Luận án tiến sĩ về cơ chế kháng thuốc quinclorac của cỏ lồng vực nước Echinochloa crus-galli - Le Duy, Can Tho University

Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Đồng bằng sông Cửu Long. Phân tích sinh lý, sinh hóa và di truyền.

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

177

Thời gian đọc

27 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Thực trạng cỏ lồng vực nước kháng thuốc trừ cỏ quinclorac
Số trang:
177 trang
Trường:
Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên ngành:
Bảo vệ thực vật
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Thực trạng cỏ lồng vực nước kháng thuốc trừ cỏ quinclorac

Cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) là loài cỏ dại nguy hiểm bậc nhất trên ruộng lúa tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Cỏ cạnh tranh trực tiếp dinh dưỡng, ánh sáng và không gian sống với cây lúa. Tình trạng lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật kéo dài dẫn đến hiện tượng kháng thuốc trừ cỏ nghiêm trọng. Quá trình chọn lọc tự nhiên thúc đẩy các dòng cỏ đột biến sống sót và nhân rộng quần thể. Thuốc trừ cỏ quinclorac từng mang lại hiệu quả diệt cỏ rất cao. Tuy nhiên, hiệu lực của hoạt chất này đang suy giảm rõ rệt trên đồng ruộng qua nhiều vụ canh tác liên tiếp. Nhiều nông dân phải tăng liều lượng phun thuốc gấp nhiều lần khuyến cáo. Biện pháp này làm gia tăng áp lực chọn lọc tính kháng và ô nhiễm môi trường. Việc khảo sát sự phân bố của các quần thể cỏ kháng thuốc là nhiệm vụ cấp bách. Kết quả đánh giá thực tế giúp xây dựng chiến lược phòng trừ cỏ dại bền vững cho vựa lúa miền Tây.

1.1. Mức độ kháng thuốc trừ cỏ nhóm auxin và ALS tại ĐBSCL

Khảo sát thu thập 78 mẫu hạt cỏ lồng vực từ 7 tỉnh trọng điểm tại Đồng bằng sông Cửu Long. Các thử nghiệm sinh học xác nhận sự hiện diện của các quần thể cỏ kháng thuốc thuộc nhóm ức chế ALS và thuốc trừ cỏ nhóm auxin tổng hợp. Giá trị liều gây chết 90% quần thể (LD90) thể hiện sự phân hóa rõ rệt giữa dòng kháng và dòng mẫn cảm. Giá trị LD90 trung bình của bispyribac đạt 33,1 g/ha. Giá trị LD90 của penoxsulam đạt 15,1 g/ha. Hoạt chất quinclorac ghi nhận mức LD90 trung bình lên đến 550,2 g/ha. Mức liều này vượt xa liều khuyến cáo sử dụng tiêu chuẩn trên ruộng lúa. Quần thể kháng thuốc thể hiện khả năng sống sót cao dưới áp lực phun thuốc định kỳ. Sự bộc phát tính kháng thuốc trừ cỏ đa nhóm đặt ra thách thức rất lớn cho canh tác lúa thâm canh.

1.2. Phổ biến áp lực kháng quinclorac trên các trà lúa

Quá trình canh tác lúa liên tục từ 2 đến 3 vụ mỗi năm tạo điều kiện thuận lợi cho cỏ lồng vực nước phát tán hạt giống. Nông dân thường xuyên lặp lại thói quen sử dụng duy nhất hoạt chất quinclorac trong nhiều năm liền. Hoạt chất này thuộc thuốc trừ cỏ nhóm auxin tổng hợp. Thuốc tác động mạnh lên quá trình sinh trưởng của mô thực vật mẫn cảm. Tuy nhiên, áp lực chọn lọc liên tục đã loại bỏ các cá thể mẫn cảm. Các cá thể mang gen kháng tiếp tục sinh sôi và chiếm ưu thế trên đồng ruộng. Tỷ lệ xuất hiện các ổ cỏ kháng quinclorac tăng nhanh tại nhiều vùng sinh thái lúa khác nhau. Tình trạng này gây thiệt hại nặng nề đến năng suất lúa và làm tăng chi phí sản xuất nông nghiệp. Việc hiểu rõ mức độ kháng giúp xác định giải pháp ngăn chặn kịp thời.

