大豆種質(zhì)材料對(duì)草甘膦的敏感性分析,農(nóng)藝學(xué)論文

大豆種質(zhì)材料對(duì)草甘膦的敏感性分析,農(nóng)藝學(xué)論文草甘膦(Glyphosate)是一種高效、低毒、廣譜滅生性除草劑,無殘留,對(duì)后茬作物安全,能防除絕大多數(shù)1a生及多年生雜草.1996年美國(guó)孟山都公司推出了抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆,2018年全球抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的栽培面積占大豆栽培總面積的比例高達(dá)81%;同時(shí),我們國(guó)家獨(dú)立研發(fā)的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆也處于試驗(yàn)階段[1].但是隨著轉(zhuǎn)基因大豆的廣泛種植,其生態(tài)安全問題也越來越遭到世人的廣泛關(guān)注.我們國(guó)家是大豆起源中心和遺傳多樣性中心,我們國(guó)家的野生大豆分布廣泛、遺傳資源豐富.所轉(zhuǎn)基因一旦逃逸,會(huì)影響野生資源的遺傳多樣性,以及遺傳育種工作中對(duì)野生資源的利用[2].Yoshimura等[3]和Mizuguti等[4]先后發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因抗草甘膦大豆與常規(guī)大豆及野生大豆存在天然雜交,我們國(guó)家學(xué)者研究[5,6]表示清楚,抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆通過花粉飄移導(dǎo)致基因逃逸.一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤微生物有一定影響[7~10].種植抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物,由于管理措施的改變,可能會(huì)引起農(nóng)田雜草群落的改變[11].除此之外,在同一地區(qū)常年種植某類轉(zhuǎn)基因作物,長(zhǎng)期單獨(dú)使用一種除草劑,會(huì)誘導(dǎo)抗藥性雜草的產(chǎn)生[12,13].固然以為草甘膦不容易產(chǎn)生抗藥性,但是,迄今為止已報(bào)道了包括瑞士黑麥草(LoliumrigidumGand.)、小飛蓬〔ConyzaCanadensis(L.)Cronq.〕、牛筋草〔Ele-usineindica(L.)Gaern.〕等8種雜草對(duì)草甘膦產(chǎn)生了抗藥性[14].在我們國(guó)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了抗草甘膦的野薺菜和小飛蓬[15].相對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在的缺陷,常規(guī)育種由于沒有外援基因的轉(zhuǎn)入而更容易被接受和推廣,非轉(zhuǎn)基因耐除草劑作物的主要培育方式方法包括除草劑自然選擇與雜交法、化學(xué)誘變法和植物組織培育法[16].陶波等[17]通過田間挑選和室內(nèi)生物測(cè)定,從66份菜豆種質(zhì)資源中成功挑選出2個(gè)抗草甘膦的菜豆品系.王斌等{18]對(duì)上百份栽培大豆進(jìn)行挑選和鑒定,獲得了耐性大豆品系5份,其耐性程度遠(yuǎn)大于常規(guī)栽培品種.鑒于轉(zhuǎn)基因作物存在的上述缺陷,以及前人對(duì)非轉(zhuǎn)基因耐除草劑作物的研究基礎(chǔ),加之河北省又是我們國(guó)家大豆主產(chǎn)地之一,大豆資源豐富,作者對(duì)1365份大豆種質(zhì)資源噴施41%草甘膦異丙胺鹽水劑1230g/hm2,藥后觀察不同大豆材料的藥害程度、存活率、結(jié)莢情況等,初步確定了大豆種質(zhì)材料對(duì)草甘膦的敏感性,以期挖掘出耐草甘膦的大豆種質(zhì)資源,為非轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆育種提供材料.1材料與方式方法試驗(yàn)大豆種質(zhì)材料共1365份,華而不實(shí),1128份由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所種子資源研究室提供(主要來源于河北省),237份由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所大豆研究室提供(近年的大豆優(yōu)異資源材料).試驗(yàn)藥劑為41%草甘膦異丙胺鹽(山東僑昌化學(xué)有限公司生產(chǎn)).