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[博士论文] 夏向东
农药学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:稗草(Echinochloa crus-galli)是水稻田危害最严重的杂草之一。长期以来,防治稗草的方法以化学防治为主,随着除草剂的大量、广泛使用,稗草已成为世界上最严重的抗性杂草之一,严重威胁农业生产。噁唑酰草胺(metamifop)是一种新型的乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-coenzyme A carboxylase;ACCase)抑制剂,对稗草、千金子等杂草防效好。为明确湖北省稻田稗草种群对噁唑酰草胺的抗性变化动态,探明稗草对噁唑酰草胺的抗性机理,本研究通过监测湖北省水稻田采集的49个稗草田间种群对噁唑酰草胺的抗性水平和研究不同剂量噁唑酰草胺对稗草抗性进化的影响,获得了5个对噁唑酰草胺产生高水平抗性的稗草种群(WX15,XY15,WX14-1,DY14-2,ZS14-2),并以田间种群M0为初始种群筛选出抗噁唑酰草胺稗草种群L3和L4;在研究噁唑酰草胺与稗草ACCase CT功能域的相互作用的基础上,针对田间抗性种群(WX15、XY15;RI=15.80,32.32)和低剂量筛选获得的抗性种群(L3、L4;RI=42.50,49.92),研究了稗草对噁唑酰草胺的抗性机理。研究结果对噁唑酰草胺的科学合理使用及稗草的抗性治理具有重要意义。主要结果如下:
  1.湖北省稻田稗草对噁唑酰草胺的抗性水平
  采用整株水平测定法检测了湖北省水稻田间49个稗草种群对噁唑酰草胺的抗性水平,结果表明:不同稗草种群对噁唑酰草胺的敏感性差异较大,抗性指数(RI)在2.45-32.32之间,其中有5个种群(WX15,XY15,WX14-1,DY14-2,ZS14-2)对噁唑酰草胺产生高水平抗性。2011-2015年采集的稗草种群对噁唑酰草胺的抗性水平呈现逐年上升的趋势。结合田间除草剂使用情况和除草剂对稗草田间种群的毒力相关性分析,表明噁唑酰草胺对稗草种群的毒力与五氟磺草胺、双草醚对稗草的毒力在总体上存在显著的弱相关性(r=0.299,P=0.037;r=0.293,P=0.041),因此,长期使用ACCase抑制剂(氰氟草酯等)、ALS抑制剂(五氟磺草胺、双草醚等)的稻田稗草种群对噁唑酰草胺可能存在一定的抗性风险。
  2.不同剂量噁唑酰草胺对稗草抗性进化的影响
  以稗草种群M0为初始种群,在田间连续4轮分别使用高剂量和低剂量噁唑酰草胺处理,发现连续使用低剂量噁唑酰草胺筛选获得的L2、L3和L4种群与初始种群M0相比,对噁唑酰草胺的剂量反应存在显著差异。连续使用高剂量噁唑酰草胺筛选的稗草种群和不用药剂处理的稗草种群与初始种群M0相比,对噁唑酰草胺的剂量反应无显著差异。表明低剂量噁唑酰草胺会加速稗草对其抗性进化,L2-L4种群对噁唑酰草胺产生抗性的原因可能存在多种因素的影响。
  3.噁唑酰草胺与稗草ACCase CT功能域的相互作用
  噁唑酰草胺是新型ACCase抑制剂,通过透射电镜观察噁唑酰草胺处理的稗草叶绿体,测定噁唑酰草胺对靶标酶的抑制活性,以及运用分子模拟、分子对接和分子动力学的方法,研究了噁唑酰草胺与稗草ACCase CT功能域的相互作用。结果表明:噁唑酰草胺对稗草叶绿体具有明显的破坏作用,可高效的抑制敏感稗草ACCase活性(IC50=41.1nM)。噁唑酰草胺作用于稗草CT功能域二聚体交界面的活性位点,氨基酸Tyr175,Phe391',Gly171,Thr194和Lys201在噁唑酰草胺与稗草CT功能域结合时扮演着重要作用。噁唑环位于Tyr175和Phe391'之间,形成π-π共轭。噁唑酰草胺噁唑环上N原子质子化产生的质子与Gly171形成氢键。当Tyr175和Phe391'发生构象改变时,噁唑酰草胺从CT功能域的结合口袋中移动到结合通道的入口处,噁唑环N原子质子化产生的质子与Thr194形成氢键,酰胺键氧原子与Lys201形成氢键。研究结果为深入理解ACCase抑制剂的靶标抗性和交互抗性奠定基础,有助于此类抑制剂的结构优化,为设计新型ACCase抑制剂提供理论依据。
  4.稗草对噁唑酰草胺的抗性机理
  稗草种群WX15、XY15、L3、L4的ACCase CT功能域基因中,已报道的引起靶标抗性的7个位点(Ile1781,Trp1999,Trp2027,Ile2041,Asp2078,Cys2088,Gly2096)均没有发生突变,表明WX15、XY15、L3、L4种群对噁唑酰草胺产生抗性的原因与靶标中已报道的7个与抗性相关的突变无关,可能由非靶标抗性机理引起。代谢酶活性和代谢酶抑制剂逆转抗性研究结果表明:L3和L4种群对噁唑酰草胺产生抗性与GSTs、P450s表达量增加或活性增强有关,GSTs对抗药性的贡献比P450s更大,L3和L4种群对噁唑酰草胺产生抗性与代谢相关。抗性候选基因的表达模式和噁唑酰草胺在稗草体内可能的代谢途径研究表明,抗性稗草与未用药处理的敏感稗草相比,在噁唑酰草胺代谢的3个阶段中,代谢酶基因P450s、GSTs、GTs、ABC transporters的表达量存在显著差异。第1阶段:噁唑酰草胺在Cytochrome P450s的作用下,分解成6-CB和HPPFMA,HPPFMA可进一步降解为HPFMA和对羟基苯酚(hydroquinone)。抗性稗草与未用药处理的敏感稗草相比,显著上调表达的P450s基因为CYP2A6,CYP2C9,CYP71A1,CYP1A1,CYP1B1,CYP1A2,CYP71C1,CYP71C4,CYP87A3,显著下调表达的基因有CYP6A,CYP7126,CYP97B2,CYP93A2。第2阶段,在GSTs作用下6-CB与谷胱甘肽结合后水解生成代谢物,并在GTs的作用下,与糖基结合。对羟基苯酚和HPFMA在GTs的作用下与糖基结合。相对未用药处理的敏感稗草,抗性稗草的GSTs基因(GSTF1,GST23,GSTU6)、GTs基因(UDP-glucuronosyltransferase2B15,UDP-glucuronosyltransferase1-1,UDP-glucuronosyltransferase1-8)显著上调表达,显著下调表达的基因为GST3,GSTU20。第3阶段,在ABC transporters的作用下,将第2阶段的代谢物转运到液泡或胞外。抗性稗草与未用药处理的敏感稗草相比,ABC transporters基因(ABCC6,AB CB1)显著上调表达。这些显著上调表达的代谢酶基因很可能在稗草对噁唑酰草胺的代谢抗性机理中起着重要的作用。
[硕士论文] 吴飞
农药学 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:炔草酯是一种乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制类除草剂,用于防除小麦田常见禾本科杂草。在生产中发现炔草酯制剂使用后,部分小麦出现药害症状,严重时可造成减产。因此,本文以从12个品种中筛选出的对炔草酯制剂耐性最强的品种淮麦23和耐性最弱的品种宁麦16为研究对象,通过炔草酯、安全剂分别处理后测定小麦体内氧化酶、代谢酶和靶标酶的表达水平,比较靶标酶乙酰辅酶A羧化酶CT区域的碱基序列,以明确炔草酯在小麦品种上耐药性差异的原因,为其安全应用提供理论依据。
  氧化酶活性研究结果表明,淮麦23叶片中过氧化物酶(POD)的活性水平高于宁麦16,但药剂处理后增加的幅度低于宁麦16。炔草酯72g a.i.·ha-1和144g a.i.·ha-1单用以及与解草酯混用处理5天后,淮麦23叶片中的POD酶活性开始显著提高,而高剂量(144g a.i.·ha-1)的处理使宁麦16叶片中POD的活性从第3天就开始增加。安全剂解草酯单用对两种小麦叶片内的POD酶活性无显著影响。淮麦23叶片中超氧化物歧化酶(SOD)的活性水平低于宁麦16,炔草酯单用以及与解草酯混用处理后两个品种小麦叶片中SOD酶的活性都快速增加,至第7天到达最大值,而淮麦23增加的幅度没有宁麦16明显。用聚丙烯胺凝胶电泳对这两种酶进行同工酶分析,发现两种小麦的POD和SOD的同工酶谱本身存在差异,炔草酯和解草酯处理没有诱导新的同工酶带。
  代谢酶基因表达量的研究结果表明,炔草酯与解草酯会影响两种小麦体内细胞色素P450基因(CYP71C6V1)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)基因的表达量,且剂量越高,变化的幅度越大。低剂量(72g a.i.·ha-1)的炔草酯与解草酯混用处理对淮麦23叶片中P450基因的表达量无显著影响,但能提高宁麦16叶片内的P450基因表达量。高剂量(144ga.i.·ha-1)的炔草酯处理始终使淮麦23叶片中P450基因在实验周期内保持较高表达水平,宁麦16在处理第3天后达到最高值,然后逐渐降低,但始终高于对照。炔草酯与解草酯处理后,淮麦23和宁麦16叶片内的GST基因表达水平都呈先增加后降低的趋势,且两种小麦变化的趋势与增加的幅度大体一致。总体而言,淮麦23叶片内P450和GST基因对高剂量的炔草酯(炔草酯+解草酯)活性均强于宁麦16。
