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马国兰, 柏连阳, 刘都才, 刘雪源, 唐涛, 彭亚军. 抗二氯喹啉酸稗草对6种除草剂的多抗性分析及田间控制效果评价. 23(6): 259-265
MA Guo-lan, BAI Lian-yang, LIU Du-cai, LIU Xue-yuan, TANG Tao, PENG Ya-jun. Control of herbicide resistant Echinochloacrusgalli indirect-seeded rice crops . Acta Prataculturae Sinica, 23(6): 259-265  
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抗二氯喹啉酸稗草对6种除草剂的多抗性分析及田间控制效果评价
马国兰, 柏连阳*, 刘都才*, 刘雪源, 唐涛, 彭亚军
湖南省植物保护研究所,湖南 长沙 410125
*通讯作者。E-mail:bailianyang2005@yahoo.com.cn

作者简介:马国兰(1977-),女,湖南邵阳人,副研究员。E-mail:mglczq@163.com

基金:国家自然科学基金项目(31201530)和国家公益性行业科研专项(201303031)资助
摘要

稗草是稻田恶性杂草,二氯喹啉酸(quinclorac)是防治稗草的特效药,但长期使用出现了抗药性。为有效控制田间抗二氯喹啉酸的稗草,用室内盆栽法分析了五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、噁唑酰草胺和氰氟草酯6种除草剂对抗性稗草的多抗性,并通过大田试验评价了上述6种除草剂对抗性稗草的防效。结果显示,五氟磺草胺等6种除草剂对不同生物型稗草R1、R2、S均表现出较高的生物活性,抗性稗草R1、R2对五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、噁唑酰草胺和氰氟草酯6种除草剂抗性指数为1.05~1.28,无多抗性产生。使用6种药剂的田间推荐剂量处理,以2.5%五氟磺草胺OD和10%噁唑酰草胺EC对抗性稗草的防效最好,药后20和40 d的防效均在95%以上。其次是10%双草醚SC,药后20和40 d的防效均在90%以上。再次是5%嘧啶肟草醚EC,药后20和40 d的防效均在85%以上。10%氰氟草酯EC和10%氟吡磺隆WG对抗性稗草的防效最差,处理后20和40 d防效均不到85%。这进一步验证了五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、噁唑酰草胺和氰氟草酯6种除草剂对抗二氯喹啉酸的稗草无多抗性产生。6种除草剂均可在稗草对二氯喹啉酸产生抗药性的稻区使用。但以五氟磺草胺、双草醚和噁唑酰草胺3种除草剂对抗药性稗草的防效最优。

关键词: 抗药性稗草; 二氯喹啉酸; 6种除草剂; 多抗性; 田间药效
中图分类号:S482.4 文献标志码:A 文章编号:1004-5759(2014)06-0259-07
Control of herbicide resistant Echinochloacrusgalli indirect-seeded rice crops
MA Guo-lan, BAI Lian-yang, LIU Du-cai, LIU Xue-yuan, TANG Tao, PENG Ya-jun
Hunan Plant Protection Research Institute, Changsha 410125, China
Abstract

Barnyardgrass ( Echinochola crusgalli) is one of the more problematic grass weeds in Chinese rice paddies. Continuous application of the herbicide quinclorac since 1990 has resulted in barnyard grass developing resistance to quinclorac. The efficacy of six herbicides; penoxsulam, bispyribac-sodium, pyribenzoxim, flucetosulfuron, metamifop and cyhalofop-butyl for controlling resistant barnyardgrass was determined using pot and field based experiments. The pot trial showed that all six herbicides had good biological activity against quinclorac resistant barnyardgrass. The field trial revealed that 2.5% penoxsulam OD and 10% metamifop EC, applied at 22.5 g/ha and 120 g/ha respectively produced control efficacies of more than 95.0% 20 and 40 d after application. The control efficacy of 10% bispyribac-sodium SC (30 g/ha) was greater than 90.0% while the efficacy of 5% pyribenzoxim EC (40 g/ha) was greater than 85.0% after 20 and 40 d. However 10% cyhalofop-butyl EC (90 g/ha) and 10% flucetosulfuron WG resulted in less than 85.0% control efficacy. The results indicate that penoxsulam and bispyribac-sodium effectively controlled barnyardgrass resistant to quinclorac.

