藜、鐵莧菜和苘麻對(duì)草甘膦的耐受性及其與莽草酸含量的關(guān)系

劉小龍　李香菊

摘要：采用整株生物測(cè)定法研究了藜、鐵莧菜和苘麻對(duì)草甘膦的耐受性，藥后14d測(cè)定結(jié)果表明，草甘膦對(duì)上述3種雜草的ED50分別為215.27、954.34、1522.54ga.i./hm2。通過(guò)比較雜草植株地上部莽草酸積累量的變化發(fā)現(xiàn)，草甘膦1230ga.i./hm2處理后，藜、鐵莧菜和苘麻莽草酸積累量最大值分別為1400.65、1247.19、581.28μg/g，莽草酸積累量越少的雜草對(duì)草甘膦耐受性也越強(qiáng)。藥后5d，對(duì)雜草不同部位莽草酸積累量的比較顯示，3種雜草頂部葉片莽草酸積累量明顯大于根部，敏感種和耐受種相比，頂部葉片莽草酸積累量的差異更為明顯，該部位可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)雜草對(duì)草甘膦的耐受程度。

關(guān)鍵詞：草甘膦；敏感性；莽草酸；藜；鐵莧菜；苘麻；雜草

中圖分類號(hào)：S451文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1003-935X（2016）02-0034-04

草甘膦長(zhǎng)期、大面積單一使用，引起雜草群落演替，為雜草治理帶來(lái)了新問(wèn)題。一方面，雜草遺傳、生理或生化改變，過(guò)去敏感雜草對(duì)草甘膦產(chǎn)生抗性；另一方面，草甘膦的長(zhǎng)期使用殺除了對(duì)其敏感的雜草，耐藥性雜草被保留下來(lái)，不可避免地造成了雜草種類和種群數(shù)量的變化[1]，抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物的推廣種植更是加重了這一趨勢(shì)。研究顯示，在美國(guó)西部玉米帶，連續(xù)5年使用草甘膦后，之前以地膚和稷為優(yōu)勢(shì)種的雜草群落演替成藜為優(yōu)勢(shì)種群[2]，使得田間雜草治理難度增加。研究農(nóng)田雜草對(duì)草甘膦的敏感性差別，明確對(duì)草甘膦具有耐受性的雜草種，從而根據(jù)田間雜草種類和數(shù)量的變化合理調(diào)整草甘膦施用劑量或輪換使用其他除草劑，是農(nóng)藥減施及雜草有效治理的重要途徑。

草甘膦通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制莽草酸合成途徑中5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）與底物莽草酸-3-磷酸（S3P）的結(jié)合，導(dǎo)致植物體內(nèi)莽草酸積累，阻斷芳香族氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的合成而使植株死亡[3]。因此，莽草酸可作為檢測(cè)雜草對(duì)草甘膦敏感性的指示物質(zhì)[4]。Lorraine-Colwill等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)草甘膦處理的抗草甘膦瑞士黑麥草體內(nèi)莽草酸積累量明顯低于敏感種群[5]。Chen等的研究顯示，草甘膦處理后3個(gè)抗性牛筋草種群的莽草酸積累量皆明顯低于敏感種群[6]，表明雜草莽草酸積累量與其抗性相關(guān)。劉延等在對(duì)耐草甘膦田旋花的研究中發(fā)現(xiàn)，田旋花在草甘膦處理后莽草酸積累量明顯低于敏感性較強(qiáng)的打碗花[7]，亦有研究顯示耐草甘膦刺毛黧豆草甘膦處理后其莽草酸積累量要明顯低于敏感性較強(qiáng)的反枝莧[8]，因此可以通過(guò)草甘膦施用后雜草體內(nèi)莽草酸含量的變化來(lái)比較不同雜草對(duì)草甘膦的耐受性差異。但對(duì)藜、鐵莧菜、苘麻等雜草體內(nèi)莽草酸含量變化與其對(duì)草甘膦耐受性關(guān)系研究鮮有報(bào)道。

筆者在田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，藜、鐵莧菜、苘麻等對(duì)草甘膦具有較強(qiáng)的耐受性。上述雜草對(duì)草甘膦耐受性與施藥后莽草酸含量變化是否相關(guān)，雜草不同部位對(duì)莽草酸積累程度是否有差異？基于此，本試驗(yàn)在對(duì)上述3種雜草耐受性生物測(cè)定的基礎(chǔ)上，研究了草甘膦處理后其體內(nèi)莽草酸積累動(dòng)態(tài)及莽草酸在不同部位分布情況，以期建立雜草莽草酸含量變化與草甘膦敏感性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為田間草甘膦耐受性雜草的檢測(cè)提供技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1材料與儀器

