罗德里戈·维尔，威斯康星大学麦迪逊分校助理教授和推广杂草科学家，曾任职于内布拉斯加大学林肯分校
Mithila Jugulam，堪萨斯州立大学副教授和杂草生理学家
格雷格克鲁格，副教授，杂草科学和应用技术专家，内布拉斯加大学林肯分校
堪萨斯州立大学博士后研究员Amaranatha Vennapusa
费利佩·法尔科，前访问本科生，内布拉斯加大学林肯
布鲁诺·维埃拉，内布拉斯加大学林肯分校研究生
斯宾塞萨缪尔森，前研究生，内布拉斯加大学林肯分校

水麻是一种麻烦的夏季一年生阔叶杂草，内布拉斯加州已经进化出对草甘膦和其他除草剂作用部位(SOA)的抗性，包括第2组(即Classic, Pursuit, FirstRate)，第4组(即2,4- d)，第5组(即atrazine)和第27组(例如Callisto, Laudis)。本研究的总体目标是

1. 评价预施阿特拉津、美津和磺胺腙对内布拉斯加州水麻种群的控制效果;
2. 评价POST应用阿特拉津控制内布拉斯加州水麻种群的效果;和
3. 确定内布拉斯加州水麻种群抗阿特拉津的机制。

这项研究最近发表在杂草科学杂志．

目的1。内布拉斯加州水麻的预应用阿特拉津、美曲津和磺胺腙筛选

第一个目标是评估在内布拉斯加州收集的109个常见水麻种群的反应(图1)，以标签率喷洒PSII和PPO除草剂。除草剂处理包括阿特拉津(阿特拉津4L SC, 2.4分/英亩)，美津津(森科，0.67磅/英亩)和硫脲酮(斯巴坦，8液盎司/英亩)。实验是在3.5英寸见方的塑料罐中进行的，罐中装满了普通土壤(壤土，pH = 6.4, OM为1.7%)。每盆种子的体积为0.04毫升(平均90粒)。

除草剂在种植后立即使用喷雾室使用AIXR110015喷嘴，校准为每英亩10加仑(GPA)。喷洒完后，花盆被放置在温度可控的温室里，每天浇水。处理后30天(DAT)，记录每盆建立植株总数。计算每种除草剂处理的总植物密度减少百分比。在另一项研究中，使用上述实验程序，用3倍于标记率(阿特拉津4L SC, 7.2分/英亩)的土壤施用阿特拉津筛选了106个水大麻群体。植物立地减少少于50%的群体被认为对相应的除草剂处理和速率具有抗性。

结果

• 所有被测人群均以甲曲津和磺胺酮控制(密度降低100%;图2)．因此，这两种常用的用于大豆PRE杂草控制的除草剂对本研究测试的所有水大麻种群都有效。
• 阿特拉津PRE在1X和3X时未有效控制所有筛查人群的39%(109个人群中的43个)和40%(106个人群中的42个)(表1)．因此，内布拉斯加州的水麻种群对预施阿特拉津的抗性普遍存在．
• 尽管阿特拉津和甲曲津属于同一种除草剂SOA，但交叉抗性(使杂草种群能够抵御同一SOA中不同化学家族除草剂的机制)尚未得到证实。这是个好消息!

目标2。应用后阿特拉津筛选水麻。

该研究的第二个目标是评估85个水大麻种群在水大麻脱苗后对阿特拉津的反应，标签率分别为1倍(阿特拉津4L SC, 2.4分/英亩)和3倍(阿特拉津4L SC, 7.2分/英亩)。水麻植物(每个群体中每种比例共筛选12株)种植在球果中(直径2.5英寸，深度10英寸)，保持在一个环境可控的温室中，每天浇水。

当水麻植株达到2.5至3.5英寸高度时，使用上述喷雾设备和校准设置进行处理。在21天内，植物生长的视觉评估(VE)以1至10级进行，1级为死亡，10级为完全健康(图3)．对于每个群体和处理，计算VE≥7的处理植物的百分比。在本实验中，如果超过50%的处理植株VE≥7，则认为水麻种群对每种阿特拉津率(1X或3X)都具有抗性。