Keyword: resistant barnyardgrass (Echinochloa crusgalli); quinclorac; six herbicides; multi-resistance; field efficacy

杂草抗药性已成为农田杂草防除的一个重大问题。它的产生与发展, 对化学除草剂的大面积使用乃至目前推行的以化学除草剂为主体的杂草综合治理体系提出了新的挑战[1]。截止到2014年6月, 全球已有235种杂草的432个生物型在各类农田系统中对22类化学除草剂产生了抗药性, 侵害范围已遍及全球的65个国家的82种作物[2]。

杂草抗药性不仅表现在对一种除草剂的抗性, 更为严重的是杂草还具有多抗性。多抗性是指一种抗药性杂草生物型同时对作用机理完全不同的2种或2种以上的除草剂均产生了抗药性。多抗性的发生使得一些杂草对刚刚上市的, 甚至还没接触过的除草剂就已经产生抗药性。如在美国伊利诺伊州发现一种对除草剂噻吩磺隆(属乙酰乳酸合成酶抑制剂acetolactate synthase, ALS)产生18000 倍抗性的苋菜(Amaranthus mangostanus), 同时对乳氟禾草灵(属原卟啉原类抑制剂, protoporphyrinogen oxidase)的抗性达到23 倍, 对莠去津(光合系统Ⅱ 抑制剂类, photosynthesis PS Ⅱ )的抗性达到38倍[3]。美国一个抗吡氟草胺(类胡萝卜素生物合成抑制剂, inhibition of PDS)的野萝卜(Raphanus raphanistrum)种群对2, 4-D (苯氧羧酸类激素型, phenoxy-carboxylic acids)和莠去津均产生了抗药性, 而另一个野胡萝卜种群也对3类不同类型的除草剂— — 2, 4-D、吡氟草胺及ALS抑制剂均产生了抗药性[4]。据Travis和Kevin[5]报道, 在美国密苏里州, 由于连续种植了抗草甘膦的转基因大豆6年, 大豆田水苋(Ammannia baccifera)对草甘膦产生了明显的抗药性, 更严重的是, 这种抗草甘膦的水苋还对另外3种除草剂具有多抗性, 即ALS抑制剂— — 噻吩磺隆、原卟啉原氧化酶抑制剂— — 乳氟禾草灵和乙氧氟草醚均具有抗药性[5]。可见, 杂草抗药性的普遍存在给农业生产造成了巨大影响, 而多抗性的发生和存在, 对于化学除草剂的大面积使用乃至目前推行的以化学除草剂为主体的杂草综合治理体系提出了新的挑战[1, 6]。

稗草(Echinochloa crusgalli)是全球分布最广、对水稻(Oryza sativa)产量影响最大的恶性杂草, 也是我国水稻田中危害最大的杂草, 严重影响水稻的产量和质量[7, 8]。而二氯喹啉酸是水稻田经济、有效、安全的防除稗草的优良除草剂品种之一。随着使用年限的增加, 全球多地区发现稗草对二氯喹啉酸产生了抗药性[9, 10]。近年来我国湖南、浙江、江苏、安徽、上海、辽宁等稻区均有稗草对二氯喹啉酸产生抗药性的报道, 且抗性程度日趋严重[11, 12, 13], 以致于二氯喹啉酸对这些稻区的稗草基本失效, 逐渐面临淘汰。因此, 评价和筛选新的除草剂来防除稻田稗草是非常必要的。本研究采用室内盆栽法测定了目前水稻田新型、高效且近年来已大面积推广应用的五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、氰氟草酯和噁唑酰草胺对抗药性稗草的生物活性, 监测抗药性稗草对上述6种除草剂是否存在多抗性, 并在抗药性稗草发生严重的地区进行了田间试验验证, 旨在为抗药性稗草的化学防除提供参考。

