196.7860~300.1897 5.8
QX 2.7426x+1.7704 0.971 294.161 208.9793~348.8294 6.6
WX2 1.9209x+0.0427 0.9822 421.927 296.2524~539.3941 9.4
ZQ 2.7000x+2.3309 0.9568 519.003 353.3717~671.9068 11.6
·03·
随着我国各大棉区轻简化管理模式的开展,人
力的投入逐渐减少,对除草剂的需求量逐年增加。
草甘膦作为一种我国棉田常用的灭生性除草剂,其
广泛使用势必会带来抗性杂草的产生,监测评价全
国各个棉区牛筋草的抗药性水平,对合理制定化学
防除方案具有重要的指导意义。本文测定结果表
明:我国黄河流域和长江流域棉区部分植棉地区的
牛筋草已经对草甘膦产生了不同程度的抗药性,但
不同省份以及不同的采集地点牛筋草种群抗药性
水平存在较大差异。其中,汉川地区牛筋草种群抗
性水平最高,抗性指数高达14.4。而随着国内棉田
草甘膦使用年限的增长及施用量的增加,棉田杂草
抗药性风险日益突出。因此,尽早明确我国各大棉
区主要杂草对草甘膦的抗药性水平,建立主要棉田
杂草抗药性监测预警体系,为我国棉田合理施用除
草剂及抗性杂草的综合治理提供理论依据。
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