II. Phân loại cỏ lồng vực nước và đa dạng di truyền loài cỏ

Chi cỏ lồng vực (Echinochloa) sở hữu tính đa dạng hình thái và biến dị di truyền rất phức tạp. Các loài trong chi này thường có đặc điểm sinh học tương đồng với cây lúa trong giai đoạn mạ. Sự giống nhau về kiểu hình gây khó khăn lớn cho công tác nhận diện và quản lý cỏ dại ngoài thực địa. Nghiên cứu hình thái học kết hợp phân tích chỉ thị phân tử giúp phân định chính xác từng đơn vị phân loại. Kết quả nghiên cứu xác định ba nhóm loài cỏ lồng vực phân bố chủ yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long. Trong đó, cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) chiếm ưu thế áp đảo về mật độ và diện tích phân bố. Việc xác định đặc trưng di truyền là cơ sở khoa học quan trọng để nghiên cứu cơ chế kháng thuốc trừ cỏ.

2.1. Phân loại hình thái ba loài Echinochloa chính tại ruộng lúa

Phân tích kiểu hình của các mẫu cỏ thu thập xác định rõ 3 nhóm loài cỏ chính tại đồng bằng. Ba loài phổ biến bao gồm Echinochloa crus-galli, Echinochloa oryzoides và Echinochloa erecta. Trong đó, loài cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) xuất hiện với tần suất cao nhất trên các chân ruộng ngập nước. Echinochloa oryzoides có xu hướng thích nghi sâu với môi trường ruộng lúa cấy. Echinochloa erecta phân bố rải rác tại các bờ kênh và vùng đất cao hơn. Các loài này có sự khác biệt nhỏ về cấu trúc bông, góc độ đâm chồi, hình thái lá và chiều cao cây. Sự tương đồng hình thái giữa các loài gây ra hiện tượng nhầm lẫn trong phân loại thực địa. Do đó, việc định danh chính xác bằng phương pháp hình thái học cần được bổ trợ bởi các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại.

2.2. Phân tích đa hình RAPD khẳng định biến dị di truyền loài cỏ

Kỹ thuật Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) được sử dụng để đánh giá biến dị di truyền của 13 quần thể cỏ tại Việt Nam và 2 quần thể tại Mỹ. Sáu đoạn mồi oligonucleotide đặc hiệu tạo ra 46 băng đa hình rõ nét giữa 15 quần thể khảo sát. Phân tích cụm phả hệ phân chia các quần thể cỏ thành hai nhóm chính. Khoảng cách di truyền giữa các quần thể dao động trong biên độ từ 0,09 đến 0,39. Kết quả chứng minh mức độ đa dạng di truyền phong phú trong nội bộ loài cỏ lồng vực nước. Biến dị di truyền cao giúp cỏ thích nghi nhanh với các điều kiện môi trường bất lợi và áp lực hóa chất bảo vệ thực vật. Đa dạng di truyền là nền tảng hình thành nhiều cơ chế chống chịu thuốc trừ cỏ khác nhau.

III. Đánh giá cơ chế TSR đích tác động trên cỏ lồng vực nước

Kháng thuốc trừ cỏ ở thực vật bậc cao thường diễn ra theo hai nhóm cơ chế chính gồm TSR và NTSR. Trong đó, cơ chế TSR (Target-Site Resistance) liên quan trực tiếp đến vị trí đích tác động của thuốc bên trong tế bào thực vật. Khi xuất hiện cơ chế này, phân tử thuốc không thể liên kết hiệu quả vào protein hoặc enzyme mục tiêu. Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ đột biến điểm trên gen mã hóa hoặc sự biểu hiện vượt mức của enzyme đích. Đối với thuốc trừ cỏ nhóm auxin như quinclorac, thụ thể auxin đóng vai trò tiếp nhận tín hiệu kích hoạt chuỗi phản ứng sinh hóa làm chết cỏ. Việc nghiên cứu đích tác động giúp làm sáng tỏ con đường kháng thuốc của cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli). Đánh giá toàn diện cơ chế TSR tạo cơ sở so sánh với các cơ chế phòng vệ khác.

3.1. Phân tích cơ chế TSR đích tác động kháng thuốc trừ cỏ

Cơ chế TSR đích tác động là dạng kháng thuốc phổ biến đối với nhiều nhóm thuốc diệt cỏ hiện đại. Khi gen đích bị đột biến, cấu trúc không gian của vị trí liên kết bị biến đổi sâu sắc. Thuốc trừ cỏ không thể gắn kết với thụ thể để ức chế con đường trao đổi chất thiết yếu. Đối với thuốc ức chế ALS, đột biến điểm trên gen ALS ngăn chặn thuốc ức chế quá trình tổng hợp axit amin mạch nhánh. Tuy nhiên, đối với quinclorac, cơ chế TSR tại thụ thể auxin không phải lúc nào cũng là nguyên nhân duy nhất gây kháng. Nhiều quần thể cỏ kháng thuốc vẫn duy trì thụ thể auxin bình thường nhưng không bị tiêu diệt. Do đó, việc nghiên cứu chuyên sâu giúp phân biệt rõ ràng vai trò của cơ chế TSR so với các cơ chế biến dưỡng phức tạp khác trong cây cỏ.