  靶标酶基因表达量的研究结果表明,炔草酯会抑制两种小麦叶片内ACCase基因的表达量,剂量越高,基因表达量越低;宁麦16叶片内ACCase基因对炔草酯比淮麦23敏感。安全剂解草酯对其表达量无显著影响。随着小麦的生长,炔草酯对两种小麦叶片内ACCase基因的抑制作用会逐渐减轻,其表达量慢慢上升,但144g a.i.·ha-1炔草酯处理的宁麦16叶片内ACCase基因表达量始终低于淮麦23。
  靶标酶基因序列分析表明,实验所测得的淮麦23叶片内ACCase酶CT功能域的基因序列比宁麦16的序列多130个bp长度。通过Vector NIT软件,将序列翻译成氨基酸残基组成的多肽链,淮麦23的ACCase酶CT域基因的开放阅读框(ORF)长度为1737bp,多肽链由579个氨基酸残基组成,宁麦16ACCase酶CT域基因的开放阅读框(ORF)长度为1707bp,多肽链由569个氨基酸组成。经比对,两种小麦的氨基酸从552位点处开始出现不同,而宁麦16的氨基酸序列与对炔草酯敏感的禾本科杂草,如黑麦草、野燕麦、大穗看麦娘等同源性高。
  综上所述,两种小麦叶片内POD和SOD活性的差异不是其对炔草酯耐药性不同的主要原因;而P450和GST基因表达水平的差异是造成淮麦23比宁麦16耐炔草酯性强的原因之一;安全剂解草酯处理后,两种小麦叶片内POD和SOD活性及ACCase基因表达量都没有显著变化,但P450和GST基因的表达量得到了提高,这也是影响其耐药性差异的因素。ACCase基因表达量和CT域基因序列的差异可能是淮麦23对炔草酯具有较强耐药性的基础。
[硕士论文] 刘志鹏
生物化学与分子生物学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:钝裂银莲花(Anemone obtusiloba)是一种青藏高原东缘高寒草甸中比较常见的毒杂草,花色从白色过渡到黄色,为牲畜不食。本文采用RAPD基因组DNA分子标记技术对甘南州不同花色的11个居群进行遗传多样分析,并将遗传多样性与样地的生态因子进行相关性分析。实验结果表明:
  1.合作、碌曲、玛曲和阿孜4个样地的土壤水分含量有显著性差异(P<0.05),大小顺序如下:玛曲>碌曲>阿孜>合作;4个样地的土壤皆呈现中性偏酸性,但碌曲样地土壤的pH显著低于其他三个样地(P<0.05);土壤速效磷含量极高,之间没有显著性差异;全磷含量极高,玛曲和阿孜样地土壤全磷含量显著高于合作和碌曲的(P<0.05);有效氮含量极高,但样地之间存在显著性差异(P<0.05),大小顺序为:阿孜>玛曲,碌曲>合作;4个样地的速效钾含量水平均较高,阿孜、玛曲和碌曲的样地土壤速效钾含量之间有显著性差异(P<0.05),合作的和碌曲的之间也有显著性差异(P<0.05),合作的与阿孜、玛曲的之间没有显著性差异,大小顺序如下:阿孜>玛曲>碌曲,合作>碌曲。
  2.采用正交试验和单因素试验相结合的方法确定了RAPD-PCR最优反应体系和扩增程序:总体系20μL,DNA模板30ng,primer0.4mmol/L,Taq DNA聚合酶0.5U,dNTPs0.4mmol/L,10×Buffer2μL,Mg2+2.5mmol/L,ddH2O14μL;预变性96℃5min30sec,变性94℃1min10sec,退火37℃1min40sec延伸72℃1min10sec,续补72℃6min30sec,循环数40。
  3.玛曲黄色(MQY)居群的多态位点百分率最高,相对地,玛曲白色(MQW)居群的最低,各地域白色居群多态位点均低于黄色和浅色居群的。总体多态位点百分率高于各亚居群(MQY除外)。各亚居群Shannon信息指数和 Nei’s指数估计的基因多样性大小顺序和多态位点百分率的顺序基本一致。钝裂银莲花的遗传变异主要发生在种群内,但亚居群间已发生一定的遗传分化。钝裂银莲花11个亚居群可以归为3大支,第一支是合作钝裂银莲花;第二支是碌曲黄、浅和白色居群,玛曲黄色和浅色居群;第三支是阿孜黄、浅色居群和玛曲白色居群。
  4.通过钝裂银莲花居群遗传多样性与生态因子相关性分析发现,海拔越低,土壤营养成分含量越低,钝裂银莲花居群遗传多样性越高;土壤含水量、速效氮(AN)含量在钝裂银莲花的地理分布中可能起着一定的作用。
[硕士论文] 胡盈盈
农业信息化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:除草剂的过量喷洒,给土壤和生态造成了一系列严重的问题,因此田间杂草精准控制技术变的尤为重要。在田间杂草精准控制技术中,怎样快速、准确实时地获取农田杂草信息,成为了田间杂草精准控制技术所面临的首要问题。田间杂草识别方法就是通过获取杂草信息来区分杂草和作物的一项重要手段,所以杂草的识别在农业可持续发展中有着不可替代的作用。目前,基于普通的相机设备的杂草识别技术的识别存在一些弊端,有着精度低、耗时严重等问题,近地遥感技术可获取可见光、紫外线、红外线等多波段信息,具有蕴含信息量足、探测手段多、无损探测性好、实时性强等特点,是田间杂草识别技术中一项重要方法。因此,本文结合高光谱和多光谱两种近地光谱数据,分别对夏玉米田间杂草进行模式识别。
  本文选取山东农业大学南校区玉米实验田为研究区,利用ASD便携式地物光谱仪采集室内玉米和杂草光谱数据,通过高光谱数据对田间杂草和作物建立光谱数据集,筛选特征波段,建立逐步判别模型以期达到初步识别玉米田间杂草。实验选取7月份杂草生长旺盛季节的4-7叶期玉米田间杂草为研究对象,此时是玉米田间杂草管理的重要阶段。实验选取三种典型杂草马齿苋、野苋菜和香附。对玉米作物和杂草每种植被均采集30组数据,每组数据设为10个样本,共有1200个光谱数据,通过对光谱数据的预处理和分析,筛选出了734nm、954nm、1324nm、1869nm四个敏感波段,对选取的敏感波段进行判别模型的建立,实验结果得到模型精度为85.8%,在一定程度上实现了杂草和玉米作物的区分。其中,玉米的识别精度达到90%,杂草野苋菜和香附出现了混合度较高的状态,野苋菜分类精度最低仅有63.3%,其中30%的野苋菜被错分到香附中。
  在室内高光谱数据获取的同时,利用ADC便携式多光谱相机拍摄室外原始生长形态的作物和杂草,获取多光谱图像。基于图像的计算机视觉方法,从多光谱图像中提取作物和杂草的形状、纹理等特征信息,并对特征参数进行PCA降维,建立支持向量机(SVM)模型,完成基于多光谱图像的作物间杂草识别。多光谱数据对每种植被均采集25组照片,对多光谱数据进行一系列预处理去除背景值,提取其形态和纹理特征,通过主成分(PCA)分析得到三个主成分,用SVM算法进行杂草识别,最终分类精度达到88%。多光谱图像识别结果表明,玉米识别精度达到88%,其中野苋菜识别率最低72%,其中有24%与香附混合,4%与玉米混合。SVM算法在兼顾了用时短,识别精度高的同时,也为田间杂草的识别提供了一种可行的算法。
  以上两种方法对照,结果表明,两种研究方法的精度均较高。第一种研究方法精度高的原因有两方面:一方面是由于室内实验,减少了外界环境的影响,对减少误差有一定的作用。另一方面是植物本身的区别,马齿苋和野苋菜均为双子叶植物、玉米和香附为单子叶植物,双子叶和单子叶植物的叶片结构具有差异性,所以基于光谱特征较容易区分。第二种方法的精度高是由于:玉米和三种杂草形态及纹理存在明显的区别,可以很好的从图像技术实现对玉米和杂草的区分。杂草识别方法最终目的就是精准快速的用于田间除草。在此次的研究方法上,证明了高光谱及多光谱在杂草的识别方向具有一定的应用价值。对比二者识别过程和效果,认为基于图像的杂草识别方法,具有光学传感器反应敏捷、结构简单、操作方便,在实时性和经济性方面存在一定优势,是一种可行的手段,相比高光谱特征识别更具优势。
[硕士论文] 李晓焕
环境工程 西北大学 2017(学位年度)
摘要:青海省草地资源丰富,是中国畜牧业发展的重要基地。近年来,由于过度放牧,导致草地退化、生产力下降、生态环境恶化、毒害草增加。瑞香狼毒是青藏高原高寒草地最严重的毒草种类之一,利用GIS技术,分析瑞香狼毒的分布及与土壤特性的关系,研究狼毒分布的主要影响因素,对该地区瑞香狼毒的防控和生态系统的平衡具有重要意义。
  本文以祁连县典型退化高寒草甸为研究区,利用经典统计学、地统计学理论与GIS技术相结合,研究瑞香狼毒发生区与非发生区植被、土壤水分、土壤养分和微生物多样性的差异性、空间异质性及空间分布格局,进而分析瑞香狼毒与土壤特性之间的关系,主要取得了以下成果:
  (1)发生区群落平均盖度与非发生区相当,但空间变异程度大于非发生区。狼毒盖度具有较高的变异性,其空间分布格局表现为明显的斑块状,由中心聚集向四周扩散,导致整个样地群落盖度具有较大的空间变异。
  (2)发生区与非发生区全氮、全磷和有机质含量存在显著差异性,且发生区低于非发生区,而变异程度均高于非发生区。发生区全氮、全磷和有机质的空间分布呈斑块状且破碎化比较明显,而全钾的空间分布较为平缓且与狼毒盖度分布趋势较为一致。相关分析表明,全钾与狼毒盖度呈显著负相关关系,狼毒盖度随全钾的升高而降低,全钾的空间异质性对狼毒盖度的空间分布具有显著影响。
  (3)发生区与非发生区在20~30cm、80~90cm、90~100cm层土壤水分含量均值存在显著差异,发生区20~30cm层土壤水分含量大于非发生区,80~90cm和90~100cm层则小于非发生区。发生区各层土壤水分含量变化均有明显规律,浅层斑块破碎化严重,深层破碎化较小,中层空间分布比较平缓;非发生区各层土壤水分分布随机性较强。相关分析表明,随着狼毒盖度的增加,总体0~100cm土壤水分含量逐渐减少。从各层来看,狼毒盖度与10~20cm、70~100cm各层土壤水分呈显著负相关关系,而与30~50cm各层土壤水分呈显著正相关关系。土壤水分的空间分布和狼毒盖度的空间分布是相互影响相互制约的。
