下载文档原格式
草地植物抗逆性状的鉴定与利用研究草地是生态系统中重要的组成部分，对于维持生态平衡和生物多样性的稳定具有重要作用。
然而，草地生态系统面临着日益严重的生境退化和气候变化的压力，因此研究草地植物的抗逆性状并加以利用是一项具有重要意义的任务。
一、抗逆性状的鉴定方法草地植物的抗逆性状是指其在恶劣环境下适应和生存的能力。
以下是一些常用的抗逆性状的鉴定方法：1. 耐旱性鉴定：通过测定植物在干旱胁迫下的叶片相对含水量、蒸腾速率、根系生物量等指标来评估植物的耐旱性。
2. 耐盐性鉴定：通过测定植物在盐胁迫下的生物量、叶绿素含量、细胞膜透性等指标来评估植物的耐盐性。
3. 耐寒性鉴定：通过测定植物在低温胁迫下的叶片相对电导率、光合速率、鲜重等指标来评估植物的耐寒性。
4. 耐逆性鉴定：通过以上不同逆境胁迫下的综合指标评估植物的耐逆性。
二、抗逆性状的利用方法草地植物的抗逆性状具有重要的生态和应用价值。
以下是一些常见的草地植物抗逆性状的利用方法：1. 草地恢复与修复：选择具有良好耐逆性状的植物进行草地修复和恢复，可以快速恢复受损草地的功能和生物多样性。
2. 抗逆性良好物种的引种：通过将具有抗逆性良好的物种引种到草地中，可以提高草地的抗逆能力，加强草地的耐旱、耐盐、耐寒等能力。
3. 抗逆性状的基因挖掘和利用：通过研究草地植物的抗逆性状相关基因，可以开展基因挖掘和基因编辑研究，以提高草地植物的抗逆能力。
4. 抗逆性状的环境调控：研究草地植物抗逆性状的调控机制，可以通过调节环境因子，如土壤水分、盐分浓度和温度等，来提高草地植物的抗逆能力。
三、未来的发展方向在草地植物抗逆性状的研究与利用过程中，还存在一些亟待解决的问题和需要进一步探索的方向：1. 与其他生物性状的关联：研究草地植物抗逆性状与其他生物性状的相互关联，可以揭示草地植物抗逆性状的遗传机制和综合调控网络。
2. 抗逆性状的光合调控机制：进一步研究草地植物抗逆性状与光合作用的关系，可以揭示草地植物在逆境环境下的光合适应机制。
文章编号:1003-935X(2002)02-0001-05农田杂草抗药性及其检测鉴定方法王庆亚1,董立尧1,娄远来2,张守栋1(1.南京农业大学,江苏南京210095;2.江苏省农业科学院,江苏南京210014)摘要:杂草的抗药性是杂草综合治理中存在的重大难题之一,本文根据国内外已报道的文献,对农田杂草抗药性的现状与发展,抗药性杂草产生的原因和机理以及抗药性杂草的检测鉴定方法作一综述。
关键词:杂草抗药性;抗性机理;检测鉴定 中图分类号:S451 文献标识码:A收稿日期:2002-05-28基金项目:江苏省/十五0攻关项目(BE2001346)。
随着除草剂使用量的大幅度提高,杂草抗药性问题也越来越突出,这已引起了许多领域科学家的极大关注。
最近10余年来,杂草抗性的研究已涉及到抗性杂草的分布、危害、抗性机理、防治对策及抗性杂草的利用等许多方面[1,2]。
我国应用除草剂较晚,且由于各作物所用的除草剂品种多、更新快,一定程度上延缓了抗性杂草的产生和发展,但也有少数杂草存在抗药性的报道,如稗草对丁草胺、日本看麦娘对绿麦隆、草对绿磺隆、牛筋草对氟乐灵、猪殃殃和麦家公对2,4-D 等已产生抗性[3]。
1 杂草抗药性的现状及发展自1942年发现和利用2,4-D 以来,农田化学除草已成为全球农业生产的重要组成部分,世界除草剂每年的产量约占化学农药总量的40%~50%(1995年数据)。
许多发达国家每年平均1hm 2农田使用除草剂达1~1.5kg,使用范围遍及各种作物田。
除草剂大量和高频率地使用,形成了巨大的选择压力,导致杂草种群内产生适应性的突变体,形成抗药性,产生抗药性突变体的发生频率一般为10-3~10-20[4]。
Fischer 等观察到,由于数量有限的禾本科除草剂的连续使用及杂草控制措施的失败,使水稗(Echinochloa phyllo -po gon )和水田稗(E .oryzoides )明显表现出抗性[5],已成为美国加州水稻田中最严重的杂草。
敌稗是应用于稻田防治稗草最早的特效除草剂品种,在长期连年使用的条件下导致世界各地的稗草、芒稗、晚稗均产生了抗药性,抗性水平提高5倍以上[6]。
