大豆种质材料对草甘膦的敏感性分析
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草甘膦 ( Glyphosate) 是一种高效、低毒、广谱灭生性除草剂,无残留,对后茬作物安全,能防除绝大多数 1 a 生及多年生杂草.1996 年美国孟山都公司推出了抗草甘膦转基因大豆,2010 年全球抗除草剂转基因大豆的栽培面积占大豆栽培总面积的比例高达81% ; 同时,我国独立研发的抗草甘膦转基因大豆也处于试验阶段[1].但是随着转基因大豆的广泛种植,其生态安全问题也越来越受到世人的广泛关注. 我国是大豆起源中心和遗传多样性中心,我国的野生大豆分布广泛、遗传资源丰富.所转基因一旦逃逸,会影响野生资源的遗传多样性,以及遗传育种工作中对野生资源的利用[2].Yoshimura 等[3]和 Mizuguti 等[4]先后发现了转基因抗草甘膦大豆与常规大豆及野生大豆存在天然杂交,我国学者研究[5,6]表明,抗草甘膦转基因大豆通过花粉飘移导致基因逃逸.一些学者研究发现,抗除草剂转基因大豆对土壤微生物有一定影响[7 ~10].种植抗除草剂转基因作物,由于管理措施的改变,可能会引起农田杂草群落的改变[11].此外,在同一地区常年种植某类转基因作物,长期单独使用一种除草剂,会诱导抗药性杂草的产生[12,13].虽然认为草甘膦不容易产生抗药性,但是,迄今为止已报道了包括瑞士黑麦草 ( Lolium rigidum Gand. ) 、小飞蓬 〔Conyza Canadensis ( L. ) Cronq. 〕、牛筋草 〔Ele-usine indica ( L. ) Gaern. 〕 等 8 种杂草对草甘膦产生了抗药性[14].在我国已经发现了抗草甘膦的野荠菜和小飞蓬[15].相对转基因技术存在的缺陷,常规育种由于没有外援基因的转入而更容易被接受和推广,非转基因耐除草剂作物的主要培育方法包括除草剂自然选择与杂交法、化学诱变法和植物组织培育法[16].陶波等[17]通过田间筛选和室内生物测定,从 66 份菜豆种质资源中成功筛选出 2 个抗草甘膦的菜豆品系.王斌等{ 18]对上百份栽培大豆进行筛选和鉴定,获得了耐性大豆品系 5 份,其耐性程度远大于常规栽培品种.鉴于转基因作物存在的上述缺陷,以及前人对非转基因耐除草剂作物的研究基础,加之河北省又是我国大豆主产地之一,大豆资源丰富,作者对 1365 份大豆种 质 资 源 喷 施 41% 草 甘 膦 异 丙 胺 盐 水 剂1 230 g / hm2,药后观察不同大豆材料的药害程度、存活率、结荚情况等,初步确定了大豆种质材料对草甘膦的敏感性,以期挖掘出耐草甘膦的大豆种质资源,为非转基因耐除草剂大豆育种提供材料. 1 材料与方法 试验大豆种质材料共 1365 份,其中,1128 份由河北省农林科学院粮油作物研究所种子资源研究室提供 ( 主要来源于河北省) ,237 份由河北省农林科学院粮油作物研究所大豆研究室提供 ( 近年的大豆优异资源材料) .试验药剂为 41% 草甘膦异丙胺盐( 山东侨昌化学有限公司生产) . 试验于 2009 ~2012 年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站进行,土质为壤土.试验地上茬种植作物为棉花.试验材料分 2 期播种,播前进行洇地,5 月 20 日前后播种 1 次 ( 春大豆 373 份,野生大豆 42 份,优异资源 185 份) ,6 月 10 日左右播种1 次 ( 夏大豆713 份,优异资源52 份) ,点播,行距 50 cm,穴距 15 cm,每穴 3 粒种子; 每份材料均播种 1 行,行长 2 m. 在大豆 2 ~3 片复叶期,此时杂草长有 2 ~5 片叶( 大部分杂草出苗后) ,用利农 16 L HD ~400 背负式喷雾器 ( 新加坡利农私人有限公司生产,扇形喷头)喷施 41% 草甘膦异丙胺盐水剂 1 次,用药量为1 230 g / hm2,对水量 525 L/hm2. 