  (4)发生区与非发生区土壤微生物多样性存在显著差异性,发生区群落丰富度和多样性比较低,而群落优势度比较高。发生区群落丰富度和多样性的空间斑块状分布更明显,且与狼毒盖度的空间分布趋势较为相似。但相关分析表明,土壤微生物多样性指数与狼毒盖度的关系均不明显。
[硕士论文] 芮静
植物保护;农药学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是黑龙江省主要种植作物之一,野慈姑作为稻田最主要的恶性杂草之一,如何彻底消灭一直是想要解决的棘手问题。野慈姑存在两种繁殖方式,种子繁殖和球茎繁殖。球茎在土层中的分布深度不同,导致野慈姑出苗历期较长,增加了防除的难度。野慈姑(学名:Sagittaria trifolia L.)别名狭叶慈姑、三角剪、水芋等。多年生水生或沼生草本。叶片形状多变,有带状叶、椭圆形叶和箭型叶三种叶形。地下根状茎横走,先端膨大成球茎。本文采用室外盆栽法对野慈姑的生物学特性和相关防除理论进行了系统、有针对性的研究,为更加科学有效地防除野慈姑提供一定的理论依据,主要研究结果如下:
  1、球茎繁殖野慈姑平均可抽薹1.00-2.35个/株,最多6个/株;平均根状茎数1.03-4.84条/株,最多9条/株;平均根状茎节数1.88-4.85个/条,最多9个/条;平均新生球茎数1.00-3.73个/株,最多6个/株。箭型叶片数达6-7片时,地下根状茎开始抽生。与根状茎数最相关的是抽薹数,其次是叶片数,温度是重要影响因素。与新生球茎数最相关的是抽薹数、根状茎数和根状茎节数。
  2、无水层时球茎繁殖野慈姑出苗时间长,有水层时出苗时间整齐,水层深浅对出苗时间和出苗率影响不大。球茎播深越浅,出苗时间越早,播深越深,出苗率越低,播深在20cm以上时,出苗率极低。无水层处理随播深增加,叶片数和抽薹数降低。无水层不同播深处理间,根状茎数、根状茎节数和新生球茎数无差异显著性。有水层播深15cm处理,野慈姑叶片数、抽薹数、根状茎数、根状茎节数和新生球茎数最多。
  3、球茎繁殖野慈姑新生球茎土层分布深度为3-37cm不等,10-30cm深度范围内最多。球茎大小横径为0.63-1.20cm,纵径为1.65-2.30cm。与第二年调查数据相比隔年调查的新生球茎数量减少、分布更集中,但大小未减小。
  4、野慈姑球茎及种子出苗特性:
  (1)温度条件在25/10℃以上时,即满足球茎繁殖野慈姑出苗对温度的需求。温度越高,温差越小,出苗越快,叶片增长越迅速,长势越好。低温条件下,苗较根生长更快,高温条件下,根较苗生长更快。根的生长受温度影响较大。
  (2)不同光照强度条件下,球茎繁殖野慈姑出苗率和长势相差不大,仅表现为植株茎干强度的不同。完全遮光处理也能出苗,但存活时间不长。
  (3)野慈姑球茎顶芽一旦受到破坏,即不能萌发。
  (4)野慈姑种子播深为1cm和2cm时出苗率最大,播深为3cm和4cm时出苗时间较1cm和2cm晚,播深为5cm和6cm时,不能出苗。
  5、野慈姑结球前施用除草剂可达到根除两种繁殖方式的目的,施用除草剂2甲4氯或2甲·灭草松效果最好。结球后施用除草剂对新生球茎数量的控制效果没有结球前好,控制种子繁殖野慈姑效果比球茎繁殖效果好,控制新生球茎数量效果最好的是2甲4氯,控制新生球茎大小效果最好的是2甲·灭草松。
[硕士论文] 宋少杰
农业昆虫与害虫防治 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:紫茎泽兰(Ageratina adenophora Sprengel)是一种世界恶性入侵杂草,现已在30多个国家和地区广泛分布,造成了严重的经济损失和生态灾难,甚至对人畜健康构成一定威胁。该植物自二十世纪40年代传入我国云南后,迅速蔓延扩散,现广泛分布于西南地区和台湾等地,造成了农林牧副业的重大危害。近年的研究证实紫茎泽兰对入侵地植物有明显的化感抑制作用,尤其在根际化感作用方面。外来植物入侵后,在与本地物种的互作过程中,常出现环境适应性的生物和生态学特性改变。许多入侵植物会在生长与防御物质资源方面进行再分配,如降低应对专食性天敌防御的投入,而将更多的资源用于生长发育或用于强化抑制排挤本地植物的化感作用。近来发现紫茎泽兰入侵种群产生了叶氮由细胞壁向光合机构再分配的进化,表明其入侵后体内资源对生长发育在偏向性增加供给。泽兰实蝇(Procecidochares utilis Stone)是我国上世纪80年代引进用于控制入侵杂草紫茎泽兰的专食性天敌,已在很多地区建立了稳定的自然种群,但控制作用较弱。因此,本研究以原产地和入侵地紫茎泽兰种群为材料,分析泽兰实蝇寄生胁迫下,紫茎泽兰化感/抗虫物质含量的变化规律,以期评价外来植物入侵种群的天敌适应性与化感作用之间的联动效应,揭示天敌作用下紫茎泽兰如何适应并持续扩张的生态机制。主要结果如下:
  1.选择原产地(墨西哥,2个种群:M1、M2)和入侵地(中国,3个种群:C1、C2、C3)紫茎泽兰为材料,通过扫描电镜检测芽尖形态的差异,并检测对比不同种群植株地上部分碳氮比,以及泽兰实蝇寄生下,6种抗虫物质(单宁类:单宁酸、儿茶素、鞣花酸;类黄酮:槲皮素、异槲皮素、山奈酚)的含量。结果表明:原产地和入侵地紫茎泽兰的泽兰实蝇寄生点芽尖处均覆盖浓密单毛,通过芽尖横切面观察发现,无论是厚壁组织结构还是皮层细胞层数,入侵地种群与原产地种群相比均无明显差异;地上部分碳氮比结果表明,入侵地的3个种群均显著低于原产地的2个种群,尤其在茎秆部位(入侵地种群比原产地种群低18.4%)。抗虫物质检测结果表明,紫茎泽兰入侵种群的抗虫物质含量显著低于原产地种群,其中芽尖部位单宁酸和儿茶素含量尤为明显,它们分别比原产地种群的低26.4%和32.3%;泽兰实蝇寄生后,无论是原产地种群还是入侵地种群抗虫物质含量均呈上升趋势,尤其是单宁类化合物,其中M1种群寄生植株在虫瘿破膜前,儿茶素含量比未寄生植株升高了163.2%。可见,紫茎泽兰入侵种群在抗虫特性方面产生了资源再分配的适应性变化,这对它在新生境天敌缺乏下的持续扩张明显是有利的。原产地种群和入侵地种群相比,虽然泽兰实蝇寄生均诱导紫茎泽兰抗虫物质的增加,但原产地种群增加的幅度更大。表明,紫茎泽兰入侵后对专食性天敌胁迫的适应性已经明显下降。
  2.采用营养液培育幼苗结合笼罩接虫法,测定比较了泽兰实蝇寄生下,紫茎泽兰入侵地种群和原产地种群的化感物质含量。
  结果表明:入侵地种群泽兰二酮的分泌量显著高于原产地种群,但羟基泽兰酮的含量差异不显著;泽兰实蝇寄生后,入侵地种群化感物质的含量产生了显著变化,在虫瘿初现时,寄生植株比未寄生植株化感物质含量显著升高,其中C2种群被寄生后的羟基泽兰酮含量比对照增加了77.6%,在虫瘿破膜前,寄生植株比未寄生植株化感物质含量显著降低,其中C3种群在寄生后羟基泽兰酮含量比未寄生降低了50.7%。可见,紫茎泽兰入侵后根际化感作用明显增强,而专食性天敌在寄生初期还能强化化感作用。因此,可基本判断泽兰实蝇寄生对紫茎泽兰基于化感作用的入侵扩张是有利的。
[硕士论文] 张启尧
生态学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:菟丝子是我国林业危险性有害生物,主要采用物理、化学和生物方法对其进行防治。其中,生物防治由于具有不污染环境、对寄主安全、能有效地保护天敌、发挥持续控制作用等优点而得到广泛应用。植物源防治物质的研究有望为菟丝子的生物防治开辟新的途径。本文选取苦楝树(树皮和果实)乙醇提取物和菟丝子防治特效药剂菟丝特对菟丝子及其寄主黄素梅进行喷洒处理,通过测定菟丝子及其寄主黄素梅的生长和生理指标评价药剂的防治效果和作用机制。结果如下:
  1、苦楝树皮醇提取物和菟丝特能较为有效防治菟丝子侵染宿主黄素梅。药剂处理后初期菟丝子表现为生长点失水下垂、缠绕圈数减少的症状;后期菟丝子大面积萎蔫死亡。苦楝树皮醇提物和菟丝特混合处理能显著抑制菟丝子的生长,表现出一定的浓度-剂量效应。苦楝皮醇提物40 g/L和菟丝特混合药剂的药效最好,处理15d后菟丝子表现出部分萎蔫干枯的症状,药后30d,绝大多数菟丝子死亡。
  2、低中浓度苦楝醇提物处理下的黄素梅能在15d内恢复生长,对宿主相对安全;菟丝特处理下黄素梅均能在30d内恢复正常生长。苦楝树皮醇提物和菟丝特混合处理对寄主黄素梅有着较高的安全性,不仅能有效抑制菟丝子生长,同时对宿主黄素梅的影响能在短时间内消除。
  3、高浓度苦楝皮醇提物和不同浓度菟丝特处理后菟丝子内可溶性糖含量明显升高。而可溶性蛋白的含量随处理浓度的升高呈下降的趋势。而中高浓度的苦楝皮醇提物和菟丝特处理下黄素梅叶片的可用性糖含量降低,且可溶性蛋白含量显著高于对照组黄素梅。
  4、随着苦楝皮醇提物和菟丝特浓度的增加,菟丝子内MDA含量逐渐升高。而寄主植物黄素梅叶片内MDA的含量随苦楝皮醇提物和菟丝特浓度的增加呈逐渐降低的趋势。
  5、苦楝皮醇提物和菟丝特能显著抑制菟丝子的生长发育,并促进黄素梅恢复正常生长。药剂胁迫使菟丝子使菟丝子SOD活性降低,POD和CAT的活性逐渐升高。药剂处理能显著增强黄素梅抗氧化酶的活性,提高寄主抵御菟丝子侵袭的能力,干扰菟丝子对黄素梅寄主的识别,从而达到生物防治的效果。