1 材料与方法
1.1 材料

1)供试杂草:分别使用湖南益阳芷湖口镇和长沙市望城县采集的稗草为抗药性生物型R1、R2, 隆回六都寨镇的稗草为敏感生物型(S)。并经温室盆栽法测定[14]。

2)供试药剂:2.5%五氟磺草胺(penoxsulam)油悬浮剂, 美国陶氏益农公司; 10%双草醚(bispyribac-sodium)悬浮剂, 日本组合化学工业株式会社; 5%嘧啶肟草醚(pyribenzoxim)乳油, 韩国LG化学株式会社; 10%氟吡磺隆(flucetosulfuron)水分散粒剂, 美国富美实植物保护剂有限公司; 以上4种均属乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂; 10%噁唑酰草胺(metamifop)乳油, 苏州富美实植物保护剂有限公司; 10%氰氟草酯(cyhalofop-butyl)乳油, 美国陶氏益农公司:以上2种属乙酰辅酶A羧化酶(lipid synthesis, ACCase)抑制剂; 50%二氯喹啉酸(quinclorac)可湿性粉剂, 浙江天一农化有限公司。属激素型喹啉羧酸类除草剂。

3)仪器设备:精准3WPSH-500D型生测喷雾塔, 农业部南京农业机械化研究所生产, 喷雾压力2 kg/m2, 锥形喷头流量100 mL/min。

1.2 生物活性测定

1.2.1 供试稗草的培养 选取成熟及饱满度一致的稗草种子, 先用浓度为0.3%的高锰酸钾溶液浸泡10 min消毒, 再用无菌水清洗3次, 然后播种于装有土壤(表层土和有机质的体积比为3∶ 1)的塑料盆中(长18 cm, 宽12 cm, 高5 cm), 于温室条件下光暗交替培养(白天光照12 h, 温度28℃, 相对湿度60%; 晚上黑暗12 h, 相对湿度50%)。出苗后, 每盆选择生长一致的稗草定苗20株, 培养至2~3叶期备用。

1.2.2 稗草对5种除草剂的敏感性测定 参照NY/T1156-2006[15], 采用喷雾塔茎叶喷雾处理, 喷液量450 L/hm2, 喷雾压力为0.275 MPa, 试验药剂按照先配制母液, 再依次稀释到所需剂量(有效成分)的方法配制, 各药剂剂量设置如下(均为有效剂量, 下同):2.5%五氟磺草胺油悬浮剂0, 2.5, 7.5, 12.5, 17.5, 22.5 g/hm2; 10%双草醚悬浮剂0, 2.5, 7.5, 12.5, 17.5, 22.5 g/hm2; 5%嘧啶肟草醚乳油 0, 2.25, 4.5, 9.0, 18.0, 36.0 g/hm2; 10%氟吡磺隆水分散粒剂0, 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0 g/hm2; 10%噁唑酰草胺乳油0, 2.5, 7.5, 12.5, 17.5, 22.5 g/hm2; 10%氰氟草酯乳油0, 6.25, 12.5, 25.0, 50.0, 100.0 g/hm2。以喷清水为对照。每处理均设4次重复。处理后先于黑暗条件下吸收12 h, 再进行光暗交替培养, 药后详细记录稗草的受害症状。于处理后15 d剪取地上部分, 称量鲜重, 计算生长抑制率。

生长抑制率(%)=(对照植株鲜重-处理植株鲜重)/对照植株鲜重× 100

1.3 田间药效试验

1.3.1 试验稻田 试验地点在湖南省沅江市草尾镇。该地区属洞庭湖双季稻区, 土壤为湖区冲击沙壤土, pH 6.7, 有机质含量2.2%。供试水稻品种为‘ 浙辐7号’ 。种植方式为直播, 于2012年4月11日播种, 用种量45 kg/hm2。该地区使用二氯喹啉酸的历史已达20余年, 目前, 二氯喹啉酸对该地区的稗草已基本失效。选择稗草发生严重的田块进行田间试验, 试验田管理措施与当地其他农田一致。

