水稻田耐性生物型稗草对二氯喹啉酸的耐药性机制研究

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　　摘要 [目的]明确水稻田稗草对二氯喹啉酸的耐药性机制。[方法]采用盆栽试验，测定二氯喹啉酸对耐性生物型稗草体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽（GSH）和丙二醛（MDA）含量和活性的影响。[结果]水稻田耐药性稗草在二氯喹啉酸胁迫下，SOD和POD活性先增强后减弱，而GSH含量先降低后升高，MDA含量先升高后降低。[结论]水稻田稗草对二氯喹啉酸的耐药性与几种防御酶的活性有直接关系。
　　关键词 稗草;二氯喹啉酸;耐药性;防御酶
　　中图分类号 S451  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2020）05-0154-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.042
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Abstract [Objective ]To determine the tolerance mechanism of Echinochloa crusgalli（L.） to chloroquine in rice field. [Method]The enzyme assays of SOD， POD， GSH and MDA in tolerant biotype of E. crusgalli（L.） were conducted by pot experiment. [Result ]Under the stress of chloroquine， the activities of SOD， POD of tolerant E. crusgalli （L.） was enhanced，then decreased， the content of GSH of tolerant E. crusgalli （L.）was reduced，then increased， and the content of MDA of tolerant E. crusgalli （L.） was enhanced， then decreased. [Conclusion ]There is a direct relationship between the activity of E. crusgalli（L.） on chloroquine resistance and several defense enzymes.
　　Key words Echinochloa crusgalli（L.） Beauv.;Chloroquine;Tolerance;Defense enzymes
　　黑龙江省是我国北方水稻种植面积最大的省份[1]，但水田稗草对水稻产量的影响非常大，水稻中夹杂稗草将减产 21.7%[2]，草荒较重的将减产86%[3]，甚至绝产，平均减产62.90%[4-6]。二氯喹啉酸是由德国巴斯夫集团在20世纪80年代开发的一种激素型具有高选择性水田化学除草剂。二氯喹啉酸对水田稗草等禾本科杂草生长的抑制首先产生于幼龄叶片，然后幼苗开始枯萎与坏死[7]，其药害作用可能是促进 ACC 在幼芽组织中进行合成所产生的氰化物积累所造成[8]，当达到一定积累量时，便会使稗草的植株特别是幼嫩组织黄化、失绿、死亡 [9-11]。由于连年使用二氯喹啉酸，导致稗草对其抗性越来越强。为了探明稗草对二氯喹啉酸的抗药性机制，笔者研究了二氯喹啉酸对水稻田稗草体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽（GSH）和丙二醛（MDA）含量和活性的影响。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　50%二氯喹啉酸可湿性粉剂，江苏快达农化股份有限公司生产（市售）。愈创木酚、EDTA-Na2、核黄素等试剂，哈尔滨化学试剂公司提供。
　　1.2 方法
　　采用生理生化测定法，选取敏感的稗草种群、中抗的稗草种群和高抗种群各3个进行盆栽试验，将培养至三叶一心期的中等抗性水田稗草，采用50%的二氯喹啉酸，剂量分别为225、300和375 g/hm.2，并设清水空白对照，于处理前和处理后1、3、5、7、10 d分别取样，测定SOD和POD的活性，以及GSH和MDA的含量，经过检测分析，探讨水田稗草对二氯喹啉酸的抗药性机理。
　　2 结果与分析
　　2.1 二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草SOD活性的影响
