新疆棉田杂草龙葵对二甲戊灵的抗性水平及多抗性测定

魏迎凤, 张全成, 查 慧, 王小丽, 王俊刚

(石河子大学 农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003)

龙葵Solanum nigrumL. 属茄科茄属，是棉花、玉米、小麦、甜菜、瓜类等农田常见阔叶杂草，具有生长迅速、繁殖力强、生育期短、结实量多等特性[1]，在我国各地均有分布，现已成为新疆棉田恶性杂草之一[2-3]。在成株期，龙葵植株高大，占据较大空间，遮挡阳光，争夺水肥，影响棉花光合作用，导致棉花生长缓慢、产量下降、品质降低[4-5]。为了防除棉花田杂草，新疆曾长期单一使用氟乐灵 (trifluralin)，20 世纪90 年代才开始使用二甲戊灵进行土壤封闭处理，最初防效较好[6-7]，现已有98% 以上的棉田在播种前会使用二甲戊灵进行土壤封闭，以降低苗前杂草的发生率[8-9]。

二甲戊灵 (pendimethalin) 是二硝基苯胺类土壤处理型除草剂，1991 年在我国开始用于防除甘蓝、玉米及棉花田一年生杂草，2003 年开始用于水稻田[10]，由于其杀草谱广、毒性低及安全性高等特点[11]，现被广泛用于棉花、玉米、大豆和水稻等作物田，已成为世界第三大除草剂品种[12]，主要防除稗草Echinochloa crusgalli(L.) Beauv.、牛筋草Eleusine indica(L.) Gaertn.、马唐Digitaria sanguinalis(L.) Scop.、龙葵Solanum nigrumL.、苘麻Abutilon theophrastiMedicus 及马齿苋Portulaca oleraceaL. 等杂草[13]。然而，早在1995 年，James 等即发现大穗看麦娘Alopecurus myosuroidesHuds.[14]对二甲戊灵产生了9.80 倍的抗性；近年来研究发现，硬直黑麦草Lolium rigidumGaud.[15]、稗草[16]、田旋花Convolvulus arvensisL.[17]等已对二甲戊灵产生了抗性，其抗性指数分别为12.00、3.18 和86.80。为了有效防除龙葵，研究者进行了二甲戊灵与乙氧氟草醚(oxyfluorfen)[4]、丙炔氟草胺 (flumioxazin)[18-19]、氟啶草酮 (fluridone)[20]等药剂的混配使用，同时，相关研究表明，龙葵对莠去津 (atrazine)[8,21]、西玛津 (simazine)[21]及百草枯 (paraquat)[22]均产生了抗性。截至2022 年3 月，目前全球报道已有509 种杂草的266 个生物型 (153 个双子叶植物和113 个单子叶植物) 对除草剂产生了抗性，广泛分布于全球71 个国家的96 种作物，棉田共有86 种抗性杂草，其中11 种对氟乐灵、二甲戊灵、氨基丙氟灵等二硝基苯胺类除草剂产生了抗性[23]。

目前关于我国新疆棉田龙葵是否已对二甲戊灵产生抗性的情况尚未见报道。本研究分别采用培养皿种子检测法和整株植物检测法[24]，测定了新疆不同棉区龙葵种群对二甲戊灵的抗性水平，探索了抗二甲戊灵龙葵种群对扑草净、乙氧氟草醚和丙炔氟草胺的多抗性，旨在为棉田龙葵的有效治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2021 年7 月至9 月期间，在新疆不同地区田间采集龙葵Solanum nigrumL. 果实，将成熟的紫黑色果实放入自封袋，置于室温通风处，待其进一步成熟后，置于纱网中，在流水下揉搓去除果肉果皮，通风处阴干种子，挑选饱满的种子备用。龙葵敏感种群SHZ-8 采自从未施用过除草剂的野樱桃林。种子采集地信息详见表1。

表1 龙葵种子采集地点Table 1 Solanum nigrum L. seed collection locations

1.2 药剂及仪器

试验药剂：98%二甲戊灵 (pendimethalin) 原药 (上海源叶生物科技有限公司)；24%乙氧氟草醚 (oxyfluorfen) 乳油 (EC，山东侨昌现代农业有限公司)；50%丙炔氟草胺 (flumioxazin) 可湿性粉剂(WP，山东先达农化股份有限公司)；50%扑草净(prometryn) 悬浮剂 (SC，浙江长兴第一化工有限公司)；98%赤霉酸 (GA3) 原药 (上海源叶生物科技有限公司)；丙酮为分析纯。

主要仪器：SPX-250I-G 型光照培养箱 (上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；BAS124S 万分之一电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)；9 cm定性滤纸 (上海垒固仪器有限公司)；2L FOOJO 气压式喷壶 (北京兰杰柯科技有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 药液配制 准确称取98% 二甲戊灵原药0.5 g，用10 mL 丙酮溶解，再用0.1%的吐温-80稀释，配制成试验所需浓度药液。