41%草甘膦異丙胺鹽水劑（glyphosateisopropylaminesalt，41%AS）（美國(guó)孟山都公司）；莽草酸（shikimate）標(biāo)準(zhǔn)品（純度>99.0%，Sigma公司）；高碘酸、NaOH、甘氨酸均為國(guó)產(chǎn)分析純。

ASS-3型自動(dòng)控制農(nóng)藥噴灑試驗(yàn)系統(tǒng)（國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制）；UV-4802型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；5810R低溫離心機(jī)。

藜、苘麻和鐵莧菜采自北京，采集點(diǎn)皆無(wú)草甘膦用藥歷史。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試材培養(yǎng)選取成熟、飽滿的雜草種子分別播種于裝有壤土和草炭3∶[KG-*3]1的花盆中，花盆直徑10.5cm，高8.5cm。播種后保持土壤濕潤(rùn)。雜草于6—8月在溫室培養(yǎng)，2～3葉期間苗，每盆保留等量生長(zhǎng)一致的植株。待雜草長(zhǎng)至5葉1心期時(shí)，噴施草甘膦。

1.2.2不同雜草對(duì)草甘膦敏感性的測(cè)定41%草甘膦異丙胺鹽水劑使用劑量分別為76.87、153.75、307.5、615、1230、2460、4920ga.i./hm2。藥后14d剪取地上部分稱量鮮質(zhì)量，計(jì)算鮮質(zhì)量抑制率，公式如下：

鮮質(zhì)量抑制率=[SX（]對(duì)照鮮質(zhì)量-處理鮮質(zhì)量[]對(duì)照鮮質(zhì)量[SX）]×100%。

用DPS統(tǒng)計(jì)軟件求出毒力回歸方程、抑制中濃度ED50及相關(guān)性系數(shù)r2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理重復(fù)4次。

1.2.3莽草酸的提取雜草噴施濃度為1230ga.i./hm2草甘膦后于1、2、3、5、7、9、11d剪取雜草地上部莖葉，將樣本剪碎，于研缽中用液氮研磨，取0.5g，加入1.0mL、0.25mol/L的HCl溶液，于4℃、12000r/min下離心30min，收集上清液，4℃保存待測(cè)。每處理重復(fù)3次。不同部分莽草酸含量測(cè)定分為頂部葉片、中部葉片和根3個(gè)部分，分別剪取頂部2片展開(kāi)葉和心葉、其余莖部成熟葉片以及根，葉片皆從葉柄基部剪取。

1.2.4莽草酸含量的測(cè)定參照婁遠(yuǎn)來(lái)等的方法[9]。取200μL樣品上清液，加入2.0mL1%過(guò)碘酸溶液，室溫靜置3h后再加入2.0mL1.0mol/LNaOH溶液，混勻后加入1.2mL0.1mol/L甘氨酸，靜置5min，于380nm下比色，記錄吸光度（D）。

1.2.5莽草酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制將莽草酸標(biāo)準(zhǔn)樣品10mg溶于1mL0.25mol/LHCl中，分別取0、1.0、2.5、5.0、10.0、12.5、25.0μL于試管中，加0.25mol/L的HCL溶液至1mL，用與莽草酸含量測(cè)定相同的步驟測(cè)定D值。

2結(jié)果與分析

2.1不同雜草對(duì)草甘膦的敏感性

不同雜草種對(duì)草甘膦的敏感性存在差異。藥后14d目測(cè)觀察，草甘膦615ga.i./hm2處理時(shí)，藜僅少量存活，且生長(zhǎng)受到明顯抑制，苘麻、鐵莧菜正常生長(zhǎng)；草甘膦1230ga.i./hm2處理時(shí)，藜整株死亡，苘麻、鐵莧菜依然存活，但生長(zhǎng)受到較為明顯的抑制；2460ga.i./hm2處理時(shí)，鐵莧菜死亡，苘麻生長(zhǎng)受到明顯抑制但未死亡；4920ga.i./hm2處理時(shí)，苘麻整株死亡。將草甘膦對(duì)不同雜草的ED50列于表1。由此看出，草甘膦對(duì)藜、鐵莧菜和苘麻3種雜草的ED50分別為215.27、954.34、1522.54ga.i./hm2，該藥殺死供試苘麻的ED50是藜ED50的7倍以上。

2.2不同雜草地上部分莽草酸積累量的變化

草甘膦處理后，不同雜草體內(nèi)莽草酸積累量有較大差異（圖1）。藜、鐵莧菜和苘麻的莽草酸最大積累量分別為1400.65、1247.19、581.28μg/g，對(duì)草甘膦表現(xiàn)越敏感的雜草種莽草酸積累量越高。