試驗(yàn)于2018~2020年在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所堤上試驗(yàn)站進(jìn)行,土質(zhì)為壤土.試驗(yàn)地上茬種植作物為棉花.試驗(yàn)材料分2期播種,播前進(jìn)行洇地,5月20日前后播種1次(春大豆373份,野生大豆42份,優(yōu)異資源185份),6月10日左右播種1次(夏大豆713份,優(yōu)異資源52份),點(diǎn)播,行距50cm,穴距15cm,每穴3粒種子;每份材料均播種1行,行長(zhǎng)2m.在大豆2~3片復(fù)葉期,此時(shí)雜草長(zhǎng)有2~5片葉(大部分雜草出苗后),用利農(nóng)16LHD~400背負(fù)式噴霧器(新加坡利農(nóng)私人有限公司生產(chǎn),扇形噴頭)噴施41%草甘膦異丙胺鹽水劑1次,用藥量為1230g/hm2,對(duì)水量525L/hm2.大豆出齊苗后,調(diào)查各材料的出苗數(shù);施藥后觀察不同大豆試材的受藥害情況.噴施草甘膦3周后,調(diào)查存活的大豆株數(shù),計(jì)算存活率(%,存活株數(shù)/用藥前總株數(shù)100%).大豆生育后期,調(diào)查各試材的結(jié)莢株數(shù),計(jì)算結(jié)莢率(%,結(jié)莢株數(shù)/用藥前總株數(shù)100%),并目測(cè)大豆的成熟情況等.藥害劃分等級(jí).1級(jí):基本無藥害異常感覺和狀態(tài),存活率和結(jié)莢率均100%,結(jié)莢良好;2級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)輕,存活率和結(jié)莢率均90%,結(jié)莢良好;3級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)較輕,存活率和結(jié)莢率均為80%(含)~90%;4級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)較輕,存活率和結(jié)莢率均為70%(含)~80%;5級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)較重,存活率和結(jié)莢率均為60%(含)~70%;6級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)較重,存活率和結(jié)莢率均為50%(含)~60%;7級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)重,存活率和結(jié)莢率均為40%(含)~50%;8級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)很重,存活率和結(jié)莢率均為20%(含)~40%;9級(jí):藥害異常感覺和狀態(tài)很嚴(yán)重,存活率和結(jié)莢率均10級(jí):植株全部死亡或不能結(jié)莢.2結(jié)果與分析2.1野生大豆對(duì)草甘膦的敏感性參試的42份野生大豆材料中,藥害等級(jí)為10級(jí)的試材有29份,華而不實(shí)6份噴施草甘膦后全部死亡,23份部分植株雖能夠存活但不能結(jié)莢(表1).有13份試材藥害很重,植株嚴(yán)重矮化,植株結(jié)莢率20%,藥害等級(jí)為9級(jí).2.2春播大豆對(duì)草甘膦的敏感性參試的373份春播大豆材料中,藥害等級(jí)為10級(jí)的試材有18份,華而不實(shí)8份噴施草甘膦后全部死亡,還有10份藥害很重,存活率為3%~33%而結(jié)莢率為0(表2).藥害等級(jí)為9級(jí)的試材有201份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均20%的試材有102份,存活率為20%~60.7%而結(jié)莢率20%的試材有99份.藥害等級(jí)為8級(jí)的試材有128份.華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為20%~40%的試材有78份,還有50份存活率為40%~66.7%而結(jié)莢率為20%~40%.藥害等級(jí)為7級(jí)的試材有13份.華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為40%~50%只要3份,另有10份存活率50%而結(jié)莢率為40%~50%.藥害等級(jí)為6級(jí)的試材有9份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為50%~60%的試材有4份,有5份存活率60%而結(jié)莢率為50%~60%.