除草劑抗藥性

雜草抗藥性除草劑按作用機(jī)制分類一覽表雜草抗藥性現(xiàn)狀自20世紀(jì)50年代在加拿大和美國(guó)分別發(fā)現(xiàn)抗2,4-D的野胡蘿卜（Daucuscarota）和鋪散鴨趾草（Commelinadiffusa）以來(lái)，全球已有188種（112種雙子葉，76種單子葉）雜草的324個(gè)生物型在各類農(nóng)田系統(tǒng)對(duì)19類化學(xué)除草劑產(chǎn)生了抗藥性，尤其是20世紀(jì)80年代中期后，全球抗藥性雜草的發(fā)展幾乎呈直線上升。雜草抗藥性的形成機(jī)理除草劑靶標(biāo)部位發(fā)生變異，致使毒力降低解毒代謝功能提高對(duì)除草劑的屏蔽作用或作用位點(diǎn)隔離作用乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制劑類除草劑

對(duì)于ALS抑制劑類抗藥性雜草，由于具相同作用靶標(biāo)除草劑的大量應(yīng)用，使ALS基因中的5個(gè)高度保守區(qū)域(Ala122、Pro197、Ala205、Trp574、Ser653)發(fā)生基因突變，報(bào)道最多的為“DomainA的Pro部位”，即Pro197的突變；已知的P197的突變有8種，而已知的所有P197取代對(duì)磺酰脲類除草劑均有抗藥性。ALS不同保守區(qū)的不同氨基酸取代可以引起不同的交互抗藥性模式DomainB(QWED)的Trp574變異為L(zhǎng)eu可使雜草對(duì)所有ALS抑制劑類除草劑產(chǎn)生抗藥性Leu，W574被Leu取代后引起結(jié)合位點(diǎn)形狀的改變，導(dǎo)致抑制劑與酶間的許多相互作用喪失而不能定位在酶上，從而失去抑制活性DomainC(VFAYPGGASMEIHQALTRS)的Ala122或者Domain

E(IPSGG)的Ser653的取代可對(duì)咪唑啉酮類除草劑產(chǎn)生抗藥性，但對(duì)磺酰脲類除草劑不產(chǎn)生抗藥性；DomainD(AVQETP)的Ala205變異對(duì)所有ALS抑制劑類除草劑均產(chǎn)生抗藥性，但該突變僅在蒼耳(XanthiumstrumariumL．)中發(fā)現(xiàn)，且抗藥性水平較低。突變導(dǎo)致除草劑與雜草體內(nèi)ALS親和力下降，降低ALS對(duì)除草劑的敏感性，而抗藥性程度則取決于ALS上氨基酸取代發(fā)生的位點(diǎn)及其位點(diǎn)處取代氨基酸的種類雜草體內(nèi)ALS抑制劑被快速代謝也是其抗藥性的重要機(jī)制，通過(guò)研究ALS抑制劑雙草醚（bispyribac)的抗藥性機(jī)理,Fischer等認(rèn)為Echinochloaphyllopogon抗該除草劑的機(jī)理不是由于靶標(biāo)位點(diǎn)突變,而是由細(xì)胞色素P-450單加氧酶（cytP-450）引起的加速代謝所致。

2.乙酰輔酶A羧化酶（ACCase）類抑制劑類除草劑

乙酰輔酶A羧化酶(acetyl—CoAearboxylase，ACCase)，全都包括生物素羧基載體蛋白(biotincarboxylasecarrierprotein，BCCP)、生物素羧化酶(biotincarboxylase，BC)、羧基轉(zhuǎn)移酶(carboxyhransferase，CT)三個(gè)功能域，植物質(zhì)體中脂肪酸生物合成及細(xì)胞質(zhì)中脂肪酸延長(zhǎng)、花青素和類黃酮等次生代謝產(chǎn)物合成都需要大量的丙二酸單酰輔酶A。這個(gè)反應(yīng)既是脂肪酸合成反應(yīng)中的第一步反應(yīng),也是關(guān)鍵的反應(yīng)步驟，同時(shí)也是限速步驟。芳氧苯氧基丙酸酯類(APP)環(huán)己烯酮類(CHD)APP和CHD類除草劑主要通過(guò)抑制乙酰輔酶A的羧化，進(jìn)而阻斷脂肪酸的合成，同時(shí)破壞膜的完整性，從而造成代謝物的滲漏和植物的快速死亡。由于禾本科物種只存在同型ACCase，而非禾本科物種則同時(shí)含有同型和對(duì)ACCase抑制劑不敏感的異型兩種ACCase，所以ACCase抑制劑對(duì)非禾本科物種具有高度的選擇性，在全球范圍內(nèi)被廣泛用來(lái)控制禾本科雜草。作用靶標(biāo)位點(diǎn)的突變其他方面的抗性機(jī)制對(duì)ACCase抑制劑類除草劑具有天然耐性的同型質(zhì)ACCase

