鄧海玲， 楊 雪， 張巧鳳， 強 勝， 宋小玲

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院雜草研究室，江蘇南京 210095； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所，江蘇南京 210014)

小麥是江蘇省的主要糧食作物之一，在全國糧食生產(chǎn)中占有重要地位。但小麥生長過程中雜草發(fā)生危害頻繁，嚴重影響小麥品質(zhì)和產(chǎn)量。盡管現(xiàn)有化學(xué)除草劑種類較多，但由于除草劑防除對象有限以及除草劑藥害等問題，小麥田雜草仍是制約小麥高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。除草劑異丙隆和甲基二磺隆是目前小麥田常用的除草劑，但在實際生產(chǎn)中常有藥害或凍藥害發(fā)生，制約了它們施用的有效性。

異丙隆為取代脲類內(nèi)吸收傳導(dǎo)型土壤處理兼莖葉處理除草劑，藥劑被植物吸收后，通過結(jié)合雜草細胞中類囊體膜內(nèi)側(cè)的D1蛋白，阻礙光系統(tǒng)吸收短波紅光，進而影響雜草光合作用，受藥害的雜草葉片褪綠、發(fā)黃、枯死[1-2]。異丙隆是我國應(yīng)用最廣、施藥量最大的麥田除草劑之一，對防除看麥娘(Alopecurusaequalis)、野燕麥(Avenafatua)、早熟禾(Poaannua)、菵草(Beckmanniasyzigachne)、耿氏硬草(Sclerochloakengiana)、牛繁縷(Malachiumaquaticum)、田紫草(Lithospermumarvense)等禾本科雜草和闊葉雜草有顯著效果，但是由于在施用異丙隆前后遇到低溫時會產(chǎn)生嚴重的低溫藥害，導(dǎo)致小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)遭受嚴重影響[3-4]。甲基二磺隆為磺酰脲類除草劑，主要通過植物的莖葉吸收后經(jīng)韌皮部和木質(zhì)部傳導(dǎo)，抑制敏感植物體內(nèi)乙酰乳酸合酶(ALS)活性，導(dǎo)致支鏈氨基酸的合成受阻，使細胞分裂受到抑制，最終導(dǎo)致敏感植物死亡[5]。該藥劑對冬小麥、春小麥田一年生禾本科雜草看麥娘、菵草、野燕麥等和部分闊葉雜草繁縷(Stellariamedia)、豬殃殃(Galiumspurium)等有較好的防效，是目前防治小麥田節(jié)節(jié)麥(Aegilopstauschii)、雀麥(Bromusjaponicus)、菵草等惡性雜草的最好藥劑。不同小麥品種對甲基二磺隆的耐藥性差異較大，敏感性品種噴施甲基二磺隆后會出現(xiàn)較為嚴重的矮化蹲苗現(xiàn)象[6]。筆者所在實驗室前期研究表明，對異丙隆和甲基二磺隆耐藥性較強的小麥品種低溫藥害程度弱。種植耐除草劑的小麥品種是當前解決麥田草害和凍藥害的可行途徑。因此，本研究以江蘇省主要種植的 85 個小麥品種(系)為對象，測定它們對異丙隆和甲基二磺隆的耐藥性，得出的結(jié)果可為避免這2種除草劑的凍藥害提供實際指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試藥劑 30 g/L甲基二磺隆可分散油懸浮劑(安徽藍田農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司)；50%異丙隆可濕性粉劑(江蘇省快達農(nóng)化股份有限公司)。

1.1.2 供試小麥品種 供試的品種(系)共85個，其中通過審定的品種65個和未審定品系20個(表1)，均是江蘇省主要種植品種(系)，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所、江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 確定批量篩選劑量及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