  6、6%菟丝特和苦楝皮醇提物对黄素梅叶片的光合活性和叶绿素荧光参数的影响表现出一定的剂量效应。随药剂浓度的加大,对黄素梅光合活性和叶绿素荧光参数的影响就越显著。其中混合药剂处理9(苦楝皮醇提物40 g/L+菟丝特14 mg/L)的防效最好。
[硕士论文] 古春凤
生态学 杭州师范大学 2017(学位年度)
摘要:加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)是一种世界性的入侵植物,严重威胁入侵地的生物多样性,干扰原有生态系统的群落结构,甚至引起生态系统服务功能退化,造成重大的经济损失。人们采取了多种方法对该入侵物种进行防除,化学防除是广泛被采用的方法,其中草甘膦因具有高效、低毒等优点,是目前被大量使用于防治加拿大一枝黄花的除草剂。自然群落中,植物个体之间普遍存在着相互联系,广泛使用化学除草剂防除外来入侵植物,抑制入侵植物生长的同时,必然也干扰了邻近植物的生长,直接或间接改变植物之间的相互联系,由此可能会对植物群落的自然演替造成干扰,破坏当地生态系统的动态平衡。
  目前对草甘膦影响入侵植物的研究多集中在草甘膦对目标对象的防治效果、草甘膦对植物生理的影响以及抗性或非抗性植物对草甘膦处理的敏感性等方面,对于喷施草甘膦是否影响入侵植物与土著植物种间关系仍需要进一步研究。为了解草甘膦处理后植物种间相互作用的变化规律,本研究以杭州湾湿地公园内自然入侵的加拿大一枝黄花和其常见伴生禾本科植物白茅(Imperata cylindrica)为研究对象,设置了控制条件实验,研究不同浓度草甘膦处理后加拿大一枝黄花和白茅的邻体效应指数与相对产量指数的变化情况,以分析草甘膦处理下加拿大一枝黄花和白茅种间相互作用的变化规律。为探讨草甘膦对植物种间相互作用的影响机理,同样进行控制条件实验,研究喷施不同浓度草甘膦后加拿大一枝黄花和白茅的水解氨基酸含量、形态特征、光合作用、叶绿素荧光参数的变化情况,以及加拿大一枝黄花植株水浸提液化感活性和根际分泌化感物质含量的变化情况,初步分析草甘膦对植物种间相互作用的过程机理。旨在为进一步研究草甘膦的生态效应提供理论依据,为优化农药使用提供数据支持。本研究得到以下结果:
  (1)草甘膦对两个物种生长的影响
  草甘膦处理显著抑制了入侵植物加拿大一枝黄花和土著植物白茅的生长,白茅先于加拿大一枝黄花出现失绿现象。随着草甘膦浓度升高,加拿大一枝黄花地上、地下部分积累的生物量明显不断减少,相应的,其体内所含水解氨基酸的总量也在减少。0~0.9mL/L浓度处理后加拿大一枝黄花株高仍有增长,而在1.2~1.8mL/L下植株株高基本停止增长;0~1.5mL/L处理后加拿大一枝黄花茎上的绿叶数随时间推移呈递增趋势,1.8 mL/L浓度处理后加拿大一枝黄花基本枯萎死亡。白茅的分蘖死亡数和枯萎叶片长均随着草甘膦处理浓度递增而增加,植株地上、地下积累的生物量不断减少,水解氨基酸含量也不断减少。0~0.6mL/L浓度下白茅的分蘖数和绿叶长度随时间延长呈上升趋势。相同浓度处理下,草甘膦对白茅生长的抑制作用远高于对加拿大一枝黄花的抑制。
  (2)草甘膦对两个物种光合作用与叶绿素荧光的影响
  草甘膦处理显著影响了加拿大一祓黄花和白茅的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(C)。与生长状态相符合,相同浓度草甘膦处理对白茅光合特性与叶绿素荧光参数的抑制作用要大于对加拿大一技黄花的抑制。与加拿大一枝黄花相比,随着处理浓度递增,白茅Pnmax和LSP的下降幅度、LCP的上升幅度更大;两个物种暗呼吸速率(Rd)以及表观量子效率(AQY)受草甘膦的影响较小。在不同种植方式下,草甘膦作用后加拿大一枝黄花和白茅的光合作用呈现出不同的变化趋势,0.6mL/L浓度的草甘膦处理对混种加拿大一枝黄花和白茅光合作用的影响大于两种植物的单种种群,随着处理浓度增加,草甘膦对不同种植方式下两种植物光合作用的影响趋近。草甘膦处理显著影响了加拿大一枝黄花和白茅的NPQ与Fv/Fo;白茅Yield、ETR和Fv/Fm等荧光参数所受的影响高于加拿大一枝黄花所受的影响。
  (3)草甘膦对加拿大一枝黄花化感活性的影响
  革甘膦处理后,加拿大一枝黄花植株水浸提液对自茅生长的抑制作用呈减弱趋势。随处理浓度升高,对应的加拿大一枝黄花植株水浸提液作用后白茅的分蘖数、绿叶片长以及积累的生物量均呈逐渐增加的趋势。草甘膦处理减少了加拿大一枝黄花根部组织向土壤环境中释放的总黄酮、总多酚的含量,但总皂苷的含量基本保持不变。总体而言,随草甘膦浓度递增,加拿大一技黄花对邻近自茅植株生长的化感抑制作用逐渐减弱,使得白茅种内竞争强度相对大于其种间竞争强度,因而与加拿大一枝黄花混合种植时,白茅有生长较好的趋势。
  (4)草甘膦对加拿大一枝黄花与白茅种间相互作用的影响
  自然条件下,RⅡ为负值,加拿大一枝黄花和自茅种间净相互作用表现为竞争。随草甘膦浓度递增,RⅡ负值不断减小,混种加拿大一枝黄花和白茅之间的竞争强度逐渐减弱。一方面,草甘膦处理抑制了加拿大一技黄花、白茅地上茎叶和地下根与根茎正常的生长发育,降低了两个物种地上部分竞争光照资源、地下部分从土壤环境吸收养分、水分的能力,由此减弱了两个物种种间竞争效应。另一方面,草甘膦影响了加拿大一枝黄花植株体内某些次生代谢物质的合成和分泌,减弱了其对邻近白茅生长的化感抑制作用。草甘膦处理后白茅的RY增大,其种内竞争强度相对大于种间竞争强度,因而与单种植株相比,混种白茅有生长较好的趋势。
  与本土植物白茅相比,入侵并成功定居、往外扩散的加拿大一枝黄花对草甘膦的耐受性更强。基于试验得出的结果,建议在外来植物加拿大一枝黄花入侵前期,与土著植物相伴生长时,应避免采用除草剂草甘膦进行防除,以减小对土著白茅群落的影响。下一步的研究将建立在本研究结论的基础上,进一步研究除草剂草甘膦减弱入侵植物与土著植物种间竞争关系的过程中何种因素在其中起主导作用。
[硕士论文] 朱睿
地理学;自然地理学 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,设施农业因复种指数和产量高,在我国得到迅速发展,但高强度农业生产方式及不合理的施肥和灌溉方式,导致土壤退化严重,次生盐渍化和土传病害频发,成为设施农业亟待解决的关键问题。强还原土壤消毒(reductive soildisinfestation,RSD)通过向土壤中添加易分解的有机物料、淹水并覆膜培养,可以在短时间内显著杀灭土传病原菌,同时改善土壤理化性质,使土壤恢复到适于耕种的健康状态。充分认识强还原土壤消毒对于改善农田土壤质量的作用,阐明强还原土壤消毒获得最佳效果的水分和有机物料施用条件,对于强还原土壤消毒方法的推广应用具有促进作用。在前人研究的基础上,本文主要研究强还原土壤消毒获得最佳效果的水分和有机物料施用及其强还原土壤消毒对农田杂草生长的抑制作用。
  本研究采集南京市八卦洲连续种植芦蒿发生连作障碍的土壤,利用分子生物学技术和稀释平板涂布法,研究不同水分含量和不同秸秆添加量下RSD的杀菌效果及对土壤理化性质的改良效果。结果表明,水分含量为60%最大持水量(water holding capacity,WHC)并添加5 gkg-1玉米秸秆能够有效改善土壤理化性质,显著提升土壤pH和NH4+-N浓度,NO3--N和SO42-浓度显著降低,由此可见,若以改善土壤次生盐渍化为目的,与目前淹水并添加大量有机物料的RSD处理相比,60% WHC结合5 g kg-1更加经济简便。但是,60% WHC的RSD处理并不能有效抑制土壤中病原菌的繁殖,甚至会促进病原菌的生长。100% WHC的RSD处理对尖孢镰刀菌、疫霉菌和腐霉菌的杀菌效果均可达到90%以上,其中在100%WHC+10 g kg-1玉米秸秆处理时对尖孢镰刀菌的杀菌率可达到96%。
  采集南京市龙潭连续种植西兰花,因严重连作障碍无法继续种植而荒芜的土壤,利用镜检法和诱萌法,研究RSD处理后对杂草的抑制效果,并于常州春江镇设施菜地中实施大田试验,研究RSD在田间环境下对杂草的抑制效果。采集杂草种子,研究RSD过程中产生的有害物质如有机酸、Fe2+和Mn2+等对种子萌发的影响,阐明RSD抑制杂草萌发的机理。结果表明,RSD处理后能显著抑制杂草萌发,降低土壤中杂草密度,即使处理后施肥使杂草数量有所上升,其数量也依然极显著低于未处理的对照组。田间试验进一步验证了这一结果,RSD处理后的土壤在种植芹菜期间,土壤中的杂草依然被显著抑制,萌发率极低。通过对种子萌发抑制机理的研究,有害物质处理后的杂草种子萌发率均得到不同程度的抑制,其中乙酸和丁酸是产生抑制作用的主要贡献者,经0.66%乙酸和0.176%丁酸处理后的杂草种子萌发近乎被完全抑制。
  综上所述,RSD不仅能杀灭土传病原菌、改善土壤理化性质,而且可以显著抑制杂草生长,因而RSD处理后可减少除草剂的使用或除草需要的劳动力。本项研究结果还表明,因RSD处理的目的不同,可采取不同的水分和有机物料施用量。对于消除酸化和次生盐渍化现象,60%WHC并添加5 g kg-1玉米秸秆的RSD处理即可取得较好的效果;对于土传病害严重的土壤,含水量保持100%WHC并添加10 g kg-1玉米秸秆可以作为田间推广使用的能够显著抑制病原菌的最低水分和秸秆添加量。
[硕士论文] 李丽鹤