3.2. So sánh tính đột biến điểm và thụ thể auxin quinclorac

Quinclorac là hợp chất mô phỏng hormone thực vật auxin. Thuốc kích thích sản sinh quá mức ethylene và axit abscisic (ABA), dẫn đến tích lũy chất độc cyanide gây chết mô thực vật. Nghiên cứu tính nhạy cảm của thụ thể auxin cho thấy các đột biến điểm tại đích tác động không xuất hiện phổ biến ở tất cả các dòng cỏ lồng vực nước kháng quinclorac. Thụ thể auxin ở một số dòng kháng vẫn phản ứng với tín hiệu của hormone. Điều này chứng minh cơ chế TSR không đóng vai trò áp đảo trong việc hình thành tính kháng quinclorac ở các mẫu cỏ ĐBSCL. Sự thất bại của thuốc trong việc tiêu diệt cỏ đòi hỏi phải tìm kiếm lời giải ở các con đường bảo vệ sinh hóa khác. Kết quả thúc đẩy việc chuyển hướng nghiên cứu sang các cơ chế ngoài đích tác động.

IV. Cơ chế NTSR giải độc quinclorac qua enzym chuyển hóa CAS

Cơ chế NTSR (Non-Target-Site Resistance) là cơ chế kháng ngoài đích tác động, đóng vai trò then chốt giúp cỏ lồng vực nước sống sót trước quinclorac. Cơ chế này hoạt động thông qua việc giảm hấp thu, hạn chế vận chuyển hoặc tăng cường chuyển hóa giải độc thuốc trừ cỏ. Trong mô thực vật, quinclorac kích thích tổng hợp khí ethylene và sinh ra sản phẩm phụ độc hại là hydrogen cyanide (HCN). Để tránh bị ngộ độc cyanide, cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) kích hoạt enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS). Enzyme CAS xúc tác phản ứng chuyển hóa cyanide thành hợp chất β-cyanoalanine không độc hại. Mức độ biểu hiện gen và hoạt tính của enzyme CAS quyết định trực tiếp khả năng giải độc quinclorac của các quần thể kháng thuốc.

4.1. Cơ chế NTSR ngoài đích tác động và vai trò enzyme CAS

Nghiên cứu phiên mã gen và hoạt độ enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS) trong lá cỏ sau khi phun quinclorac mang lại kết quả đột phá. Chỉ sau 1 giờ xử lý thuốc, các quần thể kháng thuốc (R) đẩy nhanh tốc độ phiên mã gen CAS gấp nhiều lần so với dòng mẫn cảm (S). Tốc độ tổng hợp enzyme CAS ở dòng R diễn ra nhanh chóng, giải độc kịp thời lượng cyanide phát sinh. Ở thời điểm 3 ngày sau xử lý, mức độ phiên mã gen CAS ở dòng R trở về mức tương đương đối chứng. Tuy nhiên, hoạt tính enzyme CAS trong mô lá dòng R vẫn duy trì ở mức rất cao so với dòng S. Nhờ hoạt độ CAS bền vững, mô lá cỏ kháng thuốc không bị phá hủy bởi độc tố cyanide. Đây là minh chứng rõ ràng cho cơ chế NTSR ngoài đích tác động.

4.2. Khả năng chuyển hóa thuốc qua Cytochrome P450 và enzym giải độc

Bên cạnh con đường enzyme CAS, phản ứng chuyển hóa thuốc qua Cytochrome P450 cũng là một nhánh quan trọng của cơ chế NTSR. Hệ thống enzyme Cytochrome P450 monooxygenase tham gia oxy hóa và phân giải các phân tử thuốc trừ cỏ nhóm auxin thành các chất chuyển hóa ít độc. Quá trình này kết hợp với enzyme glutathione S-transferase (GST) tạo nên mạng lưới giải độc tế bào hoàn chỉnh. Các quần thể cỏ lồng vực nước kháng thuốc biểu hiện khả năng phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật với tốc độ vượt trội. Nhờ đó, nồng độ hoạt chất quinclorac tự do bên trong tế bào cỏ giảm xuống dưới ngưỡng gây độc trước khi kịp gây hại. Sự phối hợp giữa enzyme CAS và các hệ enzyme chuyển hóa nội bào khẳng định tính chất đa dạng của cơ chế NTSR trên cỏ dại lúa.

