稻田稗属杂草田间种群对五氟磺草胺的抗性监测

马国兰, 刘都才*,, 张 帅, 李新文, 刘雪源,彭亚军, 李巳夫, 柏连阳

(1. 湖南省农业科学院 a.植物保护研究所；b.杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室，长沙 410125；2. 全国农业技术推广服务中心，北京100125；3. 湖南省植保植检站，长沙 410005)

稗草Echinochloaspp. 是一年生禾本科稗属杂草的总称，属世界性十大恶性杂草之一，也是中国水稻产区分布最广、危害最重的杂草，严重影响水稻生产安全[1-3]。

目前，对于稻田稗草的防控措施仍以化学防治为主。五氟磺草胺 (penoxsulam) 是由美国陶氏益农公司 (Dow AgroSciences) 开发的三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂，其作用靶标为乙酰乳酸合成酶(ALS)，其于2007 年在中国正式登记，被广泛用于防除稻田稗草、一年生莎草及多种阔叶类杂草，尤其对稗草高效[4]。五氟磺草胺具有杀草谱广、对水稻安全、低毒、高效等特点[5]，已成为目前水稻田用量最大的除草剂之一，但由于其作用位点单一，长期使用导致部分稻区稗草对其敏感性逐年降低，已产生不同程度的抗药性[6]。

为探究中国稻区稗草对五氟磺草胺的抗性现状，本研究监测了中国水稻主产区湖南、湖北、江西等7 省70 地稻区稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性，以期为该药剂在稻田杂草防控的应用以及稗草抗药性治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试种子 稗草田间种群于2018 年采自长江中下游稻区的湖南、湖北、江西、安徽和江苏，东北稻区的黑龙江以及西北稻区宁夏共7 省70 地的水稻田 (表1)。于种子成熟时采收，晾干，置于4 ℃ 种子储存柜中保存。稗草敏感种群HNS 于2013 年采自从未使用过除草剂的荒地，每年繁种以保持种子活力。

表1 稗草田间种群采集信息Table 1 Sampling information of Echinochloa spp. collected from fields

续表1Table 1 (Continued)

续表1Table 1 (Continued)

1.1.2 供试药剂 25 g/L 五氟磺草胺 (penoxsulam)可分散油悬浮剂 (OD)，美国陶氏益农公司。

1.1.3 主要仪器 3WP-2000 型行走式喷雾塔，农业农村部南京农业机械化研究所。

1.2 试验方法

1.2.1 供试植物培养 将无除草剂残留的农田土与育苗基质 (草炭、珍珠岩、蛭石等) 按质量比1 : 1 混匀过筛并高温灭菌后，装于直径为12 cm 的塑料盆钵内至3/4 处，挑选均匀一致经催芽已露白的稗草种子分别播种于盆钵内，每盆播30 粒，表面覆盖1 cm 土层，加水使土壤完全湿润后，置于可控日光温室内培养。试验期间温室内白天温度28 ℃，晚上25 ℃，光照周期 12 D/12 L，光强度12 000～20 000 lx，相对湿度65%～85%，定时补水。

1.2.2 稗属杂草对五氟磺草胺的抗药性水平检测采用整株生物测定法[7]测定。将稗草培养至2 叶期，每盆定苗至15 株。待其长至3 叶期时，采用3WP-2000 型自动喷雾装置 (扇形喷头) 进行茎叶喷雾处理，喷施液量为450 L/hm2，喷雾压力为0.275 MPa。25 g/L 五氟磺草胺可分散油悬浮剂的剂量 (有效成分) 设为0 (CK)、3.75、 7.5、15、30 和60 g/hm2。根据预试验结果，敏感种群 (HNS) 使用25 g/L 五氟磺草胺可分散油悬浮剂处理，有效成分分别为0(CK)、1.875、3.75、 7.5、15 和30 g /hm2。每处理3 次重复，于施药后1 h将稗草置于温室继续培养。分别处理后3、5、10 和15 d 详细记录稗草的受害症状，如生长受抑制、叶片黄化和畸形等。于处理后12 d 剪取各处理稗草地上部分，称重，按 (1) 式计算实际鲜重抑制率 (E)。

式中：NCK为空白对照处理杂草鲜重，NPT为施药处理区杂草鲜重。

1.3 数据处理

采用DPS(V3.01 专业版) 统计分析软件对药剂剂量对数值与杂草鲜重抑制率的概率值进行回归分析，计算毒力回归方程、ED50值、95%置信限、相关系数和抗性指数 (抗性种群ED50/敏感种群ED50)。抗性水平分级标准：抗性指数 (Resistance index，RI) ≤ 1 为敏感；1.0 ＜RI ≤ 3.0 为低水平抗性；3.0 ＜RI ≤ 10.0 为中等水平抗性；RI ＞10 为高水平抗性[8]。

