除草劑,對雜草造成選拔壓力

植物體對光系統I型除草劑之抗性機制

國立中興大學農藝學系 林韶凱 王慶裕

一.前言

巴拉刈(paraquat)與大刈〈diquat〉是最常見的光系統I型除草劑,廣泛運用於田間雜草的控制。這類型除草劑屬於接觸型非選擇性藥劑,觸殺雜草效果迅速且方便,亦稱為聯砒啶(bipyridyliums)類殺草劑，就全球消量而言，以巴拉刈較大刈為多。

然而,由於長期施用這類型除草劑,對雜草造成選拔壓力。致使全世界有十七種雜草對光系統I型除草劑產生了抗藥性(Preston,1994)。澳洲南方的Hordeum glaucum、H.lepori- num 、Arctotheca calendula 以及Vu1pia bromoides四種雜草,由於在田野中連續24年長期施用巴拉刈及大刈之情形下,產生具有抗性之生物型(Purba ef al.,1993)。曾有學者發現,這類型抗性來自於一對不完全顯性基因。此類除草劑抗性,可能與下列四項有關:

一、植物體是否減少除草劑的吸收。

二、除草劑在植物體內的轉移是否受阻。

三、除草劑是否順利到達反應光系統I(PS I)活化中心

四、除草劑是否減低光系統I活化中心的電子接受能力。

於本文中,主要以金盞草(Arctotheca calendula)為材料,針對除草劑從吸收到與光系統I反應活化中心作用之過程可能產生之抗性原因予以說明。



二、光系統I型除草劑對植物體之作用機制

巴拉刈及大刈均為聯砒啶類除草劑。本類型藥劑極易溶於水,在水溶液中解離成離子狀態,毒性來咱於其陽離子部份,陰離子則不具毒性。一般田間用量巴拉刈與大刈分別為0.56-1.12 kg/ha及0.56kg/ha。聯砒啶也使類除草劑的毒性與其化學結構及氧化還原值有關。在化學結構上,須由兩個可也是環形成一偶合形態的結構。當植物進行光合作用時,光反應系統I自

plastocyanin接受電子後,再依序傳給鐵氧化還原蛋白(fetredoxin Fd-EO=-0.43)及黃素蛋白(flavoprotein )(EO=-0.32V)。其中,鐵氧化還原蛋白及黃素蛋白(flavoprotein)分別為電子接受者(accepter)。然而由於大刈及巴拉刈之EO值分別為-0.45v及-0.35v,與上述兩蛋白極為接近,因此會掠奪鐵氧化還原蛋白及黃素蛋白欲接收之電子,使NADP還原為NADPH之作用受阻。這些除草劑由於一再的經由自動氧化還原過程,將其得到之電子轉移到氧分子上,形成如H202,02.,OH及102等過氧化物',皆具有強氧化力。這些過氧化物會造成膜系構造中脂質結構之脂肪酸氧化,因而破壞膜系結構,使細胞內容物流出,造成植物萎凋致死。




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