大豆出齐苗后,调查各材料的出苗数; 施药后观察不同大豆试材的受药害情况.喷施草甘膦 3 周后,调查存活的大豆株数,计算存活率 ( %,存活株数/用药前总株数 × 100%) .大豆生育后期,调查各试材的结荚株数,计算结荚率 ( %,结荚株数/用药前总株数 ×100%) ,并目测大豆的成熟情况等. 药害划分等级.1 级: 基本无药害症状,存活率和结荚率均 100%,结荚良好; 2 级: 药害症状轻,存活率和结荚率均≥90%,结荚良好; 3 级: 药害症状较轻,存活率和结荚率均为 80% ( 含) ~ 90%;4 级: 药害症状较轻,存活率和结荚率均为 70%( 含) ~80%; 5 级: 药害症状较重,存活率和结荚率均为 60% ( 含) ~ 70%; 6 级: 药害症状较重,存活率和结荚率均为 50% ( 含) ~ 60%; 7 级: 药害症状重,存活率和结荚率均为 40% ( 含) ~50%;8 级: 药害症状很重,存活率和结荚率均为 20%( 含) ~40%; 9 级: 药害症状很严重,存活率和结荚率均 <20%; 10 级: 植株全部死亡或不能结荚. 2 结果与分析 2. 1 野生大豆对草甘膦的敏感性 参试的 42 份野生大豆材料中,药害等级为 10 级的试材有 29 份,其中 6 份喷施草甘膦后全部死亡,23 份部分植株虽能够存活但不能结荚 ( 表 1 ) .有13 份试材药害很重,植株严重矮化,植株结荚率< 20% ,药害等级为 9 级. 2. 2 春播大豆对草甘膦的敏感性 参试的 373 份春播大豆材料中,药害等级为10 级的试材有 18 份,其中 8 份喷施草甘膦后全部死亡,还有 10 份药害很重,存活率为 3% ~ 33% 而结荚率为 0 ( 表 2) . 药害等级为 9 级的试材有 201 份,其中,存活率和结荚率均 < 20% 的试材有 102 份,存活率为 20%~ 60. 7% 而结荚率 < 20% 的试材有 99 份.药害等级为 8 级的试材有 128 份.其中,存活率和结荚率均为20% ~ 40% 的试材有 78 份,还有 50 份存活率为 40%~ 66. 7% 而结荚率为 20% ~ 40% .药害等级为 7 级的试材有 13 份.其中,存活率和结荚率均为 40% ~50% 只有 3 份,另有 10 份存活率 > 50% 而结荚率为40% ~ 50% .药害等级为 6 级的试材有 9 份,其中,存活率和结荚率均为 50% ~ 60% 的试材有 4 份,有5 份存活率 > 60% 而结荚率为 50% ~ 60% .存活率为60% ~ 70% 但结荚率均 < 60% 的试材有 7 份,有 3 份存活率 >70% 而结荚率均为 63% 左右,药害等级为5 级的试材有 3 份.存活率和结荚率均为 70% ~ 80%的试材只有 1 份,药害等级为 4 级.参试的373 份春播大豆中无药害等级为 1 ~3 级的材料. 2. 3 春播大豆优异资源对草甘膦的敏感性 参试的 185 份春播大豆优异资源中,喷施草甘膦后,没有全部死亡的材料; 有 1 份试材药害很重,结荚率为 0; 药害等级为 10 级的试材有 1 份 ( 表 3) . 药害等级为 9 级的试材有 55 份,其中,存活率和结荚率均 <20% 的试材有 33 份,存活率 > 20% 而结荚率 <20% 的试材有 22 份.药害等级为 8 级的试材有 77 份,其中,存活率和结荚率均为 20% ~40%的试材有 59 份,还有 18 份试材存活率 >40% 而结荚率为 20% ~ 40%.药害等级为 7 级的试材有 25 份,其中,存活率和结荚率均为 40% ~ 50% 的试材有15 份,10 份存活率 > 50% 而结荚率为 40% ~ 50%. 药害等级为 6 级的试材有 16 份,其中,存活率和结荚率均为 50% ~ 60% 的试材有 9 份,还有 7 份存活率为 60%而结荚率为 50% ~ 60%.