V. Giải pháp quản lý cỏ lồng vực nước kháng thuốc trừ cỏ lúa

Sự phát triển mạnh mẽ của các dòng cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) kháng thuốc đòi hỏi phải đổi mới chiến lược phòng trừ dịch hại tổng hợp (IWM). Việc tiếp tục sử dụng đơn lẻ quinclorac hoặc các thuốc trừ cỏ nhóm auxin truyền thống không còn đem lại hiệu quả kinh tế. Nhà nông cần kết hợp chặt chẽ giữa biện pháp canh tác, cơ giới và luân phiên hóa chất có cơ chế tác động khác nhau. Quản lý nước hợp lý trên ruộng lúa giai đoạn đầu vụ hạn chế tối đa sự nảy mầm của hạt cỏ dại. Sử dụng giống lúa sạch cỏ, làm đất kỹ và vệ sinh nông cụ ngăn chặn hạt cỏ phát tán rộng. Áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật giúp bảo vệ năng suất lúa và duy trì độ phì nhiêu của đất đai.

5.1. Hiệu lực của thuốc trừ cỏ mới rinskor trên cỏ kháng thuốc

Nghiên cứu tiến hành đánh giá hiệu lực của hoạt chất thuốc trừ cỏ mới rinskor (florpyrauxifen-benzyl) trên các quần thể cỏ lồng vực kháng thuốc. Thử nghiệm trong nhà lưới chứng minh tất cả các quần thể cỏ kháng bispyribac, penoxsulam và quinclorac đều mẫn cảm cao với rinskor. Mặc dù cùng thuộc nhóm chất điều hòa sinh trưởng kiểu auxin, rinskor liên kết với vị trí thụ thể auxin chuyên biệt và sở hữu cấu trúc hóa học cải tiến. Thuốc kiểm soát triệt để cỏ lồng vực nước ở liều lượng sử dụng rất thấp và an toàn cho cây lúa. Rinskor không bị vô hiệu hóa bởi con đường giải độc enzyme CAS hiện có trên các dòng cỏ kháng quinclorac. Hoạt chất mới này mở ra giải pháp hóa học hiệu quả cao để diệt trừ các quần thể cỏ dại kháng thuốc nguy hiểm.

5.2. Biện pháp luân phiên thuốc trừ cỏ kiểm soát cỏ lồng vực nước

Để duy trì hiệu lực lâu dài của các hoạt chất mới, việc luân phiên nhóm thuốc có cơ chế tác động khác nhau là nguyên tắc bắt buộc. Tuyệt đối không lặp lại thuốc trừ cỏ nhóm auxin hoặc nhóm ức chế ALS trong nhiều vụ canh tác liên tiếp trên cùng một thửa ruộng. Cần phối hợp thuốc tiền nảy mầm như pretilachlor, butachlor hoặc oxadiazon để tiêu diệt mầm cỏ trước khi trồi lên khỏi mặt đất. Kết hợp thuốc hậu nảy mầm khi mật độ cỏ xuất hiện vượt ngưỡng gây hại. Cắt tỉa và nhổ bỏ thủ công các cá thể cỏ sống sót sau phun thuốc để triệt tiêu nguồn hạt cỏ kháng thuốc cho vụ sau. Quản lý kháng thuốc khoa học giúp bảo vệ mùa màng bền vững và giảm thiểu chi phí đầu tư nông nghiệp.

