了解橄榄园中Setaria adhaerens对多种除草剂的抗性机制——这些橄榄园在过去二十年里频繁使用除草剂

抗药性种群Setaria adhaerens的代谢与靶标双重机制研究揭示细胞色素P450增强解毒作用，乙酰辅酶A羧化酶（ALS）和光合系统II（PSII）抑制剂均存在靶标抗性，同时检测到乙酰辅酶A羧化酶抑制剂（ACCI）的代谢抗性，并发现对草酰乙酸羧化酶（EPSPS）抑制剂的多重耐药性。

　　
本研究针对西班牙橄榄园中发现的 Setaria adhaerens（硬质狗尾草）种群展开抗药性机制分析，揭示了该杂草对多种作用机制的除草剂呈现复杂耐药特性。通过田间药效试验与分子代谢途径研究，发现存在两种不同的耐药模式：抗药种群（R）对作用于乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）、乙酰乳酸合成酶（ALS）、5-烯醇丙酮酸酯合酶（EPSPS）、光合系统II（PSII）的除草剂完全耐受，但对羟基苯甲酸酯类（PPO抑制剂）存在靶点耐药；而另一种耐药机制则表现为代谢途径增强，通过细胞色素P450单加氧酶系统提升对EPSPS、ALS等抑制剂的解毒能力。

研究团队通过构建双种群对照体系，发现R种群对氯嘧磺隆、丁嘧磺隆、阔敌等作用靶点不同的除草剂均产生抗性，但所有受试药剂对感药种群（S）均有效。特别值得注意的是，尽管Diflufenican（抑制羟基苯甲酸酯脱氢酶）对两个种群的控制率仅为45%-50%，但该药剂仍能作为有效防控手段。这种差异暗示着R种群可能存在多机制耐药特性。

在代谢途径分析方面，研究创新性地引入了农药残留检测技术。通过NBD-Cl显色反应检测发现，R种群对丙溴磷等有机磷杀虫剂的代谢能力显著增强，但未检测到谷胱甘肽-S-转移酶（GSTs）的活性变化。这种特异性代谢增强现象与细胞色素P450酶系的活性检测结果相吻合——R种群中该酶系对EPSPS、ALS抑制剂的解毒效率提升超过300%，而对PPO抑制剂的代谢能力未发生显著改变。

研究特别揭示了多药抗性的协同机制：当使用丙溴磷预处理R种群后，原本对氯嘧磺隆、丁嘧磺隆完全耐药的植株对这两种除草剂的敏感性分别提升至82%和75%。这种交叉耐药现象表明代谢增强系统可能存在多靶点解毒能力。通过代谢组学分析发现，R种群在有机溶剂提取物中存在两类新型代谢物，其分子量分别为215 Da和378 Da，经质谱验证分别为咖啡酸衍生物和苹果酸衍生物，这些代谢产物可能通过竞争性吸附或结合作用改变除草剂的作用靶点。

在耐药机制分类方面，研究证实存在两种不同耐药模式并存的情况：针对PPO抑制剂的靶点耐药（TSR）表现为羟基苯甲酸酯脱氢酶活性降低28%，而针对其他作用靶点的耐药则属于非靶点耐药（NTSR），具体表现为细胞色素P450酶系对多种除草剂的代谢解毒能力增强。这种双重耐药机制的形成可能与种群长期暴露于混合用药环境有关，导致自然选择压力作用于不同代谢通路。

研究还发现环境因素对耐药机制的影响具有时空特异性。在西班牙橄榄种植区，土壤中普遍存在两种有机质降解酶的活性差异，其中对乙酰辅酶A羧化酶的代谢影响系数达到0.67，而对羟基苯甲酸酯脱氢酶的代谢影响系数仅为0.12。这种差异可能解释了为什么R种群对ACCase和ALS抑制剂表现出完全耐药，而对PPO抑制剂仅呈现部分耐药。

在实践应用层面，研究提出"代谢活性-靶点活性"双参数评估体系。通过建立包含12种常见除草剂的代谢活性数据库，发现当代谢活性指数（MAI）与靶点活性抑制率（TAI）的比值超过1.8时，常规剂量下的除草剂将完全失效。该参数体系已在西班牙12个橄榄种植区的田间试验中验证，预测准确率达到89%。

研究还发现种群间存在显著的代谢酶系组成差异。R种群中细胞色素P450 2E1和2F1的mRNA表达量分别是S种群的4.2倍和3.8倍，且在环境胁迫（如干旱、高温）下这种表达差异会扩大。这提示在环境压力下，代谢解毒能力可能成为关键适应性性状。

该研究对杂草防控策略具有重要启示：传统基于作用靶点的抗药性检测方法存在明显局限性，必须结合代谢解毒能力评估。建议在抗药性监测中增加丙溴磷预处理后的药效测试，同时建立包含代谢酶活性检测的多指标评估体系。未来研究将深入解析细胞色素P450酶系的具体亚型分布及其调控网络，为开发新型代谢抑制剂提供理论依据。