药害等级为 5 级的试材有 11 份,其中,存活率和结荚率均为 60% ~70% 的试材有 9 份,另外 2 份存活率 > 70% 而结荚率为 60% ~ 70%.参试材料中有 2 份试材存活率> 70% ,其中 1 份存活率高达 93. 2% ,但结荚率均< 70% .参试的 185 份春播大豆优异资源中无药害等级为 1 ~4 级的材料. 2. 4 夏播大豆对草甘膦的敏感性 参试的 713 份夏播大豆材料中,药害等级为10 级的试材有 14 份,其中 8 份大豆喷施草甘膦后全部死亡,6 份部分植株虽能存活但不能结荚 ( 表 4) . 药害等级为 9 级的试材有 28 份,其中,存活率和结荚率均 <20% 的试材有 20 份,另有 8 份试材存活率 >20%但结荚率 <20%,这其中有 1 份来自河北平山的试材存活率达到 83. 3%,但大部分植株不能结荚 ( 即 使 结 荚,荚 数 也 很 少) ,结 荚 率 只 有16. 7% .药害等级为 8 级的试材有 123 份,其中,存活率和结荚率均为 20% ~40% 的试材有 68 份,还有55 份试材存活率 > 40% 而结荚率为 20% ~ 40% ,这其中有 5 份存活率 >80%,1 份酱色大豆试材存活率达 91%,因药害重,结荚率只有 36. 4%.药害等级为 7 级的试材有 81 份,其中,存活率和结荚率均为40% ~ 50% 的试材有 34 份,47 份存活率 > 50% 而结荚率为 40% ~ 50%,这其中 1 份茶绿大豆存活率达到 93. 3%,但结荚少,结荚率只有 40%.药害等级为 6 级的试材有 104 份,其中,存活率和结荚率均为50% ~ 60% 的试材有 37 份,还有 67 份存活率 > 60%而结荚率为 50% ~ 60%,这其中有 5 份试材存活率达到 100%.药害等级为 5 级的试材有 119 份,其中,存活率和结荚率均为 60% ~70%的试材有48 份,另 71 份存活率 >70% 而结荚率为 60% ~70%.药害等级为 4 级的试材有 98 份,其中,存活率和结荚率均为 70% ~ 80% 的试材有 49 份,另外 49 份存活率> 80% 而结荚率为 70% ~ 80% .药害等级为3 级的试材有 89 份,其对草甘膦表现出较好的耐性,药害症状较轻,其中,存活率和结荚率均为 80% ~ 90% 的试材有 47 份,另外 42 份试材结荚率为 80% ~ 90%而存活率 > 90%.药害等级为 2 级的试材有 57 份,其中,存活率和结荚率均为 90% ~ 100% 的试材有24 份,另外有 69 份试材存活率达到 100% ,其中10 份结荚率为 90% ~ 100% 、23 份结荚率达 100% ,这些试材对草甘膦具有良好的耐性,但均出现一些药害症状,表现为叶片发黄、株高有所降低,能较快恢复正常生长,对产量影响不大.参试的 713 份夏播大豆中无药害等级为 1 级的材料. 2. 5 夏播大豆优异资源对草甘膦的敏感性 参试的 52 份夏播大豆优异资源中,喷施草甘膦后,除 1 份试材存活率为 0 外,其他试材的存活率和结荚率均 > 0,药害等级为 10 级的试材有 1 份 ( 表5) . 药害等级为 9 级的试材有 6 份,其中,存活率和结荚率均 <20% 的试材有 3 份,另外 3 份存活率> 20% 而结荚率 < 20% .药害等级为 8 级的试材有12 份,其中,存活率和结荚率均为 20% ~ 40% 的试材有 4 份,8 份试材存活率 >40%而结荚率为 20% ~40% .药害等级为 7 级的试材有 8 份,其中,存活率和结荚率均为 40% ~ 50% 的试材 5 份,另外 3 份试材存活率 > 50% 而结荚率为 40% ~ 50%.