反枝苋对氟磺胺草醚的抗性机制代谢组学研究

二苯醚类除草剂氟磺胺草醚是防除大豆田杂草反枝苋Amaranthus retroflexus L.的主要除草剂,但黑龙江省大豆田反枝苋对氟磺胺草醚的抗性越来越强,严重影响大豆产量。目前尚无关于反枝苋对氟磺胺草醚抗性机制的代谢组学研究。本研究基于未处理(CK)以及氟磺胺草醚处理后反枝苋敏感种群(SY)、抗性种群(RY)的叶组织的代谢谱,进行主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA),发现RY组代谢分子表型更贴近于CK组。京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析和拓扑分析结果发现,氟磺胺草醚的主要作用通路有3条,分别是biosynthesis of amino acids (氨基酸的生物合成)、arginine biosynthesis (精氨酸生物合成)和2-oxocarboxylic acid metabolism (2-氧代羧酸代谢)。CK vs RY和SY vs RY有1条共有的差异通路——degradation of flavonoids (类黄酮的降解),因此,类黄酮的降解可能是RY组抗性的特异性通路。通过支持向量机(SVM)分析进一步发现,4-hydroxy-2-oxoglutaric acid (4-羟基2-氧化戊二酸)、citrulline (瓜氨酸)和L-ornithine (L-鸟氨酸)是氟磺胺草醚处理后反枝苋产生抗药性的关键代谢物。

反枝苋对氟磺胺草醚的抗性水平及分子机制

[目的]本研究旨在明确黑龙江省大豆田反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)种群对氟磺胺草醚的抗药性水平,并研究其产生抗性及多抗性的分子机制。[方法]利用琼脂法快速测定采自黑龙江省嫩江县的3个反枝苋种群对氟磺胺草醚的抗性水平。通过盆栽法筛选出抗氟磺胺草醚/噻吩磺隆的反枝苋植株,并进行原卟啉原氧化酶(protoporphyrinogen Ⅸ oxidase, PPO)和乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase, ALS)的靶标基因测序。[结果]相比于敏感种群,黑龙江省3个种群对氟磺胺草醚的相对抗性倍数(resistance index, RI)分别为83.6、83.8和93.4;位于反枝苋PPO2高度保守区域编码128位氨基酸的核苷酸由AGG突变为GGG,导致精氨酸被替换为甘氨酸(Arg-128-Gly)。3个抗氟磺胺草醚的反枝苋种群均对ALS抑制剂类除草剂产生多抗性。对als基因测序后发现,与敏感种群相比,各抗性种群10个单株的ALS保守区域均发生多个不同位点(Ala-205-Val、Asp-376-Glu、Trp-574-Leu和Ser-653-Thr)及组合的氨基酸取代方式,各种群突变位点和杂合度多样。[结论]PPO2的Arg-128-Gly氨基酸取代可能是黑龙江3个反枝苋种群对氟磺胺草醚产生抗性的主要原因,3个种群同时对ALS抑制剂类除草剂存在靶标位点突变导致的多抗性。

外来入侵植物反枝苋对园林绿地土壤养分变化的影响研究

试验采用野外取样与室内实验相结合的方法,利用对比实验,分别探讨了反枝苋在不同入侵程度下对园林绿地土壤养分的变化规律。测定了土壤有机质、pH值及速效养分在不同入侵程度下的变化规律,通过实验研究为园林绿化管理和农业生产等方面提供理论依据。研究表明,反枝苋入侵改变土壤酸碱性,并使土壤呈现偏碱性;反枝苋通过影响生境土壤,从而促进土壤养分积累,反枝苋入侵后土壤铵态氮、有效磷、速效钾的含量都有升高趋势,在园土中反枝苋铵态氮含量中度入侵比轻度入侵铵态氮增加6.45mg·kg^(-1),速效钾含量重度入侵比中度入侵增加100mg·kg^(-1),中度入侵比轻度入侵增加169.8mg·kg^(-1)。且随着入侵程度的增加而改变,入侵程度和土壤养分含量呈正相关。

