賈 芳，陳景超，崔海蘭，李香菊，謝家建，于惠林

（中國(guó)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(guó)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(zhǎng)，從4月初到6月底均可萌發(fā)，難以防除[8]。蒼耳在我國(guó)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(chóng)如棉鈴蟲(chóng)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(zhǎng)速度快，尤其是在短日照、天氣較為寒冷時(shí)其生長(zhǎng)速度更快[11]。免耕、作物輪作、施肥過(guò)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(zhǎng)特性及農(nóng)事操作都可有利于其與作物競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)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(guò)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(lái)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(lái)，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(chóng)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(jiǎn)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(guò)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(wèn)題越來(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)高的弊端[23]。我國(guó)于2014年開(kāi)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)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(lái)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(jiàn)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(guó)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(yíng)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)抑制率。生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(jiàn)。Beyers等[27]在美國(guó)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(guò)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(zhǎng)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(guó)不會(huì)有抗草銨膦的蒼耳和藜出現(xiàn)。抗藥性是指由于長(zhǎng)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(lái)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(lái)西亞、新西蘭、美國(guó)和希臘這些國(guó)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(guò)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(wèn)題，雜草的耐受性問(wèn)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(guò)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(zhǎng)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(lái)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。