耐异丙隆和甲基二磺隆小麦种质资源筛选

邓海玲， 杨 雪， 张巧凤， 强 胜， 宋小玲

(1.南京农业大学生命科学学院杂草研究室，江苏南京 210095； 2.江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所，江苏南京 210014)

小麦是江苏省的主要粮食作物之一，在全国粮食生产中占有重要地位。但小麦生长过程中杂草发生危害频繁，严重影响小麦品质和产量。尽管现有化学除草剂种类较多，但由于除草剂防除对象有限以及除草剂药害等问题，小麦田杂草仍是制约小麦高产和稳产的主要因素。除草剂异丙隆和甲基二磺隆是目前小麦田常用的除草剂，但在实际生产中常有药害或冻药害发生，制约了它们施用的有效性。

异丙隆为取代脲类内吸收传导型土壤处理兼茎叶处理除草剂，药剂被植物吸收后，通过结合杂草细胞中类囊体膜内侧的D1蛋白，阻碍光系统吸收短波红光，进而影响杂草光合作用，受药害的杂草叶片褪绿、发黄、枯死[1-2]。异丙隆是我国应用最广、施药量最大的麦田除草剂之一，对防除看麦娘(Alopecurusaequalis)、野燕麦(Avenafatua)、早熟禾(Poaannua)、菵草(Beckmanniasyzigachne)、耿氏硬草(Sclerochloakengiana)、牛繁缕(Malachiumaquaticum)、田紫草(Lithospermumarvense)等禾本科杂草和阔叶杂草有显著效果，但是由于在施用异丙隆前后遇到低温时会产生严重的低温药害，导致小麦的产量和品质遭受严重影响[3-4]。甲基二磺隆为磺酰脲类除草剂，主要通过植物的茎叶吸收后经韧皮部和木质部传导，抑制敏感植物体内乙酰乳酸合酶(ALS)活性，导致支链氨基酸的合成受阻，使细胞分裂受到抑制，最终导致敏感植物死亡[5]。该药剂对冬小麦、春小麦田一年生禾本科杂草看麦娘、菵草、野燕麦等和部分阔叶杂草繁缕(Stellariamedia)、猪殃殃(Galiumspurium)等有较好的防效，是目前防治小麦田节节麦(Aegilopstauschii)、雀麦(Bromusjaponicus)、菵草等恶性杂草的最好药剂。不同小麦品种对甲基二磺隆的耐药性差异较大，敏感性品种喷施甲基二磺隆后会出现较为严重的矮化蹲苗现象[6]。笔者所在实验室前期研究表明，对异丙隆和甲基二磺隆耐药性较强的小麦品种低温药害程度弱。种植耐除草剂的小麦品种是当前解决麦田草害和冻药害的可行途径。因此，本研究以江苏省主要种植的 85 个小麦品种(系)为对象，测定它们对异丙隆和甲基二磺隆的耐药性，得出的结果可为避免这2种除草剂的冻药害提供实际指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试药剂 30 g/L甲基二磺隆可分散油悬浮剂(安徽蓝田农业开发有限公司)；50%异丙隆可湿性粉剂(江苏省快达农化股份有限公司)。

1.1.2 供试小麦品种 供试的品种(系)共85个，其中通过审定的品种65个和未审定品系20个(表1)，均是江苏省主要种植品种(系)，由江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所、江苏沿江地区农业科学研究所和江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 确定批量筛选剂量及数据统计方法

