宁夏稻田稗草对氰氟草酯抗药性及多抗性与交互抗性研究

李金辉 魏守辉 黄兆峰 张毅笑 陈露 张怡 黄红娟

关键词：稗草；氰氟草酯；抗性水平；多抗性；交互抗性

水稻是我国三大主粮之一，宁夏为我国重要的水稻生产区，种稻始于6世纪后半叶，距今已有1400多年的历史。杂草的危害是影响水稻产量和品质的重要原因之一，我国每年因杂草危害造成的水稻产量平均经济损失率已达15%，发生严重时甚至减产50%以上。我国水稻田的优势杂草种类主要有稗属杂草、千金子、鸭舌草、异型莎草、鳢肠等。其中稗草Beauv．是全世界稻田中危害最严重的杂草之一，也是宁夏稻田最重要的杂草之一，其与水稻相比具有更高的竞争能力与适应能力。有研究表明，若对水稻田中的稗草不加控制，水稻的产量会减少5%～30%，最高可减少90%。此外，稗草还是褐飞虱、稻黑蝽等昆虫及稻瘟病等病害的中间寄主，为病、虫害的发生带来潜在的可能。因此，如何减少稗草对稻田的危害已成为当今水稻生产中亟待解决的重要问题。

自20世纪60年代初期，我国开始使用化学农药防治稻田中的禾本科杂草。稻田杂草化学防治主要分为土壤封闭处理和茎叶处理。目前我国水稻田常用的土壤封闭处理除草剂包括丙草胺、丁草胺、乙草胺、莎稗磷、吡嘧磺隆、苄嘧磺隆、二甲戊靈、禾草丹等；茎叶处理除草剂有：五氟磺草胺、二氯喹啉酸、氰氟草酯、噁唑酰草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、敌稗等。其中氰氟草酯是芳氧苯氧丙酸类除草剂中唯一对水稻具有高度安全性的除草剂，通过抑制乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）的活性，影响植物正常的脂肪酸合成与生长发育，达到杀死杂草的效果。自氰氟草酯问世以来，因其高效、安全、防除范围广泛、渗透强吸收快等特点，而深受农户们的喜爱。

宁夏地区水稻主要是以直播栽培为主，而稗草的化学防除是影响水稻直播栽培能否成功以及水稻能否正常生长的关键环节。由于稗草对外界环境条件高度的适应性以及逆境条件下优势种群的快速扩增，对其化学防除的效果受到了严重影响。世界杂草抗药性数据库中登记的稻田杂草抗药性生物型已有169个，其中稗属杂草有70个，占所报道稻田杂草抗性生物型的41.4%。氰氟草酯作为稻田广泛使用的高效除草剂，因其作用位点单一以及长期、大规模、不间断的使用，导致部分稻区稗草种群敏感性降低，已经产生了不同程度的抗药性。在2000年美国加利福尼亚州已发现水田稗E．oryzoides （Ard.）Flritsch.和稗对氰氟草酯的抗性生物型。近年来由于氰氟草酯的不间断使用，稗草抗药性水平不断提升，贺奇等利用滤纸法测定宁夏稗草对氰氟草酯的抗药性水平，抗性指数最高达92; Qian等测定显示宁夏银北地区稗草对氰氟草酯的抗性指数达22.8，虽然两篇报道抗性水平评判标准不同，但是结果均表明宁夏地区稗草对氰氟草酯产生了较高抗性。

关于宁夏地区稗草对其他不同除草剂抗药性的研究发现部分地区稗草具有多抗性，马国兰等研究发现宁夏稗草对五氟磺草胺的抗性指数最高达63.4；马洪文等研究指出宁夏部分地区稻田稗草对芽前土壤处理剂丁草胺的抗性指数最高达46.45；对硫代氨基甲酸酯类除草剂禾草丹的抗性指数最高达101.5；对二氯喹啉酸抗性指数最高可达315.5，然而宁夏地区抗氰氟草酯稗草种群的多抗性及交互抗性情况仍不清楚，且随着化学除草剂的不断使用，该地区稗草对除草剂的敏感性程度不断降低，部分除草剂逐渐面临淘汰。因此定期全面地评价与监测除草剂对稻田稗草的防治效果就显得尤为重要。本研究针对宁夏主要的水稻种植区，以稗草为研究对象，采用整株生物测定法测定稗草对氰氟草酯的敏感性情况，并探究宁夏地区稗草交互抗性与多抗性情况，为宁夏稻田稗草抗药性治理以及优化用药方案提供理论参考。