大豆田反枝苋对除草剂多抗性及靶标抗性机理研究

黑龙江省大豆田反枝苋Amaranthus retroflexus对ALS、PPO抑制剂类除草剂产生了严重抗性,为明确化学防除失败的反枝苋对咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚的抗性机理,采用整株生物测定法测定了反枝苋抗性及敏感种群对除草剂的敏感性,克隆了抗性和敏感种群的ALS、PPO基因(质体型PPX1及线粒体型PPX2),查找突变位点,将突变基因转入拟南芥Arabidopsis thaliana验证其功能,明确抗性机理。结果显示:反枝苋抗性种群对咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚抗性倍数分别为55.29倍和17.51倍,抗性植株ALS存在Ala205Val或Ser653Asn突变,PPX2存在Arg128Gly突变。将抗性种群的PPX2转入拟南芥,可导致拟南芥对氟磺胺草醚产生高水平抗性(10.3倍)。综上,东北大豆田反枝苋对咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚产生了高水平多抗性,ALS、PPO基因突变是导致此类抗性的主要原因之一。

反枝苋活性成分的提取及其对提高小麦抗高温胁迫的作用

反枝苋提取物能够显著增强小麦植株的抗高温胁迫能力,但其中起作用的活性成分尚不清楚。本研究采用生物活性追踪法,从反枝苋根部分离到5个化合物,经核磁共振波谱及质谱分析分别被鉴定为对羟基苯甲酸(1)、14-羟基肉豆蔻酸(2)、对甲氧基苯甲酸(3)、3-(羟乙酰基)吲哚(4)和3-吲哚甲醛(5)。对羟基苯甲酸、对甲氧基苯甲酸和14-羟基肉豆蔻酸均能增强小麦对高温胁迫的耐受性,其中对甲氧基苯甲酸效果最突出,在100μg/mL剂量下,与空白对照相比,小麦植株鲜重增加了56.44%,茎叶长度增加了30.03%,根长增加了38.71%。经50μg/mL对甲氧基苯甲酸处理小麦幼苗后,分别于40℃高温胁迫1、3、5和7 d,取样测定植株体内相关生理生化指标的变化。结果表明:高温胁迫1、3、5、7 d后,与空白对照相比,小麦植株体内丙二醛含量分别降低了32.59%、50.27%、57.53%、33.64%;脯氨酸含量在1、3和5 d分别增加了28.57%、50.00%、29.87%,第7天降低了5.16%;可溶性糖含量分别增加了39.76%、35.93%、41.33%、12.50%;超氧化物岐化酶活性分别增加了39.48%、41.63%、26.09%、25.27%,过氧化物酶活性分别增加了11.19%、32.05%、32.54%和26.90%,过氧化氢酶活性分别增加了35.62%、50.97%、22.82%和25.89%。综上,对甲氧基苯甲酸可显著提高小麦抗高温胁迫的能力。

气候变化下反枝苋潜在中国适生区及生态位研究

反枝苋(Amaranthus retroflexus)属高存活率入侵性植物,关注其在气候变化下的潜在分布格局和生态位变化,对当地作物生长和畜牧业健康发展具有重要意义。本研究基于观测点位和环境变量数据,使用最大熵(Maximum entropy,MaxEnt)模型和R语言ecospat包,对适生区潜在分布进行预测,并分析生态位。结果表明:海拔、年均温和年平均降水量是影响分布扩散的主要因子,累计贡献率达92%;在气候变化下,反枝苋的潜在分布区逐渐向我国的北部和西北部扩散,在2070年SSP585气候模式下扩散程度最大;随着气温升高,反枝苋逐渐向海拔较高、最暖月最高温度较低的地区分布扩散。在未来适宜生存的生态位重叠度将逐渐降低,并可能发生生态位变化。本研究将为气候变化下的反枝苋种群入侵提供保护政策和决策依据。