存活率為60%~70%但結(jié)莢率均60%的試材有7份,有3份存活率70%而結(jié)莢率均為63%左右,藥害等級(jí)為5級(jí)的試材有3份.存活率和結(jié)莢率均為70%~80%的試材只要1份,藥害等級(jí)為4級(jí).參試的373份春播大豆中無藥害等級(jí)為1~3級(jí)的材料.2.3春播大豆優(yōu)異資源對(duì)草甘膦的敏感性參試的185份春播大豆優(yōu)異資源中,噴施草甘膦后,沒有全部死亡的材料;有1份試材藥害很重,結(jié)莢率為0;藥害等級(jí)為10級(jí)的試材有1份(表3).藥害等級(jí)為9級(jí)的試材有55份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均20%的試材有33份,存活率20%而結(jié)莢率20%的試材有22份.藥害等級(jí)為8級(jí)的試材有77份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為20%~40%的試材有59份,還有18份試材存活率40%而結(jié)莢率為20%~40%.藥害等級(jí)為7級(jí)的試材有25份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為40%~50%的試材有15份,10份存活率50%而結(jié)莢率為40%~50%.藥害等級(jí)為6級(jí)的試材有16份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為50%~60%的試材有9份,還有7份存活率為60%而結(jié)莢率為50%~60%.藥害等級(jí)為5級(jí)的試材有11份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為60%~70%的試材有9份,另外2份存活率70%而結(jié)莢率為60%~70%.參試材料中有2份試材存活率70%,華而不實(shí)1份存活率高達(dá)93.2%,但結(jié)莢率均70%.參試的185份春播大豆優(yōu)異資源中無藥害等級(jí)為1~4級(jí)的材料.2.4夏播大豆對(duì)草甘膦的敏感性參試的713份夏播大豆材料中,藥害等級(jí)為10級(jí)的試材有14份,華而不實(shí)8份大豆噴施草甘膦后全部死亡,6份部分植株雖能存活但不能結(jié)莢(表4).藥害等級(jí)為9級(jí)的試材有28份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均20%的試材有20份,另有8份試材存活率20%但結(jié)莢率20%,這華而不實(shí)有1份來自河北平山的試材存活率到達(dá)83.3%,但大部分植株不能結(jié)莢(即使結(jié)莢,莢數(shù)也很少),結(jié)莢率只有16.7%.藥害等級(jí)為8級(jí)的試材有123份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為20%~40%的試材有68份,還有55份試材存活率40%而結(jié)莢率為20%~40%,這華而不實(shí)有5份存活率80%,1份醬色大豆試材存活率達(dá)91%,因藥害重,結(jié)莢率只要36.4%.藥害等級(jí)為7級(jí)的試材有81份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為40%~50%的試材有34份,47份存活率50%而結(jié)莢率為40%~50%,這華而不實(shí)1份茶綠大豆存活率到達(dá)93.3%,但結(jié)莢少,結(jié)莢率只要40%.藥害等級(jí)為6級(jí)的試材有104份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為50%~60%的試材有37份,還有67份存活率60%而結(jié)莢率為50%~60%,這華而不實(shí)有5份試材存活率到達(dá)100%.藥害等級(jí)為5級(jí)的試材有119份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為60%~70%的試材有48份,另71份存活率70%而結(jié)莢率為60%~70%.藥害等級(jí)為4級(jí)的試材有98份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為70%~80%的試材有49份,另外49份存活率80%而結(jié)莢率為70%~80%.藥害等級(jí)為3級(jí)的試材有89份,其對(duì)草甘膦表現(xiàn)出較好的耐性,藥害異常感覺和狀態(tài)較輕,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為80%~90%的試材有47份,另外42份試材結(jié)莢率為80%~90%而存活率90%.