作物抗ACCase抑制剂类除草剂研究进展

杂草是影响作物产量与品质的重要不利因素之一,防除杂草是农作物田间管理必不可少的环节。乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-coA carboxylase,ACCase)是乙酰辅酶A合成脂肪酸的限速酶,ACCase抑制剂类除草剂抑制ACCase活性,造成脂肪酸合成受阻,从而灭杀杂草。随着除草剂在农业生产上的广泛应用,抗性杂草的问题日益严重,对农作物产量和品质的影响尤为明显,创制和选育抗除草剂的优异新种质及新品种是预防田间杂草的有效策略,并对单双子叶作物复合种植具有重要意义。通过自然突变、化学诱变、转基因和基因编辑技术已在多种作物和杂草中发掘了有效变异位点,并进行了育种应用。本文针对抗ACCase抑制剂类作物种质的开发和利用,详述了ACCase的性质和作用机制、ACCase抑制剂类除草剂的分类和抗性分子机制,以及目前已发现的有效变异位点等,进而提出创制高抗ACCase抑制剂类除草剂优异新种质的高效育种策略。

抗ACCase抑制剂类除草剂水稻种质的创制与鉴定

防控水稻直播稻田杂草的最有效方式是创制非转基因抗除草剂水稻品种。利用EMS诱变水稻种子,之后在植物组织培养过程中使用除草剂氟吡甲禾灵对愈伤组织进行抗性筛选,并对抗性植株进行测序分析,发现突变体ACCase基因中存在一个点突变,其开放阅读框的第6375位碱基由G突变成C,从而引起编码的第2125位氨基酸由色氨酸突变为半胱氨酸;对M2群体进行抗性鉴定以及农艺性状分析,发现突变体在喷施3种浓度的除草剂高效盖草能之后主要性状和产量均未发生明显的改变。本研究获得了能稳定遗传的非转基因抗乙酰辅酶A羧化酶抑制剂类除草剂种质,为抗除草剂水稻新品种的选育奠定了基础。

杂草对ACCase抑制剂的抗性

以乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)为作用靶标的除草剂是高效、选择性的禾本科杂草除草剂,其在全球范围内的广泛、重复使用,导致了抗药性杂草的发生和发展。到目前为止,已经在30个国家有37种抗此类除草剂的杂草生物型。抗药性杂草严重威胁杂草治理和农业生产,由此引发的生态问题及粮食安全问题引起了广泛的关注。文章概述了ACCase抑制剂抗药性杂草的发生现状,从杂草ACCase突变、代谢解毒等几个方面综述了杂草抗ACCase抑制剂的抗性机制,以期为ACCase抑制剂抗性研究提供参考。最后讨论了阻止或延缓抗药性发生的杂草管理措施。

菵草对3种ACCase抑制剂抗性的琼脂快速检测方法建立

以菵草的1个敏感种群和2个抗药性种群为试材,在用整株测定法明确其对精唑禾草灵、高效氟吡甲禾灵、炔草酯3种ACCase抑制剂抗性水平的基础上,采用琼脂法,以新根率为指标筛选出3种药剂对抗性菵草的检测浓度。结果表明,整株测定法和琼脂法具有很好的相关性,通过琼脂法能够检测菵草对3种ACCase抑制剂的抗性,精唑禾草灵检测浓度为0.4μmol/L,高效氟吡甲禾灵检测浓度为0.2μmol/L,炔草酯检测浓度为0.4μmol/L,3种除草剂的最快检测时间为4 d。

稻麦轮作区日本看麦娘抗药性水平测定及高效除草剂筛选

以兴化市钓鱼镇省长示范方麦田采集的日本看麦娘种子与笔者保存的敏感型日本看麦娘为材料,采用室内整株生物测定与大田除草剂配方试验相结合的研究方法,分析其对ALS类除草剂——啶磺草胺与甲基二磺隆、ACCase抑制剂类除草剂——炔草酯和精唑禾草灵的抗药性情况,并筛选出可有效治理麦田杂草的除草剂配方。结果表明,采集的日本看麦娘种群对ACCase抑制剂类除草剂炔草酯和精唑禾草灵产生了中等水平抗药性,抗性指数分别为6.00和5.17,但该种群未对供试的ALS抑制剂类除草剂产生抗药性。田间配方筛选试验结果表明,在供试配方处理中,7.5%啶磺草胺141 g/hm^2+40%唑草酮30 g/hm^2混用能够有效防除日本看麦娘,药后60 d的株防效和干质量防效分别为91.6%、93.9%。相对于不除草对照,不同处理的产量都显著提高,尤其是7.5%啶磺草胺+40%唑草酮处理,产量达到了7 210.05 kg/hm^2,与人工除草处理区基本一致。

广东省稻菜轮作区中牛筋草对十种除草剂的抗性水平及靶基因序列分析

为明确广东省稻菜轮作区中牛筋草对10种常用除草剂的抗性水平及抗性分子机制,采用整株生物测定法测定广东省稻菜轮作区内8个牛筋草种群P1~P8对草甘膦、草铵膦和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACCase)抑制剂类等10种除草剂的抗性水平,并进一步分析P1和P8种群相关靶标酶基因5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase,EPSPS)、谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)和ACCase的部分功能区序列特征。结果显示,牛筋草P1~P8种群对草甘膦抗性指数为敏感种群的5.9倍~17.7倍,其中P8种群对草甘膦的抗性水平最高;8个种群对草铵膦也产生了不同程度的抗性,抗性指数为敏感种群的2.3倍~14.2倍,其中P1种群抗性最高。牛筋草P1和P8种群均对ACCase抑制剂类除草剂精喹禾灵、氰氟草酯和噁唑酰草胺产生了交互抗性;P1种群ACCase基因在第2041位氨基酸处发生突变,该突变在牛筋草种群中首次发现;而P8种群ACCase基因则在第2027位氨基酸处发生突变。牛筋草高抗种群P1和P8及敏感种群对乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)、对羟基苯基丙酮酸双加氧酶(4-hy-droxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD)抑制剂类除草剂以及合成激素类除草剂均不敏感。尽管ACCase抑制剂类除草剂烯草酮尚能有效防控部分牛筋草种群,但从长远来看,有必要加强杂草绿色综合防控技术研究与应用,以延缓抗性杂草种群的进化和蔓延。