基于集合模型预测外来植物反枝苋的入侵趋势

反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)是一种入侵较早、分布范围广、危害程度严重的全国性分布恶性杂草。为了及时防控反枝苋,阻止或减缓进一步扩散蔓延,亟需明确其在中国的适宜生境及入侵趋势。基于296个分布点和32个环境变量,利用集合物种分布模型分析反枝苋在当前(1970-2000年)的潜在适生区,并预测未来(2021-2040年和2041-2060年)3种气候情景下(SSPs1-2.6、SSPs2-4.5和SSPs5-8.5)的分布格局,综合分析影响反枝苋地理分布的主要环境变量及入侵趋势。结果表明,1)通过3种模型精度评价指标(AUC、KAPPA和TSS),集合模型(EM)模拟和预测的结果最为准确,当前气候条件下反枝苋主要的潜在适生区分布在华北地区、华中地区、华东地区、华南地区、西南地区的东部、西北地区的南部和北部些许地区,分布面积为4.39×10^(6) km^(2)。反枝苋的潜在分布重心位于陕西省延安市宜川县,地理坐标为110.32°E,36.13°N。2)影响反枝苋潜在分布的主要环境变量为年平均温度(Bio1)、土地利用覆盖(LUCC)、海拔(Altitude)和年降水量(Bio12)。3)在2030年和2050年的3种不同气候情景下,随着年份和排放情景的增加,反枝苋的总适生区面积均会增加,并且扩张区的面积远大于收缩区的面积,扩张面积的比率在11.2%-21.4%。反枝苋在未来均有向高纬度地区扩散的趋势,华北地区的东部和东北地区的南部扩散面积最为显著,西北地区的南部和西南地区的东部也在逐渐扩散。该研究结果将有助于对该物种入侵动态的早期预警,为及时采取防控措施阻止其传播扩散提供理论支持。

不同除草配方对大豆田抗性反枝苋防除效果的研究

为探索黑龙江省北部大豆主产区抗性反枝苋最佳防治方法,文章优选4种苗前封闭除草剂及4种苗后茎叶除草剂进行田间防效试验,分析不同药剂组合对反枝苋的防除效果。结果表明,苗前封闭处理,90%乙草胺EC 1800 g a.i./hm^(2)和30%丙炔氟草胺SC 51 g a.i./hm^(2)对反枝苋防效较高,施药45 d后,反枝苋防效为87.79%;苗后茎叶处理,250 g/L氟磺胺草醚AS(科坦见露灵)750 g a.i./hm^(2)+助剂(伴豆一生)2000 m L/hm^(2)对反枝苋的防效较高,且持效期长;苗前封闭结合苗后茎叶处理,90%乙草胺EC 1800 g a.i./hm^(2)+30%丙炔氟草胺SC 51 g a.i./hm^(2)+250 g/L氟磺胺草醚AS 500 g a.i./hm^(2)+480 g/L灭草松AS 1680 g a.i./hm^(2)+助剂(迪增)225 m L/hm^(2)对反枝苋的防效达93%,且持效期长。大豆田抗性反枝苋防控方法中,苗前封闭处理防效显著高于苗后茎叶处理。生产中建议以苗前封闭除草为主,结合苗后化学除草、轮作等措施综合防治反枝苋。

细菌除草剂黄单胞菌反枝苋致病菌的筛选

从杂草反枝苋根际土壤中分离到大量的根际细菌 ,利用谷氨酰胺合成酶抑制剂模型和蛋白核小球藻筛选模型进行快速、高效的初筛 ,并结合温室盆栽复筛 ,筛选出一株具有较强除草活性的细菌 野油菜黄单胞菌反枝苋致病变种。温室盆栽试验表明 ,该黄单胞菌对反枝苋、荠菜等双子叶杂草具有较强的抑制作用。