1.3.2 供试植物培养 室温 (24～28 ℃) 条件下，将采自不同地区的龙葵种子在200 mg/L 的赤霉酸溶液中浸泡20 min，以打破种子休眠[25]。在直径为9 cm 的培养皿中铺双层湿滤纸，选取处理过的龙葵种子10 粒，放于滤纸上。用保鲜薄膜包裹培养皿以防止水分散失，并定期补充水分，保持湿润。将培养皿放入光照培养箱中进行催芽，培养条件为光照30 ℃/黑暗20 ℃，光照周期12 L/12 D，照度10 000 lx，相对湿度50%～70%。选取刚露白、胚根约1 mm 的种子供试。

1.3.3 龙葵种子对二甲戊灵的抗性测定 通过培养皿种子检测法[24]测定，试验在光照培养箱中进行。将催芽露白的龙葵种子置于铺有双层湿滤纸的培养皿中，每皿20 粒，皿中加入3 mL 不同浓度的二甲戊灵溶液。培养条件同1.3.2 节。设置二甲戊灵质量浓度分别为12.5、25、50、100 和200 mg/L，以清水为对照，共6 个处理，每处理重复3 次。7 d 后，每皿随机选取6 株龙葵，测定根长，计算根长抑制率。

1.3.4 龙葵幼苗对二甲戊灵的抗性测定 通过整株植物检测法[24]测定，试验在玻璃温室中进行。将未施用过二甲戊灵的农田土壤与ZH-品氏基质按质量比1 : 1 均匀混合，装入直径为23 cm、高17 cm 的塑料盆中。将催芽露白的龙葵种子移植于塑料盆中，每盆20 粒，均匀覆土1 cm，底盘加水以保持土壤湿润。播种24 h 后，采用喷雾压力为200 kPa 的FOOJO 气压式喷壶将不同浓度药液均匀喷施于土壤表面，置于温室中培养 (28 ℃左右，相对湿度约70%)。按照其田间推荐剂量(有效成分990 g/hm2)，二甲戊灵试验剂量 (有效成分) 分别设置为300、600、900、1 200 和1 500 g/hm2，以清水为对照，共6 个处理，每处理3 次重复。14 d 后，从每盆随机剪取6 株龙葵地上部分，称量鲜重，计算鲜重抑制率。

1.3.5 多抗性测定 选取整株植物检测法结果中的敏感 (SHZ-8)、中抗 (CJ-2) 及高抗 (BL-1) 龙葵种群，采用新疆棉田常用的土壤处理除草剂50%扑草净悬浮剂、24%乙氧氟草醚乳油及50%丙炔氟草胺可湿性粉剂分别进行处理，按照1.3.4 节描述的温室盆栽法进行培养。在预试验的基础上，各药剂分别设置5 个剂量 (表2)，以清水为对照，每处理3 次重复。14 d 后，从每盆随机剪取6 株龙葵地上部分，称量鲜重，计算鲜重抑制率。

表2 各除草剂用量Table 2 Doses of herbicides

1.4 数据处理

所有试验结果的数据均采用Excel 2010 软件进行整理，使用DPS V9.01 软件求出回归方程、生长抑制中量 (GR50)、相关系数 (r)、抗性指数(RI) 及95%置信区间。

式中，下标R 表示抗性种群，S 表示敏感种群。

抗性水平分级标准[26]：RI≤2 为敏感；2＜RI≤5 为低水平抗性；5＜RI≤10 为中等水平抗性；RI＞10 为高水平抗性。

2 结果与分析

2.1 不同地区龙葵种子对二甲戊灵的抗性水平

通过培养皿种子检测法测得新疆不同地区龙葵种群对二甲戊灵的抗性水平，结果 (表3) 表明：采自石河子南区野樱桃林的SHZ-8 种群为相对敏感种群，GR50值 (有效成分) 为4.379 mg/L；BL-1 种群对二甲戊灵的相对抗性最高，抗性指数为20.62；TMK-2 等7 个种群抗性指数在1.00～1.86 之间，为敏感型种群；KT-1 等40 个种群抗性指数在2.00～4.55 之间，为低水平抗性；SHZ-1等7 个种群抗性指数在5.09～7.17 之间，为中等水平抗性；BL-5 和BL-1 这2 个种群的抗性指数分别为11.44 和20.62，为高水平抗性。敏感、低抗、中抗和高抗种群分别占总数的12.5%、71.4%、12.5%和3.6%。

表3 不同龙葵种群对二甲戊灵的抗性水平 (培养皿种子检测法)Table 3 Resistance levels of different Solanum nigrum L. populations to pendimethalin (petri dish seed detection method)

