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节节麦(Aegilops tauschii Coss.)属禾本科(Gramineae)山羊草属(Aegilops)一年生或越年生杂草。近年来,节节麦在我国河北、山西、山东、河南、重庆、陕西、内蒙古和江苏等省(市、区)麦田发生危害面积已达33万ha,危害程度越来越重,并呈迅速蔓延之势,已成为我国麦田恶性杂草。虽然节节麦的发生危害程度逐年加重,但是目前能够有效防除节节麦的除草剂品种少之又少,仅有ALS抑制剂中的3%甲基二磺隆油悬剂和3.6%甲基碘磺隆钠盐·甲基二磺隆水分散粒剂。而其它类别除草剂对节节麦基本没有防除效果。尽管3%甲基二磺隆油悬剂可以有效防治节节麦,但温室盆栽结果表明,节节麦不同种群对甲基二磺隆的敏感性存在显著差异。本研究从分子生物学水平上研究了节节麦不同种群ALS基因序列差异和编码ALS的mRNA表达水平差异,并且从生理生化机制方面系统研究了甲基二磺隆对不同种群节节麦靶标酶ALS和代谢酶谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione transferases, GSTs)活性的影响。以期探讨其对甲基二磺隆敏感性差异的机制,为甲基二磺隆的应用提供理论依据。主要结果如下:1.温室盆栽法表明,节节麦不同种群对甲基二磺隆的敏感性存在显著差异。河北保定节节麦对甲基二磺隆最不敏感,GR50为9.94 g a i·ha-1;河南林海、河南安阳、山西临汾、河北邢台和河北邯郸节节麦次之,分别为5.84、3.27、3.01、2.79和1.80 g a i·ha-1;而北京节节麦对甲基二磺隆最为敏感,GR50为0.60 g a i·ha-1。最不敏感的河北保定节节麦是最敏感的北京节节麦GR50值的16.57倍。2.目前已获得节节麦ALS基因长度为1,720 bp,编码572个氨基酸残基,包含目前已报道的国际上公认的7个氨基酸突变位点区域,这段序列没有内含子。河北保定、北京、山西临汾、河北邯郸和河南安阳节节麦的ALS序列在GenBank上的登记号分别为FJ997627、FJ997628、FJ997629、FJ997630和FJ997631。与敏感的北京节节麦相比,河北保定、山西临汾、河北邯郸和河南安阳节节麦存在7个核苷酸多态性,其中4个多态性引起了氨基酸的差异。分别为北京节节麦ALS第236位为谷氨酰胺Gln,而河北保定、山西临汾、河北邯郸和河南安阳节节麦为精氨酸Arg;北京节节麦ALS第285位为丝氨酸Ser,而河北保定节节麦为脯氨酸Pro;北京节节麦ALS第348位为蛋氨酸Met,而河北保定节节麦为异亮氨酸Ile;北京节节麦ALS第611位为脯氨酸Pro,而河北邯郸节节麦为亮氨酸Leu。3. SYBR Green I实时荧光定量PCR测定节节麦不同种群编码ALS的mRNA表达水平结果表明,河北保定节节麦种群经甲基二磺隆处理后第1天ALS-mRNA表达量显著升高,第4天时达到峰值,相对表达量为同期对照的2.93倍,从第5天开始逐渐下降并恢复到对照水平。而北京节节麦种群ALS-mRNA表达量第1天略有升高,第4天时达到峰值,但仅为同期对照的1.59倍,随后持续降低,至药后13天时降为同期对照的0.42倍。4. ALS离体活性测定结果表明,甲基二磺隆对河北邯郸节节麦ALS I50值最高,为0.68μM;河南安阳最低,为0.22μM;而最不敏感的河北保定节节麦和最敏感的北京节节麦I50值分别为0.50μM和0.26μM。5. ALS活体活性测定结果表明,在未施用甲基二磺隆的情况下,河北保定节节麦和北京节节麦体内ALS活力相近,均在26.2~28.6 n mol·h-1·mg-1 protein范围内波动;经甲基二磺隆茎叶喷雾处理后,敏感性差的河北保定节节麦ALS活力第1 d就略有提高,第3 d时达到峰值,其活力为58.2 n mol·h-1·mg-1 protein,为同期对照的2.1倍,从5 d开始逐渐恢复到对照水平。而最敏感的北京节节麦ALS活力在施用甲基二磺隆后第1 d就明显下降,虽然之后略有升高,并在第5 d时达到峰值,活力为20.5 n mol·h-1·mg-1 protein,为同期对照的76.1%,但都低于对照水平,第13 d时其ALS活力降至5.8 n mol·h-1·mg-1 protein,为同期对照的22.1%。6. GSTs活体活性测定结果表明,对照处理中,节节麦不同种群体内GSTs活性相近,OD340值均在0.31~0.33之间波动。经甲基二磺隆处理后,河北保定节节麦GSTs活性明显提高,第4天时达到峰值,相对活性为2.13,并持续在较高水平,第9天时恢复到对照水平,之后略有下降,第13天时相对活性为0.77;而北京节节麦GSTs活性虽然第2天达到峰值,但相对活性仅为1.13,之后持续下降,第13天时相对活性降至0.13。河南安阳、山西临汾和河北邯郸节节麦GSTs活性变化趋势均介于河北保定和北京之间。本论文首次研究了我国北方主要麦田恶性杂草节节麦不同种群对甲基二磺隆的敏感性差异水平,从生理生化和分子生物学水平上明确了敏感性差异的机理。