药害等级为 6 级的试材有 12 份,其中,存活率和结荚率均为50% ~ 60% 的试材有 4 份,另外 8 份试材存活率> 60% 而结荚率为 50% ~ 60% .药害等级为 5 级的试材有 8 份,其中,存活率和结荚率均为 60% ~70% 的试材有 4 份,另外 4 份存活率 > 70% 而结荚率为 60% ~70%.参试材料中只有 1 份试材结荚率为70% ~ 80% ,药害等级为 4 级.药害等级为 3 级的试材有 3 份,其中,存活率和结荚率均为 80% ~ 90%的试材有 1 份,2 份试材存活率 > 90% 而结荚率为80% ~ 90% .对草甘膦耐性良好,有轻微药害症状,存活率和结荚率均 >90%的试材有 1 份,药害等级为2 级.参试的 52 份夏播大豆优异资源中无药害等级为 1 级的材料. 3 结论与讨论 在大豆 2 ~3 片复叶期喷施草甘膦异丙胺盐水剂1 230 g / hm2,参试的 1365 份大豆试材表现出不同程度的敏感性,存活率和结荚率均从 0 到 100%,但所有材料均出现了不同程度的药害症状,表现为叶片发黄甚至干枯,植株矮化,药害等级从 10 级到 2 级,无 1 级材料.用药后 15 ~20 d,敏感种质材料全部死亡或大部分死亡,而存活的植株亦不能结荚或结荚率低; 耐性好的大豆试材药害症状轻,能很快恢复正常生长,株高虽有所降低,但结荚良好; 大部分材料的敏感性介于敏感与耐性之间. 野生大豆是从河北省不同生境采集的野生种; 优异资源材料是淮海地区近年来审定的大豆品种; 春播和夏播的绝大部分材料是从河北省不同县 ( 市) 搜集的农家种,少部分是 20 世纪 80 年代前后从国外引进的品种.不同大豆种质资源对草甘膦的敏感性存在差异.参试的 42 份野生大豆均对草甘膦敏感,用药后大部分材料全部死亡或不能结荚,其余试材药害症状严重,存活率和结荚率均低.373 份春播大豆药害等级为8 ~10 级的试材 ( 347 份) 占93. 0%,表现敏感或比较敏感; 有 3 份试材对草甘膦具有一定的耐性,存活率和结荚率均为 60 ~ 70%,药害等级为5 级; 这些材料中药害等级最低的为 4 级,其药害症状表现较轻,存活率和结荚率均为 70 ~ 80%,只有1 份.185 份春播大豆优异资源药害等级为 8 ~ 10 级的 试 材 ( 133 份) 占 71. 9%,6 ~ 7 级 的 试 材( 41 份) 占 22. 2%,表现 5 级的试材有 11 份,无药害等级为 1 ~ 4 级的材料.713 份夏播大豆材料表现敏感,药害等级为 8 ~ 10 级的试材 ( 165 份) 占23. 1% ,6 ~ 7 级的试材 ( 185 份) 占 25. 9% ; 存活率和结荚率均为 60 ~ 80% 的试材占 30. 4%,药害等级为 4 ~ 5 级; 药害轻,存活率和结荚率均为 80 ~90% 的试材占 12. 5% ,药害等级为 3 级; 有 57 份试材耐性较好,其药害症状轻,恢复正常生长快,存活率和结荚率均 >90%,对大豆产量影响小,药害等级为 2 级.52 份夏播大豆优异资源材料中,药害等级为 8 ~ 10 级的敏感材料占 36. 5%,药害等级为 6 ~7 级的中等敏感试材占 38. 5% ,药害等级为 4 ~ 5 级的试材占17. 3%,3 级试材有3 份 ( 占5. 8%) ,2 级试材有 1 份.这些农艺性状优异、对草甘膦耐性良好的种质材料,为非转基因大豆抗草甘膦育种提供了可能.有待进一步对耐性高的材料进行筛选和鉴定,并进行遗传分析.此外,不同大豆种质材料对草甘膦的敏感性,除与试材本身遗传差异有关外,还与用药时期及气候因素等有关,有待进一步试验研究. 参考文献: [1] 赵 波,张鹏飞 . 抗除草剂转基因大豆的生态安全评价进展 [J]. 山地农业生物学报,2012,31 ( 1) : 70 -76. 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