　　二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草SOD活性的影响见图1。由图1可知，施药后不同种群的稗草SOD活性随喷药天数的增加呈先降低后升高再降低的趋势。施用二氯喹啉酸之前，高抗型的黑龙江省通河县（R2）稗草SOD活性分别是中抗型黑龙江省富锦市（R1）和敏感型黑龙江省双鸭山市（S1）的1.01倍和1.07倍。3种抗性水平稗草喷药后SOD活性开始降低，1 d后SOD活性开始升高，第5天时达到最高值。高抗型（R2）SOD稗草活性比对照组高10.77%，中抗型（R1）稗草SOD活性比对照组高9.94%，敏感型（S1）稗草SOD活性比对照组高6.36%。随后SOD活性又开始降低，喷药后10 d高抗型（R2）、中抗型（R1）和敏感型（S1）稗草SOD活性相比对照组分别降低了6.82%、3.45%和3.03%。
　　2.2 二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草POD活性的影响
　　二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草POD活性的影响见图2。由图2可知，施药后不同种群的稗草POD活性随施药天数的增加呈先降低后升高再降低的趋势。施用二氯喹啉酸之前敏感型黑龙江省双鸭山市（S1）的稗草POD活性分别是高抗型的黑龍江省通河县（R2）和中抗型黑龙江省富锦市（R1）的1.17倍和1.18倍。敏感型（S1）稗草POD活性受二氯喹磷酸胁迫前后均高于中抗型（R1）稗草和高抗型（R2）稗草。3种抗性水平的稗草喷药后1 d POD活性分别降低7.54%、9.29%和10.27%，然后POD活性开始升高，第5天时达到最高值，高抗型（R2）稗草POD活性比对照组高27.85%，中抗型（R1）稗草POD活性比对照组高15.99%，敏感型（S1）稗草POD活性比对照组高8.04%。然后POD活性又开始降低。 　　2.3 二氯喹啉酸對不同抗性水平水稻田稗草GSH含量的影响
　　二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草GSH含量的影响见图3。由图3可知，施药后不同种群的稗草GSH活性整体随施药天数的增加呈先降低后升高的趋势。施用二氯喹啉酸之前高抗型的黑龙江省通河县（R2）稗草GSH含量分别是中抗型黑龙江省富锦市（R1）和敏感型黑龙江省双鸭山市（S1）的1.17倍和1.38倍。3种抗性水平的稗草处理后GSH含量逐渐降低，第5天时GSH含量降至最低，高抗型（R2）、中抗型（R1）和敏感型（S1）稗草GSH含量相比对照组分别降低了12.32%、13.87%和18.75%;之后GSH含量开始回升，10 d后基本恢复至喷药前的水平。高抗型（R2）的稗草GSH含量受二氯喹啉酸胁迫前后均高于中抗型（R1）稗草和敏感型（S1）稗草。
　　2.4 二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草MDA含量的影响
　　二氯喹啉酸对不同抗性水平水稻田稗草MDA含量的影响见图4。由图4可知，施药后不同抗性水平稗草MDA含量随喷药天数的增加呈先增加后降低的趋势。施用二氯喹啉酸前敏感型黑龙江省双鸭山市（S1）的稗草MDA含量分别是中抗型黑龙江省富锦市（R1）和高抗型的黑龙江省通河县（R2）的1.24倍和1.54倍。3种抗性水平的稗草喷药后MDA含量逐渐升高，第3天MDA含量达到最高，高抗型（R2）、中抗型（R1）和敏感型（S1）稗草GST活性相比对照组分别升高了15.94%、12.96%和16.28%;之后MDA含量开始回落。敏感型（S1）稗草MDA含量受除草剂胁迫前后均高于中抗型（R1）稗草和高抗型（R2）稗草。
　　3 结论与讨论
　　二氯喹啉酸是一种高效的激素类除草剂，其作用能够影响植株体内正常的激素调节，使稗草的代谢出现紊乱。在二氯喹啉酸胁迫下，短时间内保护酶活性先降低，再升高，以达到降低除草剂对稗草细胞质膜、细胞膜等膜系统的伤害，从而起到保护作用。Hoagland等[15]认为，相对于抗性杂草体内的靶标位点改变而言，抗性杂草对该类除草剂的代谢能力增强才是其抗药性产生的主要原因。该研究表明，保护酶SOD和POD的活性与稗草的抗性有直接关系，在二氯喹啉酸胁迫下，2种酶的活性先降低再升高，第5天后又开始降低，高抗型稗草种群酶活性升高幅度明显大于敏感型稗草种群，2种酶活性越高稗草的抗性越强。稗草植株体内GSH含量在二氯喹啉酸胁迫下呈先降低后升高的趋势，高抗型稗草GSH含量降低的幅度明显小于敏感型稗草。而稗草植株体内的MDA含量在二氯喹啉酸胁迫下前3 d逐渐升高，3 d后逐渐降低。抗性稗草MDA含量升高幅度明显低于敏感型稗草，说明MDA含量越低，稗草对二氯喹啉酸的抗性越强。
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