南京大豆田間耐草甘膦雜草的種類與特性鑒定

費(fèi)云燕+蓋鈞鎰+趙團(tuán)結(jié)

摘要：抗草甘膦雜草對(duì)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(guó)相關(guān)研究較少，其種類分布及形成規(guī)律有待研究。對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(hào)： S451.22+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：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(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(duì)草甘膦逆境?？剐噪s草不斷出現(xiàn)會(huì)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(guó)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(guó)農(nóng)田雜草對(duì)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(zhǎng)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(duì)草甘膦有耐性[9]。本試驗(yàn)在對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場(chǎng)（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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，施藥1周后對(duì)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(duì)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(guó)雜草信息系統(tǒng)網(wǎng)（http：//weed.njau.edu.cn/）的信息對(duì)雜草進(jìn)行對(duì)比鑒定。

1.2 鐵莧菜群體對(duì)草甘膦的耐性差異的鑒定

鐵莧菜種群對(duì)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其耐性的差異表現(xiàn)進(jìn)一步進(jìn)行觀察記錄。同時(shí)對(duì)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(duì)草甘膦處理的反應(yīng)

紫菀（Aster tataricus L.）被鑒定為對(duì)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(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)其他雜草都造成了一定的傷害，刺兒菜生長(zhǎng)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(duì)草甘膦有不同程度表現(xiàn)，但都能夠存活與生長(zhǎng)。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(duì)除草劑草甘膦也有耐性（表1）。其中，小飛蓬、鐵莧菜和紫菀對(duì)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(shì)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(zhǎng)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(duì)除草劑的抵御能力會(huì)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(duì)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(shì)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(duì)除草劑的抗性反應(yīng)。

進(jìn)一步對(duì)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(duì)耐性植株生長(zhǎng)的影響最大，雖然植株仍能存活，但幼苗矮小，葉片皺縮，生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)情況優(yōu)于苗期處理。總體來說，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(huì)形成抗性雜草。

2.3 耐性紫菀后代對(duì)草甘膦處理的反應(yīng)

在室內(nèi)對(duì)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(shì)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(zhǎng)；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(duì)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(guó)、澳大利亞等國(guó)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(guó)抗草甘膦雜草只有飛蓬，但國(guó)外抗性雜草現(xiàn)狀也提醒在我國(guó)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(zhǎng)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(guó)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(duì)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(duì)逆境因子的抗耐性。對(duì)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(duì)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(zhǎng)期應(yīng)用草甘膦進(jìn)行防除，可能會(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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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