2023年5月4日，沈阳农业大学植物保护学院纪明山教授课题组博士生张璐璐在农林科学一区Top期刊Pesticide Biochemistry and Physiology（IF2021：4.966）在线发表了题为“Multiple resistance of Echinochloa phyllopogon to synthetic auxin, ALS-, and ACCase-inhibiting herbicides in Northeast China”的长篇研究论文，对东北地区水田稗多重抗药性机制进行研究。
水田稗（Echinochloa phyllopogon）为一年生禾本科稗属杂草，是世界性恶性杂草，水稻伴生植物，也是稗草在稻田的一种适应类型，与水稻有相近的生活习性，对逆境的适应能力又强于水稻，在我国稻区的危害面积分布较为广泛，并且防除较为困难。有关水田稗抗药性的发生，已在法国、希腊、韩国和美国等多个国家先后报道，产生抗药性最多的是ALS抑制剂，其次是ACCase抑制剂。伴随着不同作用机制除草剂的交替使用，虽一定程度上延缓了抗药性的发生，但是随着使用年数的增加，在长期的选择压下，杂草对多种除草剂适应能力不断增强，多重抗药性现象已逐渐涌现。已有大量研究表明在我国东三省许多地区水田稗已对水稻田常用的几种除稗剂产生了抗药性甚至多重抗药性。因此，亟需对水田稗抗性机制进行研究，以科学防治抗药性杂草。
纪明山教授课题组利用从中国东北两省收集的1个敏感种群和3个多重抗性种群分析水田稗对五氯磺草胺、噁唑酰草胺和二氯喹啉酸的多重抗性机制。抗药性水平测定结果显示，与敏感种群LN12相比，LN1对这三种除草剂表现出较高的抗性；LN24对五氟磺草胺和噁唑酰草胺表现出中等抗性，对二氯喹啉酸表现出较高的抗性（274倍）；HLJ4对五氟磺草胺的抗性较低，对噁唑酰草胺和二氯喹啉酸的抗性较高。靶标抗药性机制研究结果表明，尽管多重抗药性种群对五氟磺草胺和噁唑酰草胺产生了不同水平的抗药性，但均未检测到乙酰乳酸合成酶（ALS）和乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）氨基酸突变，且抗敏水田稗种群靶标酶敏感性基本一致。随着杂草抗药性机制研究日渐深入，非靶标抗药性机制也被人们意识到是杂草产生抗药性更为复杂的重要机制, 通常是代谢增强。因此，我们通过预先喷施P450抑制剂马拉硫磷对其进行非靶标抗药性机制研究。试验结果表明，马拉硫磷明显提高了LN1、LN24和HLJ4对五氟磺草胺的敏感性，LN1对噁唑酰草胺的敏感性，HLJ4对二氯喹啉酸的敏感性。另外，在施用P450s抑制剂后，虽在一定程度上起到了增效作用，但是并没有完全消除抗药性，因此我们进一步针对GSTs进行相关研究。在所有四种处理下，抗性和敏感性种群的GSTs活性从第1天到第5天呈上升趋势，但多重抗性种群的GSTs敏感性和活性均高于敏感性种群LN12。
本研究发现了对中国东北地区稻田中的水稻生产构成严重威胁的多重抗性水田稗种群，初步证实了多重抗性可能是由于非靶点抗性机制造成的。因此，为了科学指导多重抗药性杂草的管理，还需要进行深入的机制研究。
作者基金：植物保护学院博士研究生张璐璐为论文第一作者，纪明山教授为通讯作者，博士研究生杜颖、邓云艳、硕士研究生白天朗；河北省唐山市曹妃甸区农业农村局农艺师王维静参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划项目（2018YFD0200202–3）的资助。
文章连接：https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2023.105450