1.3.2 田间试验方法 试验依据农业部农药田间药效试验准则(一)GB/T 17980.40-2000进行[16], 设4次重复, 小区面积4 m× 5 m, 随机区组排列。于4月24日在稗草2~3叶期采用茎叶喷雾处理, 用水量450 L/hm2。施药前排干水, 药后2 d复水。以不喷药剂的小区为对照。以田间推荐剂量为标准设定如下(均为有效剂量):2.5%五氟磺草胺油悬浮剂 22.5 g/hm2; 10%双草醚悬浮剂30 g/hm2; 10%氟吡磺隆水分散粒剂45 g/hm2; 5%嘧啶肟草醚乳油40 g/hm2; 10%噁唑酰草胺乳油120 g/hm2; 10%氰氟草酯乳油 90 g/hm2; 50%二氯喹啉酸可湿性粉剂375 g/hm2。

试验于药后3, 7, 15, 20 d目测水稻的生长情况, 观察是否有药害现象发生。每小区对角线取样调查4点, 每点0.5 m× 0.5 m, 记录稗草的株数, 药后20和40 d分别进行药效调查, 药后40 d加测鲜重。按(1)式计算防除效果。

防除效果(%)=[(CK-PT)/CK]× 100 (1)

式中, PT为处理区残存草数(或鲜重); CK为空白对照区活草数(或鲜重)。

于2012年7月21日收获, 并分小区实测产量。

1.4 数据处理

采用DPS(V3.01专业版)软件对药剂剂量对数值与杂草的鲜重抑制率的概率值进行回归分析, 计算6种除草剂对稗草的毒力回归方程和ED50值, 以ED50值进行各种除草剂的生物活性比较。用Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析
2.1 6种除草剂处理后稗草的中毒症状

经五氟磺草胺处理后稗草停止生长, 药后2~4 d, 杂草生长点褪色, 叶脉变红, 药后7~14 d茎尖和叶芽逐渐枯萎坏死, 2~4周植株死亡。稗草经双草醚处理后生长被抑制, 3~4 d后心叶发黄, 叶片上部逐渐干枯致死。嘧啶肟草醚处理后稗草生长停止, 3~5 d植株黄化, 7~14 d逐渐枯死。噁唑酰草胺处理后稗草叶面褪绿, 生长被抑制, 施药后7~14 d稗草开始干枯死亡。氰氟草酯在处理后2 d出现药害症状, 植株生长被抑制, 新叶和其他部位叶片黄化, 最终枯萎死亡。

2.2 6种除草剂对抗药性稗草的室内生物活性

测定结果表明, 6种除草剂对抗药性稗草R1和R2的生物活性由高到低的顺序为:双草醚、嘧啶肟草醚、五氟磺草胺、噁唑酰草胺、氟吡磺隆、氰氟草酯。其中以双草醚和嘧啶肟草醚对抗药性稗草R1和R2的活性最高, ED50分别为4.6166, 4.3392 g a.i/hm2和5.0945, 4.5415 g a.i/hm2; 其次是五氟磺草胺, ED50为6.0382和6.6366 g a.i/hm2; 再次是噁唑酰草胺和氟吡磺隆, ED50分别为10.9283, 8.9493 g a.i/hm2和10.3958, 9.1916 g a.i/hm2, 氰氟草酯对抗药性稗草R1和R2的活性最低, ED50分别为14.5391和13.9600 g a.i/hm2。6种除草剂对不同生物型稗草R1、R2、S均表现出较高的生物活性, 对抗药性稗草R1、R2的抗性指数为1.05~1.28, 无多抗性产生(表1)。

表1 6种除草剂对抗药性稗草R1和R2的生物活性 Table 1 Biological activity of six herbicides to large E. crusgalli
2.3 6种除草剂对直播稻田抗药性稗草的田间防除效果