地理学;自然地理学 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:外来植物入侵对本地生态系统及其生物多样性构成严重的威胁,而气候变化和人类活动共同影响着植物入侵。云南省位于我国西南边陲,属于生物多样性热点地区,同时也面临着极大的植物入侵风险。本文以云南省8种主要入侵植物为研究对象,综合考虑了气候变化、人类活动、土壤特征、水文和地形等环境因子,基于最大熵模型MaxEnt,耦合了全国气候生态位模型与区域环境生态位模型,研究了气候变化与人类活动对云南入侵植物潜在分布的影响,并结合空间优化模型Zonation识别出需要重点布控的入侵高风险区,从而为预防和控制外来入侵植物的扩散,减小气候变化、人类活动和植物入侵对云南生物多样性的不利影响提供决策支持。研究的主要结果如下:
  (1)整体而言,气候适宜度对云南入侵植物潜在分布的影响的置换重要性为43.4%,而人类活动影响的置换重要性为40.4%,其中,土地覆被为17.1%,人类影响指数为14.8%,距农田距离为8.5%。
  (2)不同环境因子对不同入侵植物潜在分布的影响及其重要性存在着较大的差异。其中,气候适宜度对薇甘菊、肿柄菊、飞机草、紫茎泽兰和藿香蓟分布的影响最大,且入侵植物的相对发生概率随着气候适宜度的增大而逐渐增大,唯有紫茎泽兰当气候适宜度大于0.7之后,概率略有下降;土地覆被对苏门白酒草与空心莲子草分布的影响最大,且苏门白酒草在建设用地的相对发生概率显著较高,而空心莲子草在建设用地和水域的相对发生概率明显较高;人类影响指数对银胶菊分布的影响极大,且随着人类影响指数的增大,银胶菊的相对发生概率呈S型曲线增大。
  (3)当前气候下,入侵植物的气候适宜度由南向北逐渐降低,适宜度高的区域主要分布在南部海拔较低、气候温暖湿润的地区。而植物入侵的风险由北向南,由东向西逐渐升高。在当前气候适宜度高的南部,植物入侵的风险亦高;此外,在一些气候适宜度较低的区域,如洱海流域、滇池流域和抚仙湖流域,植物入侵的风险也很高。未来气候变化下,气候适宜度减小的区域主要分布在南部,增大的区域主要分布在北部;入侵风险减小的区域主要分布在南部,增大的区域主要分布在东部。未来云南境内入侵植物的气候适宜度以及入侵风险的区域差异均将减小。
  (4)结合当前与未来气候下入侵植物的潜在分布,鉴别出入侵高风险区的面积为77946km2,占研究区总面积的20.4%,主要分布在云南西部与南部,如德宏州、怒江河谷、临沧市境内地势低的区域、普洱市南部、西双版纳州中南部、元江河谷、红河州境内以及文山州东端和南部;此外,还分布在洱海流域、滇池流域和抚仙湖流域。分析入侵高风险区内的土地覆被状况可知,农田、建设用地与水域极易遭受植物入侵。未来气候变化下,入侵高风险区的分布中心将向高纬度、高海拔地区迁移。入侵高风险区中有3185km2的区域处于自然保护区内,占自然保护区总面积的14.9%,主要分布在云南西部和南部边界的铜壁关、南滚河、西双版纳、黄连山和大围山等自然保护区以及中部的洱海自然保护区。
  研究结果为针对性地采取有效措施,来预防、监控和治理外来植物入侵,保护云南生物多样性提供了理论依据。
[硕士论文] 陈浩
植物保护 河北科技师范学院 2017(学位年度)
摘要:本文介绍了2010年-2016年对秦皇岛市外来入侵植物的调查,调查结果表明:
  (1)秦皇岛市存在的外来入侵植物共计22科57种。其中,水生植物3科3种;陆生植物21科54种。从原产地分析,以来自美洲的物种居多,要加强对来自美洲国家人员和物品的检疫工作。从传入途径分析,人为有目的引入是主要的传入因素,希望有关部门和人员在引入外来物种的同时也要加强监管。
  (2)秦皇岛市豚草总发生面积为132.1km2。从分布上看,全秦皇岛市范围内均有发生,其中青龙县发生程度最低,但潜在威胁最大。青龙县以山区为主,一旦大面积蔓延,将会给灭除工作带来极大困难。从生境上分析,以路边、沟渠、林地为主,农田、果园偶有发现。其中路边发生面积最大,同时路边生长的豚草与人接触密切,而豚草的主要危害之一就是其花粉会使人产生严重的过敏反应。因此豚草防控工作的重点是控制路边豚草的发生。
  (3)秦皇岛市少花蒺藜草总发生面积20hm2,集中分布在昌黎县翡翠岛景区周边,近几年发展迅速,已经形成种群优势,具有蔓延扩散的风险。少花蒺藜草在秦皇岛市的发生面积虽然并不是很大,分布范围也不是很广,但潜在危害巨大。少花蒺藜草繁殖能力强、适应性强、灭除困难,其主要生境是沙地,而秦皇岛市沙地主要分布在海滩一带,这里植被稀少,生物多样性低,一旦被外来植物入侵,将会对整个生态系统造成不可逆转的破坏,同时也会给秦皇岛市的旅游业造成巨大损失。
  本文调查旨在为秦皇岛地区的外来入侵植物防控工作提供可靠的参考依据。
[硕士论文] 沈常超
农药学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国水稻直播田种植面积不断增大,杂草稻的危害呈现日益严重的趋势,已经成为继稗草和千金子之后的第三大稻田恶性杂草。杂草稻与栽培稻具有极其相似的生理特性和形态特征,两者对除草剂的吸收、运输及代谢等机理也十分相似,因此除草剂很难实现对杂草稻选择性防治。精噁唑禾草灵对禾本科杂草具有良好的防效,但易对栽培稻产生药害,双苯噁唑酸与精噁唑禾草灵混合喷施能保护栽培稻免受药害,从而实现高效、安全防除千金子等杂草。然而,混合使用时,杂草稻亦能接触安全剂,将对精噁唑禾草灵产生耐药性。若是直接用双苯噁唑酸对栽培稻进行种子处理,避免双苯噁唑酸与杂草稻的接触,可有效解决杂草稻对精噁唑禾草灵的耐药性问题。
  本文研究了精噁唑禾草灵对杂草稻的防治效果和对水稻的安全性,以及双苯噁唑酸喷施与浸种处理对栽培稻的解毒效果。另外,本实验还对双苯噁唑酸的结构进行了改造,合成出一系列双苯噁唑酸衍生物,并对其进行生物活性的测定及浸种处理后的解毒效果测定,筛选出具有种子处理活性的双苯噁唑酸衍生物,并初步探究其缓解精噁唑禾草灵对水稻药害的作用机制。具体研究结果如下:
  1.精噁唑禾草灵对杂草稻的生长具有显著的抑制作用,当精噁唑禾草灵喷施剂量达到200μmol/L,杂草稻停止生长,逐渐死亡。然而精噁唑禾草灵在水稻田的选择性差,喷施精噁唑禾草灵7d后,其对杂草稻与栽培稻株高的选择性指数为0.0010,鲜重的选择性指数为0.0026;喷施精噁唑禾草灵14d后,其株高的选择性指数为0.012,鲜重的选择性指数为0.032。因此,精噁唑禾草灵极容易对栽培稻产生严重药害,当精噁唑禾草灵喷施剂量达到200μmol/L时,栽培稻产生了严重的药害,基本停止生长,趋向死亡。对水稻进行喷施一定剂量的双苯噁唑酸可以有效缓解精噁唑禾草灵对水稻的药害,当精噁唑禾草灵剂量为400μmol/L,喷施双苯噁唑酸800μmol/L剂量时,水稻得到最大程度缓解,水稻株高和鲜重恢复率分别达到70.83%和76.94%。但是喷施双苯噁唑酸会降低精噁唑禾草灵对杂草稻的防治效果,当精噁唑禾草灵剂量为400μmol/L,喷施双苯噁唑酸800μmol/L剂量时,精噁唑禾草灵对杂草稻的株防效从53.79%下降到10.84%,鲜重防效从58.43%下降到12.54%。同时,通过双苯噁唑酸浸种试验发现,双苯噁唑酸浸种并不能缓解精噁唑禾草灵对水稻的药害。
  2.在保证双苯噁唑酸母体结构不变的情况下,通过水解、酰氯化、酰胺化、酯化等一系列反应,将各种胺、氨基酸及调节植物生长的物质——5-硝基愈创木酚等分子与双苯噁唑酸母体结构相连接,合成出了一系列双苯噁唑酸衍生物。对合成的一系列双苯噁唑酸衍生物用水稻琼脂培养法进行了解毒活性测定,化合物2、4f、4g、4h和4i的解毒作用相对较好,化合物4a、4c、4d、4e解毒作用较差,化合物4b的解毒效果最差,基本无解毒效果,甚至还会抑制水稻幼苗生长。将合成的一系列双苯噁唑酸衍生物进行种子处理的解毒效果测定试验,结果表明,化合物2浸种缓解精噁唑禾草灵对水稻药害的效果最好,化合物4g和4h也有较好的解毒活性,化合物4b、4d、4e、4f和4i有一定的解毒活性但其解毒活性较差,化合物4a和4c浸种处理缓解精噁唑禾草灵对水稻药害的效果最差。
  3.通过研究双苯噁唑酸(IE)及其衍生物(IH、IA)浸种对水稻体内GST、CAT、POD、SOD活性及GSH、MDA含量的影响发现,在0、100、200、400μmol/L剂量的精噁唑禾草灵处理下,IE浸种处理的水稻GST、CAT、POD、SOD活性及GSH、MDA含量的影响较相同剂量精噁唑禾草灵下清水浸种处理组不显著,IH和IA浸种处理的水稻GST、CAT、POD、SOD活性及GSH含量相对于相同剂量精噁唑禾草灵下清水浸种处理组均有较大提高,同时MDA含量降低较明显。
[博士论文] 叶晓馨
生态学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:列当是根寄生草本植物,可寄生于番茄、向日葵、烟草等经济作物上,造成作物减产、品质下降。目前,向日葵列当和瓜列当是我国危害范围最大、造成经济损失最为严重的杂草型列当。由于列当独特的生活史,缺乏有效的控制方法。利用诱捕作物(假寄主作物)能够诱导列当发芽但不被寄生的特性,通过诱导列当“自杀”式萌发,消减土壤列当种子库,实现列当绿色防控,具有潜在研究和应用价值。本研究通过分析不同培养条件下向日葵列当和瓜列当对不同萌发刺激物质和不同作物根系分泌物的响应敏感度,明确目标受体的响应差异及影响因素;通过研究品种以及环境因素对于玉米和谷子诱导向日葵和瓜列当种子萌发的能力,明确效应供体差异及其影响因素;最后通过多年的轮作试验,分析寄主的生长情况及列当寄生情况,最终实现从目标受体(向日葵列当和瓜列当)和效应供体(玉米和谷子)两方面分析和评价诱捕作物列当防除有效性。本研究所取得主要结果如下:
