孫鵬，趙倩明

（1.新疆奎屯市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 新疆，伊犁哈薩克自治州 833200；2.新疆奎屯市畜牧獸醫(yī)工作站 新疆，伊犁哈薩克自治州 833200）

農(nóng)田雜草防治一直備受關(guān)注，農(nóng)間一般通過人工、機械、化學(xué)方式去除雜草。除草劑是大型農(nóng)田雜草防治中使用最廣泛的化學(xué)除草方式。除草劑的廣泛使用，雜草在年復(fù)一年的馴化中會產(chǎn)生耐藥性，被稱為雜草抗性。雜草的除草劑抗性的首次報告可以追溯到20 世紀(jì)80 年代初，當(dāng)時涉及到抑制乙酰輔酶A 羧化酶（ACCase）和抑制乙酰乳酸合成酶（ALS）的除草劑[1]。雜草都具有對除草劑產(chǎn)生抗性的能力并可以遺傳，除草劑的過度使用導(dǎo)致抗除草劑雜草迅速蔓延，《國際除草劑抗性雜草調(diào)查》已經(jīng)確認(rèn)了數(shù)百種抗性雜草[2]。除草劑與非化學(xué)管理實踐相結(jié)合可以大大降低這種風(fēng)險，但除草劑是大型農(nóng)田中必不可少的工具，因此抗性雜草問題將會持續(xù)存在。本文綜述了雜草對除草劑抗性的不同機制的研究進(jìn)展，并對雜草產(chǎn)生除草劑抗性的問題提出綜合防治方案。

1 雜草除草劑抗性機制

除草劑是通過分子層面破壞雜草組織結(jié)構(gòu)的方式滅除雜草，如抑制雜草體內(nèi)生物分子合成，減緩雜草細(xì)胞分裂，影響雜草光合作用，阻礙生長素合成等方式，除草劑與雜草體內(nèi)的特異酶結(jié)合實現(xiàn)這些滅殺雜草的功能?？剐噪s草對抗除草劑的第一種方式是通過改變自身酶蛋白分子的一級結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致除草劑和特異酶之間特異性失效，除草劑不能有效結(jié)合特異酶失去除草效果。第二種方式是雜草自身進(jìn)化產(chǎn)生的抗性，雜草通過加強新陳代謝將除草劑快速代謝出體內(nèi)或?qū)⒊輨┺D(zhuǎn)運到不會影響生長過程的部位，達(dá)到抗除草劑的目的。

1.1 雜草對ACCase抑制除草劑的抗性

ACCase抑制劑是一種苗后除草劑，ACCase抑制劑可分為三類，即芳氧苯氧基丙酸（APP）、苯吡唑啉（PPZ）和環(huán)己二酮（CHD）。目前市面上已有12 種APP 除草劑、1種PPZ 除草劑和8 種CHD 除草劑[3]。ACCase 是脂肪酸合成限速酶，ACCase抑制型除草劑通過與ACCase酶的特異結(jié)構(gòu)域結(jié)合，破壞脂肪酸合成，起到防除雜草的效果。對ACCase抑制型除草劑有抗性的雜草類型是全球抗除草劑雜草面積和經(jīng)濟影響最大的，由此可見對此類雜草抗性研究的重要性。在這些抗性雜草中，ACCase基因發(fā)生突變，降低了ACCase 酶對除草劑的敏感性，導(dǎo)致靶標(biāo)部位對ACCase抑制除草劑產(chǎn)生抗性。在抗性靶點機制中，從抗ACCase 抑制型的雜草中鑒定出Trp-1999、Trp-2027、Ile-2041、Gly-2096、Ile-1781、Asp-2078 和Cys-2088 位點的氨基酸替換[3]。相關(guān)報道表明，ACCase羧基轉(zhuǎn)移酶區(qū)域內(nèi)的異亮氨酸替換亮氨酸使燕麥、狗尾草和黑麥草產(chǎn)生抗性[4-5]。雜草對ACCase抑制除草劑的抗性具有2個明顯特點：第一，抗性發(fā)展迅速，產(chǎn)生抗性的雜草種類多分布廣，且能對新研發(fā)的同類靶標(biāo)除草劑產(chǎn)生抗性。第二，抗性存在多抗性和交叉抗性的問題[6]。ACCase 抑制除草劑主要產(chǎn)品有炔草酯、氰氟草酯、精噁唑禾草靈、精喹禾靈、烯草酮、烯禾啶等。ACCase 抑制劑除草劑使用不當(dāng)會造成農(nóng)作物葉白化、扭曲，甚至干枯死亡。使用時要嚴(yán)格根據(jù)說明書使用。