Mục lục chi tiết luận án

ACKNOWLEDGEMENT
TÓM TẮT
SUMMARY
STATEMENT ON ACADEMIC INTEGRITY
1. CHAPTER 1 INTRODUCTION
1.1. Problem statement
1.2. Targets of dissertation
1.3. Studied objectives and limitation of the dissertation
1.4. Major research topics of the dissertation
2. CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW
2.1. Overview of the Mekong Delta in Vietnam and rice cultivation
2.2. Definitions of weed and herbicide resistance
2.3. Overview of Echinochloa spp. in the rice field
2.4. Herbicide for barnyardgrass control
2.4.1. Overview of herbicidal active ingredient bispyribac
2.4.2. Overview of herbicidal active ingredient penoxsulam
2.4.3. Overview of herbicidal active ingredient quinclorac
2.5. Herbicide resistance and testing methods
2.5.1. The importance of herbicide resistance management
2.5.2. Target site resistance
2.5.3. Non target site resistance
2.5.4. Multiple herbicide resistance
2.5.5. Popular testing methods for herbicide resistance
2.5.6. Herbicide resistance management strategy
2.5.6.1. Minimize weed seed dispersal
2.5.6.2. Herbicide rotation and herbicide mixture
2.6. Reported mechanism of herbicide resistant barnyardgrass (Echinochloa crus-galli)
2.6.1. Herbicide resistance research in Echinochloa spp.
2.6.2. Enhancement of β-CAS synthase (detoxification of cyanide) in quinclorac resistance in Echinochloa spp.
2.6.3. Modification in the transduction pathway of auxin reception-signal in R and S Echinochloa plant
2.6.4. Other factors associated to the resistance mechanisms to quinclorac in barnyardgrass
2.6.5. Herbicide resistance via pollen mediated gene flow in barnyardgrass
3. CHAPTER 3 MATERIALS AND METHODS
3.1. Conceptual framework diagram
3.2. Classification of the collected Echinochloa spp. populations based on plant characteristics
3.3. Evaluate the herbicide-resistance level in collected Echinochloa spp. populations to 3 active ingredients of bispyribac-sodium, penoxsulam and quinclorac by dose-response screening method
3.4. Evaluate the efficacy of rinskor as new herbicide in herbicide resistance barnyardgrass populations
3.5. Compare the activity of enzyme β-cyanoalanine (CAS) in quinclorac- susceptible and quinclorac-resistant barnyargrass plant to study biochemical mechanism of quinclorac-resistance in barnyardgrass
3.6. Identify genetic variation among quinclorac-resistant and quinclorac- susceptible Echinochloa crus-galli populations in the Mekong Delta
3.7. Measure mRNA expression level of CAS gene in quinclorac-resistant and quinclorac-susceptible barnyardgrass
4. CHAPTER 4 RESULTS AND DISCUSSION
4.1. Herbicide application practice and weed management in rice field at Mekong Delta
4.1.1. Rice cultivation practice
4.1.2. Important weed species in the rice field at seven provinces of the Mekong Delta
4.1.3. Weed management by hand weeding
4.1.4. Weed escaped controlling and the cost on weed management in the Mekong Delta
4.2. Morphology and distribution of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
4.2.1. Correlation between biological characteristics of Echinochloa plants
4.2.2. Distribution of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
4.3. Herbicide resistant Echinochloa spp. in the Mekong Delta
4.3.1. Distribution of herbicide resistant Echinochloa spp. in 7 provinces of Mekong Delta
4.3.2. Herbicide resistance in three weed groups
4.3.3. The solo resistance and multiple resistance in Echinochloa spp.
4.3.4. Evaluate multiple herbicide resistance level by resistance score
4.3.5. Impact of field size to resistance score under different water management conditions
4.3.6. Correlation between field size and hand weeding
4.3.7. The impact of hand-weeding to herbicide resistance of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
4.4. Weed control efficacy of rinskor in Echinochloa spp. in the Mekong Delta
4.4.1. Control efficacy of rinskor as a new herbicide against three Echinochloa spp. groups collected in the Mekong Delta
4.4.2. Control efficacy of rinskor as new herbicide against Echinochloa spp. populations collected in Mekong Delta
4.4.3. Correlation between resistance level of bispyribac, penoxsulam and quinclorac
4.4.4. Efficacy of bispyribac, penoxsulam and quinclorac in susceptible E. crus-galli compared to resistant plants
4.4.5. Efficacy of rinskor for control of susceptible or resistant barnyardgrass to bispyribac, penoxsulam and quinclorac
4.5. Biodiversity study by RAPD analysis in 15 barnyardgrass populations from Vietnam and the U.S.
4.5.1. RAPD analysis of 15 barnyardgrass populations
4.5.2. The genetic diversity of Echinochloa crus-galli and herbicide resistance level
4.6. Biochemical mechanism and molecular mechanism of quinclorac resistance in barnyardgrass
4.6.1. B-CAS activity in 5 quinclorac resistant barnyardgrass populations
4.6.2. CAS transcript abundance in leaf tissue of five barnyardgrass populations
4.6.3. Biochemical and molecular mechanism of quinclorac resistance in Echinochloa crus-galli in Mekong Delta
5. CHAPTER 5 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
LIST OF TABLES
LIST OF FIGURES
LIST OF ABBREVIATIONS
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ nghiên cứu tính kháng và cơ chế kháng thuốc của cỏ lồng vực nước echinochloa crus galli đối với hoạt chất quinclorac tại đồng bằng sông cửu long

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (177 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING CAN THO UNIVERSITY LE DUY STUDY ON THE RESISTANCE MECHANISM OF BARNYARDGRASS (Echinochloa crus-galli (L.) TO QUINCLORAC IN THE MEKONG DELTA OF VIETNAM DOCTORAL DISSERTATION IN PLANT PROTECTION SUPERVISOR Assoc. NGUYEN MINH CHON 2018 ACKNOWLEDGEMENT I appreciate all the support from my dissertation supervisor Associate Professor Dr. Nguyen Minh Chon, Deputy Director of Biotechnology Research and Development Institute, Can Tho University, and my mentor Dr. Mann, Research Fellow of Dow AgroSciences, Dr.