2 结果与分析

2.1 五氟磺草胺处理后稗草的受害症状

结果如图1 所示：处理后3 d，稗草敏感种群生长停止，5 d 后老叶发黄，心叶褪绿，从叶尖开始向下逐渐黄化，10 d 后茎基部发黑，轻轻一拔即断；而抗性种群5～7 d 后植株生长受抑制，叶片褪绿成浅灰色，叶鞘披散，心叶蜷曲畸形，15 d后叶色呈深绿色，植株矮化，后期继续生长。

2.2 稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性水平

监测结果见表2。可以看出：在所监测的中国水稻主产区70 个稗草田间种群中，高水平抗性种群达50.0%，中水平抗性种群47.1%，低水平抗性种群2.9%，无敏感种群。

表2 稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性监测结果Table 2 Resistance levels of the field populations of Echinochloa spp. to penoxsulam

续表2Table 2 (Continued)

不同省份稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性及抗性稗草田间种群分布情况分别见图2～图3。在位于长江中下游稻区的湖南省共计11 个种群中，采自汉寿县株木山集镇、安乡县下渔口镇、常德市蒿子港镇和韩公渡镇，汉寿县洲口镇、益阳市茈湖口镇、张家塞乡和沙头镇的8 个种群表现为中等抗性水平 (RI = 3.20～9.64，占比72.7%)，采自沅江市草尾镇、千山红镇和汉寿县莲湖农场的3 个种群表现为高水平抗性 (RI =27.3～42.1，占比27.3%)；在湖北省的10 个种群中，仅采自公安县闸口镇的1 个种群为低水平抗性 (RI = 2.78，占比10.0%)，公安县章庄铺镇和黄梅县张湖农场的2 个种群为中等抗性水平 (RI =8.31 和9.18，占比20.0%)，而公安县章田寺乡、阳新县陶港镇、木港镇、军垦农场、浮屠镇、武穴市大金镇和荆州市江陵县的7 个种群均为高水平抗性 (RI = 12.4～47.5，占比70.0%)；在江西的15 个种群中，采自宁都县会同乡、固村镇和青塘镇，余干县瑞洪镇，南昌县五星农场，南昌市罗家镇，都昌县中馆镇和鸣山乡，余干县大唐乡和上高县南港镇的10 个种群为中等抗性水平 (RI =3.27～9.89，占比66.7%)，采自南昌县幽兰镇、都昌县北山乡、余干县古埠镇、上高县泗溪镇和敖山镇的5 个为高水平抗性 (RI = 10. 9～45.3，占比33.3%)；在采自安徽的4 个样品中，除含山县林头镇的1 个种群为中等抗水平 (RI = 9.85，占比25.0%)外，含山县环峰镇、昭关镇和巢湖市高林镇的3 个种群均达高水平抗性 (RI = 16.9～179，占比75.0%)；在采自江苏的10 个种群中，采自扬州市仪征市、淮安市洪泽区、连云港市东海县、徐州市睢宁县、苏州市张家港市和扬州市邗江区的6 个种群为中等抗性水平 (RI = 4.72～8.32，占比60.0%)，而镇江市句容市、常州市武进区、盐城市盐都区和南京市高淳区的4 个种群为高水平抗性 (RI = 13.7～58.7，占比40.0%)。

在北方稻区黑龙江省的8 个田间种群中，庆安县平安镇的种群为低水平抗性 (RI = 2.76，占比12.5%)，安庆县丰收乡和建民乡的2 个种群为中等水平抗性 (RI = 3.11，4.16，占比25%)，而五常市五常镇、卫国乡，哈尔滨市料甸镇、阿什河街道、亚沟街道的5 个种群为高水平抗性 (RI =35.3～133，占比62.5%)；在宁夏的12 个种群中，灵武市崇兴镇、中宁县石空镇、中卫市迎水桥镇和青铜峡市大坝镇的4 个种群为中等抗性水平(RI = 5.41～9.99，占比33.3%)，灵武市郝家桥镇、梧桐树乡，中宁县鸣沙镇、余丁乡，平罗县通伏乡、姚伏镇，青铜峡市小坝镇和瞿靖镇共8 个种群为高水平抗性 (RI = 14.0～63.4，占比66.7%)。