藥害等級(jí)為2級(jí)的試材有57份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為90%~100%的試材有24份,另外有69份試材存活率到達(dá)100%,華而不實(shí)10份結(jié)莢率為90%~100%、23份結(jié)莢率達(dá)100%,這些試材對(duì)草甘膦具有良好的耐性,但均出現(xiàn)一些藥害異常感覺和狀態(tài),表現(xiàn)為葉片發(fā)黃、株高有所降低,能較快恢復(fù)正常生長(zhǎng),對(duì)產(chǎn)量影響不大.參試的713份夏播大豆中無藥害等級(jí)為1級(jí)的材料.2.5夏播大豆優(yōu)異資源對(duì)草甘膦的敏感性參試的52份夏播大豆優(yōu)異資源中,噴施草甘膦后,除1份試材存活率為0外,其他試材的存活率和結(jié)莢率均0,藥害等級(jí)為10級(jí)的試材有1份(表5).藥害等級(jí)為9級(jí)的試材有6份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均20%的試材有3份,另外3份存活率20%而結(jié)莢率20%.藥害等級(jí)為8級(jí)的試材有12份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為20%~40%的試材有4份,8份試材存活率40%而結(jié)莢率為20%~40%.藥害等級(jí)為7級(jí)的試材有8份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為40%~50%的試材5份,另外3份試材存活率50%而結(jié)莢率為40%~50%.藥害等級(jí)為6級(jí)的試材有12份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為50%~60%的試材有4份,另外8份試材存活率60%而結(jié)莢率為50%~60%.藥害等級(jí)為5級(jí)的試材有8份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為60%~70%的試材有4份,另外4份存活率70%而結(jié)莢率為60%~70%.參試材料中只要1份試材結(jié)莢率為70%~80%,藥害等級(jí)為4級(jí).藥害等級(jí)為3級(jí)的試材有3份,華而不實(shí),存活率和結(jié)莢率均為80%~90%的試材有1份,2份試材存活率90%而結(jié)莢率為80%~90%.對(duì)草甘膦耐性良好,有稍微藥害異常感覺和狀態(tài),存活率和結(jié)莢率均90%的試材有1份,藥害等級(jí)為2級(jí).參試的52份夏播大豆優(yōu)異資源中無藥害等級(jí)為1級(jí)的材料.3結(jié)論與討論在大豆2~3片復(fù)葉期噴施草甘膦異丙胺鹽水劑1230g/hm2,參試的1365份大豆試材表現(xiàn)出不同程度的敏感性,存活率和結(jié)莢率均從0到100%,但所有材料均出現(xiàn)了不同程度的藥害異常感覺和狀態(tài),表現(xiàn)為葉片發(fā)黃甚至枯槁,植株矮化,藥害等級(jí)從10級(jí)到2級(jí),無1級(jí)材料.用藥后15~20d,敏感種質(zhì)材料全部死亡或大部分死亡,而存活的植株亦不能結(jié)莢或結(jié)莢率低;耐性好的大豆試材藥害異常感覺和狀態(tài)輕,能很快恢復(fù)正常生長(zhǎng),株高雖有所降低,但結(jié)莢良好;大部分材料的敏感性介于敏感與耐性之間.野生大豆是從河北省不同生境采集的野生種;優(yōu)異資源材料是淮海地區(qū)近年來審定的大豆品種;春播和夏播的絕大部分材料是從河北省不同縣(市)搜集的農(nóng)家種,少部分是20世紀(jì)80年代前后從國(guó)外引進(jìn)的品種.不同大豆種質(zhì)資源對(duì)草甘膦的敏感性存在差異.