1.2.1.1 试验设计 试验于2021年9月25日在南京农业大学牌楼科研教学基地进行，选取红皮小麦宁麦资518、宁麦18和白皮小麦徐麦33、瑞华麦568为代表品种，在高12 cm、直径9 cm的塑料杯中装入土壤(营养土 ∶油菜地土=1 ∶1)并浇透水过夜，9月26日在塑料杯中均匀撒入小麦种子，播种量为10粒/杯，并在种子表面覆土1 cm。每天浇水保持土壤湿润，待小麦长到3～4叶1心期(10月19日)时分别施用50%异丙隆可湿性粉剂和30 g/L甲基二磺隆可分散油悬浮剂，其中50%异丙隆可湿性粉剂施用剂量为0、1 500、3 000、6 000、12 000、24 000、48 000 g/hm2，兑水 1 000 L/hm2；30 g/L甲基二磺隆可分散油悬浮剂施用剂量为0、450、1 350、2 700、4 050、5 400、7 200 mL/hm2，兑水600 L/hm2。每种除草剂设6个处理和1个清水对照，4次重复。

表1 供试小麦名称、审定编号及种植麦区Table 1 Variety or line names，approval numbers and planting areas of wheats

为确保喷施除草剂的均匀程度，首先用墨水代替除草剂在2 m2大小的范围内进行喷施药剂练习，反复喷施至药液均匀分布。施药前，把供试小麦随机均匀放置在2 m2的空地上，用1.5 L手持式喷雾器(型号SX-574，中国市下控股有限公司产品，喷头型号为sv-1伞式喷头)均匀喷雾，喷雾压力约为0.2 MPa。喷施不同的除草剂时，分别使用独立的喷雾器，以防互相干扰。

1.2.1.2 指标测定 于施药后3、5、7、9、11、14 d 连续观察并记录各处理小麦的药害现象及死亡速度，根据5级药害分级法(表2)评定小麦药害级别，计算各处理药害综合指数。并于施药后14 d测量各处理小麦的株高、地上部鲜重和干重。计算药害综合指数、地上部鲜重抑制率和地上部干重抑制率。

药害综合指数=∑[(各个处理各药害级别株数×级别)/(各个处理总株数×最高级别)]×100%；

地上部鲜重抑制率=(对照地上部鲜重-处理地上部鲜重)/对照地上部鲜重×100%；

地上部干重抑制率=(对照地上部干重-处理地上部干重)/对照地上部干重×100%。

表2 除草剂对小麦的药害症状分级标准Table 2 Scoring criteria of herbicide phytotoxicity level on wheat

1.2.1.3 数据处理 用Origin 8.0分析软件进行剂量和耐药率、地上部鲜重、地上部干重的Logistic回归分析，得出回归方程，计算ED50和ED90值。分析各小麦的药害综合指数、地上部鲜重抑制率和地上部干重抑制率与除草剂剂量关系，确定这3个指标是否可以作为评价小麦对除草剂耐药性差异的指标；并分析小麦对不同剂量除草剂的耐药性差异，确定批量筛选剂量。

1.2.2 批量筛选耐除草剂小麦及数据统计方法 种植方法和施药方法同“1.2.1”节，施药剂量为“1.2.1”节中确定的批量筛选剂量。试验在南京农业大学牌楼科研教学基地进行，种植时间为2021年10月28日，施药时间为2021年11月25日。施药后观察药害症状并且于异丙隆施药后 18 d、甲基二磺隆施药后35 d测定地上部鲜重、地上部干重，调查方法同“1.2.1”节。计算耐药率以及相对地上部鲜重和相对地上部干重。

耐药率=1-药害综合指数；

相对地上部鲜重=处理组地上部鲜重/空白对照地上部鲜重×100%；

相对地上部干重=处理组地上部干重/空白对照地上部干重×100%。

小麦的耐药率、相对地上部鲜重和相对地上部干重的值越大，则该小麦对所用除草剂的耐药性越强。按照表3中列出的标准，把耐药率、相对地上部鲜重和相对地上部干重分别划分为5个耐药级别，之后计算耐药级别之和，把耐药级别之和作为评价小麦对异丙隆和甲基二磺隆耐药性的标准，并对85个小麦品种(系)耐药性排序。耐药性划分为5个等级，具体见表4。

表3 小麦耐药率、相对地上部鲜重和相对地上部干重的耐药级别划分标准Table 3 Criteria for classifying resistance degrees of wheats in terms of resistance rate，relative above-ground fresh weight and relative above-ground dry weight