试验结果表明, 供试的6种除草剂中, 以2.5%五氟磺草胺油悬浮剂和10%噁唑酰草胺乳油对抗药性稗草的防效最好。药后20和40 d, 两处理对抗药性稗草的株和鲜重防效均在95%以上, 且控草时间长达40 d以上, 显著高于其他药剂对抗药性稗草的防效; 其次是10%双草醚悬浮剂和5%嘧啶肟草醚乳油, 处理后20 d, 两处理对抗药性稗草的防效均大于85%, 药后40 d, 两处理对稗草的防效均在90%以上; 10%氰氟草酯乳油和10%氟吡磺隆水分散粒剂对抗药性稗草防效较差, 药后20和40 d的株防效均不到85%, 显著低于2.5%五氟磺草胺油悬浮剂、10%双草醚悬浮剂、5%嘧啶肟草醚乳油以及10%噁唑酰草胺乳油四处理对抗药性稗草的防效(表2)。对照药剂50%二氯喹啉酸可湿性粉剂对稗草的防效极差, 处理后20和40 d的株防效均不到55%。由此可见, 该试验稻田的稗草确实对二氯喹啉酸产生了抗药性。

从以上试验结果得出, 在本试验选用的6个稻田除草剂中, 2.5%五氟磺草胺油悬浮剂和10%噁唑酰草胺乳油对抗药性稗草的防效优良; 10%双草醚悬浮剂和5%嘧啶肟草醚乳油对抗性稗草的防效良好; 10%氰氟草酯乳油和10%氟吡磺隆水分散粒剂对抗药性稗草防效不理想。但上述的6种除草剂均对抗性稗草无多抗性产生。

表2 不同除草剂防除直播稻田抗药性稗草效果 Table 2 Control effect of six herbicides to large E. crusgalli in direct-seed rice field
2.4 6种除草剂对直播水稻的安全性

从田间目测结果看, 在供试的6种除草剂中, 以乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂五氟磺草胺和氟吡磺隆, 乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂噁唑酰草胺和氰氟草酯4种除草剂对水稻的安全性好, 处理后各小区水稻生长正常, 未见药害症状出现。而其他2种除草剂处理后水稻产生了轻微药害, 嘧啶肟草醚施用3~5 d后, 水稻叶片黄化, 但7~9 d后即可恢复正常生长。双草醚施药后3~4 d起水稻从心叶开始逐渐整株黄化, 施药后6~8 d药害症状最重, 15 d以后黄化症状逐渐恢复, 水稻正常生长。测产结果表明(表3), 6种除草剂处理后, 水稻产量增幅为410.1%~483.1%。其中以2.5%五氟磺草胺油悬浮剂处理对水稻增产最高, 与对照相比增幅达483.1%。其次为10%双草醚悬浮剂, 与对照相比, 水稻增幅为440.4%。再次为10%噁唑酰草胺乳油, 水稻增幅为424.6%。10%氰氟草酯乳油、5%嘧啶肟草醚EC和10%氟吡磺隆水分散粒剂的增幅均低于以上所述的3种药剂。50%二氯喹啉酸WP处理对水稻增产最低, 与对照相比增幅为156.5%。 由表3的测产结果可知, 与对照相比, 各施药处理中的水稻增产明显, 但以五氟磺草胺的增产最高, 因其杀草谱宽, 一次施药基本上可以防除稻田全部杂草。其次是双草醚、噁唑酰草胺、嘧啶肟草醚、氰氟草酯和氟吡磺隆, 由于噁唑酰草胺和氰氟草酯对田间阔叶杂草及莎草科杂草无效, 因而从一定程度上影响了其产量。二氯喹啉酸由于对稗草的防除效果最低, 故对产量影响最大。

表3 不同除草剂处理对水稻产量的影响 Table 3 The effects of different herbicides on rice grain yield
3 结论与讨论

杂草对除草剂产生抗药性是其自身进化的结果, 是杂草种群在除草剂选择作用下持续变化的外在表现。抗药性治理是抗性研究领域的最主要方向之一, 其目的是采取合适的措施和策略延缓或阻止杂草抗药性的形成和发展, 延长现有除草剂的使用年限[17]。因而为了避免田间防治过程中出现更多的风险, 故需要对多抗性、交互抗性和抗性机制等方面进行相关探讨研究。

