“超級雜草”往往被形容哪些生物學特性獨特、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”是和轉基因耐除草劑作物相關聯的。后來,人們也把對除草劑抗性嚴重,難以防治的雜草叫做超級雜草。

• 揭開“超級雜草”的面紗

上世紀九十年代末,加拿大油菜地里發現了所謂 “超級雜草”(super weed),隨即引起了恐慌。2010年,MacArthur 報道了有關“超級雜草”的情況：阿爾伯塔省北部與轉基因油菜臨近種植的油菜田出現了對三種除草劑(草甘膦、草銨膦和咪唑啉酮類)產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,并沒有證據證明這種雜草真正有“超級”的存在,實際上所謂的“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年油菜總產為1960.7萬噸。加拿大油菜籽生產國居世界第二,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70年代初,采用傳統的育種技術培育出的雙低(芥酸和硫代葡萄糖苷含量低)油菜。“Canola”是Can(Canadian,加拿大)、o(oil,油)、 l(low,低)和a(acid,酸)的組合詞。按嚴格的國際標準,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是加拿大人的獨創。油菜田雜草防除一直是困擾加拿大農民的難題,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20%以上。1995年加拿大開始商業化種植轉基因耐除草劑油菜,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)。為什么轉基因耐除草劑油菜剛剛種植第二年就會出現耐除草劑的自生苗呢？這還要從油菜自身的生物學特性說起。油菜的生物學特性決定了其容易產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,以異交結實為主。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生基因交換；(2)油菜莢果容易開裂,在收獲前和機械收獲過程中部分油菜籽落入田間。據報道,在油菜收獲前后全田有1.5%的種子落粒,后茬會產生大量自生苗；(3)落粒的油菜籽4%～29%進入土壤種子庫,由于存在著二次休眠,種子可在土壤種子庫中保持萌發能力達3年以上；(4)油菜籽經牲畜消化道后,也有一部分具有發芽能力。因此,常規油菜自生苗本來也是雜草治理中的難點,不是轉基因油菜所特有。種植耐除草劑的油菜后下茬產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,翌年作物田里出現抗性自生苗(即所謂超級雜草)也是正常的現象,是油菜的生物學特性所決定的。

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場制定了根據不同地區、自然氣候特點和生產條件進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,而且也容易與其野生近源種雜交,使耐除草劑基因發生基因漂移。因此,研究人員建議,轉基因油菜和非轉基因油菜間隔距離應在200米以上以防止耐除草劑花粉的漂移。采取農業措施、機械措施等也能輔助治理自生苗危害。

• 對草甘膦產生抗性是“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。雜草在進化過程中,由于這樣或那樣的原因,會產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,發展成抗藥性種群,即雜草對除草劑產生了抗藥性。如果長期使用一種除草劑,就可能在田間出現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生抗性,主要作物田抗性雜草生物型數量見圖1。1996年耐草甘膦作物商業化以來,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,雜草抗性發展迅速,導致抗草甘膦雜草數量增加。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；一些國家還發現對草甘膦和其他作用機制除草劑產生多抗性的雜草,如澳大利亞報道有對4種不同作用機制除草劑都產生抗性的野胡蘿卜和對5種不同作用機制除草劑產生抗性的早熟禾；美國也發現對4種不同作用機制除草劑產生抗性的地膚和對5種不同作用機制除草劑產生抗性的長芒莧。田間雜草抗性,使農民不得不加大除草劑用量,試圖獲得理想防效,這就帶來了環境風險和作物藥害風險,也可能導致相應除草劑對該雜草種群完全喪失防效,進而失去其應用價值。因此,耐除草劑作物田雜草抗性治理和雜草抗性發展的監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量

圖2 抗草甘膦雜草數量

雜草對草甘膦產生抗性,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。

耐除草劑基因的轉入,使作物本身對目標除草劑獲得了耐受性,這種目標除草劑能夠殺死田間雜草而不傷害轉基因作物,這是我們希望得到的目標性狀。但轉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生：長期使用轉基因作物的目標除草劑除草,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,即雜草種群對目標除草劑產生了抗性。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。