1材料与方法

1.1供试材料

本试验供试稗草种子于2021年9月采自宁夏地区水稻田，36个稗草种群采自银川市、中卫市、吴忠市、石嘴山市，采用五点取样法进行各种群样品采集，各样点采集植株100株以上，并将同一样点采集的种子合并为1个种群，将所采的成熟稗草种子置于尼龙网袋中，晒干后于低温干燥的种子库中保存待用。

1.2供试药剂

40%氰氟草酯可分散油悬浮剂（OD），安徽尚禾沃达生物科技有限公司；10%嗯唑酰草胺乳油（EC），江苏富田农化有限公司；25%五氟磺草胺可分散油悬浮剂（OD），江苏陶氏益农农业科技有限公司；10%嘧啶肟草醚水乳剂（EW），淮安祥霖美丰生物科技有限公司；34%敌稗乳油（EC），沈阳丰收农药有限公司；25%二氯喹啉酸悬浮剂（SC），江苏绿利来股份有限公司。

1.3试验方法

1.3.1不同稗草种群对氰氟草酯的抗性水平

采用室内整株生物测定法，将36个种群稗草种子经清水浸泡24h后用滤纸吸干，选取颗粒饱满的种子均匀播种于直径为9cm的塑料盆钵中，每盆播20粒，覆土约1cm，3次重复。在人工温室内培养，L∥D=13h∥11h；光照12880 lx（DigitalLux Meter AS823）；温度白天（30±5）℃，夜间（25±5）℃。出苗后每盆定株10株。待稗草幼苗长至两叶一心期施用氰氟草酯进行茎叶喷雾，根据前期预试验结果，施药剂量分为敏感种群梯度施药与抗性种群梯度施药，相对敏感种群施用含40%氰氟草酯可分散油悬浮剂有效剂量为0、30、60、120、180、240、480g/hm2，相对抗性种群施用剂量为0、120、240、480、720、960、1440g/hm2。室内喷雾使用3WP-2000型行走式喷雾塔，运行距离1320mm，运行速度412mm/s，室内温度28℃。施药处理14d后统计存活株数并测量地上部分鲜重。

1.3.2交互抗性与多抗性测定

方法同1.3.1。采用整株测定法测定宁夏供试稗草种群对ACCase抑制剂噁唑酰草胺的交互抗性情况以及对乙酰乳酸合酶（ALS）抑制剂五氟磺草胺、嘧啶肟草醚，激素类除草剂二氯喹啉酸，光合作用光系统Ⅱ抑制剂除草剂敌稗的多抗性情况。5种除草剂施用剂量均为大田推荐最高剂量，有效成分剂量分别为10%嗯唑酰草胺EC 120g/hm2、25%五氟磺草胺OD 300g/hm2、10%嘧啶肟草醚EW 45g/hm2、34%敌稗EC 4 498.2g/hm2、25%二氯喹啉酸SC 300g/hm2。茎叶喷雾处理14d后称取各稗草样本地上部分鲜重，计算不同稗草种群不同处理的鲜重抑制率。鲜重抑制率=（对照杂草鲜重一处理杂草鲜重）／对照杂草鲜重×100%。

1.4数据处理

利用软件SigmaPlot 12．0（Systat Software，San Jose，CA．）的双逻辑非线性回归模型进行拟合，计算出鲜重抑制中量GRso。计算公式如下：

此公式中，y为在40%氰氟草酯OD处理下所测得杂草地上部分鲜重与对照地上部分鲜重的百分比；X为除草剂使用的剂量；C与D分别为剂量反应下限与上限；GRso为50%地上部分鲜重被抑制时，除草剂的剂量；b为斜率。根据计算出的GRso可以计算出抗性指数RIresistance index），计算公式如下：

