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“超級雜草”往往被形容哪些生物學(xué)特性獨(dú)特、非常難防治的雜草。世界上到底有沒有超級雜草呢？維基上對超級雜草是這樣定義的“a hybrid plant that contains genes for herbicide resistance: produced by accidental crossing of geneticallyengineered crop plants with wild plants。因此,最初,“超級雜草”是和轉(zhuǎn)基因耐除草劑作物相關(guān)聯(lián)的。后來,人們也把對除草劑抗性嚴(yán)重,難以防治的雜草叫做超級雜草。

• 揭開“超級雜草”的面紗

上世紀(jì)九十年代末,加拿大油菜地里發(fā)現(xiàn)了所謂 “超級雜草”(super weed),隨即引起了恐慌。2010年,MacArthur 報道了有關(guān)“超級雜草”的情況：阿爾伯塔省北部與轉(zhuǎn)基因油菜臨近種植的油菜田出現(xiàn)了對三種除草劑(草甘膦、草銨膦和咪唑啉酮類)產(chǎn)生抗性的油菜自生苗,即“超級雜草”(super weed)。我們一定記得有一部Christopher Reeve主演的電影叫“超人”(super man)。因此“超級雜草”只是一個形象化的比喻,并沒有證據(jù)證明這種雜草真正有“超級”的存在,實(shí)際上所謂的“超級雜草”只是油菜田自生苗。

油菜是加拿大的主要作物之一,2019年油菜總產(chǎn)為1960.7萬噸。加拿大油菜籽生產(chǎn)國居世界第二,油菜籽出口位于世界第一位。加拿大油菜英文名稱為Canola,是20世紀(jì)70年代初,采用傳統(tǒng)的育種技術(shù)培育出的雙低(芥酸和硫代葡萄糖苷含量低)油菜?！癈anola”是Can(Canadian,加拿大)、o(oil,油)、 l(low,低)和a(acid,酸)的組合詞。按嚴(yán)格的國際標(biāo)準(zhǔn),芥酸含量低于2%、硫代葡萄糖苷含量小于每克30微摩爾的油菜,才能被稱為加拿大油菜(canola)。這意味著canola是加拿大人的獨(dú)創(chuàng)。油菜田雜草防除一直是困擾加拿大農(nóng)民的難題,由于人少地多,必須使用除草劑,如果不防治雜草,加拿大油菜減產(chǎn)20%以上。1995年加拿大開始商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因耐除草劑油菜,其后種植面積逐年增加。目前,耐除草劑油菜種植面積達(dá)95%以上,耐受除草劑主要為草甘膦、草銨膦和咪唑啉酮類等除草劑(如咪唑乙煙酸)。為什么轉(zhuǎn)基因耐除草劑油菜剛剛種植第二年就會出現(xiàn)耐除草劑的自生苗呢？這還要從油菜自身的生物學(xué)特性說起。油菜的生物學(xué)特性決定了其容易產(chǎn)生自生苗和抗多種除草劑的自生苗。(1)油菜與蘿卜、大白菜、甘藍(lán)等都屬于十字花科作物或蔬菜,為常異花授粉作物,以異交結(jié)實(shí)為主。植株間、不同油菜品種間或栽培油菜與其野生近源種間容易發(fā)生基因交換；(2)油菜莢果容易開裂,在收獲前和機(jī)械收獲過程中部分油菜籽落入田間。據(jù)報道,在油菜收獲前后全田有1.5%的種子落粒,后茬會產(chǎn)生大量自生苗；(3)落粒的油菜籽4%～29%進(jìn)入土壤種子庫,由于存在著二次休眠,種子可在土壤種子庫中保持萌發(fā)能力達(dá)3年以上；(4)油菜籽經(jīng)牲畜消化道后,也有一部分具有發(fā)芽能力。因此,常規(guī)油菜自生苗本來也是雜草治理中的難點(diǎn),不是轉(zhuǎn)基因油菜所特有。種植耐除草劑的油菜后下茬產(chǎn)生耐除草劑自生苗不足為奇,油菜植株之間異交及與自生苗之間的異交頻繁,再產(chǎn)生同時耐草甘膦、草銨膦和咪唑啉酮除草劑的后代并落入土壤,翌年作物田里出現(xiàn)抗性自生苗(即所謂超級雜草)也是正常的現(xiàn)象,是油菜的生物學(xué)特性所決定的。

