Luận án tiến sĩ: 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

• Tác giả: Le Duy
• Người hướng dẫn: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Minh Chon
• Trường học: Can Tho University
• Chuyên ngành: Plant Protection
• Đề tài: Nghiên cứu tính kháng và cơ chế kháng thuốc của cỏ lồng vực nước Echinochloa crus-galli đối với quinclorac tại Đồng bằng sông Cửu Long
• Loại tài liệu: Doctoral dissertation
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Can Tho

• ACKNOWLEDGEMENT
• TÓM TẮT
• SUMMARY
• STATEMENT ON ACADEMIC INTEGRITY
• TABLE OF CONTENTS
• 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. MATERIALS AND METHODS
• 2.1. Conceptual framework diagram
• 2.2. Survey on farmer practice in rice cultivation and weed management in the Mekong Delta
• 2.3. Classification of the collected Echinochloa spp. populations based on plant characteristics
• 2.4. 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
• 2.5. Evaluate the efficacy of rinskor as new herbicide in herbicide resistance barnyardgrass populations
• 2.6. Compare the activity of enzyme β-cyanoalanine (CAS) in quinclorac-susceptible and quinclorac-resistant barnyardgrass plant to study biochemical mechanism of quinclorac-resistance in barnyardgrass
• 2.7. Identify genetic variation among quinclorac-resistant and quinclorac-susceptible Echinochloa crus-galli populations in the Mekong Delta
• 2.8. Measure mRNA expression level of CAS gene in quinclorac-resistant and quinclorac-susceptible barnyardgrass
• 3. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Herbicide application practice and weed management in rice field at Mekong Delta
• 3.1.1. Rice cultivation practice
• 3.1.2. Important weed species in the rice field at seven provinces of the Mekong Delta
• 3.1.3. Weed management by hand weeding
• 3.1.4. Weed escaped controlling and the cost on weed management in the Mekong Delta
• 3.2. Morphology and distribution of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
• 3.2.1. Correlation between biological characteristics of Echinochloa plants
• 3.2.2. Distribution of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
• 3.3. Herbicide resistant Echinochloa spp. in the Mekong Delta
• 3.3.1. Distribution of herbicide resistant Echinochloa spp. in 7 provinces of Mekong Delta
• 3.3.2. Herbicide resistance in three weed groups
• 3.3.3. The solo resistance and multiple resistance in Echinochloa spp.
• 3.3.4. Evaluate multiple herbicide resistance level by resistance score
• 3.3.5. Impact of field size to resistance score under different water management conditions
• 3.3.6. Correlation between field size and hand weeding
• 3.3.7. The impact of hand-weeding to herbicide resistance of Echinochloa spp. in the Mekong Delta
• 3.4. Weed control efficacy of rinskor in Echinochloa spp. in the Mekong Delta
• 3.4.1. Control efficacy of rinskor as a new herbicide against three Echinochloa spp. groups collected in the Mekong Delta
• 3.4.2. Control efficacy of rinskor as new herbicide against Echinochloa spp. populations collected in Mekong Delta
• 3.4.3. Correlation between resistance level of bispyribac, penoxsulam and quinclorac
• 3.4.4. Efficacy of bispyribac, penoxsulam and quinclorac in susceptible E. crus-galli compared to resistant plants
• 3.4.5. Efficacy of rinskor for control of susceptible or resistant barnyardgrass to bispyribac, penoxsulam and quinclorac
• 3.5. Biodiversity study by RAPD analysis in 15 barnyardgrass populations from Vietnam and the U.
• 3.5.1. RAPD analysis of 15 barnyardgrass populations
• 3.5.2. The genetic diversity of Echinochloa crus-galli and herbicide resistance level
• 3.6. Biochemical mechanism and molecular mechanism of quinclorac resistance in barnyardgrass
• 3.6.1. B-CAS activity in 5 quinclorac resistant barnyardgrass populations
• 3.6.2. CAS transcript abundance in leaf tissue of five barnyardgrass populations
• 3.6.3. Biochemical and molecular mechanism of quinclorac resistance in Echinochloa crus-galli in Mekong Delta
• 4. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS

I. Giới thiệu về Echinochloa crus galli và vấn đề kháng thuốc tại Đồng bằng sông Cửu Long

Echinochloa crus-galli, còn được gọi là cỏ lồng vực nước, là một loài cỏ dại phổ biến trong các cánh đồng lúa tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Loài cỏ này đã phát triển khả năng kháng thuốc đối với nhiều loại thuốc diệt cỏ, đặc biệt là quinclorac, một loại thuốc thuộc nhóm auxin tổng hợp. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích tính kháng và cơ chế kháng thuốc của Echinochloa crus-galli đối với quinclorac, nhằm cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý cỏ dại hiệu quả hơn trong nông nghiệp.

1.1. Tình hình kháng thuốc của Echinochloa crus galli

Echinochloa crus-galli đã được ghi nhận là loài cỏ dại có khả năng kháng thuốc cao, đặc biệt là đối với các loại thuốc diệt cỏ thuộc nhóm ALS và auxin tổng hợp. Nghiên cứu cho thấy, các quần thể cỏ này tại ĐBSCL có giá trị LD90 trung bình đối với bispyribac, penoxsulam và quinclorac lần lượt là 33,1; 15,1 và 550,2 g/ha. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế kháng thuốc của loài cỏ này.

1.2. Đặc điểm sinh thái và phân bố của Echinochloa crus galli

Echinochloa crus-galli là loài cỏ dại phổ biến nhất trong ba loài Echinochloa được tìm thấy tại ĐBSCL, bao gồm Echinochloa oryzoides và Echinochloa erecta. Loài cỏ này có khả năng thích nghi cao với môi trường ngập nước, làm cho việc kiểm soát chúng trở nên khó khăn hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, sự đa dạng di truyền cao trong quần thể cỏ lồng vực tại ĐBSCL là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự kháng thuốc phức tạp.

II. Cơ chế kháng thuốc quinclorac của Echinochloa crus galli

Nghiên cứu này tập trung vào việc làm rõ cơ chế kháng thuốc của Echinochloa crus-galli đối với quinclorac. Các kết quả cho thấy, các quần thể cỏ kháng thuốc có khả năng tăng cường quá trình phiên mã và hoạt động của enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS), giúp chúng chuyển hóa và giải độc quinclorac một cách hiệu quả hơn so với các quần thể mẫn cảm.

2.1. Vai trò của enzyme β cyanoalanine synthase CAS

Enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS) đóng vai trò quan trọng trong cơ chế kháng thuốc của Echinochloa crus-galli. Nghiên cứu cho thấy, sau khi xử lý quinclorac, các quần thể kháng thuốc có khả năng tăng cường hoạt động của enzyme CAS một cách nhanh chóng, giúp chúng chuyển hóa và giải độc quinclorac hiệu quả hơn. Điều này giải thích tại sao các quần thể kháng thuốc có khả năng sống sót cao hơn so với các quần thể mẫn cảm.

2.2. Sự biểu hiện gen CAS trong các quần thể kháng thuốc

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, sự biểu hiện của gen CAS trong các quần thể kháng thuốc tăng lên đáng kể sau khi xử lý quinclorac. Tuy nhiên, sau 3 ngày, mức độ biểu hiện gen này giảm về mức tương đương với đối chứng, trong khi hoạt động của enzyme CAS vẫn duy trì ở mức cao. Điều này cho thấy, cơ chế kháng thuốc của Echinochloa crus-galli không chỉ phụ thuộc vào sự biểu hiện gen mà còn liên quan đến quá trình chuyển hóa enzyme.

III. Ứng dụng thực tiễn và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ làm rõ cơ chế kháng thuốc của Echinochloa crus-galli mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý cỏ dại hiệu quả hơn trong nông nghiệp. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để phát triển các chiến lược quản lý cỏ dại bền vững, bao gồm việc sử dụng luân phiên các loại thuốc diệt cỏ và kết hợp các phương pháp kiểm soát cỏ dại khác nhau.

3.1. Chiến lược quản lý cỏ dại bền vững

Dựa trên kết quả nghiên cứu, việc sử dụng luân phiên các loại thuốc diệt cỏ có cơ chế tác động khác nhau là một chiến lược hiệu quả để ngăn chặn sự phát triển của các quần thể cỏ kháng thuốc. Ngoài ra, việc kết hợp các phương pháp kiểm soát cỏ dại như quản lý cỏ dại bằng tay và sử dụng các loại thuốc diệt cỏ mới như rinskor cũng được khuyến nghị.

3.2. Ý nghĩa đối với nông nghiệp tại Đồng bằng sông Cửu Long

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với nông nghiệp tại ĐBSCL, nơi mà Echinochloa crus-galli là một trong những loài cỏ dại gây hại nghiêm trọng nhất. Việc hiểu rõ cơ chế kháng thuốc của loài cỏ này sẽ giúp các nhà nông có thể áp dụng các biện pháp kiểm soát cỏ dại hiệu quả hơn, từ đó giảm thiểu thiệt hại về năng suất và chi phí sản xuất.