抗性指数（RI）=抗性生物型GR50/敏感生物型GR50。

以GR50数值最小的稗草生物型为敏感生物型，由此计算各稗草种群的抗性指数。抗性指数（RI）用来反映抗性水平，RI越大，抗性水平越高。参考国家稻田稗属杂草抗药性检测技术规程NY/T2728-2015中的抗药性水平分级：RI≤3．0为敏感或无抗性；3．0100为高水平抗性。

2结果与分析

2.1不同稗草种群氰氟草酯抗药性水平

宁夏各稗草种群对氰氟草酯的GR50最低为12.34，以此为敏感生物型。抗性指数最高的种群为BO1，采自银川市贺兰县立岗镇通义村。分析试验结果可以得出，不同种群稗草样本对氰氟草酯敏感性有很大的差异，抗性种群处于低水平抗性阶段的有11个（RI=3.3～9.4），占比30.56%，处于中等水平抗性阶段的有19个（RI=10.3～58.3），占比52.78%，高水平抗性阶段的种群有5个（RI>100），占比13.89%。结果表明宁夏地区稗草已经产生对氰氟草酯较高水平的抗药性。其中5个高水平抗性种群中有3个采自银川市，其余2个种群采自吴忠市与石嘴山市；19个中等水平抗性种群中有13个采自银川市、4个采自石嘴山市、2个采自中卫市；11个低水平抗性种群中有5个采自银川市、6个采自中卫市。敏感种群B36采自吴忠市。

2.2宁夏稗草种群交互抗性与多抗性评价

宁夏各稗草种群在6种除草剂田间最高推荐剂量处理下受抑制情况呈现较大差异（表2），以施用单一除草剂处理14d后鲜重抑制率大于90%判定此种群对该除草剂敏感。结果指出宁夏稗草对AC-Case类抑制剂氰氟草酯和噁唑酰草胺敏感的种群占比分别为8.3%和41.7%；对ALS类抑制剂五氟磺草胺敏感的种群占比8.3%，且所有种群均对嘧啶肟草醚不敏感；对光系统Ⅱ抑制剂除草剂敌稗敏感的种群占比83.3%；所有种群均对激素类除草剂二氯喹啉酸不敏感。由于单独施用嘧啶肟草醚与二氯喹啉酸均无法达到预期对宁夏稗草种群的除草效果，因此宁夏稻田稗草已经产生了对不同作用机理除草剂的多抗性。其中抗氰氟草酯稗草种群中对五氟磺草胺、嘧啶肟草醚、二氯喹啉酸、敌稗产生多抗性的种群比例分别为94%、100%、100%、18%。

在本次测定中，对氰氟草酯不敏感的种群有33个，其中对噁唑酰草胺不敏感的种群有19个，占比57.57%;对五氟磺草胺与嘧啶肟草醚均不敏感的种群样本数占总样本数的91.7%。因此宁夏稗草样本中已经产生了除草剂的交互抗性。6种除草剂中，敌稗防治稗草效果最好，嘧啶肟草醚防治效果最差。B03、B05、B06和B22在6种除草剂分别作用下均无法达到预期防治效果，需要利用除草剂混配或联用来进行防控。本次测定中氰氟草酯高水平抗性种群BOI与B04对敌稗具有较高的敏感性，可利用敌稗对其进行抗性治理。B02对噁唑酰草胺最为敏感，可换用噁唑酰草胺对其进行防治。B03与B05对本次测定的6种除草剂敏感性程度均较低。氰氟草酯敏感种群B36仅对氰氟草酯与敌稗敏感而对其他除草剂具有多抗性，仍需注意监测其对其他除草剂的抗性风险程度。