反枝苋水浸提液与挥发油对黄瓜根尖的影响

采用悬空气法研究了在入侵植物反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)水浸提液和挥发油作用下,黄瓜根缘细胞活性、根冠果胶甲基酯酶(PME)、根尖过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)以及丙二醛(MDA)含量的变化规律。结果表明:反枝苋水浸提液对黄瓜根的生长无显著性影响而挥发油显著抑制黄瓜根的生长,且随浓度增大抑制作用显著增强。PME活性随着水浸提液浓度的增大呈先上升后下降趋势,而随着挥发油浓度的升高呈现逐渐上升的趋势;水浸提液和挥发油均降低了对根缘细胞的存活率,这种抑制作用随浓度的增加而增大;随着处理液浓度增大,黄瓜根尖中MDA含量、CAT活性整体表现为增加,SOD活性先升高后降低,POD活性与对照差异不显著。反枝苋挥发油的化感效应大于水浸提液的化感效应。

反枝苋群落优势种的种间关联性分析

根据野外95个样方的调查数据,运用2×2列联表的x^2检验、Jaccard关联指数、Pearson相关系数和Spearman秩相关系数对山西省中南部地区反枝苋群落的25个优势种,共300个种对的种间关联性和相关性进行分析。研究结果表明:1)群落总体呈负相关趋势,优势种的分布相对独立,群落结构较为松散,显著和极显著关联的种对较少;2)x^2检验与关联度指数有机结合才能更为准确的反映种间关系;3)Spearman秩相关系数灵敏度高,分析结果较x^2检验与Pearson相关系数更为合理准确;4)根据25个优势种对环境的适应方式和主导生态因素结合PCA排序,将它们划分为4个生态种组,各生态种组内的种对具有相同的资源利用方式和生态要求。

EDTA和柠檬酸对反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)Cu迁移富集影响研究

为明确反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)对Cu的富集能力及EDTA与柠檬酸(CA)对Cu迁移的影响,采用盆栽试验,在0、100、200、400、800 mg·kg-1 Cu处理质量分数及2.5 mmol·kg-1 EDTA和柠檬酸施加条件下,测定了根际土、非根际土Cu不同形态含量及反枝苋组织Cu富集特征。结果表明:Cu处理质量分数小于400 mg·kg-1时,重金属Cu组织富集特征为根>叶>茎,Cu处理质量分数在400 mg·kg-1时,富集特征为根>茎>叶,Cu各处理组BCF与TF均小于1,不具备Cu超富集植物特征;EDTA、柠檬酸均可促进反枝苋对土壤中Cu的富集,并强化Cu由根系向地上部分的转移。EDTA的促进作用远高于柠檬酸,在Cu 800 mg·kg-1,施EDTA处理组反枝苋地上部分Cu可达3 513 mg·kg-1。施加EDTA可增加根际土全Cu含量,显著减少根际土中Fe-Mn态Cu含量,增加Exch态,促使Fe-Mn态向Exch态的转化;柠檬酸处理的根际土中则以Fe-Mn态向Carb态转化为主。由此可见,在EDTA强化修复下,反枝苋富集Cu的能力明显增加,而根际土中Cu全量的增加,是Cu-EDTA迁移活性极大增加与反枝苋防御性Cu阻隔共同作用的结果。

反枝苋对咪唑乙烟酸抗性水平及分子机制

为初步明确大豆田反枝苋对咪唑乙烟酸的抗药性水平,并从分子角度对抗药性机制进行解释,以我国四川成都和黑龙江嫩江采集的反枝苋种子为材料,通过琼脂法检测了反枝苋对咪唑乙烟酸的抗药性水平,并分别对R(嫩江抗性种群)和S(成都敏感种群)的乙酰乳酸合成酶(ALS)部分序列进行扩增和测序。皿内生测结果表明,成都种群的GI50为11.20,嫩江种群的GI50为52.26,其抗药性指数RI为4.67。分子检测结果表明,与S种群相比,R种群反枝苋ALS位于高度保守区Domain B编码574位氨基酸的基因发生突变,TGG突变为TTG,导致色氨酸被亮氨酸取代。ALS保守区域氨基酸的替换可能是嫩江反枝苋种群对咪唑乙烟酸产生抗性的重要原因之一。