3 结论与讨论

杂草抗药性是一种胁迫进化现象，是伴随着除草剂对杂草的选择作用而出现的。不同地理区域由于用药剂量及频率的差异，导致杂草对药剂的抗药性发展速度不同[9-10]。本研究测定了中国湖南、湖北、江西、安徽和江苏，东北稻区的黑龙江以及西北稻区宁夏共7 省70 地水稻田稗草种群对除草剂五氟磺草胺的敏感性，发现70 个稗草田间种群均对五氟磺草胺产生了不同程度的抗药性，其中低水平抗性种群仅为2.9%，高水平抗性种群达50.7%。7 省均无敏感种群。在湖北、安徽、宁夏和黑龙江4 个省份中，高水平抗性种群均达60%以上，其他3 省的高水平抗性种群也在25%以上。表明这7 个水稻主产区的大部分稗草田间种群均对五氟磺草胺均产生了中、高水平的抗性，应加强五氟磺草胺的用药管理，建议在出现稗草高水平抗性地区暂停使用五氟磺草胺，在中、低水平抗性区域应轮换使用不同作用机理的除草剂，以延缓其稗草抗药性继续发展。

乙酰乳酸合成酶 (ALS) 抑制剂因活性高、杀草谱广、选择性强等优点被广泛用于防除农田杂草[11]，但由于该类除草剂作用位点单一，杂草对其极易产生抗性，导致抗ALS 抑制剂类除草剂的生物型杂草已成为发展速度最快的抗性杂草[12]。磺酰胺类除草剂是由美国陶氏益农公司研制开发的一类新的ALS 抑制剂，而在现有的6 个品种中，仅五氟磺草胺可用于水稻田除草[13]。自2008年五氟磺草胺在中国获得登记以来，已被广泛用于中国水稻主产区防除稻田杂草[14-15]，而有关稗草对其产生抗性的报道也不断增加。刘健等发现，中国东北稻区稻稗对五氟磺草胺产生了高水平抗性，抗性指数高达35.55[16]；单国侠等和李俭等也均在东北稻区发现了抗五氟磺草胺的稻稗生物型[17-18]；Fang 等在江苏省发现了相对抗性高达33.33 的稗草[19]；王晓琳等在湖北省发现了抗性指数为13.50 的抗五氟磺草胺稗草[20]；Chen 等在研究不同稻区稗草对五氟磺草胺抗药性时发现，稻田稗草对我国常用的二氯喹啉酸、双草醚、嘧啶肟草醚等7 种除稗剂同时产生了抗性[21]；Yang 等研究发现，抗五氟磺草胺的稗草生物型同时对双草醚和二氯喹啉酸具有高水平抗性[22-23]。本研究结果与上述报道基本相似，即在我国水稻主产区稻田稗草种群对五氟磺草胺产生了广泛的抗性，尤其是湖南沅江、汉寿，湖北江陵、军垦农场，江西余干，安徽含山县，江苏南京市高淳区、镇江市句容，宁夏中宁县和平罗县的直播稻区，以及黑龙江省哈尔滨的阿城区和五常市的机插秧稻区均达极高水平抗性，这与目前上述地区仍然使用五氟磺草胺作为稗草防控首选药剂的情况相吻合，也与生产实践中稗草的防除难度越来越大的现状相一致。因此，建议在上述稻区停止使用五氟磺草胺，以延缓稗草抗性继续发展。此外，不同稻区稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性水平差异较大，这可能与不同地理区域的施药历史有关，还很有可能是因为五氟磺草胺与其他除草剂存在交互抗性相关[24]。

目前已报道的稗草种群对五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚等ALS 抑制剂抗性的产生与靶基因 (ALS) 的氨基酸突变[25-26]，拷贝数增加导致基因过量表达[24,27]以及细胞色素P450 代谢酶活性增强等均息息相关[28-32]。在靶基因突变方面，Panozzo等[25]报道了抗性稗草生物型中ALS 基因的574(Trp574) 位色氨酸被亮氨酸取代后，该杂草同时对磺酰脲类和咪唑啉酮类除草剂产生了抗性。Délye 和IWAKAMI 等报道，Pro197 被取代后仅对磺酰脲类除草剂产生高水平抗性[9,27]。而Ala122突变后几乎对所有的ALS 抑制剂类除草剂均产生了抗性[33]。本研究明确了我国水稻主产区稗草田间种群对五氟磺草胺的抗性现状，虽然该药剂的药效团与其他乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂存在差异[11]，但其与其他稻田常用除草剂是否存在多抗性、交互抗性以及其抗性机理仍还需进一步探明。