杂草抗药性相对于病虫抗性的发展还是缓慢的,因为杂草生育周期长,繁殖率低,除草剂的开发与使用在农药领域时间相对较短;此外,新的除草剂品种的不断开发,使得品种更替迅速,而且多品种混用及多种剂型,使用方法也不同(如除草剂与农业防治的综合使用),加上耕作方式不同,延缓了抗药性杂草的产生。
20世纪60年代以前,鲜有杂草抗药性的报道,直到1970年Ryan 首次报道了玉米田连续10余年使用三氮苯类除草剂西玛津和阿特拉津,使欧洲千里光(Senecio vulgaris )产生了抗药性。
经四年,这种抗性几乎遍布全美国,自此关于杂草抗药性的报道日益增)1)杂草科学 2002年第2期多,有关杂草抗性的研究也迅速发展。
抗药性杂草的出现一方面使常规的防除方法表现出局限性,除草剂用量被迫提高,当用量达到一定程度时,则可能会出现完全抗药性。
另一方面,随着抗性杂草的不断发生,使得一些对生态环境影响较小或无公害的除草剂品种被迫放弃使用,同时除草剂品种不断变换,最终会出现同一生物型杂草对各种除草剂产生多抗性和交互抗药性[7,8]。
在澳大利亚,观察到不实野燕麦(Avena sterilis)抗精稳杀得、盖草能、禾草克、威霸等,抗禾草灵的瑞士黑麦草不仅对ACCase抑制剂类的禾草克、稳杀得产生明显抗药性,而且对绿磺隆、氟乐灵也产生了交互抗药性[9]。
鼠尾看麦娘对绿磺隆、稳杀得等作用位点不同的除草剂具有交互抗药性。
此外,假高粱、反枝苋、苍耳、小飞蓬等都表现出交互抗药性[10]。
我国部分稻区的稗草对丁草胺也产生了明显的抗性,通常丁草胺使用5年以下,稗草抗性不明显,使用8~12年抗性显著,其抗性水平从北向南明显增强,而且双季稻区抗性水平比单季稻区强,单双季稻区处于两者之间[11]。
稗草不仅对丁草胺产生抗性,而且对杀草丹也产生了较明显的抗性,以LC50和LC90为标准,最高抗性系数分别为4.27和10.60,使用时间越长,抗性水平越高,使用时间超过10年的稻区,抗性水平最高,而且稗草对禾草丹和丁草胺表现出交互抗药性[12,13]。
在麦田因长期施用绿磺隆,使草和日本看麦娘产生抗药性,连续3年使用绿磺隆,这两种杂草未表现出抗药性,而连续使用6年的田块,则明显表现抗药性,抗性系数为1.54,防效降低42%,敏感性比为2.17[14]。
从1970~1977年,平均每年发现一种抗性生物型,而1978年以来,则平均每年产生9种抗药生物型,抗性杂草由1981年的48种上升到1989年107种,分属21科、63属。
据1990年不完全统计,共发现62个国家和地区约113种抗性杂草。
据1995年国际抗除草剂杂草调查,已经发现42个国家和地区存在183种抗除草剂的杂草,其中32%是对三氮苯类产生抗性,18%对ALS(乙酰乳酸合酶)抑制剂产生抗性,15%对联吡啶类产生抗性, 9%对脲类P酰胺类产生抗性[15,16]。
2抗药性杂草形成原因及机理任何对除草剂产生抗性或耐性的杂草均具有形态、生理、生化等方面的不同特性。
在杂草种群中,个体的多突变性、高易变性、遗传多样性、强适应性是抗性杂草产生的基础,抗性杂草种群的产生是除草剂选择压力下自然基因突变的结果。
另外,抗性杂草一般为一年生,它们具有一种开放的重组系统。
目前,关于抗性杂草种群形成的原因有两种观点:一种观点认为除草剂作用部位的编码基因发生突变或基因表达发生改变,结果导致杂草对除草剂的解毒能力提高或者除草剂与其结合位点的亲和力下降,遗传给后代而形成抗性种群;另一种观点认为在自然界中存在一些耐药的杂草种群,这些耐药个体逐步发展而成为对除草剂具有耐药性或抗药性的种群[17]。
2.1作用靶标的改变相当一部分杂草通过靶标的变化来解除或减少其与除草剂的亲和性而获得抗性。
这在对大多数的三氮苯类、磺酰脲类及二硝基苯胺类等除草剂发现的抗药性中得到证实。
现在较普遍的是乙酰乳酸合酶(ALS),即磺酰脲类、咪唑啉酮类等的作用位点发生突变,而使这些除草剂的药效降低。
研究结果表明:胡萝卜、拟南芥、地肤、烟草、毛蔓陀罗等除草剂的抗性突变体都是由ALS改变引起的,该位点突变或修饰是对磺酰脲类等除草剂产生抗性的根本原因。
在抗二硝基苯胺类的牛筋草中也发现因作用位点改变而产生抗性,Vanghn等人[18,19]发现其产生抗药性的原因是细胞内微管的组装不受此类药剂的阻碍,微管的形成和正常功能不再受影响。