  1.预培养时间和介质显著影响列当种子对不同萌发刺激物响应敏感度。和未经过预培养的列当种子相比,4天的预培养时间能够显著提升向日葵列当和瓜列当对萌发刺激物的响应敏感度,而过长时间的预培养导致向日葵列当和瓜列当种子进入二次休眠,列当发芽率较最高发芽率降低11-30%。列当种子发芽率与预培养时间之间符合三次回归模型。外源GA3施加能够缩短向日葵列当种子达到最高萌发率的预培养时间并且减缓种子进入二次休眠的时间。此外,对于不同萌发刺激物,向日葵列当的响应敏感度表现为独脚金醇(strigol)(发芽率63%,下同)>玉米根系分泌物(58%)、人工合成独脚金内酯类化合物(GR24)(58%)>烟草根系分泌物(42%)、DCL(41%),瓜列当则是GR24(77%)、strigol(76%)>烟草根系分泌物(50%)>DCL(39%)>玉米根系分泌物(18%)。
  2.谷子根际土能够诱导向日葵列当发芽,但不能诱导瓜列当种子发芽。不同品种谷子诱导向日葵列当的发芽率表现为:红谷子(30%)>草谷子(23%)和晋谷21(20%)>其他品种(14~17%)。栽培条件影响谷子诱捕能力,其中红谷子在1∶1的沙土比条件下诱导向日葵列当发芽率最高(30.1%),氮肥施用显著地降低谷子诱导向日葵列当萌发的能力。通过谷子-向日葵轮作可使向日葵的向日葵列当寄生数量降低50%-80%。
  3.玉米诱捕列当能力在品种间存在显著差异。先正达408、郑单958、五谷568、大丰30、先玉252以及内单314具有较高的诱捕向日葵列当能力(发芽率>40%);稷秾107、道元8号、丰田6号、龙源3号、吉农大青饲1号、铁旭1843以及郑单958具有较强瓜列当诱捕能力(发芽率>60%)。玉米叶片浸提液诱导的列当发芽率与其他试验中的列当发芽率极显著相关,提供了将叶片浸提液用于快速检测玉米品种防除列当有效性的可能性。
  4.养分胁迫和盐胁迫可提高玉米诱捕列当能力。相较于对照,盐胁迫(1.0g kg-1NaCl)使玉米根系浸提液诱导的向日葵列当和瓜列当发芽率提高了6~14%。与氮肥相比,施用磷肥显著降低了玉米对列当的诱捕能力:施用磷肥(750 mg kg-1)使根系浸提液诱导列当发芽能力与不施磷肥相比降低了5-20%。在盐胁迫和不施加氮磷肥的条件下脱落酸(ABA)在根尖大量积累,ABA含量与列当的发芽率间存在极显著的正相关关系。
  5.玉米轮作能够有效降低后茬向日葵或番茄的列当寄生并提高后茬寄主的生物量。不同玉米品种间防除效果存在差异,但随着种植年限的延长,品种间差异降低。连续种植三年玉米品种内单314,后茬向日葵的列当出土数最低,平均每株向日葵的列当出土数仅为0.8株,比对照降低97%,向日葵地上部生物量(29 g/株)相较前茬未种植任何作物的对照提高了2倍,与无列当侵染的向日葵地上部生物量无显著差异;种植青贮67、内单314以及郝育19三年后,后茬番茄地无列当出土,番茄地上部干重是对照的8倍,与无列当侵染番茄地上部生物量无显著差异。轮作玉米可显著控制列当侵染对农田造成的危害,有助于恢复生产。
  综上所述,玉米作为诱捕作物能够有效防除向日葵列当和瓜列当,其中内单314对于向日葵列当、郑单958对于瓜列当防除效应最高。供试谷子不能作为瓜列当的诱捕作物,但可以作为向日葵列当的诱捕作物。环境因子能显著影响这两种禾本科作物防除列当的有效性。利用玉米和谷子作为诱捕作物能够有效控制列当危害,提高寄主作物产量,减少除草剂的使用,为列当综合防治措施的形成提供参考及理论依据。
[博士论文] 陈杰
植物营养学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:根寄生杂草列当对全球许多地区农业生产造成严重危害。目前,有效防除列当仍是一个世界性难题。微生物防治是防除列当的有效途径之一,但关于列当生防微生物的研究目前多集中于列当病原菌上。本研究以筛选自来源于健康土壤的上万株微生物资源库中对多种作物病害病原菌有拮抗作用的放线菌和真菌为试验材料,通过培养皿内种子萌发抑制试验筛选向日葵列当和瓜列当的生防菌株;通过皿内共培养试验结合盆栽及田间试验对筛选出的生防菌株防除列当的效果进行了验证并对生防菌株防除列当的机理进行了研究;通过盆栽试验研究了列当生防菌株对寄主作物生长的影响。此外,本研究还通过皿内种子萌发试验从供试拮抗微生物中筛选具有诱导列当种子萌发潜能的菌株。本研究所得主要结论如下:
  (1)向日葵列当和瓜列当拮抗微生物的筛选。本研究筛选出强烈抑制向日葵列当种子萌发的放线菌和真菌各1株,分别为淡紫褐链霉菌(Streptomyces enissocaesilis,509)和灰黄青霉(Penicillium griseofulvum,CF3);同时还筛选出强烈抑制瓜列当种子萌发的放线菌2株(密旋链霉菌S.pactum,12#;黄白链霉菌S.albidoflavus,T4)和真菌1株,CF3。在3.5mg ml-1浓度下,509和CF3的无细胞发酵滤液对向日葵列当及12#、T4和CF3的无细胞发酵滤液对瓜列当种子萌发的抑制率均达到75%以上。在50.0mg ml-1浓度下,509和CF3的菌体甲醇浸提液对向日葵列当种子萌发的抑制率分别为14.8%和100.0%;而12#、T4和CF3的菌体甲醇浸提液对瓜列当种子萌发的抑制率为50.7%~100.0%。在皿内共培养试验中,509和CF3的无细胞发酵滤液均能够显著抑制向日葵列当种子的萌发。CF3的无细胞发酵滤液在皿内共培养8天后对瓜列当种子萌发的抑制率仍高达47.5%~80.3%。
  (2)放线菌防除列当作用研究。盆栽试验中,施加1.0g kg-1的509菌剂使收获期向日葵列当的出土数量和寄生总数较对照分别降低了39.2%~47.5%和39.3%~62.4%。在杨凌盆栽试验中,施加1.0g kg-1的509菌剂使生长中期和收获期向日葵列当的总干重与对照相比分别降低了46.9%和36.7%。施加12#菌剂使盆栽试验收获期瓜列当的出土数量、出土率和总干重较对照分别降低了85.7%、75.7%和55.4%。
  (3)真菌防除列当作用研究。杨凌盆栽试验中,施加1.0g kg-1的CF3菌剂使收获期向日葵列当的寄生总数和总干重较对照分别降低了25.2%和46.0%。施加CF3菌剂使盆栽试验收获期瓜列当的出土数量和出土率较对照分别降低了76.2%和85.3%。进一步研究发现展青霉素是CF3抑制列当种子萌发的主要活性物质。展青霉素和CF3无细胞发酵滤液的乙酸乙酯萃取物在1.0mg ml-1浓度下均能够完全抑制向日葵列当和瓜列当种子的萌发。
  (4)拮抗微生物对列当寄主的促生作用研究。在有列当寄生的条件下,施加509和CF3菌剂显著促进了盆栽向日葵的生长,增加了向日葵的生物量及籽粒干重。其中,拌土施加509和CF3菌剂使杨凌盆栽试验收获期向日葵的株高增加了39.1%~63.4%,地上千重增加了114.7%~179.0%。施加12#和CF3菌剂使盆栽试验收获期番茄产量与对照相比分别增加了51.6%和84.9%。在无列当寄生条件下,施加1.0g kg-1的509和CF3菌剂使盆栽试验收获期向日葵的产量较对照分别增加了79.2%和46.6%,而施加12#菌剂使收获期番茄产量增加了57.3%。
  (5)拮抗微生物诱导列当种子萌发研究。从供试拮抗微生物中分别筛选出能够诱导瓜列当种子萌发的放线菌(链霉菌Streptomyces sp.,Act13;球孢链霉菌球孢亚种S.globisporus subsp.globisporus,D141;加利利链霉菌S.galilaeus,G37)3株,能够诱导向日葵列当种子萌发的放线菌(球孢链霉菌S.globisporus,C28和链霉菌Streptomyces sp.,S8)和真菌(木霉Trichoderma spp.;M1,M2)各2株。试验结果表明Act13、D141和G37的无细胞发酵滤液在0.35mg ml-1浓度下可分别诱导14.7%、14.9%和15.4%的瓜列当种子萌发。C28的无细胞发酵滤液在3.5×10-4mg ml-1浓度下可诱导13.4%的向日葵列当种子萌发。S8、M1和M2的菌体甲醇浸提液在50.0mg ml-1浓度下分别诱导了23.4%、17.0%和15.5%的向日葵列当种子萌发。
  (6)拮抗微生物防除列当机理研究。试验结果表明拮抗微生物主要通过以下3种机理来防除列当:①通过改变寄主根区土壤中微生物区系来抑制列当的寄生和生长。盆栽试验中,向日葵列当的总数及出土数与向日葵根区土壤中放线菌和细菌的数量及比例呈显著负相关关系。瓜列当的出土数和出土率与放线菌与真菌的数量之比(A/F)、细菌与真菌的数量之比(B/F)呈负相关关系。施加1.0g kg-1的509菌剂使盆栽试验向日葵根区土壤中放线菌的数量较对照增加了76.7%~439.9%。施加CF3、509和12#也显著增加了寄主根区土壤中A/F和B/F。②通过增强寄主植物的防御酶系统抗性来阻碍列当的寄生和生长。固原盆栽试验中向日葵列当的总数、鲜重及干重均与向日葵根系中多酚氧化酶PPO活力呈显著负相关。施加509菌剂使寄主向日葵根系中PPO活力与对照相比增加了43.1%。③通过抑制列当种子的萌发、芽管的伸长,影响芽管的形态来直接防除列当。在0.35mg ml-1浓度下,509和12#的无细胞发酵滤液使向日葵列当芽管长度较对照分别减少了86.2%和89.6%,而CF3和12#的无细胞发酵滤液也使瓜列当芽管长度分别缩短了68.8%和55.6%。经509无细胞发酵滤液和CF3菌体甲醇浸提液处理后,部分向日葵列当的芽管发生了褐变。
