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安全剂对玉米烟嘧磺隆药害的缓解作用及其机制研究

孙兰兰  
【摘要】:烟嘧磺隆是玉米田苗后主要除草剂之一,烟嘧磺隆使用面积的大幅度上升,其药害问题也日益突出。除草剂安全剂是解决除草剂药害的一个有效方法。本研究选用五种新型的除草剂安全剂进行试验,筛选出一个既能缓解烟嘧磺隆药害又不降低除草活性的安全剂,通过田间和温室盆栽试验确定安全剂效果。本文从靶标酶及解毒酶角度研究了安全剂提高不同玉米耐药性的机制,利用实时荧光定量PCR检测了烟嘧磺隆代谢途径中解毒酶相关基因的表达量,以期从生理生化及分子水平揭示安全剂提高玉米对烟嘧磺隆的耐性机制。主要研究结果如下:1.采用盆栽生测法比较了五种不同安全剂对玉米烟嘧磺隆药害的缓解效果及对烟嘧磺隆除草活性的影响。结果表明,双苯噁唑酸和环丙磺酰胺缓解效果最好;解草酯仅能缓解低剂量烟嘧磺隆的药害;解草唑、吡唑解草酯对烟嘧磺隆药害几乎没有缓解作用。采用整株生测法测定安全剂、马拉硫磷对烟嘧磺隆除草活性的影响,结果表明,双苯噁唑酸和环丙磺酰胺能够显著提高烟嘧磺隆对稗草和马唐的除草活性。马拉硫磷对烟嘧磺隆对稗草的除草活性无显著影响,而马拉硫磷、双苯噁唑酸和烟嘧磺隆混用显著提高烟嘧磺隆对稗草的除草活性。双苯噁唑酸对烟嘧磺隆的增效效果优于环丙磺酰胺。2.通过田间小区试验,评价双苯噁唑酸或环丙磺酰胺与烟嘧磺隆混用效果,结果表明,烟嘧磺隆对玉米的药害级别为2-3级,而添加双苯噁唑酸或环丙磺酰胺后,玉米的药害级别降为0级,表明两种安全剂均可有效缓解烟嘧磺隆对玉米产生的药害,同时还能缓解烟嘧磺隆与马拉硫磷混用对玉米产生的药害,对玉米田各类一年生杂草均有较高的防除效果,总体杂草防效均能达到7~9级。3.室内对玉米整株活性及靶标ALS酶活性进行了测定。结果表明,在整株水平上,烟嘧磺隆对普通玉米郑单958和糯玉米郑黄糯2号的株高抑制中浓度EC50分别为18.87 mg L-1、24.80 mg L-1;添加双苯噁唑酸后,提高了这两种玉米品种的耐药性,烟嘧磺隆对二者的EC50值分别为249.28 mg L-1、275.51 mg L-1,分别提高了 13倍和11倍。郑单958与郑黄糯2号对烟嘧磺隆的耐药性无显著性差异。离体ALS酶活性测定表明,烟嘧磺隆对郑单958和郑黄糯2号离体ALS酶的I50分别为15.46μmolL-1、0.57μmol L-1,双苯噁唑酸与烟嘧磺隆混用后,二者的I50值分别提高为34.11μmolL-1、2.17μmolL-1。以上结果表明,烟嘧磺隆对两种玉米ALS酶活性抑制作用差异巨大,但对两种玉米生长抑制作用差异不大,故推断ALS酶不是造成玉米耐药性差异的主要因素,亦不是安全剂解毒的主要靶标。4.室内对双苯噁唑酸对玉米解毒系统的影响进行了研究。整株活性测定表明,P450单加氧酶抑制剂PBO、ABT或者马拉硫磷显著加重了烟嘧磺隆对两种玉米的药害,推测P450单加氧酶参与了烟嘧磺隆在玉米体内的代谢。添加了双苯噁唑酸之后,能够显著缓解PBO、ABT或者马拉硫磷对烟嘧磺隆玉米药害的影响,其药害程度明显低于烟嘧磺隆单独使用对玉米的药害。通过以上结果推断,双苯噁唑酸可能通过提高P450单加氧酶活性来提高玉米对烟嘧磺隆的耐药性,但亦有可能通过不被PBO、ABT、马拉硫磷所抑制的P450单加氧酶途径来提高玉米对烟嘧磺隆的耐药性。双苯噁唑酸对两种玉米体内的GSH含量均无诱导作用,但可显著提高其GST活性,且对GST诱导具有剂量和时间依赖性。双苯噁唑酸处理4h郑黄糯2号的GST活性达到最高,而郑单958在处理12h达到最高,这说明双苯噁唑酸对郑黄糯2号的GST活性诱导更快,对郑单958的诱导滞后。双苯噁唑酸的水解酸对玉米GST活性同样具有诱导作用,且与双苯噁唑酸具有同样的功效。GST活性的升高可能是双苯噁唑酸缓解玉米烟嘧磺隆药害的作用机制之一。双苯噁唑酸对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性无显著影响。5.通过实时荧光定量PCR技术,研究了双苯噁唑酸对玉米相关GST基因表达量的影响。结果表明,10个候选基因在郑单958和郑黄糯2号中的基因表达水平存在差异,GSTIV、GST6、GST3 基因在郑单958中表达水平高于郑黄糯2号,而郑黄糯2号中表达水平较高仅为GST12基因。双苯噁唑酸处理后两种玉米体内表达量上调的基因相同,分别是GSZIV、GST6、GST31、MRP1。而在烟嘧磺隆+双苯噁唑酸处理后,郑黄糯2号体内上调表达的基因为GSTI、GSTIV、GST6、GSTT1、MRP1;郑单958体内上调表达的基因为 GSTI、GSTIV、GST5、GST6、GST31、MRP1。在上述处理中,GSTIF、GST6、GST31、MRP1均存在表达量受双苯噁唑酸诱导而提高,所以推断GSTIV、GST6、GST31、MRP1基因可能是双苯噁唑酸提高两种玉米对烟嘧磺隆耐药性的核心GST基因,是双苯噁唑酸缓解玉米烟嘧磺隆药害的作用机制之一。综上所述,本研究发现双苯噁唑酸、环丙磺酰胺能够减轻烟嘧磺隆对玉米的药害,提高施药时玉米对不良环境的抵御能力。证实了双苯噁唑酸能够缓解烟嘧磺隆与马拉硫磷混用对玉米的药害,解决了烟嘧磺隆与有机磷农药混用的技术难题。双苯噁唑酸可能通过提高P450单加氧酶活性来提高玉米对烟嘧磺隆的耐药性,但亦有可能通过不被PBO、ABT、马拉硫磷所抑制的P450单加氧酶途径来提高玉米对烟嘧磺隆的耐药性。GSTIV、GSTI、GST31、MRP1基因表达量升高和GST活性的升高可能是双苯噁唑酸缓解玉米烟嘧磺隆药害的作用机制。


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