)2)杂草科学2002年第2期对叶绿体有影响的是三氮苯类除草剂,也有抑制乙酰辅酶A羧化酶的禾草灵及抑制光合作用的绿麦隆等,这些作用位点的改变与杂草产生抗药性有直接的关系。
2.2代谢作用的加强许多研究结果表明,通过对除草剂的降解作用、轭合作用以及对除草剂产生的有毒代谢产物的解毒能力可提高植物对除草剂的抗药性。
如苘麻对莠去津产生的抗性是通过谷胱甘肽的共轭作用而增强解毒。
鼠尾看麦娘对绿黄隆产生抗性是通过N-脱烃作用和与Cytp450有联系的环行烷基氧化过程,使除草剂迅速降解。
黄炳球等人研究的稗草对丁草胺和禾草丹抗药性机制中发现,前者是由于酰胺水解酶活性的降低,后者则是体内多功能氧化酶活性上升的结果[12]。
2.3除草作用的屏蔽除草剂及其毒性代谢物在杂草体内的被/屏蔽0,使其与作用位点隔离是抗药性杂草生物型产生的原因之一。
百草枯在野塘蒿和飞蓬属等一些杂草的抗药性生物型的作用机理可能涉及到此种隔离。
研究认为由于百草枯到达靶标之前就在液泡中累积起来。
繁缕对2甲4氯的抗性与此有关。
另外,瑞士黑麦草对禾草灵产生抗性也普遍认为是被/截留0在液泡中,降低了临近部位的毒性浓度和ACCase的含量,这也解释了抗性杂草体内含有除草剂却仍存活的现象[20]。
2.4膜的效应芳氧苯氧丙酸类及环己二酮类除草剂能够使原生质膜去极化,而抗药性杂草的原生质膜电位对除草剂诱导的去极化作用的恢复能力很强,敏感型杂草只有在外援物质作用下才能诱导极性的恢复。
因此,质膜去极化的恢复能力是一些禾本科杂草,如瑞土黑麦草、野燕麦等对芳氧苯氧丙酸及环己二酮类除草剂的主要抗性机制。
3抗药性杂草的检测鉴定为了及时了解田间杂草防治动态,合理使用农药,首先要进行杂草抗性生物型(居群)的研究鉴定工作。
要经济而有效地控制抗药性杂草的发展,要在该种杂草尚未成为各地杂草的优势种时,采取有效手段及时发现这种杂草的抗药性生物型。
为此,建立一套快速、高效、准确、经济的检测鉴定方法是非常重要的。
通过这些方法可初步筛选出抗药性植物,然后再通过较为复杂的除草剂在体内基本代谢过程,确定新的抗药性生物型,使抗药性杂草在形成之初就能得到有效控制[21~23]。
3.1田间和温室整株植物测定法一般所使用的方法为Ryary法(1970),该法简单易行。
基本步骤为,首先从长期单一使用过并怀疑有抗药性杂草生物型或从未使用过同一除草剂的田块采集杂草种子,按小区播种在大田或栽在温室,在播后苗前或苗后进行常规施药处理,药剂设置不同浓度梯度,观察比较不同剂量下杂草的出苗率、发芽和死亡率、叶面积、干重等指标,并与对照进行比较,以确定抗性程度。
剂量的选择在抗性不同的杂草其结果是不同的,对于完全抗性的种群,抗性检测容易,结果与剂量的浓度没有关系。
而对于部分抗性的种群,则随剂量的变化,结果也变化。
还可运用不同的除草剂浓度处理抗性和敏感种子,并根据剂量与防效关系作一曲线计算出ED50,并由此求出抗性系数。
Lopez Martinez对稗属抗、敏生物型进行了比较研究,证明两种生物型的植株鲜重产生了变化[24]。
但是这种方法的缺陷是难以保证除草剂在盘钵中分布均匀,和植物之间具有同样药剂的可利用性。
此外,在根部,抗感生物型是否在同一药土层接触和吸收也不确定。
为此,对这一方法进行了修改,即在吸水纸上萌发种子,7d后,将幼苗根移至含14C除草剂的通气培养液中,再根据体内标记除草剂踪迹,以确定杂草抗性是否由于植物体生理差异所致。
此法存在的另一个问题是时间太长,但)3)王庆亚等:农田杂草抗药性及其检测鉴定方法由于实际技术简便易行,大批量植株同时进行,重复性好,常被利用。
3.2叶片内叶绿素荧光测定方法植物叶片内的叶绿素有发射荧光现象,当抑制光合作用的除草剂处理植物叶片时,则电子传递过程中光系统II的还原端被中断,叶绿素a以荧光的方式释放。
方法有Ducruet、Gasguea氏法和Ahrens法,前者是将早晨摘的植物幼叶,在黑暗下浸泡在除草剂的水溶液中,2h后取出叶片,再用短波光照射叶片背面,记录叶片所发出的荧光强度。
后者是把从幼叶上切下的叶片圆块在有光照的条件下浮于去离子水20~60min,取出吸干圆块上的水,然后将近轴面向上放在黑布上并在黑暗条件下测定其荧光,再将小圆块面向下,放在含有低浓度的表面活性剂和除草剂的溶液中,照光后测定荧光强度[25,26]。