表4 小麦耐药性划分标准Table 4 Criteria for classifying wheat resistance

2 结果与分析

2.1 确定批量筛选剂量

宁麦资518、宁麦18、徐麦33和瑞华麦568共4个代表品种在施药后1～14 d的药害症状调查结果显示，随着甲基二磺隆和异丙隆剂量的增加，小麦的药害症状和药害级别呈逐渐增加的趋势。药后14 d，异丙隆各处理小麦均出现药害症状，在最低剂量和低剂量处理(1 500 、3 000 mL/hm2)下，宁麦18和瑞华麦568较严重，药害等级为1～2级；宁麦资518和徐麦33生长停滞，新生叶枯黄，叶尖发黄变皱，药害等级为1级。中剂量和中高剂量处理(6 000、12 000 mL/hm2)下，宁麦资518和徐麦33叶尖严重枯黄，根茎变黄，药害等级为3级；宁麦18和瑞华麦568植株整体黄化 40%～60%，老叶枯黄严重卷曲，根茎畸形开始腐烂，药害等级3～4级。高剂量和最高剂量处理(24 000、48 000 mL/hm2)下，能明显观察到4个小麦品种之间的药害差异，其中瑞华麦568药害最为严重，叶片81%～100%枯黄死亡，根茎腐烂，植株断根、完全倒伏，整株91%～100%枯黄死亡，药害症状达到5级；其次为宁麦18，植株整体黄化80%～90%，根茎畸形腐烂，部分倒伏，药害等级为4～5级；宁麦资518植株整体黄化60%～80%，根茎枯黄，部分倒伏，药害等级为4～5级；徐麦33药害症状最轻，植株整体黄化40%～60%，老叶枯黄皱缩卷曲，药害等级为3～4级。就药害症状来看，在高剂量和最高剂量处理(24 000、48 000 mL/hm2)下，能明显区分4个小麦品种对异丙隆的敏感性差异，选择中间剂量 36 000 mL/hm2作为比较不同小麦品种(系)对异丙隆敏感性差异的合适剂量。

药后14 d，甲基二磺隆各处理间药害症状有明显差异，最低剂量和低剂量处理(450、1 350 mL/hm2)下，4个品种小麦均表现为生长缓慢，叶尖黄化干枯卷曲，新生叶片基本枯黄 死亡，药害级别为1级。中剂量和中高剂量处理(2 700、4 050 mL/hm2)下，4个小麦品种药害症状开始出现差异，瑞华麦568药害最轻，生长缓慢，叶尖枯黄卷曲，药害等级为1～2级；宁麦资518、宁麦18和徐麦33药害症状相近，植株生长基本停止，心叶开始黄化死亡，根茎干枯开始腐烂，药害等级为3级。高剂量和最高剂量处理(5 400、7 200 mL/hm2)下，4个小麦品种药害症状出现明显差异，瑞华麦568生长逐渐停止，叶尖干枯卷曲，叶片中部开始白化，新生叶片干枯死亡，药害等级为2～3级；宁麦资518和徐麦33植株叶片黄化70%～80%，部分植株根茎部腐烂，断根倒伏，药害级别为4～5级；宁麦18药害最为严重，植株叶片完全枯黄死亡，整体出现断根倒伏，整株81%～100%枯黄死亡，药害级别为5级。就药害症状来看，在高剂量和最高剂量处理(5 400、7 200 mL/hm2)下，能明显区别4个品种小麦对异丙隆的敏感性差异，故选择中间剂量6 300 mL/hm2作为比较不同小麦品种(系)对甲基二磺隆敏感性差异的合适剂量。

在药害症状达到5级时，测量各小麦地上部鲜重和干重。结果表明，异丙隆和甲基二磺隆对小麦药害综合指数、地上部鲜重和干重的抑制作用明显，且随剂量的增加，抑制作用呈增加趋势，药剂剂量和这3个指标之间的回归分析均有较好的相关性(表5、表6)，说明这3个指标均可以作为批量测定小麦对除草剂耐药性差异的指标。

