玉米田兩種闊葉雜草蒼耳和藜對(duì)草銨膦敏感性測(cè)定

賈 芳，陳景超，崔海蘭，李香菊，謝家建，于惠林

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193）

蒼耳XanthiumsibiricumPatrin.和藜ChenopodiumalbumL.是我國北方及黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的主要雜草[1-5]，其發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量[6]。蒼耳為菊科蒼耳屬一年生草本植物，別名蒼耳子、老蒼子、野茄子等[7]。蒼耳具有較強(qiáng)的抗逆性和適應(yīng)性，可以在干旱貧瘠的土壤中萌發(fā)，且萌發(fā)期很長，從4月初到6月底均可萌發(fā)，難以防除[8]。蒼耳在我國分布廣泛，多發(fā)生于北方秋熟旱作田及南方旱田，主要危害玉米、花生、大豆、高粱谷子、棉花等作物，也是一些害蟲如棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)、亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis(Guenée)等的寄主[9-11]。藜為藜科藜屬植物，別名灰菜、灰藜、灰蓼頭草等，是一年生草本植物，其為全世界分布最廣的雜草之一[7]。藜的繁殖力強(qiáng)、結(jié)實(shí)率高，單株可結(jié) 72450粒種子[9]，生長速度快，尤其是在短日照、天氣較為寒冷時(shí)其生長速度更快[11]。免耕、作物輪作、施肥過量等都會(huì)促進(jìn)藜的發(fā)生[12]。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中這兩種雜草因自身的這些生長特性及農(nóng)事操作都可有利于其與作物競(jìng)爭養(yǎng)分、水分、光和空間，嚴(yán)重影響了作物產(chǎn)量。

草銨膦學(xué)名為2?氨基?4?[羥基(甲基)膦?；鵠?丁酸銨，由赫斯特公司于20世紀(jì)80年代成功開發(fā)，現(xiàn)屬于拜耳公司，為觸殺型非選擇性除草劑[13]。草銨膦抑制谷氨酰胺合成酶（GS），阻止氨被同化為必需的氨基酸，導(dǎo)致植物氨中毒；細(xì)胞中過量的氨導(dǎo)致植物氮循環(huán)紊亂，從而抑制植物的光合作用，最終引起植物的死亡[9]。草銨膦為廣譜、低毒、低殘留的有機(jī)磷除草劑，主要用于荒地除草。近年來隨著抗草甘膦雜草種類和抗性倍數(shù)不斷增加以及百草枯退市，草銨膦的使用量逐年增加[14]。近年來，全球轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米的種植面積不斷增加，至 2018年全球轉(zhuǎn)基因抗除草劑（包括抗蟲和抗除草劑復(fù)合性狀）玉米種植面積為0.53億hm2，占全球玉米種植面積的33%[15]，其中包括轉(zhuǎn)bar和pat基因的抗草銨膦玉米[16]。在轉(zhuǎn)基因抗草銨膦玉米田使用草銨膦不但可以有效防治多種玉米田雜草，而且還可以簡化除草方式降低除草成本。

在轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物田由于過度單一地依賴草甘膦的除草方式和少耕免耕的耕作制度，雜草抗藥性問題越來越突出。至2019年9月全球已報(bào)道對(duì)草甘膦產(chǎn)生抗性雜草種類有44種[17]，而草銨膦在除草功能上可以對(duì)草甘膦進(jìn)行很好的補(bǔ)充和替代[14]。例如草甘膦很難控制的牛筋草、稗草和小飛蓬等，草銨膦對(duì)它們有較好的防效[18-21]。如果抗草銨膦作物與抗草甘膦作物輪換種植，可有效控制抗性雜草的產(chǎn)生及進(jìn)化。目前開發(fā)的第3代轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物已具備同時(shí)抗草銨膦和草甘膦的特性，還開發(fā)出抗多種不同作用機(jī)制除草劑作物，如抗草銨膦、草甘膦的同時(shí)還抗另一種或兩種作用模式的除草劑[22]。另外，開發(fā)出草銨膦與草甘膦的復(fù)配藥劑，不僅擴(kuò)大了殺草譜還降低了草銨膦對(duì)施藥條件（溫、濕度和光照）要求過高的弊端[23]。我國于2014年開展了“雙草驗(yàn)證”項(xiàng)目[24]，目前已有24個(gè)草銨膦與草甘膦的復(fù)配產(chǎn)品取得登記[25]。

種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米是將來雜草防除的重要手段，雖然轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米尚未商業(yè)化種植，但提前全面系統(tǒng)地測(cè)定我國玉米主產(chǎn)區(qū)的雜草對(duì)草銨膦的敏感性水平，能為轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米種植后雜草的防除提供基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)采集了我國北方及黃淮海兩大玉米主產(chǎn)區(qū)蒼耳和藜的種子，利用整株生物測(cè)定法檢測(cè)對(duì)草銨膦的敏感性，明確我國兩大玉米主產(chǎn)區(qū)的蒼耳和藜對(duì)草銨膦的耐受水平，為將來轉(zhuǎn)基因抗草銨膦玉米商業(yè)化種植后雜草防除及草銨膦合理施用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試蒼耳及藜種群信息