1.2.1.1 試驗設(shè)計 試驗于2021年9月25日在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓科研教學(xué)基地進行，選取紅皮小麥寧麥資518、寧麥18和白皮小麥徐麥33、瑞華麥568為代表品種，在高12 cm、直徑9 cm的塑料杯中裝入土壤(營養(yǎng)土 ∶油菜地土=1 ∶1)并澆透水過夜，9月26日在塑料杯中均勻撒入小麥種子，播種量為10粒/杯，并在種子表面覆土1 cm。每天澆水保持土壤濕潤，待小麥長到3～4葉1心期(10月19日)時分別施用50%異丙隆可濕性粉劑和30 g/L甲基二磺隆可分散油懸浮劑，其中50%異丙隆可濕性粉劑施用劑量為0、1 500、3 000、6 000、12 000、24 000、48 000 g/hm2，兌水 1 000 L/hm2；30 g/L甲基二磺隆可分散油懸浮劑施用劑量為0、450、1 350、2 700、4 050、5 400、7 200 mL/hm2，兌水600 L/hm2。每種除草劑設(shè)6個處理和1個清水對照，4次重復(fù)。

表1 供試小麥名稱、審定編號及種植麥區(qū)Table 1 Variety or line names，approval numbers and planting areas of wheats

為確保噴施除草劑的均勻程度，首先用墨水代替除草劑在2 m2大小的范圍內(nèi)進行噴施藥劑練習，反復(fù)噴施至藥液均勻分布。施藥前，把供試小麥隨機均勻放置在2 m2的空地上，用1.5 L手持式噴霧器(型號SX-574，中國市下控股有限公司產(chǎn)品，噴頭型號為sv-1傘式噴頭)均勻噴霧，噴霧壓力約為0.2 MPa。噴施不同的除草劑時，分別使用獨立的噴霧器，以防互相干擾。

1.2.1.2 指標測定 于施藥后3、5、7、9、11、14 d 連續(xù)觀察并記錄各處理小麥的藥害現(xiàn)象及死亡速度，根據(jù)5級藥害分級法(表2)評定小麥藥害級別，計算各處理藥害綜合指數(shù)。并于施藥后14 d測量各處理小麥的株高、地上部鮮重和干重。計算藥害綜合指數(shù)、地上部鮮重抑制率和地上部干重抑制率。

藥害綜合指數(shù)=∑[(各個處理各藥害級別株數(shù)×級別)/(各個處理總株數(shù)×最高級別)]×100%；

地上部鮮重抑制率=(對照地上部鮮重-處理地上部鮮重)/對照地上部鮮重×100%；

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

表2 除草劑對小麥的藥害癥狀分級標準Table 2 Scoring criteria of herbicide phytotoxicity level on wheat

1.2.1.3 數(shù)據(jù)處理 用Origin 8.0分析軟件進行劑量和耐藥率、地上部鮮重、地上部干重的Logistic回歸分析，得出回歸方程，計算ED50和ED90值。分析各小麥的藥害綜合指數(shù)、地上部鮮重抑制率和地上部干重抑制率與除草劑劑量關(guān)系，確定這3個指標是否可以作為評價小麥對除草劑耐藥性差異的指標；并分析小麥對不同劑量除草劑的耐藥性差異，確定批量篩選劑量。

1.2.2 批量篩選耐除草劑小麥及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法 種植方法和施藥方法同“1.2.1”節(jié)，施藥劑量為“1.2.1”節(jié)中確定的批量篩選劑量。試驗在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓科研教學(xué)基地進行，種植時間為2021年10月28日，施藥時間為2021年11月25日。施藥后觀察藥害癥狀并且于異丙隆施藥后 18 d、甲基二磺隆施藥后35 d測定地上部鮮重、地上部干重，調(diào)查方法同“1.2.1”節(jié)。計算耐藥率以及相對地上部鮮重和相對地上部干重。

耐藥率=1-藥害綜合指數(shù)；

相對地上部鮮重=處理組地上部鮮重/空白對照地上部鮮重×100%；

相對地上部干重=處理組地上部干重/空白對照地上部干重×100%。

小麥的耐藥率、相對地上部鮮重和相對地上部干重的值越大，則該小麥對所用除草劑的耐藥性越強。按照表3中列出的標準，把耐藥率、相對地上部鮮重和相對地上部干重分別劃分為5個耐藥級別，之后計算耐藥級別之和，把耐藥級別之和作為評價小麥對異丙隆和甲基二磺隆耐藥性的標準，并對85個小麥品種(系)耐藥性排序。耐藥性劃分為5個等級，具體見表4。

表3 小麥耐藥率、相對地上部鮮重和相對地上部干重的耐藥級別劃分標準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 小麥耐藥性劃分標準Table 4 Criteria for classifying wheat resistance