[硕士论文] 雷强
作物 内蒙古民族大学 2016(学位年度)
摘要:NaCl胁迫:本试验以采自科尔沁沙地少花蒺藜草为试验材料,采用0.0%(CK)、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%和1.6%9个NaCl盐浓度梯度,对少花蒺藜草种子萌发和幼苗生长两个时期进行NaCl处理。测得少花蒺藜草在NaCl胁迫处理下的各项生理生化指标,进行少花蒺藜草耐盐性综合评价。
  (1)种子萌发时期:低NaCl浓度对少花蒺藜草种子萌发起到了一定程度的促进作用。少花蒺藜草种子的发芽率和幼苗的生长势高于CK。随着NaCl浓度的不断升高,少花蒺藜草种子的发芽率和发芽势不断下降,当NaCl浓度达到1.6%,此时的盐浓度已经严重影响到少花蒺藜草的生长。总体来说,随着NaCl浓度的升高,少花蒺藜草种子发芽率、发芽势和幼苗生长势等生理生化指标存在先升高后下降的趋势。刺苞和颖片在一定程度上保护少花蒺藜草免受外界逆境环境影响。
  (2)幼苗生长时期:少花蒺藜草体内三种酶活性的变化趋势均为先上升到峰值后下降。并且,随着NaCl浓度的不断增大,其下降幅度较明显。少花蒺藜草体内游离脯氨酸与NaCl浓度的相关关系同上,即随NaCl浓度升高,脯氨酸含量逐渐下降。
  (3)少花蒺藜草生理指标随着贮藏时间增加不断减少。
  干旱胁迫:研究所需种子同NaCl胁迫。分别采用10%W、20%W、30%W、40%W、50%W5个不同处理作为干旱胁迫强度对少花蒺藜草进行胁迫,测定其各项形态指标和生理指标,综合评价其抗旱性,结果表明:
  (1)随着干旱时间不断增加,少花蒺藜草生长受到抑制,叶片萎蔫发黄掉落,植株体内丙二醛含量增加,复水后萎蔫现象好转。
  (2)在10%W和50%W两种不同处理的干旱胁迫条件下,少花蒺藜草体内活性氧和养分积累均呈现向着不利于少花蒺藜草生长的方向发展,20%W、30%W和40%W胁迫强度下各项生理指标没有显著差异。
  (3)少花蒺藜草对干旱胁迫存在一定的适应性。
[硕士论文] 李亮
植物保护 石河子大学 2016(学位年度)
摘要:玉米是新疆重要的粮食作物之一,随着播种面积和总产量逐年增大,玉米在新疆国民经济中占有愈来愈重要的地位。近年来,随着品种改良和栽培技术的变化,玉米单产不断提高,但是玉米田杂草的危害严重影响产量。本研究在膜下滴灌模式下,研究玉米田杂草生物群落的种类、数量、变化趋势及发生规律,连续3年对膜下滴灌玉米田杂草进行了调查,针对不同品种、不同剂量的土壤处理除草剂和茎叶处理除草剂对滴灌玉米苗期杂草的防除效果,确定其最佳的喷施剂量,为玉米田的杂草防除提供理论参考。主要研究结果如下:
  1.试验地共发生的杂草有74种,分别属于13个科,其中,禾本科杂草占发生杂草总数的63%,阔叶杂草及莎草科杂草占杂草发生总数的37%;一年生杂草占杂草发生数量的86%,多年生杂草占杂草发生总数约9%;石河子地区玉米田杂草的优势种主要是禾本科杂草,如稗草、狗尾草、马唐、扁秆藨草等;因此,在苗期选择除草剂时应针对禾本科杂草。
  2.3种土壤处理除草剂均能有效防除膜下滴灌玉米田一年生禾本科杂草和部分阔叶杂草,药剂试验结果表明:50%乙草胺EC防除效果最好,其他2种除草剂对杂草的株防效相对较低;33%的二甲戊灵EC处理的中高剂量(900-1500 g·hm-2)以及乙草胺的高剂量(2500 g·hm-2)处理对玉米幼苗表现有明显药害。
  3.3种茎叶处理除草剂田间试验结果表明:30%苯唑草酮 SC对禾本科杂草的防除效果好,对阔叶杂草防效稍低;4%烟嘧磺隆对单子叶杂草的防除效果相对较差,为84-86%;硝磺草酮无论对阔叶杂草和单子叶杂草均有良好的防治效果。
  本研究初步明确了推荐土壤处理除草剂及使用剂量(有效成分)为:33%二甲戊灵EC(750~900 g·hm-2;50%乙草胺EC推荐剂量为(1200-1500 g·hm-2)、96%精异丙甲草胺EC(750-1200 g·hm-2),能有效抑制玉米田杂草的生长,田间有效控草持续期能达到45d左右;同时,试验明确了3种茎叶处理除草剂在推荐剂量条件下,对玉米均安全无药害,可作为推荐药剂在玉米田施用。
[硕士论文] 冯琦
植物保护 石河子大学 2016(学位年度)
摘要:棉花是我国重要的经济作物,在我国国民经济中处于不可取代的重要位置,新疆是我国重要的棉花生产基地,其产量占全国的62.5%以上。近年来,随着膜下滴灌技术的推广和作物布局的改变,棉田杂草大量发生,严重威胁着棉花的品质和产量。本研究在滴灌模式下,研究棉田杂草的群落组成和草害发生现状,对棉田杂草的种类、数量、相对多度、田间密度和田间盖度等进行调查,针对主要杂草龙葵进行室内药剂筛选,对土壤处理除草剂在棉田使用的安全性进行评价,意在为新疆的棉花生产及杂草防除提供理论依据和技术参考。具体结果如下:
  1.膜下滴灌棉田杂草种类主要有12科30种。棉田杂草主要以阔叶杂草为主,以旋花科、藜科、茄科杂草为主;相对多度达43%以上的杂草有稗草、龙葵,发生频率达到90%以上的有田旋花、狗尾草、稗草;平均密度高于1株/m2有龙葵、马齿苋、稗草。
  2.除草剂草甘膦、烯草酮、三氟啶磺隆处理龙葵后,3种保护酶分别呈现不同的变化趋势,其中,CAT由于保护性应激反应,会有一个先升高,后降低的过程;POD在开始一段时间,会保持一个比较平稳的阶段,到后期才起到保护酶,抗氧化的作用;SOD会由于农药的喷洒,会受到很大的抑制,尤其是烯草酮、三氟啶磺隆在建议浓度下,都有一个先大幅度降低再缓慢升高的过程。
  3.土壤处理除草剂对棉苗的安全性试验结果表明:48%仲丁灵EC、50%乙草胺EC和33%二甲戊灵EC处理过后的棉苗根部与对照相比均有肿大现象;24%乙氧氟草醚EC处理过后无根部肿大现象,但和其他三个药剂一样,其根长、鲜重低于对照;丙二醛含量明显高于对照,随药剂浓度的增长对棉苗药害作用越强。
[博士论文] 杜龙
农药学 山东农业大学 2016(学位年度)
摘要:随着除草剂的大面积应用,杂草抗性越发成为人们关注的问题。菵草是影响我国小麦和油料作物产量的重要禾本科杂草之一。由于长期使用精噁唑禾草灵等ACCase抑制剂类除草剂进行防除,菵草产生了严重的抗药性。本课题组前期研究证实,采自于安徽、江苏、山东等地的抗性菵草(Beckmannia syzigachne Steud.)种群中,质体ACCase发生突变是其对精噁唑禾草灵产生高水平抗性的原因之一,其中已明确的氨基酸取代有Ile1781Leu、Trp2027Cys、Ile2041Asn、Asp2078Gly、Gly2096Ala。为明确各ACCase突变引起的菵草适合度变化,为预测抗性菵草在田间的演化及为综合治理抗性杂草提供理论指导,本研究以课题组前期的研究为基础,研究了各ACCase基因突变菵草的适合变化,主要研究结果如下:
  1.利用酶切扩增多态性序列(CAPS/dCAPS)分子标记方法从抗性种群中筛选出抗性杂合ACCase突变菵草植株(M/W),然后在其后代中分离筛选出纯合突变基因型植株(M/M)及其对应的野生基因型植株(W/W)。各纯合突变基因型植株1781M/M、2027M/M、2041M/M、2078M/M、2096M/M与各自对应的野生型植株1781W/W、2027W/W、2041W/W、2078W/W、2096W/W具有相似的遗传背景。质体ACCase基因测序结果与CAPS/dCAPS分析结果一致。
  2.采用整株测定法测定了分离得到的各野生基因型菵草对7种ACCase抑制剂类除草剂的敏感性,结果表明:1781W/W、2027W/W、2041W/W、2078W/W基因型菵草对供试药剂均为敏感,而2096W/W基因型菵草对精噁唑禾草灵的抗性倍数为63.5,产生了高水平抗性,对炔草酯、唑啉草酯抗性倍数分别为4.6、3.3,产生了低水平抗性。
  3.采用整株测定法测定了分离得到的各纯合突变基因型菵草的抗性背景,结果表明:1781M/M基因型菵草对精噁唑禾草灵(APP)、炔草酯(APP)、高效氟吡甲禾灵(APP)、精吡氟禾草灵(APP)、烯禾啶(CHD)、烯草酮(CHD)、唑啉草酯(PPZ)均产生了高水平抗性(Rf>10);2027M/M、2041M/M基因型菵草对精噁唑禾草灵、炔草酯、高效氟吡甲禾灵、精吡氟禾草灵、唑啉草酯产生了高水平抗性,对烯禾啶、烯草酮产生低水平抗性(2  4.对各突变基因型菵草种子在最适萌发条件下萌发特性研究表明:种子采集当天进行试验,2041M/M基因型菵草种子萌发tG50较2041W/W基因型菵草种子小0.8,差异显著,在贮存4个月后,该两种基因型菵草种子萌发趋势一致。其他各突变基因型菵草种子与各自对应的野生基因型菵草种子在萌发特性上无明显差异。
  5.对各突变基因型菵草种子在胁迫条件下萌发特性研究表明:在pH4~10的范围内,各基因型菵草种子萌发率均在92.5%以上;1781M/M基因型菵草种子萌发率在渗透压低于-0.1MPa时较其对应的野生型1781W/W菵草种子显著提高,在-0.2、-0.3、-0.4、-0.5MPa条件下分别提高16.4%、14.8%、39.3%、65.9%;1781M/M基因型菵草种子在80 mM、160 mM NaCl浓度下的萌发率较野生基因型菵草种子1781W/W分别高2.8%、36.3%;2027M/M、2041M/M、2078M/M、2096M/M基因型菵草种子在渗透压及NaCl压力下的萌发率较各自野生型无显著差异。