结果

• 阿特拉津在1倍和3倍时未有效控制所有筛查人群中的73%(85个人群中62个)和49%(85个人群中42个)(表1)．因此，内布拉斯加州水麻种群对POST应用的阿特拉津的抗性普遍存在．
• 在这项研究中，85个人群中有31%被证实对PRE和POST均耐药，标记率为3X (图4)．阿特拉津在应用前与应用后相比更有效(例如，被分类为耐药的人群更少)。因此，当在玉米中使用莠去津时，如果除草剂PRE与其他有效的SOA联合使用，农民更有可能获得更好的水大麻控制水平。

表1。内布拉斯加州水麻种群对施用阿特拉津前后的抗性频率(1X= 2.4点阿特拉津4L SC/英亩，3X= 7.2点阿特拉津4L SC/英亩)。

治疗	人群筛选一个	抗性种群	耐药人群%b
阿特拉津PRE 1X	109	43	39%
阿特拉津PRE 3X	106	42	40%
阿特拉津POST 1X	85	62	73％
阿特拉津3X后	85	42	49%
一个由于种子的可获得性，并不是所有109个种群都对所有处理进行了评估。
b植物株数减少少于50%的群体和视觉评价≥7(能够繁殖的健康植株)的处理植株超过50%的群体分别被分类为对前后阿特拉津的抗性。

目标3。内布拉斯加州水麻抗阿特拉津的分子机制研究

目标站点突变．已知Ser-264-Gly取代可使大多数杂草品种对阿特拉津产生抗性。的叶绿素psbA该基因编码D1蛋白(阿特拉津靶位点)，利用来自内布拉斯加州的27个水麻种群的85株植物的DNA进行了测序。内布拉斯加州的抗阿特拉津水麻植物和密苏里州的已知阿特拉津易感水麻群体之间psbA基因核苷酸序列的比较没有揭示任何导致ser - 263 - gly取代的突变(数据未显示)。这表明，内布拉斯加州水麻群体对阿特拉津抗性的共同机制不是共同的靶位点突变。

阿特拉津的代谢。从内布拉斯加州4个抗阿特拉津群体中随机选择24株植物，通过GST结合测定阿特拉津的代谢。据报道，通过GST结合阿特拉津的快速代谢使伊利诺斯州的水麻具有抗性。我们的结果也证实了通过gst介导的结合在内布拉斯加州评估的水大麻种群中快速脱毒阿特拉津(图5)．本研究结果清楚地表明，内布拉斯加州普通水麻对阿特拉津的代谢抗性占主导地位，这可能使该物种倾向于进化出对其他除草剂家族的抗性。这是杂草科学学科研究的一个关注和新前沿。

关键信息

• 大豆苗前除草剂甲霉津和磺胺酮对内布拉斯加州常见水麻的治理是有效的。
• 当阿特拉津仅作为前或后使用时，内布拉斯加州大多数人群的控制不令人满意;而前施阿特拉津效果优于后施阿特拉津。
• 本研究未观察到对阿特拉津和美曲津的交叉耐药。
• 经GST结合的阿特拉津快速代谢使试验人群产生耐药性。基于代谢的抗性可能引发对其他除草剂的交叉抗性的进化，这可能是内布拉斯加州及其他地区有效控制常见水麻的挑战。
• 综合杂草管理策略和多样化除草剂方案，以及选择性土壤施用除草剂，可以帮助种植者更好地控制普通水大麻，改善除草剂抗性问题。

致谢

作者要感谢利伯蒂·巴茨和杰瑞德·戴利在温室筛选方面的帮助。内布拉斯加大学林肯农药应用技术实验室的众多学生和技术人员在内布拉斯加大学林肯农药应用技术实验室收集和处理来自内布拉斯加大学各地的杂草种子样本方面发挥了宝贵的作用。感谢堪萨斯州立大学杂草生理学实验室进行的分子研究。