2 結(jié)果與分析

2.1 確定批量篩選劑量

寧麥資518、寧麥18、徐麥33和瑞華麥568共4個代表品種在施藥后1～14 d的藥害癥狀調(diào)查結(jié)果顯示，隨著甲基二磺隆和異丙隆劑量的增加，小麥的藥害癥狀和藥害級別呈逐漸增加的趨勢。藥后14 d，異丙隆各處理小麥均出現(xiàn)藥害癥狀，在最低劑量和低劑量處理(1 500 、3 000 mL/hm2)下，寧麥18和瑞華麥568較嚴重，藥害等級為1～2級；寧麥資518和徐麥33生長停滯，新生葉枯黃，葉尖發(fā)黃變皺，藥害等級為1級。中劑量和中高劑量處理(6 000、12 000 mL/hm2)下，寧麥資518和徐麥33葉尖嚴重枯黃，根莖變黃，藥害等級為3級；寧麥18和瑞華麥568植株整體黃化 40%～60%，老葉枯黃嚴重卷曲，根莖畸形開始腐爛，藥害等級3～4級。高劑量和最高劑量處理(24 000、48 000 mL/hm2)下，能明顯觀察到4個小麥品種之間的藥害差異，其中瑞華麥568藥害最為嚴重，葉片81%～100%枯黃死亡，根莖腐爛，植株斷根、完全倒伏，整株91%～100%枯黃死亡，藥害癥狀達到5級；其次為寧麥18，植株整體黃化80%～90%，根莖畸形腐爛，部分倒伏，藥害等級為4～5級；寧麥資518植株整體黃化60%～80%，根莖枯黃，部分倒伏，藥害等級為4～5級；徐麥33藥害癥狀最輕，植株整體黃化40%～60%，老葉枯黃皺縮卷曲，藥害等級為3～4級。就藥害癥狀來看，在高劑量和最高劑量處理(24 000、48 000 mL/hm2)下，能明顯區(qū)分4個小麥品種對異丙隆的敏感性差異，選擇中間劑量 36 000 mL/hm2作為比較不同小麥品種(系)對異丙隆敏感性差異的合適劑量。

藥后14 d，甲基二磺隆各處理間藥害癥狀有明顯差異，最低劑量和低劑量處理(450、1 350 mL/hm2)下，4個品種小麥均表現(xiàn)為生長緩慢，葉尖黃化干枯卷曲，新生葉片基本枯黃 死亡，藥害級別為1級。中劑量和中高劑量處理(2 700、4 050 mL/hm2)下，4個小麥品種藥害癥狀開始出現(xiàn)差異，瑞華麥568藥害最輕，生長緩慢，葉尖枯黃卷曲，藥害等級為1～2級；寧麥資518、寧麥18和徐麥33藥害癥狀相近，植株生長基本停止，心葉開始黃化死亡，根莖干枯開始腐爛，藥害等級為3級。高劑量和最高劑量處理(5 400、7 200 mL/hm2)下，4個小麥品種藥害癥狀出現(xiàn)明顯差異，瑞華麥568生長逐漸停止，葉尖干枯卷曲，葉片中部開始白化，新生葉片干枯死亡，藥害等級為2～3級；寧麥資518和徐麥33植株葉片黃化70%～80%，部分植株根莖部腐爛，斷根倒伏，藥害級別為4～5級；寧麥18藥害最為嚴重，植株葉片完全枯黃死亡，整體出現(xiàn)斷根倒伏，整株81%～100%枯黃死亡，藥害級別為5級。就藥害癥狀來看，在高劑量和最高劑量處理(5 400、7 200 mL/hm2)下，能明顯區(qū)別4個品種小麥對異丙隆的敏感性差異，故選擇中間劑量6 300 mL/hm2作為比較不同小麥品種(系)對甲基二磺隆敏感性差異的合適劑量。

在藥害癥狀達到5級時，測量各小麥地上部鮮重和干重。結(jié)果表明，異丙隆和甲基二磺隆對小麥藥害綜合指數(shù)、地上部鮮重和干重的抑制作用明顯，且隨劑量的增加，抑制作用呈增加趨勢，藥劑劑量和這3個指標之間的回歸分析均有較好的相關(guān)性(表5、表6)，說明這3個指標均可以作為批量測定小麥對除草劑耐藥性差異的指標。