黄花棘豆甲醇提取液对油菜、燕麦、反枝苋和狗尾草萌发和幼苗生长的影响

通过室内生测法,研究了不同浓度的黄花棘豆甲醇提取液对油菜、燕麦、反枝苋和狗尾草萌发和幼苗生长的影响。结果表明:黄花棘豆植株地上部分和地下部分的甲醇提取液对4种受体的萌发和幼苗生长均有影响,显著抑制了4种受体萌发和生长。同时随着浓度的降低,其抑制作用逐渐减弱,表现出较强的浓度效应。其中浓度为0.100 g/mL的黄花棘豆甲醇提取液对油菜、燕麦、反枝苋和狗尾草的种子萌发、幼苗生长和根生长抑制作用最为明显。

影响入侵种反枝苋分布的环境因子分析及可能分布区预测

反枝苋(Amaranthus retroflexus)是苋属入侵种中发生频率最多、分布最广、危害最严重的杂草。基于反枝苋在世界范围内4 207个实际分布点及其对应的气候、地形和土壤3类要素28个环境因子的定量关系,利用主成分分析确定了影响其分布的主要环境因子,据此估测其中心可能分布区和最大可能分布区,并与实际分布点进行比较。结果表明:14个环境因子在决定反枝苋全球分布格局中起着重要作用。反枝苋中心分布区位于新西兰南部、澳大利亚东南部、南美洲北部少数地区、北美洲西北部及东南部部分地区、欧洲大部分地区和中国东南部,最大可能分布区位于南美洲中南部、北美洲大部分、非洲北部小部分、澳大利亚南部及北部少数区域、欧洲大部分地区和亚洲大部分地区及中国除西藏、青海、新疆、四川西部以外的地区。中心分布区的预测结果与实际分布点吻合较好,而最大分布区则过于广阔。

反枝苋对棉花的密度竞争作用

【目的】反枝苋是世界性恶性杂草之一,为安徽省沿江棉区主要杂草,而棉花对杂草竞争十分敏感。论文旨在明确反枝苋对棉花的密度竞争影响,为棉田杂草反枝苋的综合防治提供理论依据。【方法】2013—2015年在安徽省安庆市试验地,采用添加系列试验方法,棉花密度保持不变,设置8个反枝苋密度(0、0.125、0.25、0.5、1、2、4、8株/m)与棉花全生育期竞争,研究不同反枝苋密度竞争对棉花生长、子棉产量及其构成因素、纤维品质的影响。【结果】随着反枝苋密度增加,反枝苋株高、茎直径逐渐减小;相对于0.125株/m的反枝苋,反枝苋茎直径分别于1株/m(2013年和2014年)、0.5株/m(2015年)显著降低12.0%—18.6%;反枝苋株高则在2015年于0.5株/m显著减少24.2%。3年数据平均,单位面积反枝苋生物量由1 156.9 kg·hm-2(0.125株/m)逐渐增加到7 524.0 kg·hm-2(8株/m),较高密度反枝苋种内竞争明显。随着反枝苋与棉花竞争时间的延长,反枝苋株高于52—83 DAE(出苗后天数,days after emergence)逐渐超过棉花的,茎直径于18—70 DAE逐渐大于棉花的。在棉花成熟期,反枝苋株高比棉花高35.6—128.2 cm,反枝苋茎直径比棉花粗9.9—24.8 mm。反枝苋在株高和生物量上对棉花具明显优势。随着反枝苋密度增加,棉花株高变化不明显,茎直径明显减小;棉花单株铃数、果枝数和单铃重显著减少,衣分也有一定程度减小。1株/m的杂草密度导致棉花单株果枝数减少4.63%—69.18%,铃数减少20.81%—84.98%,单铃重减少3.04%—20.36%,衣分减少1.54%左右。引起子棉产量显著减产的反枝苋密度分别是0.125株/m(2013年)和0.25株/m(2014年和2015年),导致子棉减产14.0%—33.7%;子棉产量损失率与反枝苋密度符合双曲线模型,据此可预测子棉减产50%的反枝苋密度为0.2—2.8株/m。在反枝苋与棉花竞争91 DAE,0.125—0.5株/m反枝苋可显著减少棉花单株果枝数和铃数。在部分年份,棉纤维的上半部平均长度、马克隆值及断裂比强度随反枝苋密度增加有减小的趋势,且差异显著。【结论】在安徽省沿江棉区,当反枝苋与棉花全生育期竞争时,对反枝苋及棉花的株高影响不明显,对两者的茎直径产生显著影响;随着竞争时间的延长,反枝苋的株高和茎直径逐渐大于棉花的;因而反枝苋在株高和生物量上对棉花具有竞争优势。反枝苋苗期是其防治关键期。当反枝苋密度逐渐增加时,其种内竞争逐渐增强。反枝苋生物量易受环境条件影响,随着反枝苋密度增加,单位面积反枝苋生物量增加,对棉花生长和产量的抑制作用明显增强。反枝苋竞争主要通过影响棉花单株铃数和单铃重而减少棉花产量。推测本地区导致子棉减产5%的反枝苋密度为0.011—0.090株/m。

