除草劑抗藥性

雜草抗藥性除草劑按作用機制分類一覽表雜草抗藥性現(xiàn)狀自20世紀50年代在加拿大和美國分別發(fā)現(xiàn)抗2,4-D的野胡蘿卜（Daucuscarota）和鋪散鴨趾草（Commelinadiffusa）以來，全球已有188種（112種雙子葉，76種單子葉）雜草的324個生物型在各類農田系統(tǒng)對19類化學除草劑產生了抗藥性，尤其是20世紀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理除草劑靶標部位發(fā)生變異，致使毒力降低解毒代謝功能提高對除草劑的屏蔽作用或作用位點隔離作用乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制劑類除草劑

對于ALS抑制劑類抗藥性雜草，由于具相同作用靶標除草劑的大量應用，使ALS基因中的5個高度保守區(qū)域(Ala122、Pro197、Ala205、Trp574、Ser653)發(fā)生基因突變，報道最多的為“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Leu可使雜草對所有ALS抑制劑類除草劑產生抗藥性Leu，W574被Leu取代后引起結合位點形狀的改變，導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的取代可對咪唑啉酮類除草劑產生抗藥性，但對磺酰脲類除草劑不產生抗藥性；DomainD(AVQETP)的Ala205變異對所有ALS抑制劑類除草劑均產生抗藥性，但該突變僅在蒼耳(XanthiumstrumariumL．)中發(fā)現(xiàn)，且抗藥性水平較低。突變導致除草劑與雜草體內ALS親和力下降，降低ALS對除草劑的敏感性，而抗藥性程度則取決于ALS上氨基酸取代發(fā)生的位點及其位點處取代氨基酸的種類雜草體內ALS抑制劑被快速代謝也是其抗藥性的重要機制，通過研究ALS抑制劑雙草醚（bispyribac)的抗藥性機理,Fischer等認為Echinochloaphyllopogon抗該除草劑的機理不是由于靶標位點突變,而是由細胞色素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)、羧基轉移酶(carboxyhransferase，CT)三個功能域，植物質體中脂肪酸生物合成及細胞質中脂肪酸延長、花青素和類黃酮等次生代謝產物合成都需要大量的丙二酸單酰輔酶A。這個反應既是脂肪酸合成反應中的第一步反應,也是關鍵的反應步驟，同時也是限速步驟。芳氧苯氧基丙酸酯類(APP)環(huán)己烯酮類(CHD)APP和CHD類除草劑主要通過抑制乙酰輔酶A的羧化，進而阻斷脂肪酸的合成，同時破壞膜的完整性，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含有同型和對ACCase抑制劑不敏感的異型兩種ACCase，所以ACCase抑制劑對非禾本科物種具有高度的選擇性，在全球范圍內被廣泛用來控制禾本科雜草。作用靶標位點的突變其他方面的抗性機制對ACCase抑制劑類除草劑具有天然耐性的同型質ACCase

與敏感的狼尾草相比，4個藍羊茅栽培品種分別對吡氟禾草靈顯示70—88倍的抗性，對烯禾啶顯示216～422倍的抗性。ACCase的過度表達

對烯禾啶、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這些除草劑的吸收、運輸及代謝，發(fā)現(xiàn)抗性種群和敏感種群無明顯區(qū)別。在ACCase酶活性測定中發(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

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膜電位，Prado等認為質膜的復極化是瑞士黑麥草、多花黑麥草、鼠尾看麥娘、野燕麥等禾本科雜草對APP及CHD類除草劑抗性的一種機制。除草劑作用的屏蔽

Dinelli等對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的整體結構。（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為中藍色；PsbH、PsbI、PsbJ、PsbK、PsbX、PsbZ和推測的PsbN為灰色。外在蛋白PsbO為藍色，PsbU為品紅色，PsbV為青色。D1/D2反應中心的葉綠素為淺綠色，脫鎂葉綠素為藍色，天線復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責電子傳遞和質子轉位的內在膜蛋白復合物。這些結構來自一種嗜熱藍藻PSI和PSII的反應中心。腔面?zhèn)群突|側的可溶性電子傳遞蛋白為質體藍素（綠色）或細胞色素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）的光反應到質體醌（PQ）的還原之間，這類除草劑通過與PSⅡ復合體上的D-1

蛋白結合，改變膜蛋白的空間構型，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，導致光系統(tǒng)Ⅱ反應中心破壞。Barros等首次報導了早熟禾（Poaannua）對阿特拉津的抗藥性是由于除草劑與類囊體結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?。在抗三氮苯類除草劑莧菜生物型中，雜草體內除草劑結合位點D1蛋白發(fā)生突變，導致除草劑對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

基因編碼除草劑結合位點－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

位上氨基酸突變造成除草劑與該蛋白的親和性下降，導致雜草對光系統(tǒng)Ⅱ抑制劑類除草劑的抗藥性谷胱甘肽-S-轉移酶活性和解毒能力增強是許多雜草對三氮苯類、脲類及酰胺類除草劑的一種重要解毒機制。Gronwald認為，抗阿特拉津的苘麻（Abutilontheophrasti）生物型的抗藥性機理是由于谷胱甘肽-S-轉移酶與除草劑軛合作用的增強，