  6.加速老化试验(40℃,100%相对湿度)表明:2078M/M基因型菵草种子较其对应的野生基因型种子老化速度更快,其P50较野生基因型菵草种子2078W/W的P50小1.71,差异显著;种子老化16天后2027M/M基因型菵草种子萌发率为18.75%,而其对应的野生基因型种子萌发率仅为2.5%;2096M/M基因型菵草种子老化曲线斜率(b=4.45)较野生型种子(b=2.58)明显增大,但萌发率始终高于野生型种子。1781M/M基因型、2041M/M基因型菵草种子,老化曲线拟合参数较各自野生型种子均无显著变化。
  7.对各突变基因型菵草营养生长时期生长特性的研究表明:1781M/M基因型菵草相对生长速率(RGR)及净同化率(NAR)较1781W/W基因型菵草明显升高(经典分析分别升高10.5%、31.7%,组合分析分别升高7.34%、12.8%);2078M/M基因型菵草RGR及NAR较2078W/W基因型明显降低(经典分析分别降低10.7%、15.4%,组合分析分别降低8.53%、13.4%)。2027M/M、2041M/M、2096M/M基因型菵草营养生长阶段的主要生长参数较各自对应的野生型均无明显差异。
  8.盆栽竞争试验表明:在小麦竞争条件下,2027M/M基因型菵草结种量较2027W/W基因型显著降低,最高降低66.6%,但生物量无显著性差异;2078M/M基因型菵草结种量、生物量较2078W/W均显著降低,结种量最高降低41.3%,生物量最高降低39.7%;1781M/M基因型菵草在低水平竞争压力下结种量降低12.2~14.9%,但生物量却升高10.9~18.1%;2041M/M、2096M/M基因型菵草结种量及生物量较各自对应的野生基因型菵草均无明显差异。
  9.田间竞争试验表明:2027M/M基因型菵草结种量较2027W/W基因型减少20%,而株高及生物量无显著变化;2078M/M基因型菵草植株生物量、结种量、株高较2078W/W降低20%~30%,虽然2041M/M基因型菵草生物量积累较2041W/W基因型减少12.5%,但结种量无显著差异。
  10.低温、干旱胁迫试验表明:2078M/M基因型菵草在低温处理时SOD、CAT活性较其对应的野生基因型菵草降低约10%,干旱胁迫下CAT活性较野生型降低约9%;1781M/M、2027M/M、2041M/M、2096M/M基因型菵草在低温、干旱条件下保护酶活性较各自野生基因型菵草基本无变化。
  本研究初步明确了菵草质体ACCase基因突变引起的抗性水平及适合度变化。Ile1781Leu、Trp2027Cys、Ile2041Asn、Asp2078Gly、Gly2096Ala纯合突变均能引起菵草对ACCase抑制剂类除草剂的普遍抗性。质体ACCase基因突变引起的菵草适合度变化存在多样性,Asp2078Gly突变导致的菵草适合度的显著降低可能会影响该抗性基因在田间的传播,Trp2027Cys突变引起的轻微的适合度降低可能会对该抗性基因的传播产生较小影响,Ile1781Leu突变引起的在种子萌发、植株生长等方面的适合度增强可能对该基因的传播提供有力条件,Ile2041Asn、Gly2096Ala突变也可导致菵草轻微的适合度变化,但对其繁育能力未产生明显影响。
[博士论文] 袁国徽
农药学 山东农业大学 2016(学位年度)
摘要:耿氏硬草属禾本科硬草属,是我国稻茬麦田的主要恶性杂草之一,其在我国长江流域、黄河流域及沿海地区均有分布。精噁唑禾草灵是麦田防除耿氏硬草等禾本科杂草的常用除草剂,其作用靶标为乙酰辅酶A羧化酶,具有高效、低毒、施药期长等优点,在我国部分麦田应用有十几年历史。但是由于该药剂作用位点单一,杂草极易对其产生抗性。近几年来,在山东和江苏省等部分地区精噁唑禾草对麦田耿氏硬草的防效显著下降,以田间推荐剂量喷施该药剂已经无法有效防除耿氏硬草。为明确我国部分地区耿氏硬草对精噁唑禾草灵的抗性水平及其靶标酶抗性机理,为科学防除耿氏硬草提供理论依据,本文以采自山东、江苏、河南3个省份的62个耿氏硬草种群为研究对象,测定了其对精噁唑禾草灵的敏感性及部分抗药性种群的交互抗性和多抗性,并明确了抗药性种群的靶标酶抗性机理。本研究的主要结果如下:
  1.采用精噁唑禾草灵1倍田间推荐剂量(62.1 g ai ha-1)、2倍田间推荐剂量(124.2 g ai ha-1)对全部耿氏硬草种群进行了抗性初筛,发现有25个种群对精噁唑禾草灵产生了抗性,37个种群对精噁唑禾草灵敏感。采用剂量-反应曲线法对初筛的25个抗药性种群和5个敏感种群进行了抗性水平测定,发现所有抗药性种群均对精噁唑禾草灵均产生了高水平的抗性,其抗性倍数在14.7~103.2之间。
  2.对耿氏硬草质体型ACCase基因CT区域进行克隆和测序发现ACCase基因存在2个不同的拷贝(Acc1;1和Acc1;2),并且均能够转录。
  3.对不同抗药性耿氏硬草种群进行ACCase CT区的基因克隆,并将其序列与敏感耿氏硬草进行比对分析发现,抗药性种群SD-10含有ACCase基因Trp-1999-Leu突变;SD-12、SD-13、SD-19、SD-31抗药性种群含有ACCase基因Trp-1999-Ser突变;JS-16、JS-25、SD-2、SD-3、SD-9、SD-14、SD-15、SD-17、SD-18、SD-22、SD-24、SD-25抗药性种群含有ACCase基因Trp-2027-Cys突变;JS-5、SD-4、SD-11、SD-30抗药性种群含有ACCase基因Ile-2041-Asn突变;JS-13、SD-16、SD-32抗药性种群含有ACCase基因Asp-2078-Gly突变;抗药性种群SD-23含有ACCase基因Gly-2096-Ala突变。
  4.对抗药性耿氏硬草种群Acc1;1和Acc1;2基因序列进行对比发现,Trp-1999-Leu突变方式仅发生在Acc1;2基因中;Trp-1999-Ser、Gly-2096-Ala突变方式仅出现在Acc1;1基因中;Trp-2027-Cys、Asp-2078-Gly突变方式在 Acc1;1和Acc1;2基因中均能发生;Ile-2041-Asn突变方式通常发生在Acc1;2基因中,在SD-4种群中1株耿氏硬草发现Ile-2041-Asn突变方式发生在Acc1;1基因中。
  5.采用剂量-反应曲线法研究了不同耿氏硬草抗药性种群的交互抗性和多抗性。结果表明抗药性种群SD-12和SD-13对精喹禾灵产生了高水平抗性,对炔草酯、高效氟吡甲禾灵产生了中等水平抗性,对精吡氟禾草灵、唑啉草酯产生了低水平抗性,而对烯禾啶、烯草酮敏感;JS-25、SD-4和SD-11种群对炔草酯、精吡氟禾草灵产生高水平抗性,对烯禾啶、唑啉草酯产生了中等水平抗性,而未对烯草酮产生抗性;SD-32种群对烯禾啶产生了高水平抗性,对炔草酯产生了中等水平抗性,对烯草酮、唑啉草酯产生了低水平抗性;SD-23种群对高效氟吡甲禾灵产生了高水平抗性,对炔草酯、精喹禾灵产生了中等水平抗性,对精吡氟禾草灵产生了低水平抗性,而对烯禾啶、烯草酮、唑啉草酯敏感;SD-4、SD-10、SD-11、SD-12、SD-13、SD-23抗药性种群对甲基二磺隆、啶磺草胺、氟唑磺隆、异丙隆均未产生抗性。
  6.基于耿氏硬草ACCase CT区基因测序结果,构建了快速检测耿氏硬草ACCase等位基因Trp1999、Trp2027和Ile2041取代的(d)CAPS分析方法。利用构建的(d)CAPS检测分析方法对SD-12、SD-13、JS-25、SD-4抗药性种群进行检测,发现SD-12种群中350株耿氏硬草均存在Trp-1999-Ser突变,为突变杂合型;SD-13种群中318株耿氏硬草存在Trp-1999-Ser突变,为突变杂合型,32株耿氏硬草为野生型;JS-25种群中180株耿氏硬草均存在Trp-2027-Cys突变,为突变杂合型;SD-4种群中180株耿氏硬草均存在Ile-2041-Asn突变,为突变杂合型。
  7.在测定不同环境因子对耿氏硬草种子萌发和出苗的影响中,发现在恒温条件下耿氏硬草种子萌发温度范围为5~15℃,在10/5℃、15/10℃和20/15℃变温条件下其萌发率均大于88%;耿氏硬草种子萌发不需光照;对酸碱度有着宽泛的适应,在pH4~10之间种子萌发率均大于86%;对水分胁迫非常敏感,在水势为-0.8 Mpa时种子萌发率接近为零;对盐胁迫具有较高的忍耐力;当种子处于土壤表层(0~1.0 cm)时出苗率最高,埋藏深度大于7.0 cm后则不能出苗。
  8.在测定麦田常用除草剂对不同叶龄期耿氏硬草防除效果中,发现精噁唑禾草灵、炔草酯、唑啉草酯、甲基二磺隆、啶磺草胺对3~9叶期的耿氏硬草防效均较好,而氟唑磺隆对3~9叶期的耿氏硬草防效较差;异丙隆对3~6叶期的耿氏硬草防效较好,而对9叶期的耿氏硬草防效较差。
  综上所述,本研究初步明确了我国部分小麦主产区耿氏硬草种群对精噁唑禾草灵的抗性水平与分布。靶标抗性分子机理研究结果表明ACCase基因突变是导致耿氏硬草对精噁唑禾草灵产生抗性的重要原因之一。不同耿氏硬草抗药性种群对ACCase抑制剂类除草剂产生了不同的交互抗性谱,而对甲基二磺隆、啶磺草胺和异丙隆等除草剂均敏感。探究了不同环境因子对耿氏硬草种子萌发和出苗的影响,以及麦田常用除草剂对不同叶龄期耿氏硬草的防效。此外,针对部分抗药性种群ACCase基因突变方式,构建了快速、准确的(d)CAPS检测分析方法。
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