表5 50%異丙隆可濕性粉劑處理4個小麥品種的Logistics曲線方程及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懸浮劑處理4個小麥品種的Logistics曲線方程及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個小麥品種(系)對異丙隆耐藥性差異比較

從異丙隆施藥后18 d各小麥癥狀可明顯看出，不同小麥品種(系)對異丙隆的耐藥性存在明顯差異，同一小麥品種(系)的不同指標對異丙隆的耐藥性差異基本一致。對85個小麥品種(系)的耐藥率、相對地上部鮮重和相對地上部干重耐藥級別進行綜合排序，結(jié)果見表7。

85個小麥品種(系)中，瑞華麥218、44、明麥133、淮麥44、瑞華麥516、江麥816和淮麥30共7個小麥品種(系)對異丙隆高度耐藥，3個指標耐藥級別之和為12～15；淮麥18、55、瑞華520等8個小麥品種(系)中度耐藥，3個指標耐藥級別之和為10～11；29、揚麥23、江麥919等14個小麥品種(系)低度敏感，3個指標耐藥級別之和為8～9；江麥166、豐德存麥12號、寧麥資126等35個小麥品種(系)中度敏感，3個指標耐藥級別之和為 6～7；漯麥18、揚麥25、鎮(zhèn)麥13等21個小麥品種(系)對異丙隆高度敏感，3個指標耐藥級別之和為3～5。

表7 85個小麥品種(系)對異丙隆的耐藥性比較Table 7 Comparison on the isoproturon resistance of 85 wheat varieties(lines)

表7(續(xù))

表7(續(xù))

2.3 85個小麥品種(系)對甲基二磺隆耐藥性差異比較

從甲基二磺隆施藥后35 d各小麥癥狀可明顯看出，不同小麥品種(系)對甲基二磺隆的耐藥性存在明顯差異，同一小麥品種(系)的不同指標對甲基二磺隆的耐藥性差異基本一致。對85個小麥品種(系)的耐藥率、相對地上部鮮重和相對地上部干重耐藥級別進行綜合排序，結(jié)果見表8。

85個小麥品種(系)中，30、寧麥資14213、百農(nóng)矮抗58等11個小麥品種(系)對甲基二磺隆高度耐藥，3個指標耐藥級別之和為12～14；江麥898、農(nóng)麥88、50等8個小麥品種(系)中度耐藥，3個指標耐藥級別之和為11；淮麥23、寧麥23、江麥23等16小麥品種(系)低度敏感，3個指標耐藥級別之和為10；周麥33、淮麥40、徐麥35等27個小麥品種(系)中度敏感，3個指標耐藥級別之和為 8～9；揚麥30、淮麥44、瑞華麥520等23種小麥對甲基二磺隆高度敏感，3個指標耐藥級別之和為3～7。

表8 85個小麥品種(系)對甲基二磺隆的耐藥性比較Table 8 Comparison on the mesosulfuron-methyl resistance of 85 wheat varieties(lines)

表8(續(xù))

表8(續(xù))

3 討論與結(jié)論

以異丙隆12倍推薦劑量(36 000 mL/hm2)對85個江蘇省主要種植小麥品種(系)進行耐藥性篩選，發(fā)現(xiàn)瑞華麥218、瑞華麥516、明麥133、淮麥44、淮麥30、江麥816和44共7個小麥品種對異丙隆具有高度耐藥性。這些耐藥性品種值得在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，其中瑞華麥218、瑞華麥516、江麥816、淮麥44、、44適合在淮北種植，明麥133、淮麥30適合在淮南種植，這些小麥品種均具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、多抗等優(yōu)良性狀[7-11]，再加上對異丙隆的耐藥性強，種植這些小麥品種(系)將對麥田雜草防除和提高小麥產(chǎn)量有重要作用。在這些小麥品種(系)中只有明麥133是紅皮小麥，其他6種均為白皮，這預(yù)示小麥種皮色與耐藥性有一定的關(guān)聯(lián)，有待于進一步研究分析。另外，這些耐藥性強的小麥有的是由不同親本雜交獲得的，其親本耐藥性較強是否導(dǎo)致雜交小麥耐性強也有待于進一步研究。