盡管藥后3種雜草莽草酸積累量均表現(xiàn)逐漸上升，但變化幅度和峰值出現(xiàn)時(shí)間則有不同：用藥后藜的莽草酸含量迅速上升，從藥后1d的523.05μg/g上升到藥后9d的最高值1400.64μg/g，鐵莧菜和苘麻的莽草酸含量變化相對(duì)平緩，藥后1d分別為1172.73、279.22μg/g，藥后9d分別為1154.33、577.06μg/g，表明施用草甘膦后藜體內(nèi)莽草酸迅速積累，使雜草受害。

上述莽草酸積累量所顯示雜草對(duì)草甘膦敏感性的測(cè)定結(jié)果與整株生測(cè)法的敏感性測(cè)定結(jié)果一致。

2.3不同部位莽草酸積累量的比較

施用1230ga.i./hm2草甘膦5d后，雜草體內(nèi)不同部位莽草酸積累量有較大差異（圖2），頂部葉片莽草酸積累量最高，其次是中部葉片，積累量最低的部位為根。目測(cè)觀察也發(fā)現(xiàn)，施藥后，3種雜草頂部葉片最先表現(xiàn)受害癥狀，根部最后死亡。這可能與草甘膦的吸收和傳導(dǎo)有關(guān)。3種雜草頂部葉片莽草酸積累量大于中部葉片和根，表明植株該部位是對(duì)草甘膦最為敏感的部位，也是最先受到草甘膦抑制的部位。

3討論

噴施草甘膦后，3種雜草體內(nèi)莽草酸積累，導(dǎo)致雜草受害，因此莽草酸積累量作為雜草對(duì)草甘膦耐受性的指標(biāo)在檢測(cè)耐藥性雜草時(shí)同樣適用，這與前人對(duì)雜草抗藥性的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，草甘膦1230ga.i./hm2處理下，藜的莽草酸積累量在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，積累峰值明顯大于另外2種雜草，生測(cè)結(jié)果也表明3種雜草中藜對(duì)草甘膦敏感，而鐵莧菜與苘麻對(duì)草甘膦耐受性較強(qiáng)。

通過(guò)比較雜草體內(nèi)不同部位的莽草酸積累量，可以發(fā)現(xiàn)，與中部成熟葉片和根相比，頂部葉片莽草酸含量變化最為明顯，積累量最高，這可能是由頂部葉片內(nèi)莽草酸途徑代謝活躍以及草甘膦的吸收與傳導(dǎo)所致[10-11]。雜草頂部葉片分生組織區(qū)莽草酸途徑代謝活躍，草甘膦施用后對(duì)EPSP合成酶的抑制會(huì)導(dǎo)致莽草酸在短時(shí)間內(nèi)迅速積累，同時(shí)頂部分生組織往往是草甘膦易于集中的部位[11]，研究發(fā)現(xiàn)一些雜草可以通過(guò)減少草甘膦在分生組織區(qū)的積累而獲得抗性[12-13]，因此通過(guò)草甘膦施用后頂部葉片內(nèi)莽草酸含量的變化來(lái)評(píng)估雜草對(duì)草甘膦的耐受性差異要比整株測(cè)定更為科學(xué)，并且對(duì)頂部葉片取樣要比整株取樣進(jìn)行莽草酸含量的測(cè)定更為簡(jiǎn)便。

在以往國(guó)外報(bào)道中，藜對(duì)草甘膦具有一定的耐受性，這與本研究結(jié)果有所出入，分析原因可能與試材施藥時(shí)的葉齡相關(guān)，藜葉齡較大時(shí)，對(duì)草甘膦耐受性增強(qiáng)，本試驗(yàn)選取5葉1心期藜的幼苗可能對(duì)草甘膦耐受性較差。已有研究表明，藜對(duì)草甘膦的敏感性會(huì)隨著植株的生長(zhǎng)顯著下降[14-16]，因此在田間藜種群數(shù)量較大情況下，使用草甘膦進(jìn)行防治應(yīng)選擇在藜的低齡階段用藥。

國(guó)外已有許多關(guān)于耐草甘膦雜草的報(bào)道[17-19]，我國(guó)也發(fā)現(xiàn)了對(duì)草甘膦具有耐受性的牛筋草、田旋花和鐵莧菜[20-22]，說(shuō)明我國(guó)草甘膦的使用已引起了某些地區(qū)雜草群落的改變，使雜草群落朝著不利于草甘膦防除的方向發(fā)展。摸清不同雜草種群對(duì)草甘膦的敏感性反應(yīng)，依據(jù)雜草種群選擇合適的草甘膦劑量變量噴藥，將為減量使用除草劑開(kāi)辟途徑。

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