续表3Table 3 (Continued)

2.2 不同地区龙葵幼苗对二甲戊灵的抗性水平

整株植物检测法测定结果 (表4) 表明，此方法和培养皿种子检测法所获结果趋势一致，龙葵整体抗性水平均为北疆 ＞ 南疆、东疆；不同地区龙葵对二甲戊灵的抗性存在明显差异，其中博乐地区抗性水平偏高。石河子南区野樱桃林SHZ-8 种群为相对敏感种群，GR50值 (有效成分) 为183.4 g/hm2；BL-1 种群相对抗性水平最高，抗性指数为26.20；TLF-4 等3 个种群抗性指数在1.00～1.43 之间，为敏感型种群；AKS-4 等41 个种群抗性指数在2.09～4.99 之间，为低水平抗性；SHZ-3 等9 个种群抗性指数处于5.17～8.51 之间，为中等水平抗性；BL-3 等3 个种群抗性指数在12.96～26.60 之间，为高水平抗性。供试的56 个龙葵种群中，敏感、低抗、中抗和高抗种群分别占总数的5.4%、73.2%、16.0%和5.4%。

表4 不同龙葵种群对二甲戊灵的抗性水平 (整株植物检测法)Table 4 Resistance levels of different Solanum nigrum L. populations to pendimethalin (whole plant detection method)

续表4Table 4 (Continued)

2.3 抗二甲戊灵龙葵幼苗的多抗性

选取2.2 节结果中的敏感、中抗和高抗种群(SHZ-8、CJ-2、BL-1) 龙葵分别进行多抗性测定，结果 (表5) 表明：BL-1 种群对丙炔氟草胺存在低水平多抗性，WJQ-2 种群对丙炔氟草胺仍为敏感型种群，2 个种群对乙氧氟草醚和扑草净均仍为敏感型种群。

表5 抗感龙葵种群对棉田常用土壤处理除草剂的多抗性Table 5 Multi-resistance of Solanum nigrum L. to commonly used soil treatment herbicides in cotton fields

3 结论与讨论

田间杂草抗药性的产生，究其原因大多为所用除草剂靶标单一，且作用机制相同的除草剂频繁使用所致[27]，此外也可能是由于杂草结实率高、发芽率高、适应能力强[28]等原因而造成。新疆棉花属常年连作，播种前普遍使用二甲戊灵进行土壤封闭处理，因此极易引起龙葵及其他杂草对二甲戊灵产生不同程度的抗性。已有相关研究发现龙葵对三嗪类除草剂莠去津和西玛津[8,21]、对联吡啶类除草剂百草枯[22]等药剂均产生了抗性。

本研究采用两种检测方法分别进行测定，结果发现，新疆龙葵对二甲戊灵的抗性水平整体上均呈现出北疆 ＞ 南疆、东疆的趋势。就2 种方法进行比较，则培养皿种子检测法测得的抗性指数普遍低于整株植物检测法的抗性指数，与Xu 等[29]和祝玮玮等[30]的研究结果相似。其中以博乐地区龙葵种群表现尤为明显，培养皿种子检测法中BL-1、BL-3、BL-5 种群的抗性指数分别为20.62、7.12 和11.44，而整株植物检测法的抗性指数分别为26.20、12.96 和17.93，其差异可能是由于3～4 叶期幼苗的解毒代谢能力强于催芽露白的种子。笔者认为，整株植物检测法与田间杂草的实际抗药性情况更为接近，能很好地反映出新疆棉田龙葵对二甲戊灵的抗性现状。

通过测定新疆56 个地理种群龙葵对二甲戊灵的抗性，发现北疆博乐地区BL-1、BL-3 和BL-5 种群已呈现出高水平抗性，抗性指数分别为26.20、12.96 和17.93，石河子、五家渠、昌吉等地区龙葵种群对二甲戊灵的抗性指数在5.17～8.51 之间，为中等水平抗性；东疆和南疆则全部为低水平抗性，抗性指数在2.02～4.50 之间。多抗性研究发现，BL-1 种群同时对丙炔氟草胺产生了多抗性。

综上，建议加强棉田二甲戊灵的用药管理及抗性监测，且加强其与丙炔氟草胺、乙氧氟草醚和扑草净等不同作用机制除草剂的轮用、混用，同时结合耕作管理及水肥管理等措施，以有效控制龙葵等田间杂草的为害，延缓其抗药性的持续发展。

本研究明确了新疆棉田龙葵对二甲戊灵的抗性现状及对棉田常用土壤处理剂的多抗性，为新疆棉田科学合理使用除草剂、指导田间用药奠定了基础，但有关龙葵代谢解毒酶活性与抗性的相关性，以及抗性基因的筛选与表达等仍需进一步研究。