與敏感的狼尾草相比，4個(gè)藍(lán)羊茅栽培品種分別對(duì)吡氟禾草靈顯示70—88倍的抗性，對(duì)烯禾啶顯示216～422倍的抗性。ACCase的過(guò)度表達(dá)

對(duì)烯禾啶、精喹禾靈和精吡氟禾草靈存在較低抗性及敏感的假高梁對(duì)這些除草劑的吸收、運(yùn)輸及代謝，發(fā)現(xiàn)抗性種群和敏感種群無(wú)明顯區(qū)別。在ACCase酶活性測(cè)定中發(fā)現(xiàn)，抗性種群和敏感種群有著相似的。不施用除草劑的情況下，抗性種群的ACCase比活力是敏感種群的2～3倍，添加除草劑的情況下，抗性種群ACCase比活力仍然明顯高于敏感種群。膜的去極化恢復(fù)

Hotum等發(fā)現(xiàn)抗APP除草劑的一些瑞士黑麥草和野燕麥生物型在去掉除草劑后可以恢復(fù)膜電位，Prado等認(rèn)為質(zhì)膜的復(fù)極化是瑞士黑麥草、多花黑麥草、鼠尾看麥娘、野燕麥等禾本科雜草對(duì)APP及CHD類除草劑抗性的一種機(jī)制。除草劑作用的屏蔽

Dinelli等對(duì)意大利兩種抗禾草靈黑麥草的研究3.光合作用光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑光合作用光合作用的電子傳遞系統(tǒng)三氮苯類、脲類、酰胺類除草醚（nitrofen）精吡氟草靈（fluazifop-butyl）左圖為光系統(tǒng)II的整體結(jié)構(gòu)。（A）螺旋用筒狀表示，D1為黃色；D2為橙色；CP47為紅色；CP43為綠色；cytb559為葡萄紅色；PsbM和PsbT為中藍(lán)色；PsbH、PsbI、PsbJ、PsbK、PsbX、PsbZ和推測(cè)的PsbN為灰色。外在蛋白PsbO為藍(lán)色，PsbU為品紅色，PsbV為青色。D1/D2反應(yīng)中心的葉綠素為淺綠色，脫鎂葉綠素為藍(lán)色，天線復(fù)合物的葉綠素為深綠色，β-胡蘿卜素為橙色，血紅色為紅色，非血紅素Fe為紅色，QA和QB為紫色。放氧中心為紅色（氧原子）、品紅色（錳離子）、青色（鈣離子）的小球。下圖為放氧光合作用中負(fù)責(zé)電子傳遞和質(zhì)子轉(zhuǎn)位的內(nèi)在膜蛋白復(fù)合物。這些結(jié)構(gòu)來(lái)自一種嗜熱藍(lán)藻PSI和PSII的反應(yīng)中心。腔面?zhèn)群突|(zhì)側(cè)的可溶性電子傳遞蛋白為質(zhì)體藍(lán)素（綠色）或細(xì)胞色素c6，鐵氧還蛋白（深棕色）和鐵氧還蛋白：NADP+還原酶（黃色）。三氮苯類、脲類及酰胺類除草劑是典型的光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑，其作用部位在光系統(tǒng)Ⅱ（photosystemⅡ，PSⅡ）的光反應(yīng)到質(zhì)體醌（PQ）的還原之間，這類除草劑通過(guò)與PSⅡ復(fù)合體上的D-1

蛋白結(jié)合，改變膜蛋白的空間構(gòu)型，從而阻斷光系統(tǒng)Ⅱ中的電子傳遞，并阻礙NADP+合成所需的CO2

的固定，導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心破壞。Barros等首次報(bào)導(dǎo)了早熟禾（Poaannua）對(duì)阿特拉津的抗藥性是由于除草劑與類囊體結(jié)合能力的下降和光系統(tǒng)Ⅱ控制D1蛋白的基因在264位上的絲氨酸突變?yōu)楸彼崴隆Ｔ诳谷筋惓輨┣{菜生物型中，雜草體內(nèi)除草劑結(jié)合位點(diǎn)D1蛋白發(fā)生突變，導(dǎo)致除草劑對(duì)D1蛋白的親和力下降，從而降低除草劑的生物活性。psbA基因psbA

基因編碼除草劑結(jié)合位點(diǎn)－光系統(tǒng)Ⅱ的D1蛋白（32kD）psbA

的易突變性D1蛋白第264

位、或268位、或219

位上氨基酸突變?cè)斐沙輨┡c該蛋白的親和性下降，導(dǎo)致雜草對(duì)光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑類除草劑的抗藥性谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性和解毒能力增強(qiáng)是許多雜草對(duì)三氮苯類、脲類及酰胺類除草劑的一種重要解毒機(jī)制。Gronwald認(rèn)為，抗阿特拉津的苘麻（Abutilontheophrasti）生物型的抗藥性機(jī)理是由于谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶與除草劑軛合作用的增強(qiáng)，