以甲基二磺隆14倍推薦劑量(6 300 mL/hm2)進行整株生測法篩選發(fā)現(xiàn)，百農(nóng)矮抗58、寧麥資14213、瑞華麥568、明麥133、豐德存麥12號、寧麥28、瑞華麥596、寧麥資126、徐麥33、30、瑞華麥218共11個小麥品種(系)對甲基二磺隆具有高度耐藥性。這些耐藥性品種值得在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，其中百農(nóng)矮抗58、明麥133、豐德存麥12號、寧麥28、瑞華麥596、寧麥資126、寧麥資14213和徐麥33適合在淮南種植，瑞華麥568、30和瑞華麥218適合在淮北種植，這些小麥品種(系)均具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、多抗等優(yōu)良性狀，如百農(nóng)矮抗58具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣等特性，在黃淮南部麥區(qū)種植面積超266.67萬hm2，是全國小麥的主導(dǎo)品種[12]。這些小麥具有優(yōu)良性狀且對甲基二磺隆耐藥性強，種植這些小麥品種(系)將對麥田雜草防除和提高小麥產(chǎn)量有重要作用。

不同小麥品種(系)對異丙隆和甲基二磺隆的耐藥性差異，可能與吸收傳導(dǎo)、靶標酶活性以及除草劑噴施后在小麥體內(nèi)的降解有關(guān)[13-14]。除草劑被植物吸收進入植物體內(nèi)并傳導(dǎo)到作用部位是其發(fā)揮作用的第1步。不同植物的葉片尺寸及厚度、角質(zhì)層厚度、氣孔數(shù)量及結(jié)構(gòu)、表皮細胞及附屬物結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)等存在差異，可能導(dǎo)致其對除草劑吸收量的不同，從而引起除草劑的耐藥性差異[15]。耐藥性植物可通過產(chǎn)生對除草劑分子不敏感的靶標酶或過量表達靶標酶等對除草劑產(chǎn)生耐藥性[16]。乙酰乳酸合成酶(ALS)是磺酰脲類除草劑作用的唯一靶標，有研究表明，磺酰脲類除草劑苯磺隆和雙氟磺草胺處理小麥后，不同小麥品種對其表現(xiàn)出不同的耐藥性，且耐藥性強的小麥品種ALS酶活性恢復(fù)快[17-18]。不同小麥品種對雙氟磺草胺的耐藥性差異可能與谷胱甘肽S 轉(zhuǎn)移酶(GSTs)活性差異有關(guān)，耐藥性較強的小麥品種GSTs活性變化幅度大，且反應(yīng)時間短[19-20]?？焖俳到獬輨闊o毒成分是植物耐除草劑的原因之一。植株體內(nèi)可產(chǎn)生使除草劑降解的酶或酶系統(tǒng)，將除草劑或其他有毒代謝物降解為無毒產(chǎn)物。除草劑代謝是一個多步驟的過程，需要谷胱甘肽(GSH)、細胞色素 P450(P450s)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)、糖基轉(zhuǎn)移酶(UGTs)和三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體(ABC轉(zhuǎn)運體)等的共同參與[21-22]。GSTs是谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)的關(guān)鍵酶，用于催化親核性的谷胱甘肽與親電子的有毒異源物或氧化產(chǎn)物結(jié)合，從而促進這些有毒物質(zhì)的代謝、區(qū)域化隔離或清除[23]；P450s是生物體內(nèi)甾醇類激素合成、內(nèi)源及外源物質(zhì)代謝以及許多基礎(chǔ)代謝催化過程中的一個重要的單加氧酶系，作物對除草劑產(chǎn)生的生物化學(xué)抗性是因為CYP450酶系被誘導(dǎo)，加速除草劑的代謝，從而轉(zhuǎn)化為無毒產(chǎn)物[24]。耐除草劑作物能通過增加體內(nèi)GSTs和CYP450s等代謝酶的活性，將除草劑快速轉(zhuǎn)化為無毒代謝產(chǎn)物。因此有待于深入研究不同小麥品種(系)的耐藥性機制。