Chon and Dr. Mann are the two scientists who have been restlessly supporting my career and always provide the valuable advice for this dissertation. I am grateful to all of all fellows and friends with whom I have worked together in this projects. I do appreciate Mr.

Nguyen Tan Thuan and Ms. Tran Thi Lai who helped on the seed collections and the data collection, also Mr. Ngo Thanh Phu who greatly helps to format the document. Cicchillo, Staci, Dave, Debbie and Bill of Discovery Center, Dow AgroSciences, the dissertation will never be done without your expertise, my sincere appreciation to all of you.

This dissertation would not have been done without Dr. Masters and Sir. Your behind the scene support are unmeasurable. And I would never be able to accomplish my goals without my family.

Le Duy i TÓM TẮT Đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu về tính kháng thuốc cỏ của cỏ lồng vực (Echinochloa spp.) trên ruộng lúa, 78 mẫu hạt cỏ lồng vực đã được sưu tập từ 7 tỉnh ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Các nghiên cứu trong luận án tìm thấy các quần thể cỏ lồng vực kháng thuốc cỏ thuộc nhóm ALS (bispyribac và penoxsulam) và nhóm thuốc cỏ auxin tổng hợp (quinclorac), giá trị LD90 trung bình của bispyribac, penoxsulam và quinclorac lần lượt là 33,1; 15,1 và 550,2 g/ha. Kết quả thử nghiệm của thuốc trừ cỏ rinskor trên các quần thể cỏ lồng vực kháng thuốc cho thấy các quần thể kháng thuốc trên đều mẫn cảm với rinskor. Kết quả phân tích kiểu hình cỏ lồng vực trong luận văn cho thấy có 3 nhóm cỏ chính tương ứng với 3 loài cỏ lồng vực tại ĐBSCL là Echinochloa crus-galli, Echinochloa oryzoides và Echinochloa erecta, trong đó cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli) là loài phổ biến nhất.

Nhằm làm rõ hơn về đa dạng di truyền trong quần thể cỏ, phương pháp Random amplified polymorphic DNA (RAPD) đã được dùng để phân tích di truyền của 13 quần thể tại Việt Nam và 2 quần thể cỏ tại Mỹ. Kết quả cho thấy 6 đoạn mồi oligonucleotide cho kết quả 46 băng đa hình trong 15 quần thể, khoảng cách di truyền của các quần thể trong cây phả hệ là 0,09 đến 0,39. Kết quả của phân tích di truyền bằng phương pháp RAPD giúp khẳng định mức độ đa dạng di truyền cao trong quần thể cỏ lồng vực tại ĐBSCL, nhiều loài bị nhầm lẫn với nhau do rất giống nhau về kiểu hình. Nhằm làm rõ cơ chế kháng thuốc quinclorac của cỏ lồng vực nước (Echinochloa crus-galli), nghiên cứu đã tập trung tìm hiểu mức độ phiên mã của gen và mức độ hoạt động của enzym β-cyanoalanine synthase (CAS) trong lá của 5 quần thể cỏ và lúa sau khi xử lý thuốc.

Kết quả cho thấy ở thời điểm 1 giờ sau khi phun quinclorac, các quần thể kháng thuốc (R) có thể đẩy nhanh quá trình phiên mã và chuyển hóa thành enzyme CAS, tốc độ của quá trình này nhanh hơn so với các quần thể mẫn cảm (S). Ở thời điểm 3 ngày sau xử lý , mức độ phiên mã của gene CAS trong các quần thể R giảm về mức khác biệt không có ý nghĩa so với đối chứng, tuy nhiên mức độ hoạt động của enzyme CAS vẫn ở mức cao so với đối chứng và quần thể S. Từ khóa: cỏ lồng vực, cyanoalanide synthase, kháng thuốc cỏ, RAPD, ii SUMMARY The aim of this dissersation was to study the herbicide resistance of the barnyardgrass (Echinochloa spp.) in 7 provinces of the Mekong Delta of Vietnam, seventy-eight seed samples of Echinochloa spp. collected from rice field for the study.