1.2 雜草對ALS抑制除草劑的抗性

抑制ALS 的除草劑可以阻止異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸的合成，導(dǎo)致雜草死亡[7]。迄今為止許多雜草對ALS抑制劑的抗藥性是由靶點改變引起的。據(jù)報道，在黑麥草的基因中觀察到具有對ALS 抑制劑抗性的靶位突變[8]。此位點不是酶的催化位點而是獨立的除草劑結(jié)合位點，這就導(dǎo)致當(dāng)突變發(fā)生時，區(qū)域內(nèi)的每一種氨基酸的替換都有不同的交叉抗性模式，同時并不影響植物體內(nèi)酶的活性。氨基酸替換的靈活性和酶保持活性可能是導(dǎo)致雜草對這類除草劑的抗性迅速上升的原因。ALS抑制除草劑產(chǎn)品有苯磺隆、芐嘧磺隆、氯吡嘧磺隆、煙嘧磺隆、吡嘧磺隆、甲基二磺隆和雙草醚等，ALS抑制劑除草劑在水稻田使用不當(dāng)則會造成水稻葉尖干枯、植株黃化、蹲苗等現(xiàn)象。

1.3 雜草對光合作用抑制除草劑的抗性

對光合作用的抑制劑的作用靶標(biāo)主要是抑制光合系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）、光合系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）、三磷酸腺苷的合成及影響原還原卟啉氧化酶這四種。市面上對光合作用抑制除草劑主要是抑制光合系統(tǒng)Ⅱ。針對光系統(tǒng)Ⅱ的除草劑會抑制光系統(tǒng)Ⅱ的還原側(cè)，這類除草劑對特異位點的親和力高于雜草本身，結(jié)合后改變蛋白質(zhì)的氨基酸結(jié)構(gòu)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）不能合成，進(jìn)而阻止二氧化碳的固定，導(dǎo)致植物不能正常進(jìn)行光合作用[9]。由于此類除草劑的長期使用，多種雜草對PSⅡ抑制除草劑產(chǎn)生不同程度的抗性。針對光系統(tǒng)Ⅱ的除草劑有莠去津、撲草凈、特丁津、莠滅凈和滅草松等。針對光系統(tǒng)Ⅰ的除草劑有百草枯、敵草快。此類除草劑在土壤中殘留時間長，對后茬敏感作物會造成危害，需要合理規(guī)劃種植方案。

1.4 雜草對細(xì)胞分裂抑制除草劑的抗性

抑制細(xì)胞分裂的除草劑可以直接作用于構(gòu)成紡錘體的微管和微管形成中心等部位，使其功能喪失。細(xì)胞分裂抑制劑是通過與特異點結(jié)合，影響微管蛋白的功能，促使細(xì)胞向多極或不均等分裂，從而使植物無法進(jìn)行正常的新陳代謝，最后枯死。但雜草基因序列中的特定堿基變化可以對除草劑進(jìn)行抵抗，例如α-微管蛋白中第239位的氨基酸從蘇氨酸替換為異亮氨酸，可以引起α-微管蛋白分子表面的構(gòu)象變化，阻止除草劑特異結(jié)合，最終微管蛋白功能不受除草劑影響，細(xì)胞正常分裂。據(jù)報道，蘇氨酸替換為異亮氨酸可引起雜草對二硝基萘胺類除草劑的抗性，而蛋氨酸替代蘇氨酸可引起雜草對氟樂靈產(chǎn)生抗性[10-11]。氟樂靈、二甲戊靈、異丙甲草胺、氯苯胺靈、敵草胺、草萘胺是這類除草劑的代表產(chǎn)品。此類除草劑是當(dāng)前使用最多的除草劑種類之一，但此類除草劑使用時對土壤濕度有一定的要求，干旱會降低藥效，濕度過大又會產(chǎn)生藥害，需要時刻注意土壤環(huán)境變化，才能發(fā)揮功效。

