解析超级杂草的狡猾伎俩

Original 陈能场编译土壤家 2021-04-27

导读

像抗药性细菌一样，一些抗除草剂的杂草现有的化学药剂也杀不死。问题影响的不仅仅是车道上的不该出现杂草，而且影响更大，抗除草剂的杂草威胁着我们的食品供应，窃取资源，赛过我们用来做早餐的谷物和为牲畜提供饲料的农作物。

伊利诺伊大学的科学家正在努力揭示waterhemp的伎俩。通过多年的研究，他们发现杂草可以增加解毒酶的生产，在除草剂破坏重要的细胞过程之前，这些酶在中和某些除草剂。

译者: 陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）

日期：2020年6月17日

原题: Weed's wily ways explained

来源：伊利诺伊大学农业，消费者与环境科学学院

出处：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200617121440.htm

像抗药性细菌一样，一些抗除草剂的杂草现有的化学药剂也杀不死。问题影响的不仅仅是车道上的不该出现杂草，而且影响更大，抗除草剂的杂草威胁着我们的食品供应，窃取资源，赛过我们用来做早餐的谷物和为牲畜提供饲料的农作物。

waterhemp（译者所加，源自网络）

Waterhemp是对中西部玉米和大豆生产构成最大威胁的杂草，打败了当今市场上几乎所有的除草剂。

伊利诺伊大学的科学家正在努力揭示waterhemp的伎俩。通过多年的研究，他们发现杂草可以增加解毒酶的生产，在除草剂破坏重要的细胞过程之前，这些酶在中和某些除草剂。正如这个策略让人所知的，新陈代谢的抗性只是Waterhemp逃避除草剂的一个过程。不幸的是，由于可能涉及数百种解毒酶，代谢阻力很难识别，甚至更难对抗。

在最近的两项研究中，伊利诺伊州的研究人员解释了Waterhemp对三种常用除草剂的代谢抗性，越来越接近发现重要的遗传线索。结果也证实了使用多管齐下的方法来控制Waterhemp的重要性。

“这些Waterhemp群体正在适应并进化出令人难以置信的代谢能力，这是个坏消息，但至少我们能更好地理解其机制。最终，这种理解有可能被利用来利用waterhemp的代谢武器库来对抗自身，”伊利诺伊州作物科学系教授、这两项研究的合著者Dean Riechers说。“这是一个有趣的方法，我们的研究可以直接应用于控制这种杂草。”

去年，伊利诺伊州的研究人员记录了对waterhemp的第15组除草剂的抗性。这组除草剂（包括精异丙甲草胺）以敏感植物中非常长链脂肪酸的生产为目标。研究人员怀疑这也是代谢抗性的案例，由研究生塞思·斯特罗姆（Seth Strom）主导的伊利诺伊州研究小组现已在《害虫管理科学》（Pest Management Science）上发表的一项研究中证实了这一点。

Riechers说：“我们是世界上第一个展示waterhemp对第15组除草剂表现出抗药性的研究小组，现在我们已经确定了其背后的机制。” “同样，这不是一个好消息，因为这意味着我们的除草剂用尽了，在这种情况下，它涉及出苗前的除草剂。”

该研究表明，两类排毒酶，即GST和P450，似乎在waterhemp可以中和精异丙甲草胺。

第15组除草剂可以安全地用于玉米中，因为农作物使用GST来天然解毒化学物质。换句话说，玉米对这些化学物质具有天然的耐受性。Strom的研究表明，waterhemp不仅能够模仿玉米的天然解毒机制，而且还进化出了另一种避免被精异丙甲草胺伤害的方法。

然而，打磨这两类排毒酶并不是故事的结局。由于植物每类排毒酶中都有数百种酶，因此要鉴定被激活的特定基因研究人员在他们面前还有更多工作要做。

在另一项研究中，Riechers和另一组伊利诺伊州的科学家揭示了waterhemp的新陈代谢机密。

“在过去的十年中，我们知道，只要我们在田间发现waterhemp对HPPD抑制剂有耐药性，它也总是表现出对阿特拉津的抗性。但是，waterhemp对阿特拉津有耐药性，但对甲基磺草酮没有” Riechers说。

甲基磺草酮与阿特拉津代谢耐药性之间的明显联系可能是巧合，但鉴于耐药性同时出现的几率，Riechers认为控制这两种化学物质的耐药性的基因可能是共享的或相互关联的。

在《杂草科学》（Weed Science）发表的一项研究中，研究生Kip Jacobs证明了负责代谢阿特拉津和甲基磺草酮抗性的基因存在重叠。因为研究人员已经知道了对阿特拉津耐药的单一基因，所以研究结果使他们更加了解赋予甲基磺草酮耐药性的基因。

Riechers说：“只要我们发现涉及甲基磺草酮抗性的基因是两个、三个或四个，我们的结果就会告诉我们其中之一应该是代谢的阿特拉津抗性基因。”，Riechers说。“我们知道是哪一个。”

不幸的是，即使研究人员能够将每个抗性性状追溯到遗传水平，也无法确保能轻松解决问题。专家说，市场上没有这些作用部位新的除草剂，因此农民将需要考虑控制杂草的其他方法。

“由于具有代谢抗性，我们的可预测性几乎为零。我们不知道这些种群体对能抗什么，直到我们将它们控制在可控条件下。这是另一个例子，说明我们需要一个更加综合的系统，而不仅仅是依靠化学药剂。我们仍然可以使用化学方法，但还必须做些别的事情。”伊利诺伊州作物科学系副教授，《害虫管理科学》一书的合著者亚伦·哈格（Aaron Hager）说。“我们必须重新考虑如何长期管理waterhemp。”