洞庭湖稻区是我国重要的水稻种植区。本项目组调查结果表明, 近年来该区域内的益阳、常德和岳阳等地区的稻田稗草对二氯喹啉酸均产生了严重的抗药性。本研究利用采自上述地区的抗药性生物型稗草R1和R2, 研究了其对五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、氟吡磺隆、噁唑酰草胺和氰氟草酯6种除草剂的多抗性, 试验结果表明, 上述6种除草剂均对抗药性稗草R1和R2表现出较高的生物活性, 无多抗性产生。同时, 田间试验也验证了五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚和噁唑酰草胺均对抗药性稗草具有优良的防效, 对直播水稻安全, 这4种除草剂可在抗药性稗草多发的洞庭湖稻区乃至全国稻区用于防除抗二氯喹啉酸稗草。五氟磺草胺是由美国陶氏益农公司开发的三唑并嘧啶磺酰胺除草剂, 中文商品名为稻杰, 于2005年在我国登记。为目前稻田除草剂中杀草谱最广的品种。五氟磺草胺不仅对稗草防效优良, 而且可有效控制稻田中的阔叶及莎草科杂草。持效期长达30~60 d, 一次用药基本能控制全季杂草危害, 目前已成为洞庭湖稻区使用最广的除草剂品种; 双草醚是日本组合化学株式会社研制开发的嘧啶水杨酸类除草剂, 商品名为农美利。它是一种高效、广谱的苗后茎叶处理剂。不仅能有效防除稗草, 而且对其他禾本科杂草如稻李氏禾也有效, 并能兼治大多数阔叶杂草以及莎草科杂草; 噁唑酰草胺属乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂, 由叶片和叶鞘吸收后在植物体内传导, 通过抑制乙酰辅酶A合成酶, 干扰脂肪酸的生物合成, 进而影响植物的正常生长, 最后逐渐枯萎死亡。它是此类除草剂中对水稻具有高度安全性的极少数品种之一。噁唑酰草胺于2010年在我国取得登记, 商品名为韩秋好。它对稻田禾本科杂草稗草有特效, 对其他禾本科杂草, 如千金子(Leptochloa chinensis)、马唐(Digtaria sangninalis)等防效优良, 尤其是对高龄稗草有特效, 但对阔叶杂草及莎草科杂草无效[18]。在供试的其他3种除草剂中, 氟吡磺隆由韩国LG公司生命科学有限公司研制的一种磺酰脲类除草剂, 可有效防除稗草、阔叶和莎草科杂草; 嘧啶肟草醚属乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂, 广谱选择性芽后除草剂。对水稻田禾本科杂草稗草和其他阔叶杂草均有效; 氰氟草酯也属乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂, 它对禾本科杂草千金子有特效, 对稗草防效良好, 但对其他阔叶及莎草科杂草无效。本试验发现, 氟吡磺隆和氰氟草酯对抗药性稗草也无多抗性产生, 但对抗药性稗草的防效显著低于五氟磺草胺、双草醚、嘧啶肟草醚、和噁唑酰草胺4种除草剂。

另外, 由于本试验中筛选出的对抗药性稗草防效优良的4种除草剂中, 五氟磺草胺、双草醚和嘧啶肟草醚均属ALS抑制剂, 该类除草剂因其作用靶标单一、活性高, 极易产生抗药性。据报道, 目前已有144种杂草对ALS抑制剂产生了抗药性, 占19类化学除草剂总抗药性杂草生物型的1/3还多[2]。已成为抗性最为严重的一类杂草, 噁唑酰草胺属乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂类除草剂, 此类除草剂的抗性发展速度也很快, 目前已有44种杂草对其产生了抗药性。因此, 为了延缓稗草对ALS抑制剂迅速产生抗性, 应避免单一重复使用同一类型的五氟磺草胺和双草醚防除抗药性稗草, 而应选择不同作用机制的ACCase类抑制剂噁唑酰草胺与五氟磺草胺、嘧啶肟草醚和双草醚轮换使用, 以控制抗药性稗草的危害并延缓或阻止其他除草剂对其产生抗药性。

The authors have declared that no competing interests exist.

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