參試的42份野生大豆均對(duì)草甘膦敏感,用藥后大部分材料全部死亡或不能結(jié)莢,其余試材藥害異常感覺和狀態(tài)嚴(yán)重,存活率和結(jié)莢率均低.373份春播大豆藥害等級(jí)為8~10級(jí)的試材(347份)占93.0%,表現(xiàn)敏感或比擬敏感;有3份試材對(duì)草甘膦具有一定的耐性,存活率和結(jié)莢率均為60~70%,藥害等級(jí)為5級(jí);這些材料中藥害等級(jí)最低的為4級(jí),其藥害異常感覺和狀態(tài)表現(xiàn)較輕,存活率和結(jié)莢率均為70~80%,只要1份.185份春播大豆優(yōu)異資源藥害等級(jí)為8~10級(jí)的試材(133份)占71.9%,6~7級(jí)的試材(41份)占22.2%,表現(xiàn)5級(jí)的試材有11份,無藥害等級(jí)為1~4級(jí)的材料.713份夏播大豆材料表現(xiàn)敏感,藥害等級(jí)為8~10級(jí)的試材(165份)占23.1%,6~7級(jí)的試材(185份)占25.9%;存活率和結(jié)莢率均為60~80%的試材占30.4%,藥害等級(jí)為4~5級(jí);藥害輕,存活率和結(jié)莢率均為80~90%的試材占12.5%,藥害等級(jí)為3級(jí);有57份試材耐性較好,其藥害異常感覺和狀態(tài)輕,恢復(fù)正常生長(zhǎng)快,存活率和結(jié)莢率均90%,對(duì)大豆產(chǎn)量影響小,藥害等級(jí)為2級(jí).52份夏播大豆優(yōu)異資源材料中,藥害等級(jí)為8~10級(jí)的敏感材料占36.5%,藥害等級(jí)為6~7級(jí)的中等敏感試材占38.5%,藥害等級(jí)為4~5級(jí)的試材占17.3%,3級(jí)試材有3份(占5.8%),2級(jí)試材有1份.這些農(nóng)藝性狀優(yōu)異、對(duì)草甘膦耐性良好的種質(zhì)材料,為非轉(zhuǎn)基因大豆抗草甘膦育種提供了可能.有待進(jìn)一步對(duì)耐性高的材料進(jìn)行挑選和鑒定,并進(jìn)行遺傳分析.除此之外,不同大豆種質(zhì)材料對(duì)草甘膦的敏感性,除與試材本身遺傳差異有關(guān)外,還與用藥時(shí)期及氣候因素等有關(guān),有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究.以下為參考文獻(xiàn):[1]趙波,張鵬飛.抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的生態(tài)安全評(píng)價(jià)進(jìn)展[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào),2020,31(1):70-76.[2]魏偉,錢迎倩,馬克平.轉(zhuǎn)基因作物與其野生親緣種間的基因流[J].植物學(xué)報(bào),1999,41(4):343-348.[3]YoshimuraY,MatsuoK,YasudaK.GeneflowfromGMglyphosate-toleranttoconventionalsoybeansunderfieldcon-ditionsinJapan[J].EnvironmentalBiosafetyResearch,2006,5(3):169-173.[4]MizugutiA,OhigashiK,YoshimuraY,KagaA,KurodaY,MatsuoK.HybridizationbetweenGMsoybean(Glycinemax(L.)Merr)andwildsoybean(GlycinesojaSieb.etZucc.)underfieldconditionsinJapan[J].EnvironmentalBiosafetyResearch,2018,9(1):13-23.[5]陳新,嚴(yán)繼勇,高兵.野生大豆抗草甘膦基因飄移的初步研究[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào),2004,26(2):89-91.[6]呂曉波,王宏燕,劉琦,趙光.抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆(RRS)在黑土生態(tài)系統(tǒng)種植的安全性研究[J].大豆科學(xué),2018,28(2):260-265.[7]KremerRJ,MeansE.Glyphosateaffectssoybeanrootexuda-tionandrhizospheremicro-organisms[J].InternationalJournalofEnvironmentalAnalyticalChemistry,2005,85(15):1165-1174.[8]徐廣惠,王宏燕,劉佳.抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆(RRS)對(duì)根際土壤細(xì)菌數(shù)量和多樣性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2018,29(7):4535-4541.[9]Pline-SrnicW.Technicalperformanceofsomecommercialglyphosate-resistantcrops[J].PestManagementScience,2005,61(3):225-234.[10]陶波,蔣凌雪,沈曉峰,欒