種子于2017年和2018年采自北方玉米產(chǎn)區(qū)（黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古）和黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)（北京、河北、山東、山西、陜西）的玉米田。采集地點(diǎn)詳細(xì)信息見表1和表2。

表1 蒼耳采集地點(diǎn)Table 1 Collecting sites of X.sibiricum

表2 藜種群采集地點(diǎn)Table 2 Collecting sites of C.album

1.2 試驗(yàn)試劑及儀器

18%草銨膦可溶液劑，商品名為保試達(dá)，拜耳公司生產(chǎn)。ASS?4型行走式噴霧塔（配備Tee Jet 8002扇形噴頭，噴霧壓力0.275 Mpa），由國家農(nóng)業(yè)信息化工程研究中心研制。

1.3 試驗(yàn)方法

選擇未經(jīng)除草劑處理的表層土壤，放烘箱中 100 ℃烘 2 h處理，將處理后的土壤與營養(yǎng)土和蛭石以3∶1∶1的比例混勻，裝于花盆（直徑8 cm，高8 cm）。

蒼耳種子（含總苞）浸泡在清水中24 h，剪去果柄后點(diǎn)播在裝好土的花盆中。藜種子浸泡在0.8%赤霉酸24 h破除休眠后，過紗網(wǎng)去除?泡液，將其晾干，播種在裝好土的花盆中。

種子播種后放置于溫室培養(yǎng)，溫度為25 ℃～30 ℃，RH 50%～60%，光周期14L∶10D。待藜和蒼耳生長至5～6葉期，每盆留5～7株，用于草銨膦莖葉噴霧處理。草銨膦施用濃度（有效劑量）分別為0、27.83、55.63、101.25、202.50、405.00、810.00（田間推薦高劑量）、1 620.00 g a.i./ha，每處理重復(fù)5次。噴藥后14 d稱取地上部分鮮重，計(jì)算生長抑制率。生長抑制率（%）＝（對(duì)照組鮮重―處理組鮮重）/對(duì)照組鮮重×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用統(tǒng)計(jì)軟件SigmaPlot 12.0（Systat Software，San Jose，CA.）對(duì)藥劑劑量與生長抑制率進(jìn)行回歸分析，得出劑量?反應(yīng)曲線、相關(guān)系數(shù)、抑制50%雜草個(gè)體生長的草銨膦劑量（GR50）。計(jì)算公式為Y＝C＋(D―C)/[1＋(X/X0)b]，公式中X代表處理劑量，X0代表GR50，b代表曲線在X0處的斜率，D代表待測(cè)指標(biāo)上限，C代表待測(cè)指標(biāo)下限[26]；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較采自北方玉米產(chǎn)區(qū)藜種群對(duì)草銨膦的GR50值與采自黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的是否具有顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒼耳對(duì)草銨膦的敏感性

6個(gè)種群蒼耳對(duì)草銨膦的敏感性測(cè)定如表3所示。本試驗(yàn)檢測(cè)的蒼耳種群均來自黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)，蒼耳的GR50值在37.54～111.93 g a.i./ha，均值為64.25 g a.i./ha，均低于405 g a.i./ha。采自陜西東甘村的種群C?18?22對(duì)草銨膦最為敏感，為37.54 g a.i./ha，而采自北京市海淀區(qū)的種群18?3對(duì)草銨膦最不敏感，為111.93 g a.i./ha，約為C?18?22的3倍。

表3 蒼耳對(duì)草銨膦敏感性Table 3 Sensitivity of X.sibiricum to glufosinate

2.2 藜對(duì)草銨膦的敏感性

藜對(duì)草銨膦的敏感性如表4所示，29個(gè)種群GR50為27.26～106.75 g a.i./ha，均低于405 g a.i./ha（田間推薦高劑量的1/2X劑量），所有種群GR50的平均值為60.43 g a.i./ha。采自河北省東崔村的種群L?18?8對(duì)草銨膦的最敏感，為24.55 g a.i./ha，采自黑龍江復(fù)興村的種群L?18?14對(duì)草銨膦最不敏感，為106.75 g a.i./ha，約為18?8的4倍。采自吉林、內(nèi)蒙古和陜西的種群其GR50值均高于平均值，采自北京的種群其GR50值均低于平均值（圖1）。采自吉林和內(nèi)蒙古種群的GR50均值最高，分別為86.87和80.89 g a.i./ha；采自北京的種群GR50均值最低，為31.99 g a.i./ha（圖1）。采自北方玉米產(chǎn)區(qū)種群的GR50均值為66.93 g a.i./ha，高于采自黃淮海產(chǎn)區(qū)種群的53.47 g a.i./ha，雖有差異，但差異不顯著（df＝27，t＝1.505，P＝0.144）（圖2）

圖1 不同省份藜種群對(duì)草銨膦敏感性測(cè)定GR50值的分布Fig.1 The GR50’s distribution of C.album’s sensitivity to glufosinate among different provinces

