爱尔兰首例对ALS抑制剂与植物生长素类除草剂多重抗性虞美人（Papaver rhoeas）的特征研究

《Weed Science》：Characterisation of the first cases of multiple-resistant corn poppy (Papaver rhoeas ) to ALS-inhibiting and auxin-mimic herbicides in Ireland

本研究针对爱尔兰谷物田中的恶性杂草虞美人，首次报道了其对ALS抑制剂及植物生长素类除草剂（如2,4-D）的多重抗性，揭示了靶点突变（ALS基因Pro-197）与细胞色素P450介导的代谢增强两种协同作用机制，并评估了替代性除草剂的防控效果，对于抗性杂草综合治理及除草剂科学使用具有重要实践意义。

　　

在爱尔兰的谷物农场里，虞美人（Papaver rhoeas L.）是一种让农民头疼的常见阔叶杂草。为了保障作物产量，持续使用除草剂已成为常规操作。然而，到了2022年，种植者和农业顾问在两地报告了令人担忧的情况：常用的两类主力除草剂——乙酰乳酸合酶（Acetolactate Synthase， ALS）抑制剂和植物生长素类除草剂（auxin-mimic herbicides）——对疑似产生抗性的虞美人种群效果不佳。这种“双重失效”的现象在爱尔兰尚属首次报告，它不仅直接威胁小麦、大麦等谷物的生产，更敲响了警钟：如果杂草同时对作用机理不同的除草剂产生抗性（即多重抗性），未来的杂草防控将面临更加严峻的挑战。为了明确这一威胁的性质、评估其严重程度并探究背后的原因，研究人员对这两个被命名为PAPRH-R1和PAPRH-R2的抗性种群展开了系统的调查研究。相关成果已发表在《Weed Science》杂志上。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：1) 剂量反应实验，通过计算ED₅₀（半数有效剂量）和GR₅₀（半数生长抑制剂量）及其抗性指数来量化抗性水平；2) 分子生物学检测，对ALS基因进行测序以识别可能的靶点突变；3) 代谢抑制实验，使用细胞色素P450（Cytochrome P450， P450）抑制剂胡椒基丁醚（piperonyl butoxide， PBO）预处理植株，以探究代谢增强是否是抗性机制；4) 放射性示踪技术，通过¹⁴C标记的2,4-D试验，排除吸收和 translocation（转运）差异的影响；5) 药效筛选，测试多种苗后茎叶处理除草剂在推荐剂量下的防控效果。

研究结果

对ALS抑制剂的抗性水平与机制

通过剂量反应实验评估，两个抗性种群对噻吩磺隆+苯磺隆（thifensulfuron + tribenuron）、甲基二磺隆+碘甲磺隆+酰嘧磺隆（mesosulfuron + iodosulfuron + amidosulfuron）以及甲磺隆（metsulfuron）均表现出高水平抗性，其ED₅₀和GR₅₀抗性指数均大于120。相比之下，对双氟磺草胺+吡氟酰草胺（florasulam + pyroxsulam）的抗性水平较低，抗性指数在4到13之间。进一步的ALS基因测序发现，所有被测序的抗性植株均在197号位点发生了脯氨酸（Proline）突变（Pro-197突变），这直接证实了靶点不敏感性是导致对ALS抑制剂产生抗性的核心分子机制。

对植物生长素类除草剂2,4-D的抗性水平与机制

在2,4-D的剂量反应实验中，PAPRH-R2种群表现出比PAPRH-R1更高的抗性水平（ED₅₀和GR₅₀抗性指数大于9.1，而PAPRH-R1大于3.4）。为了探究其机制，研究人员先使用PBO进行预处理，结果显示这显著逆转了2,4-D抗性：PAPRH-R1的GR₅₀从680.8 g ha^-1降至84.9 g ha^-1，PAPRH-R2的GR₅₀则从2508.9 g ha^-1大幅降至456.8 g ha^-1，两者均远低于1000 g ha^-1的推荐剂量。这一结果强烈表明，细胞色素P450介导的代谢增强是2,4-D抗性的重要机制。随后的¹⁴C-2,4-D吸收与转运试验则排除了 reduced absorption（吸收减少）或 translocation（转运改变）作为主要抗性机制的可能性。

对替代性除草剂的敏感性筛选

为了寻找可行的防控方案，研究测试了其他苗后茎叶处理除草剂在半量和全量推荐剂量下的效果。结果显示，除了氟氯吡啶酯+卤双苯酚（fluroxypyr + halauxifen）在全量下能完全控制PAPRH-R1，以及草甘膦（glyphosate）在半量和全量下均能完全控制两个抗性种群外，其余测试的除草剂均无法实现完全防控。这突显了现有除草剂方案在面对多重抗性杂草时的局限性，但也指出了草甘膦等仍可作为有效的应急或轮换选择。

结论与讨论

本研究首次在爱尔兰确认了虞美人同时对ALS抑制剂和植物生长素类除草剂2,4-D产生多重抗性。其抗性机制是复合型的：对ALS抑制剂的抗性源于ALS基因的靶点位点突变（Pro-197），而对2,4-D的抗性则很可能由细胞色素P450介导的增强代谢所导致。这一发现具有重要的科学与实践意义。

首先，它揭示了在田间条件下，杂草可以通过协同演化，同时获得针对不同作用模式的抗性机制，这大大增加了杂草管理的复杂性和成本。其次，研究表明，P450抑制剂（如PBO）能够部分逆转2,4-D抗性，这为开发基于代谢抑制剂的抗性管理策略或增效剂提供了潜在思路。最后，敏感性筛选结果表明，尽管多重抗性形势严峻，但并非所有除草剂都失效，草甘膦等仍保持高效，这提示了轮作使用不同作用机理除草剂以及整合非化学防控措施的重要性。

论文在讨论部分强调，由于对阔叶杂草（如虞美人）进行农艺或非化学防控较为困难，因此，继续保有并合理使用苗前或秋季 residual herbicides（残留性除草剂），同时搭配有效的植物生长素类除草剂并执行良好的用药管理规范，对于未来谷类作物中此类杂草（包括P. rhoeas）的可持续治理至关重要。这项研究不仅为爱尔兰的杂草抗性监测与治理提供了关键数据，也为全球类似生态区的抗性研究与管理策略敲响了警钟。