The results found the ALS-resistant and synthetic auxin-resistant E. crus-galli were confirmed at several locations in the Mekong Delta. The average LD90 value of bispyribac, penoxsulam and quinclorac for assessed weed populations was 33. The new herbicide rinskor was tested in weed populations exhibited resistance to current herbicides, results showed that the Echinochloa populations resistant to bispyribac, penoxsulam and quinclorac were susceptible to the rinskor under greenhouse test.

The morphology analysis indicated there are 3 main groups that corresponding to 3 species of Echinochloa crus-galli, Echinochloa oryzoides and Echinochloa erecta found in Mekong Delta, the Echinochloa crus-galli was the most popular species identified in the study, to extend the study, we used random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis and greenhouse testing to study the genetic diversity of 15 Echinochloa populations in the Mekong Delta, Vietnam, and the state of Arkansas, U. Six oligonucleotide primers produced 46 bands were polymorphic among the 15 populations. The cluster analysis separated the 15 populations into 2 main clusters with the genetic distances within the clusters ranging from 0. The results of RAPD are useful to confirm the high diversity of Echinochloa spp.

populations in Mekong Delta of Vietnam, many Echinochloa species with similar morphology could be confused with the others. To focus on the mechanism of quinclorac resistance in barnyardgrass (Echinochloa crus-galli), the research have investigated the transcript and activity of enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS) in leaf tissue of 5 barnyardgrass populations and rice. One hour post quinclorac treatment, R populations were able to rapidly utilize CAS transcript to possibly fuel increased CAS protein activity, this process is significantly higher than the process in S populations. Three days following quinclorac treatment, the utilization effect on CAS transcript levels had ceased, however, CAS protein activity remained higher in every population compared to non-treated controls and S populations.

Keywords: Echinochloa, cyanoalanine synthase, Herbicide resistance, RAPD iii STATEMENT ON ACADEMIC INTEGRITY The results presented in this dissertation is the sole effort of the author, except where explicitly stated. All references related to the studies are acknowledged and properly cited. All of data and research results in this document are not published in publications of any different authors.D Student iv TABLE OF CONTENTS Page SUMMARY. iii TABLE OF CONTENTS .2 Targets of dissertation .3 Studied objectives and limitation of dissertation .4 Major research of dissertation .5 Contributions of dissertation .1 Overview of the Mekong Delta in Vietnam and rice cultivation .2 Definitions of weed and herbicide resistance .3 Overview of Echinochloa spp.

in the rice field. Herbicide for barnyardgrass control .1 Overview of herbicidal active ingredient bispyribac .2 Overview of herbicidal active ingredient penoxsulam .3 Overview of herbicidal active ingredient quinclorac .5 Herbicide resistance and testing methods .1 The importance of herbicide resistance management.2 Target site resistance .3 Non target site resistance .4 Multiple herbicide resistance .5 Popular testing methods for herbicide resistance .6 Herbicide resistance management strategy .1 Minimize weed seed dispersal .3 Herbicide rotation and herbicide mixture .7 Reported mechanism of herbicide resistant barnyardgrass (Echinochloa crus-galli) .1 Herbicide resistance research in Echinochloa spp.2 Enhancement of β-CAS synthase (detoxification of cyanide) in quinclorac resistance in Echinochloa spp.3 Modification in the transduction pathway of auxin reception-signal in R and S Echinochloa plant .4 Other factors associated to the resistance mechanisms to quinclorac in barnyardgrass .5 Herbicide resistance via pollen mediated gene flow in barnyardgrass .37 MATERIALS AND METHODS .1 Conceptual framework diagram .1 Survey on farmer practice in rice cultivation and weed management in the Mekong Delta .2 Classification of the collected Echinochloa spp. populations based on plant characteristics.3 Evaluate the herbicide-resistance level in collected Echinochloa spp. populations to 3 active ingredients of bispyribac-sodium, penoxsulam and quinclorac by dose-response screening method .4 Evaluate the efficacy of rinskor as new herbicide in herbicide resistance barnyardgrass populations .5 Compare the activity of enzyme β-cyanoalanine (CAS) in quinclorac- susceptible and quinclorac-resistant barnyargrass plant to study biochemical mechanism of quinclorac-resistance in barnyardgrass .6 Identify genetic variation among quinclorac-resistant and quinclorac- susceptible Echinochloa crus-galli populations in the Mekong Delta .7 Measure mRNA expression level of CAS gene in quinclorac-resistant and quinclorac-susceptible barnyardgrass .57 RESULTS AND DISCUSSION .1 Herbicide application practice and weed management in rice field at Mekong Delta.1 Rice cultivation practice .2 Important weed species in the rice field at seven provinces of the Mekong Delta .3 Weed management by hand weeding .4 Weed escaped controlling and the cost on weed management in the Mekong Delta .2 Morphology and distribution of Echinochloa spp.