1.5 雜草對生長素類抑制除草劑的抗性

生長素抑制除草劑最常用于控制各種作物和非農(nóng)田地區(qū)的闊葉雜草。目前共有超過40種雜草被證實對生長素抑制除草劑具有抗性[12]。Popay等[13]報告在新西蘭觀察到了雜草對生長素類除草劑耐受性增強的現(xiàn)象。雜草對生長素類除草劑產(chǎn)生抗性的原因很可能和生長素結(jié)合蛋白的突變有關(guān)[14]。在這種情況下，生長素受體不僅不與生長素類除草劑結(jié)合，也不與內(nèi)源性生長素結(jié)合。這意味著雜草在獲得抗性的同時也付出巨大的代價。該類除草劑的代表產(chǎn)品是萘草胺、氟吡草腙、麥草畏和二氯喹啉酸等。生長素抑制類除草劑殘留時間長，過量使用會造成農(nóng)田中動物的生長異常，破壞農(nóng)田生態(tài)鏈。

1.6 雜草增強新陳代謝抵抗除草劑

大多數(shù)的酶是除草劑的作用靶標(biāo)，但是酶在植物體內(nèi)也起到代謝外源物質(zhì)和有害物質(zhì)的作用。解毒酶在除草劑進(jìn)入植物細(xì)胞后對其進(jìn)行修飾或分解，酶執(zhí)行這項任務(wù)的速度將決定植物的生存或死亡。雜草如果以更快的速度代謝除草劑，就可以在除草劑處理后存活。這種能力被叫做雜草代謝抗性。

參與植物異源代謝的主要酶是細(xì)胞色素P450單加氧酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST），其中細(xì)胞色素P450 單加氧酶與除草劑代謝有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)在一些表現(xiàn)出抗除草劑的雜草中細(xì)胞色素P450單加氧酶活性增強，這意味著細(xì)胞色素P450單加氧酶增加可以更快的代謝除草劑，從而達(dá)到抗除草劑的目的[15]。草甘膦是一種非選擇性、無殘留滅生性除草劑，是世界上使用量最大的除草劑。但草甘膦的大量使用促進(jìn)了雜草的草甘膦抗性進(jìn)化。

1.7 雜草轉(zhuǎn)運機制抵抗除草劑

內(nèi)吸式除草劑是非常高效的除草劑，草甘膦就是其中的佼佼者。草甘膦是一種非選擇性、無殘留滅生性除草劑，是世界上使用量最大的除草劑。但草甘膦的大量使用促進(jìn)了雜草的草甘膦抗性進(jìn)化。有研究表明雜草產(chǎn)生草甘膦抗性的一種可能是雜草改變了草甘膦在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運途徑?？共莞熟⒌娜鹗亢邴湶莺托∨畈轀p少向分生組織和葉基運輸草甘膦，從而避免草甘膦對植物關(guān)鍵部位的傷害[16，17]。目前，由于草甘膦的高效性，只有少數(shù)雜草產(chǎn)生這種抗性，但草甘膦的大量使用，正使得抗草甘膦雜草種類持續(xù)增加。具有轉(zhuǎn)運機制的雜草可能比普通抗性雜草更難清除，這對新型除草劑開發(fā)是一個挑戰(zhàn)。

2 新型除草劑開發(fā)挑戰(zhàn)

2.1 雜草多重抗性

多重抗性是指雜草具有存在多種抗性機制，可以對兩種或兩種以上不同作用機制除草劑產(chǎn)生抗性。使用除草劑A后，雜草對除草劑A 產(chǎn)生抗藥性。使用除草劑B后，該雜草又對除草劑B 產(chǎn)生了抗藥性。對ACCase 抑制劑和ALS抑制劑具有抗性的雜草生物型被視為具有多重抗性，同時具有靶點抗性和強化代謝抗性的雜草也屬于具有多重抗性雜草。Tan等[18]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)于黑麥草多重抗性的例子，該類黑麥草可以同時抵抗ACCase抑制劑和ALS抑制劑這兩種不同類型的除草劑。