圖2 兩個(gè)玉米產(chǎn)區(qū)藜種群GR50值分布情況Fig.2 Distribution of C.album’s GR50 between two corn producting areas

表4 藜對(duì)草銨膦的敏感性測(cè)定結(jié)果Table 4 Sensitivity of C.album to glufosinate

3 討論

本文6個(gè)蒼耳種群對(duì)草銨膦均非常敏感，其最高GR50值僅為草銨膦推薦劑量的1/8，種群間對(duì)草銨膦存在3倍的敏感性差異。目前研究蒼耳對(duì)草銨膦敏感性的報(bào)道并不多見。Beyers等[27]在美國轉(zhuǎn)基因抗草銨膦大豆田噴施290 g a.i./ha的草銨膦對(duì)蒼耳的防效可達(dá)60%～90%，表明其對(duì)草銨膦也非常敏感。

本文29個(gè)藜種群對(duì)草銨膦均表現(xiàn)特別敏感，GR50值遠(yuǎn)低于推薦劑量的1/2倍劑量，與前人報(bào)道的結(jié)果一致，均表明目前草銨膦對(duì)采集地發(fā)生的藜有很好的防效。Steckel等[28]通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)420 g a.i./ha的草銨膦對(duì)株高為10 cm左右的藜防效為80%。但草銨膦對(duì)雜草的防除效果易受測(cè)試植株生長狀況和環(huán)境因素（濕度等）的影響[28,29]。有研究報(bào)道噴施800 g a.i./ha的草銨膦對(duì)10～20葉期的藜防效一般，僅為62.4%，是因施藥時(shí)受試植株葉齡較大且天氣干旱所致[30]。因此在田間施用草銨膦時(shí)應(yīng)避免高溫、干旱，盡量選擇在傍晚時(shí)施藥。

本研究發(fā)現(xiàn)蒼耳和藜對(duì)草銨膦均變現(xiàn)特別敏感，但這不意味著在我國不會(huì)有抗草銨膦的蒼耳和藜出現(xiàn)?？顾幮允侵赣捎陂L期、大量使用除草劑或人為誘導(dǎo)、遺傳操作，一種植物生物型在對(duì)野生型致死劑量下，能存活并繁殖的可遺傳能力[9]。因此蒼耳和藜對(duì)草銨膦產(chǎn)生抗性的頻率和程度與噴施草銨膦的頻率和施藥劑量呈正相關(guān)。而現(xiàn)在草銨膦應(yīng)用時(shí)間較短，抗草銨膦雜草出現(xiàn)種類較少，且抗性倍數(shù)較低，僅為1.9～14倍，遠(yuǎn)低于乙酰乳酸合成酶類除草劑成千倍的抗性[17]。最早報(bào)道于 2009年在馬來西亞發(fā)現(xiàn)牛筋草Eleusineindica對(duì)草銨膦具有抗藥性，到目前為止也僅在馬來西亞、新西蘭、美國和希臘這些國家中發(fā)現(xiàn)具有草銨膦抗性雜草牛筋草、硬質(zhì)黑麥草Loliumperenne、意大利黑麥草Loliumperennessp.multiflorum和黑麥草屬Loliumrigidum[17]。然而值得警惕的是Jalaludin等[31]發(fā)現(xiàn)同時(shí)對(duì)草銨膦、草甘膦、百草枯和乙酰輔酶A羧化酶類抑制劑（精吡氟禾草靈和高效氟吡甲禾靈）具有抗性的牛筋草，這對(duì)現(xiàn)有過度依賴化學(xué)防治的除草體系敲響了警鐘。

除了雜草的抗性問題，雜草的耐受性問題同樣嚴(yán)峻，耐受性雜草對(duì)除草劑天然的不敏感特性會(huì)降低除草劑的效果。而不同種群間的雜草對(duì)同一種除草劑也存在耐受性差異[32]，本研究發(fā)現(xiàn)藜在不同藜種群間存在4倍對(duì)草銨膦敏感性差異倍數(shù)，這高于Jalaludin等[33]報(bào)道牛筋草對(duì)草銨膦具有最低1.9倍抗性。因此，除通過整株測(cè)定法得出的敏感性差異倍數(shù)去判斷該種群是否具有抗性，需要調(diào)查采集地是否具有長期用藥史，并多種方式驗(yàn)證，例如檢測(cè)其基因是否發(fā)生突變以及酶活性差異來判斷是否產(chǎn)生抗性。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從北方玉米產(chǎn)區(qū)采集到藜種群對(duì)草銨膦的敏感性要低于采自黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的種群，這與本實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果一致[34]，這可能是因?yàn)殡s草對(duì)除草劑的敏感性與地理因素相關(guān)，因?yàn)榈乩硪蛩氐牟町悤?huì)造成植物表型特征的差異[35]，如在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在相同的環(huán)境下培養(yǎng)出的北方玉米產(chǎn)區(qū)種群在植株高度和平均重量上均高于黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)種群，這種表型差異可能導(dǎo)致對(duì)除草劑的敏感性存在差異。