表5 50%异丙隆可湿性粉剂处理4个小麦品种的Logistics曲线方程及ED50和ED90值Table 5 The Logistic curve equation and ED50 and ED90 values of four wheat varieties treated with isoproturon 50% WP

表6 30 g/L甲基二磺隆可分散油悬浮剂处理4个小麦品种的Logistics曲线方程及ED50和ED90值Table 6 The Logistic curve equation and ED50 and ED90 values of four wheat varieties treated with mesosulfuron-methyl 30 g/L OD

2.2 85个小麦品种(系)对异丙隆耐药性差异比较

从异丙隆施药后18 d各小麦症状可明显看出，不同小麦品种(系)对异丙隆的耐药性存在明显差异，同一小麦品种(系)的不同指标对异丙隆的耐药性差异基本一致。对85个小麦品种(系)的耐药率、相对地上部鲜重和相对地上部干重耐药级别进行综合排序，结果见表7。

85个小麦品种(系)中，瑞华麦218、44、明麦133、淮麦44、瑞华麦516、江麦816和淮麦30共7个小麦品种(系)对异丙隆高度耐药，3个指标耐药级别之和为12～15；淮麦18、55、瑞华520等8个小麦品种(系)中度耐药，3个指标耐药级别之和为10～11；29、扬麦23、江麦919等14个小麦品种(系)低度敏感，3个指标耐药级别之和为8～9；江麦166、丰德存麦12号、宁麦资126等35个小麦品种(系)中度敏感，3个指标耐药级别之和为 6～7；漯麦18、扬麦25、镇麦13等21个小麦品种(系)对异丙隆高度敏感，3个指标耐药级别之和为3～5。

表7 85个小麦品种(系)对异丙隆的耐药性比较Table 7 Comparison on the isoproturon resistance of 85 wheat varieties(lines)

表7(续)

表7(续)

2.3 85个小麦品种(系)对甲基二磺隆耐药性差异比较

从甲基二磺隆施药后35 d各小麦症状可明显看出，不同小麦品种(系)对甲基二磺隆的耐药性存在明显差异，同一小麦品种(系)的不同指标对甲基二磺隆的耐药性差异基本一致。对85个小麦品种(系)的耐药率、相对地上部鲜重和相对地上部干重耐药级别进行综合排序，结果见表8。

85个小麦品种(系)中，30、宁麦资14213、百农矮抗58等11个小麦品种(系)对甲基二磺隆高度耐药，3个指标耐药级别之和为12～14；江麦898、农麦88、50等8个小麦品种(系)中度耐药，3个指标耐药级别之和为11；淮麦23、宁麦23、江麦23等16小麦品种(系)低度敏感，3个指标耐药级别之和为10；周麦33、淮麦40、徐麦35等27个小麦品种(系)中度敏感，3个指标耐药级别之和为 8～9；扬麦30、淮麦44、瑞华麦520等23种小麦对甲基二磺隆高度敏感，3个指标耐药级别之和为3～7。

表8 85个小麦品种(系)对甲基二磺隆的耐药性比较Table 8 Comparison on the mesosulfuron-methyl resistance of 85 wheat varieties(lines)

表8(续)

表8(续)

3 讨论与结论

以异丙隆12倍推荐剂量(36 000 mL/hm2)对85个江苏省主要种植小麦品种(系)进行耐药性筛选，发现瑞华麦218、瑞华麦516、明麦133、淮麦44、淮麦30、江麦816和44共7个小麦品种对异丙隆具有高度耐药性。这些耐药性品种值得在生产中推广应用，其中瑞华麦218、瑞华麦516、江麦816、淮麦44、、44适合在淮北种植，明麦133、淮麦30适合在淮南种植，这些小麦品种均具有高产、稳产、多抗等优良性状[7-11]，再加上对异丙隆的耐药性强，种植这些小麦品种(系)将对麦田杂草防除和提高小麦产量有重要作用。在这些小麦品种(系)中只有明麦133是红皮小麦，其他6种均为白皮，这预示小麦种皮色与耐药性有一定的关联，有待于进一步研究分析。另外，这些耐药性强的小麦有的是由不同亲本杂交获得的，其亲本耐药性较强是否导致杂交小麦耐性强也有待于进一步研究。