2.2 雜草交叉抗性

交叉抗性是指在一種除草劑選擇下，雜草對該種除草劑產(chǎn)生抗性后，對其他除草劑也產(chǎn)生抗藥性。使用除草劑A后，雜草對除草劑A產(chǎn)生了抗藥性，同時對未使用過的除草劑B 也產(chǎn)生抗藥性，可在同類除草劑的不同品種間發(fā)生，也可在不同類型除草劑間發(fā)生。ALS 抑制除草劑有三種類型，咪唑啉酮類、三吡并嘧啶類和磺酰脲類，上世紀(jì)英國和荷蘭就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鼠尾看麥娘對磺酰脲類除草劑出現(xiàn)抗性后，也具有了能抵抗其余兩種類型除草劑的能力，出現(xiàn)交叉抗性。隨著不同類型除草劑的聯(lián)合使用，具有多重抗性和交叉抗性的雜草種類將會持續(xù)增加，新型除草劑開發(fā)面臨著巨大挑戰(zhàn)。

3 雜草防治對策

3.1 防治原則

抗性防治采取“綜合治理，合理用藥，動態(tài)監(jiān)控”的原則。因為雜草產(chǎn)生除草劑抗性是由多種因素決定的，既取決于雜草本身的抗性能力，又取決于除草劑本身的作用靶標(biāo)和植物生長環(huán)境的諸多影響因素[6]。同時，要求施用者對用除草劑類型和除草劑劑量進(jìn)行評估，做到合理用藥，防止過度用藥造成農(nóng)田污染。最后，在用藥的過程中實時監(jiān)控，根據(jù)田間雜草的情況斟酌用藥。

3.2 綜合防治措施

輪換不同作用靶標(biāo)類型的除草劑，防止長期使用同類型的除草劑使雜草產(chǎn)生抗性。動態(tài)監(jiān)控田間的雜草情況和用藥記錄。根據(jù)田間實際出現(xiàn)的雜草進(jìn)行用藥，明確土地雜草情況，詳細(xì)記錄該地不同年份的用藥品種，次數(shù)，頻率。合理的耕作制度，如輪作等農(nóng)業(yè)防治策略。推廣除草劑增效劑，如預(yù)處理非離子表面活性劑。誘導(dǎo)增強作物體內(nèi)細(xì)胞色素P450和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）等解毒酶的活性。建立農(nóng)田抗性評估體系。開展田間風(fēng)險評估，明確該地抗除草劑發(fā)生的頻率和抗性水平，根據(jù)風(fēng)險水平制定抗性治理策略。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)。采用無人機和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的手段，實時監(jiān)控田間雜草情況，訓(xùn)練無人機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用機械防除代替除草劑防除。

4 未來展望

除草劑的大量施用雖然在一定程度上提高了作物產(chǎn)量，但隨之而來的是抗性雜草出現(xiàn)和土地污染。過去的50 年里，抗性雜草的出現(xiàn)促使人們將雜草控制視為一個綜合過程。這個過程中，人們需要同時考慮化學(xué)控制手段與非化學(xué)手段以達(dá)到防治的目的。雖然有關(guān)抗性的治理已經(jīng)有很多的方案，但雜草抗性治理的未來發(fā)展不容樂觀。因為隨著作物生產(chǎn)成本提高和可用活性成分?jǐn)?shù)量的不斷減少，除草劑的目標(biāo)位點數(shù)量有限，在可預(yù)見的未來，抗性雜草會持續(xù)增加。雜草種群處于一個不斷變化的狀態(tài)，其抗性發(fā)展無可避免，雜草的多重抗性和交叉抗性也對新型除草劑研發(fā)產(chǎn)生巨大的阻礙。除草劑抗性雜草是所有農(nóng)業(yè)及相關(guān)人員面臨的一個嚴(yán)峻問題，應(yīng)該更科學(xué)的防治雜草，盡量減少除草劑的使用，減緩抗性雜草的出現(xiàn)速度。