如何防治這種耐除草劑自生苗？為了防止自生苗影響油菜田雜草治理,加拿大的很多油菜種植農(nóng)場制定了根據(jù)不同地區(qū)、自然氣候特點(diǎn)和生產(chǎn)條件進(jìn)行合理輪作的種植模式,一般每2-4年輪種一次其他作物,這樣在其他作物田噴施適宜的除草劑可容易除掉這些油菜自生苗。例如,在麥田噴施2,4-D、2甲4氯、唑草酮等除草劑,這種油菜自生苗即可全部被殺死。油菜花粉傳播比較遠(yuǎn),而且也容易與其野生近源種雜交,使耐除草劑基因發(fā)生基因漂移。因此,研究人員建議,轉(zhuǎn)基因油菜和非轉(zhuǎn)基因油菜間隔距離應(yīng)在200米以上以防止耐除草劑花粉的漂移。采取農(nóng)業(yè)措施、機(jī)械措施等也能輔助治理自生苗危害。

• 對草甘膦產(chǎn)生抗性是“超級雜草”嗎？

雜草抗藥性指雜草種群所獲得的,在施用過去能夠有效防治該種群的除草劑后,能夠存活、并繁衍的能力。雜草在進(jìn)化過程中,由于這樣或那樣的原因,會產(chǎn)生對除草劑有抗性的自然突變體,在除草劑選擇壓的作用下,一些對除草劑敏感的雜草種群被殺死,而那些對除草劑不敏感的自然突變體被保留下來,發(fā)展成抗藥性種群,即雜草對除草劑產(chǎn)生了抗藥性。如果長期使用一種除草劑,就可能在田間出現(xiàn)抗這種除草劑的雜草。全球有263種雜草的521個生物型對除草劑產(chǎn)生抗性,主要作物田抗性雜草生物型數(shù)量見圖1。1996年耐草甘膦作物商業(yè)化以來,由于美國、巴西、阿根廷、澳大利亞等國家大量使用草甘膦除草的國家,雜草抗性發(fā)展迅速,導(dǎo)致抗草甘膦雜草數(shù)量增加。目前為止,全球抗草甘膦雜草有43種(圖2),主要集中在澳大利亞、美國、巴西、阿根廷；一些國家還發(fā)現(xiàn)對草甘膦和其他作用機(jī)制除草劑產(chǎn)生多抗性的雜草,如澳大利亞報道有對4種不同作用機(jī)制除草劑都產(chǎn)生抗性的野胡蘿卜和對5種不同作用機(jī)制除草劑產(chǎn)生抗性的早熟禾；美國也發(fā)現(xiàn)對4種不同作用機(jī)制除草劑產(chǎn)生抗性的地膚和對5種不同作用機(jī)制除草劑產(chǎn)生抗性的長芒莧。田間雜草抗性,使農(nóng)民不得不加大除草劑用量,試圖獲得理想防效,這就帶來了環(huán)境風(fēng)險和作物藥害風(fēng)險,也可能導(dǎo)致相應(yīng)除草劑對該雜草種群完全喪失防效,進(jìn)而失去其應(yīng)用價值。因此,耐除草劑作物田雜草抗性治理和雜草抗性發(fā)展的監(jiān)測是推廣耐除草劑作物必須重視的一個問題。

圖1 不同作物田抗性雜草生物型數(shù)量

圖2 抗草甘膦雜草數(shù)量

雜草對草甘膦產(chǎn)生抗性,甚至多抗性也不能表明雜草多么“超級”,例如,抗草甘膦長芒莧,采用2,4-D、2甲4氯等噴施就能輕松除去。

耐除草劑基因的轉(zhuǎn)入,使作物本身對目標(biāo)除草劑獲得了耐受性,這種目標(biāo)除草劑能夠殺死田間雜草而不傷害轉(zhuǎn)基因作物,這是我們希望得到的目標(biāo)性狀。但轉(zhuǎn)基因作物本身的種子落到田間,來年可能長出耐除草劑自生苗,或者與野生種產(chǎn)生異交,一旦野生種獲得了這種耐除草劑性狀,在田間則演變成抗除草劑雜草。另一種情況也可能發(fā)生：長期使用轉(zhuǎn)基因作物的目標(biāo)除草劑除草,造成對田間雜草的選擇壓,久而久之,對這種除草劑敏感的雜草種群被殺死,產(chǎn)生抗性的雜草保留下來,在這種選擇壓存在下,抗性雜草種群也越來越壯大,即雜草種群對目標(biāo)除草劑產(chǎn)生了抗性。無論哪種情況,都將增加耐除草劑作物田雜草治理的難度,但這種情況并不是無法避免,也不是無法解決。