in the Mekong Delta .2 Correlation between biological characteristics of Echinochloa plants.3 Distribution of Echinochloa spp. in the Mekong Delta .3 Herbicide resistant Echinochloa spp. in the Mekong Delta .1 Distribution of herbicide resistant Echinochloa spp. in 7 provinces of Mekong Delta .2 Herbicide resistance in three weed groups .3 The solo resistance and multiple resistance in Echinochloa spp.4 Evaluate multiple herbicide resistance level by resistance score .5 Impact of field size to resistance score under different water management conditions .6 Correlation between field size and hand weeding .7 The impact of hand-weeding to herbicide resistance of Echinochloa spp.

in the Mekong Delta.4 Weed control efficacy of rinskor in Echinochloa spp. in the Mekong Delta .1 Control efficacy of rinskor as a new herbicide against three Echinochloa spp. groups collected in the Mekong Delta .2 Control efficacy of rinskor as new herbicide against Echinochloa spp. populations collected in Mekong Delta .3 Correlation between resistance level of bispyribac, penoxsulam and quinclorac .4 Efficacy of bispyribac, penoxsulam and quinclorac in susceptible E.

crus-galli compared to resistant plants .5 Efficacy of rinskor for control of susceptible or resistant barnyardgrass to bispyribac, penoxsulam and quinclorac .5 Biodiversity study by RAPD analysis in 15 barnyardgrass populations from Vietnam and the U.1 RAPD analysis of 15 barnyardgrass populations .2 The genetic diversity of Echinochloa crus-galli and herbicide resistance level .6 Biochemical mechanism and molecular mechanism of quinclorac resistance in barnyardgrass .1 B-CAS activity in 5 quinclorac resistant barnyardgrass populations .2 CAS transcript abundance in leaf tissue of five barnyardgrass populations .3 Biochemical and molecular mechanism of quinclorac resistance in Echinochloa crus-galli in Mekong Delta .101 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS .103 viii LIST OF TABLES Page Table 3.1 List of primers were used for RAPD analysis in the research .2 Steps in PCR reactions .3 RT-qPCR primer sequence detecting β-CAS and β-Actin synthase .1 Rice cultivation practice of farmer in Mekong Delta .2 Farmer perception about important weed species in rice field at 7 provinces of Mekong Delta .3 Farmer response about most escaped weed after herbicide treatments and need hand-weeding to control .4 The three most popular herbicides for escaped Echinochloa spp. control in Mekong Delta .5 The cost for weed management in Mekong Delta.6 Plant characteristic of Echinochloa spp. collected in Mekong Delta .7 Distribution of Echinochloa species in Mekong Delta .8 Herbicide-resistance level in populations to bispyribac, penoxsulam and quinclorac in different provinces .9 Percent of solo-resistance and multiple-resistance herbicides in three groups of Echinochloa spp.10 Percent of barnyardgrass population resistant to single and multiple herbicides of bispyribac, penoxsulam and quinclorac in different provinces .11 Resistance Score of bispyribac, penoxsulam and quinclorac herbicide- resistance of 78 Echinochloa spp.12 Average LD90 of 3 Echinochloa groups to bispyribac, penoxsulam, quinclorac and rinskor .13 Average LD90 of barnyardgrass population to bispyribac, penoxsulam, quinclorac and rinskor .14 Six informative primers in RAPD analysis of Echinochloa crus-galli populations.15 Lethal dose of quinclorac needed to kill 90% of the population (LD 90) and the Resistance level of 15 Echinochloa crus-galli populations collected in Vietnam and U.16 Mortality of herbicide susceptible (S) and herbicide resistant (R) barnyardgrass treated by rinskor at different dose .17 Six informative primers in RAPD analysis of Echinochloa crus-galli populations.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Lê Duy (2018). Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta [Luận án tiến sĩ, Đại học Cần Thơ]. LuanAn.net. https://luanan.net/nong-hoc/bao-ve-thuc-vat/nghien-cu-co-che-khang-quinclorac-cua-c-loang-loc-nuoc-tai-mekong-delta

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" nghiên cứu về vấn đề gì?

Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Đồng bằng sông Cửu Long. Phân tích sinh lý, sinh hóa và di truyền.

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Đại học Cần Thơ. Năm bảo vệ: 2018.

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" thuộc chuyên ngành Bảo vệ thực vật. Danh mục: Bảo Vệ Thực Vật.

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" có bao nhiêu trang?

Luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" có 177 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Nghiên cứu cơ chế kháng quinclorac của cỏ lồng vực nước tại Mekong Delta" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter