費(fèi)云燕+蓋鈞鎰+趙團(tuán)結(jié)

摘要：抗草甘膦雜草對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益均有潛在的不利影響，我國相關(guān)研究較少，其種類分布及形成規(guī)律有待研究。對南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)學(xué)站大豆試驗(yàn)地田間雜草對除草劑草甘膦耐性反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行田間及室內(nèi)形態(tài)鑒定。結(jié)果表明：有14種雜草對草甘膦存在耐性，耐性雜草各具特點(diǎn)，具有粗壯根莖、蠟質(zhì)葉片等特性，其中鐵莧菜等雜草種群大，不同個(gè)體存在從死亡到生長正常的不同變異；耐草甘膦紫菀植株衍生后代室內(nèi)鑒定并不耐草甘膦，其田間抗藥性可能與植株形態(tài)有關(guān)。說明雜草可通過植株形態(tài)、內(nèi)在遺傳基礎(chǔ)等應(yīng)對除草劑草甘膦的逆境。一些耐性雜草種群個(gè)體間的抗性反應(yīng)存在明顯變異，長期選擇下可能成為抗性雜草。耐性雜草苗期抗性最弱，是雜草防除最佳時(shí)期。

關(guān)鍵詞：草甘膦；耐性雜草；適應(yīng)機(jī)制；防治策略；種類；特性；鑒定

中圖分類號： S451.22+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0154-03

雜草作為一種生命力極強(qiáng)的生物，不僅與作物競爭各種水、肥、熱等資源，還可能因攜帶各種病菌甚至有害物質(zhì)而使作物受害[1-4]，其每年給全球造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千億美元[5]。草甘膦作為滅殺性、廣譜性有機(jī)磷類除草劑，幾乎可以控制所有的雜草，尤其對惡性雜草有很好的防除效果。轉(zhuǎn)基因作物的大量種植使其進(jìn)一步成為最為廣泛的除草劑[6-8]，但近年來的大量使用，使抗草甘膦雜草不斷出現(xiàn)，黑麥草、白酒草、藜（Chenopodium album L.）等抗性雜草進(jìn)化出各種不同的適應(yīng)方式應(yīng)對草甘膦逆境?？剐噪s草不斷出現(xiàn)會導(dǎo)致更多除草劑的使用，形成惡性循環(huán)，污染環(huán)境，有些雜草可能還需要額外的人工除草，造成農(nóng)業(yè)投入增加，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的問題。雖然我國還沒有種植抗草甘膦作物，但一些免耕地、茶園等普遍大量使用草甘膦進(jìn)行雜草防除[9]，因此了解我國農(nóng)田雜草對草甘膦的抗耐性有助于更好地防治雜草、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。南京地處長江中下游，該地雜草種類繁多，吳加軍研究發(fā)現(xiàn)該地有野麥草、馬唐、蘆葦?shù)?61種植物對草甘膦有耐性[9]。本試驗(yàn)在對南京地區(qū)水稻—小麥—大豆輪作農(nóng)田耕作系統(tǒng)中田間（路邊）雜草對草甘膦耐性調(diào)查鑒定基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究草甘膦處理下具有抗性的雜草鐵莧菜、紫菀的生長與繁育特點(diǎn)，為深入了解抗性雜草產(chǎn)生機(jī)制和制定草甘膦有效使用規(guī)程提供參考。

1 材料與方法

1.1 南京地區(qū)水旱輪作農(nóng)田系統(tǒng)耐草甘膦雜草的鑒定

2012年5、8月分別對南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場（32.05°N、118.62°E）大豆試驗(yàn)田路邊的雜草進(jìn)行草甘膦噴灑處理。使用的藥劑為41%草甘膦異丙胺鹽水劑（商品名為草甘膦），按推薦濃度3 L/hm2，采用手持式噴霧器進(jìn)行處理，處理總面積約2 000 m2。噴霧時(shí)多數(shù)雜草處于營養(yǎng)生長期，施藥1周后對整個(gè)處理區(qū)域進(jìn)行全面調(diào)查，施藥2周后進(jìn)行復(fù)查。記錄雜草存活情況及植株形態(tài)，葉片綠色、植株基本正常的定為存活，種群中有10%以上存活的為耐性雜草。對存活雜草進(jìn)行拍照記錄，根據(jù)圖片和記錄的特征特性利用《江蘇植物志》和中國雜草信息系統(tǒng)網(wǎng)（http：//weed.njau.edu.cn/）的信息對雜草進(jìn)行對比鑒定。

1.2 鐵莧菜群體對草甘膦的耐性差異的鑒定

鐵莧菜種群對除草劑草甘膦的抗性表現(xiàn)出差異，按參考文獻(xiàn)[5]的耐性分級標(biāo)準(zhǔn)對其耐性的差異表現(xiàn)進(jìn)一步進(jìn)行觀察記錄。同時(shí)對處于苗期、花期的鐵莧菜用41%草甘膦以 3 L/hm2 的濃度噴灑處理，處理后每隔1周進(jìn)行觀察記錄，特性觀察包括植株生育期、形態(tài)（莖、葉、花果是否正常），以期為確定雜草處理適宜時(shí)期提供依據(jù)。

1.3 耐性紫菀植株后代對草甘膦處理的反應(yīng)

紫菀（Aster tataricus L.）被鑒定為對草甘膦耐性較好的物種。2012年秋收獲經(jīng)草甘膦處理后存活的紫菀植株的種子，冬季在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱中種植，幼苗用于草甘膦耐性鑒定。種植方式為：將種子撒于含有蛭石 ∶營養(yǎng)土為1 ∶1的塑料花盆中，于溫室中進(jìn)行種子萌芽，待小苗2張葉時(shí)將相同大小的植株移至相同大小的花盆中，每盆1株。植株生長至6～8張葉時(shí)，利用手持式噴霧器進(jìn)行不同濃度（0、50、100、150、200、250、300、350、400 mg/L）的41%草甘膦噴灑，每種濃度6個(gè)重復(fù)，噴灑后確保植株的葉片不接觸清水，澆水主要以滲透的方式進(jìn)行。藥劑處理1周后進(jìn)行植株生長狀態(tài)的觀察，2～3周后復(fù)查記錄。試驗(yàn)3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐草甘膦雜草的鑒定

大豆田埂上常見的雜草有狗尾草[Setaria viridis （L.） Beauv.]、鴨跖草（Commelina communis L.）、豬殃殃（Galium aparine L.）、繁縷[Stellaria media （L.） Cyr.]、酸模葉蓼（Polygonum lapathifolium L.）、鐵莧菜（Acalypha australis L.）、澤漆（Euphorbia helioscopia L.）、藜、蒼耳（Xanthium sibiricum Patrin ex Widder）、反枝莧（Amaranthus retroflexus L.）、空心蓮子草[Alternanthera philoxeroides （Mart.） Griseb]、小苜蓿[Medicago minima （L.） Grufberg]、飛蓬[Erigeron speciosus （Lindl.） DC.]等30余種。

除草劑草甘膦處理后有存活植株的多年生雜草共有5種，包括麥冬[Ophiopogon japonicus （Thunb.） Ker Gawl.]、烏蘞莓[Cayratia japonica （Thunb.） Gagnep.]、刺兒菜[Cirsium setosum （Willd.） Bess. ex M. Bieb.]、艾蒿（Artemisia argyi H. Lév. & Vaniot）、酢漿草（Oxalis corniculata L.）（表1）。在對草甘膦的耐性上，麥冬、烏蘞莓具有較好的表現(xiàn)，損傷較小或幾乎無損傷跡象，草甘膦對其他雜草都造成了一定的傷害，刺兒菜生長點(diǎn)枯萎，艾蒿、酢漿草、野老鸛草、波斯婆婆納（Veronica persica Poir.）葉片都有不同程度的變黃現(xiàn)象。這些雜草雖對草甘膦有不同程度表現(xiàn)，但都能夠存活與生長。此外，野老鸛草（Geranium carolinianum L.）、小飛蓬[Conyza canadensis （L.）Cronq]、波斯婆婆納、酸模（Rumex acetosa L.）、裂葉牽牛[Pharbitis nil （L.） Choisy.]、小苜蓿、鐵莧菜、鴨跖草（Commelina communis L.）、紫菀9種一年生雜草對除草劑草甘膦也有耐性（表1）。其中，小飛蓬、鐵莧菜和紫菀對草甘膦具有較好的耐性，并且個(gè)體間呈現(xiàn)明顯的抗性和敏感類型的分離；其他雜草受草甘膦影響較嚴(yán)重，其中鴨跖草和小苜蓿最為明顯，葉片枯萎程度嚴(yán)重，但仍存活。

本研究結(jié)果表明，所發(fā)現(xiàn)的耐性雜草多為優(yōu)勢種，存在大量個(gè)體，并且以異花授粉為主，這有利于這些物種產(chǎn)生抗性變異個(gè)體并適應(yīng)草甘膦逆境。一些物種（如麥冬、刺兒菜）具有蠟質(zhì)層表面，使得草甘膦無法進(jìn)入植物莖葉組織內(nèi)部，表現(xiàn)出避害性而使植物存活；其生長點(diǎn)莖葉幼嫩組織的蠟質(zhì)層并不明顯，草甘膦處理可使這些組織受到較為嚴(yán)重的損傷。有些物種（如紫菀、飛蓬、艾蒿等）的根莖十分粗壯，這可能是有效緩減由草甘膦除草劑帶來不良效應(yīng)的有利組織結(jié)構(gòu)。此外，越冬性雜草可能具備某些其他的特征，對除草劑的抵御能力會比夏秋季雜草更好。綜上，耐性雜草在植株形態(tài)結(jié)構(gòu)、繁育特點(diǎn)等方面具有適應(yīng)草甘膦逆境的特點(diǎn)。

2.2 耐性雜草鐵莧菜對草甘膦的反應(yīng)特點(diǎn)

鐵莧菜為大戟科植物，是本地優(yōu)勢雜草種類之一。以其為代表進(jìn)一步進(jìn)行抗性反應(yīng)鑒定除草劑草甘膦處理后，植株表現(xiàn)出正常存活到死亡的不同反應(yīng)，將其分為4類：高抗，表現(xiàn)為植株莖葉無不良表型；中抗，植株的葉片為正常綠色，但出現(xiàn)下垂，并且葉邊緣向內(nèi)卷縮；中感，葉片失綠變黃，下垂及卷縮嚴(yán)重，但植株未枯萎；高感，植株則枯萎死亡。這些變異反映了鐵莧菜種群不同個(gè)體對除草劑的抗性反應(yīng)。

進(jìn)一步對鐵莧菜不同生育期的植株進(jìn)行處理。結(jié)果表明，苗期處理時(shí)對耐性植株生長的影響最大，雖然植株仍能存活，但幼苗矮小，葉片皺縮，生長緩慢，后期難以恢復(fù)到正常個(gè)體形態(tài)，多數(shù)個(gè)體無法在生長季節(jié)正常開花或結(jié)實(shí)，這在很大程度上可以減少來年雜草的量；花期進(jìn)行草甘膦處理后，抗性植株節(jié)間縮短，葉片皺縮，開花期延遲，開花大量減少，總體生長情況優(yōu)于苗期處理?？傮w來說，草甘膦除草劑的使用可以減少鐵莧菜個(gè)體數(shù)量，但仍有一些個(gè)體能存活和結(jié)實(shí)，如果經(jīng)過多代選擇，可能會形成抗性雜草。

2.3 耐性紫菀后代對草甘膦處理的反應(yīng)

在室內(nèi)對紫菀抗性植株衍生后代進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的抗性鑒定。植物培養(yǎng)種于花盆中后，失去原本粗壯根莖，未表現(xiàn)出其在野外粗壯根莖的表型優(yōu)勢特點(diǎn)（圖1），50 mg/L除草劑草甘膦處理后植株已表現(xiàn)出嚴(yán)重的損傷，仍有少量嫩葉呈綠色，但無法恢復(fù)良好的生長；當(dāng)草甘膦濃度達(dá)100 mg/L時(shí)葉片幾乎完全枯黃但未完全枯萎；當(dāng)濃度達(dá)150 mg/L及以上時(shí)，苗完全枯萎死亡，植株未能表現(xiàn)出除草劑的抗性（圖1），這說明該植物在田間對草甘膦的耐性可能只擁有表型層面上的耐性體現(xiàn)。

3 結(jié)論與討論

3.1 南京地區(qū)耐草甘膦的雜草種類

在美國、澳大利亞等國家，由于抗草甘膦作物的大量種植，草甘膦被廣泛使用，抗草甘膦的雜草逐年增加，目前嚴(yán)格意義上的雜草已有黑麥草屬、白酒草屬、藜屬、豚草屬、鬼針草等31種（http：//weedscience.org/summary/moa.aspx？MOAID=12）。雖然該網(wǎng)站上公布的我國抗草甘膦雜草只有飛蓬，但國外抗性雜草現(xiàn)狀也提醒在我國應(yīng)重視可能的雜草抗性問題。本研究發(fā)現(xiàn)，南京地區(qū)水旱輪作農(nóng)田系統(tǒng)中有14種雜草在除草劑草甘膦處理后有許多植株仍能較好的存活。本研究中，鐵莧菜、小飛蓬、麥冬屬于高度耐受雜草，紫菀、烏蘞莓為中度耐受雜草，其他種為一般耐受雜草。本試驗(yàn)所用試驗(yàn)點(diǎn)近年來常使用除草劑草甘膦除草，某些雜草在草甘膦逆境壓力下，可能產(chǎn)生一定的變異以抵御草甘膦。本研究結(jié)果表明，目前田間鑒定的耐性雜草可能大部分只是停留在表型的耐性上，還未進(jìn)化成生理或基因?qū)用娴目剐?，因此很多雜草還不能嚴(yán)格意義上稱為抗性雜草。然而每一種存活的雜草在長期非致死性的逆境下，個(gè)體很容易產(chǎn)生可遺傳的抗性，進(jìn)化為抗性雜草。本研究可為我國草甘膦的合理使用、雜草的防治提供參考。

3.2 抗草甘膦雜草的適應(yīng)機(jī)制

雜草可以通過不同方式應(yīng)對各種自然和人工產(chǎn)生逆境，大致包括形態(tài)生理方面的避害和直接對逆境因子的抗耐性。對于草甘膦帶來的不良效應(yīng)，抗性植株可能利用液泡等結(jié)構(gòu)滯留草甘膦以防止轉(zhuǎn)移至植物全株；或者一系列微效基因發(fā)揮抗性作用；靶標(biāo)基因本身的抗性或其過表達(dá)或突變也能幫助減輕藥物影響；植物本身也可能擁有氧化或分解草甘膦的酶類（如草甘膦氧化還原酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶、N-乙酰轉(zhuǎn)移酶）等[10-12]。本研究結(jié)果表明，目前鑒定的大部分雜草可能還未達(dá)到此程度的抗性，小飛蓬、鐵莧菜等雜草種群對草甘膦的耐性存在明顯分化，由于這些物種均為異交繁育，種子繁殖系數(shù)也高，如長期應(yīng)用草甘膦進(jìn)行防除，可能會加快抗性雜草的形成。同時(shí)植物易產(chǎn)生多種除草劑的抗性，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的困擾，因此對草甘膦具有耐性的雜草要及時(shí)采取措施。

3.3 應(yīng)用草甘膦防除雜草的策略

草甘膦作為高效、低毒、低殘留的除草劑，其可持續(xù)利用對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義，而抗性雜草則是其發(fā)展道路上的重要阻礙，相關(guān)問題得到全球性的關(guān)注。田間雜草容易產(chǎn)生對外界逆境的耐性，它們可能同時(shí)結(jié)合了多種耐性機(jī)制，包括表型、生理、分子層面的作用，不同層面的耐性對自然界的影響不同，它們之間又以進(jìn)化這個(gè)過程相互關(guān)聯(lián)，在抗草甘膦雜草的控制上有必要對進(jìn)化過程有所控制。因此，一方面，要確保雜草管理的多樣性，這可以通過尋找新的除草劑類型提供更好的綜合防控技術(shù)，如通過多種除草方式相結(jié)合的管理進(jìn)行輪作等；另一方面，必須加強(qiáng)農(nóng)藝專家和種植者的交流，以提出更好的有目的性的建議和信息等[13]；此外，高濃度的草甘膦在雜草發(fā)生的苗期將其徹底除去也具有防止雜草進(jìn)化的作用。

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