以甲基二磺隆14倍推荐剂量(6 300 mL/hm2)进行整株生测法筛选发现，百农矮抗58、宁麦资14213、瑞华麦568、明麦133、丰德存麦12号、宁麦28、瑞华麦596、宁麦资126、徐麦33、30、瑞华麦218共11个小麦品种(系)对甲基二磺隆具有高度耐药性。这些耐药性品种值得在生产中推广应用，其中百农矮抗58、明麦133、丰德存麦12号、宁麦28、瑞华麦596、宁麦资126、宁麦资14213和徐麦33适合在淮南种植，瑞华麦568、30和瑞华麦218适合在淮北种植，这些小麦品种(系)均具有高产、稳产、多抗等优良性状，如百农矮抗58具有高产稳产、适应性广等特性，在黄淮南部麦区种植面积超266.67万hm2，是全国小麦的主导品种[12]。这些小麦具有优良性状且对甲基二磺隆耐药性强，种植这些小麦品种(系)将对麦田杂草防除和提高小麦产量有重要作用。

不同小麦品种(系)对异丙隆和甲基二磺隆的耐药性差异，可能与吸收传导、靶标酶活性以及除草剂喷施后在小麦体内的降解有关[13-14]。除草剂被植物吸收进入植物体内并传导到作用部位是其发挥作用的第1步。不同植物的叶片尺寸及厚度、角质层厚度、气孔数量及结构、表皮细胞及附属物结构以及内部解剖结构等存在差异，可能导致其对除草剂吸收量的不同，从而引起除草剂的耐药性差异[15]。耐药性植物可通过产生对除草剂分子不敏感的靶标酶或过量表达靶标酶等对除草剂产生耐药性[16]。乙酰乳酸合成酶(ALS)是磺酰脲类除草剂作用的唯一靶标，有研究表明，磺酰脲类除草剂苯磺隆和双氟磺草胺处理小麦后，不同小麦品种对其表现出不同的耐药性，且耐药性强的小麦品种ALS酶活性恢复快[17-18]。不同小麦品种对双氟磺草胺的耐药性差异可能与谷胱甘肽S 转移酶(GSTs)活性差异有关，耐药性较强的小麦品种GSTs活性变化幅度大，且反应时间短[19-20]。快速降解除草剂为无毒成分是植物耐除草剂的原因之一。植株体内可产生使除草剂降解的酶或酶系统，将除草剂或其他有毒代谢物降解为无毒产物。除草剂代谢是一个多步骤的过程，需要谷胱甘肽(GSH)、细胞色素 P450(P450s)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)、糖基转移酶(UGTs)和三磷酸腺苷结合盒转运体(ABC转运体)等的共同参与[21-22]。GSTs是谷胱甘肽结合反应的关键酶，用于催化亲核性的谷胱甘肽与亲电子的有毒异源物或氧化产物结合，从而促进这些有毒物质的代谢、区域化隔离或清除[23]；P450s是生物体内甾醇类激素合成、内源及外源物质代谢以及许多基础代谢催化过程中的一个重要的单加氧酶系，作物对除草剂产生的生物化学抗性是因为CYP450酶系被诱导，加速除草剂的代谢，从而转化为无毒产物[24]。耐除草剂作物能通过增加体内GSTs和CYP450s等代谢酶的活性，将除草剂快速转化为无毒代谢产物。因此有待于深入研究不同小麦品种(系)的耐药性机制。