3结论与讨论

本研究结果表明，宁夏地区稗草对于氰氟草酯已经产生较高水平的抗药性。本次稗草抗性试验中高水平抗性种群样本分布在银川贺兰县通义村、吴忠市利通区下弯子村、银川市金凤区良田镇、银川贺兰县孙家烂庄子、石嘴山市平罗县罗家庄，涉及宁夏3个主要地级市，分布广泛。银川市稻田稗草种群在高中低水平抗性阶段均有分布，大多处于中高水平抗性阶段。中卫市的稗草样本大多处于低水平抗性，相较于银川市稗草抗药性水平较低。故应分区域重点关注银川地区高水平抗性种群所在稻田的杂草防控技术的优化，并及时监测和预防银川与中卫市中低水平抗性种群所在地抗药性水平的进一步发展；石嘴山市和吴忠市采集样本较少，无法准确反映该地区稗草抗药性水平。但现有样本已有较高水平抗药性种群存在，也需加强稗草抗性的风险监测，明确两市稗草的抗药性水平。与此同时，抗性指数高的样本主要集中在银北地区，该地区将氰氟草酯作为稻田稗草防控的首选药剂，长期依赖性地使用单一除草剂是该地区稗草抗性水平居高不下的主要原因。结合宁夏地区水稻种植分布与发展情况分析产生以上结果的原因，由于银北地区水稻种植产业在近些年发展迅速，种植面积不断扩大，以及该地区水稻连作的种植模式，因此出现地区稻田杂草抗性水平增长迅速、除草剂药效不断降低的现象。不同地区稗草样本对于氰氟草酯抗性水平的差异，可能与当地用药史与用药方法是否合理有关，还可能因为不同地区稗草样本存在交互抗性与多抗性差异。

杂草经除草剂的选择作用而产生的抗药性，是一种胁迫进化的现象。宁夏地区是我国重要的水稻种植区，“一封、二杀、三补”结合是当前稻田常用的除草模式，即，利用土壤封闭处理剂封闭、茎叶处理剂灭杀、化学防除或人工防除补杀的方式相结合。现如今宁夏稻田稗草对多种不同种类除草剂均已产生了抗药性，且部分地区稗草样本抗性达到高抗水平。对不同作用机制的除草剂具有抗性的生物型，极大地增加了杂草防控的难度，是目前水稻种植者面临的一个主要问题。稻田杂草多抗性的发生给杂草管理带来了严重影响，因为其限制了可用于控制抗性生物型的除草剂和有效成分的种类，降低了防控效率、生产力和水稻品质，此外还增加了生产成本，导致水稻生产盈利能力下降。因此针对杂草的多抗性与交互抗性的监测是颇为重要的。

针对宁夏水稻田稗草对6种不同除草剂的交互抗性和多抗性研究结果表明，ALS抑制类除草剂五氟磺草胺与嘧啶肟草醚对供试稗草药效较差，基本无法达到灭杀稗草的效果。其结果表明，宁夏稗草对ALS抑制类除草剂已经产生交互抗性与多抗性。于晓玥等在宁夏地区稗草對五氟磺草胺的抗性机理研究中发现宁夏稗草种群对五氟磺草胺产生了不同程度抗性，抗性倍数为10.2～32.7，ACCase抑制类除草剂嗯唑酰草胺药效也有不同程度的减弱。宁夏贺兰县发现的抗氰氟草酯稗草种群位置与马洪文等先前报道的宁夏稻田稗草对二氯喹啉酸高抗性水平样本的位置相近，我们的研究也证实了该地区稻田稗草对氰氟草酯和二氯喹啉酸产生了多抗性。

本研究结果发现仅有17%的稗草种群对敌稗敏感性较低。敌稗对稗草具有显著的抑制效果，且稗草样本叶片发黄萎蔫，发育不良。经敌稗田间推荐剂量筛选后的稗草植株生活力低，已不具备与作物竞争的能力。然而本试验结果与朱玉坤等报道的结果存在差异，其原因可能是其试验点单一，存在抗敌稗种群为该试验点优势种的可能性。

本研究稗草种群采集点覆盖较广，包含了宁夏主要水稻种植区，种群数量较多，具有较强的代表性。因此建议在高抗水平种群所在的地区停止使用氰氟草酯，应选用其他作用机制的除草剂代替ACCase与ALS等相关抑制类除草剂，防止稗草抗性优势种群进一步发展，抗药性进一步升高。宁夏地区水稻田稗草已经对多类除草剂产生大面积抗性，大多数种群处于中等以上抗性水平，且发展速度快，抗性水平高，亟须多样化的综合防治技术，包括生物防治、农艺措施及化学除草等相结合的稗草防控策略来保障宁夏水稻的安全生产。