增强紫外-B对反枝苋的形态、生理及异速生长的影响

在田间条件下,模拟西安地区21.6%的臭氧层减薄,研究增强紫外-B辐射 280～320nm,3.18kJ·m-2·d-1 对双子叶阔叶杂草反枝苋 Amaranthusretroflexus 生理、形态及异速生长的影响.结果表明: 1 与对照相比,处理组的叶绿素、类胡萝卜素含量降低,但叶片紫外吸收物质的含量增加; 2 处理组的株高、叶数及单株重有明显降低; 3 株高与单株重的线性关系有较大的偏离,表现在同等株高下处理组的生物量低于对照.这些表明在补充的紫外-B条件下,反枝苋的形态有较大的可塑性,并进一步会影响该植物在群落中的竞争能力.

反枝苋的生物学特性及防治

反枝苋是世界性分布的一种恶性杂草,了解其生物学特性将有助于对其进行有效防治。本文从反枝苋的分布与危害、生长发育和繁殖等几个方面,详细综述了反枝苋的的生物学特性和防除措施,包括物理防治、化学防治及生物防治,并对综合治理反枝苋提出了几点建议。

晾晒与添加剂对反枝苋青贮饲料品质的影响

为探究含水量及添加剂(甲酸和蔗糖)对反枝苋(Amaranthus retroflexus)青贮饲料品质的影响,以开花期的反枝苋为原料,在鲜贮和晾晒2种条件下分别设置甲酸(6mL.kg-1)和蔗糖(2%)处理,以不使用任何添加剂为对照,袋装青贮360d。结果表明:晾晒处理与鲜贮的反枝苋青贮饲料pH值和乳酸含量均无显著差异,而乙酸含量极显著增加(P<0.01),氨态氮含量显著降低(P<0.05),通过青贮硝酸盐含量显著降低,青贮饲料品质无显著差异。添加甲酸和蔗糖能够改善反枝苋青贮饲料的发酵品质,极显著降低反枝苋青贮饲料的pH值和氨态氮含量并提高乳酸生成量(P<0.01)。

玉米田杂草反枝苋对莠去津的敏感性试验研究

用不同剂量的莠去津对采自东北地区的反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)进行田间喷雾处理。试验结果表明:采自不同地区玉米田的反枝苋对莠去津表现了不同的敏感性,采自熊岳、沈阳、铁岭、昌图、丹东、鞍山等地区的相对抗药性倍数低于2,而采自兴城、大连两地的反枝苋与采自其他地区的比较相对抗性水平较高,相对抗药性倍数分别为3.49、2.56。