“超级杂草”往往被形容哪些生物学特性独特、非常难防治的杂草。世界上到底有没有超级杂草呢？维基上对超级杂草是这样定义的“a hybrid plant that contains genes for herbicide resistance: produced by accidental crossing of geneticallyengineered crop plants with wild plants。因此,最初,“超级杂草”是和转基因耐除草剂作物相关联的。后来,人们也把对除草剂抗性严重,难以防治的杂草叫做超级杂草。

• 揭开“超级杂草”的面纱

上世纪九十年代末,加拿大油菜地里发现了所谓 “超级杂草”(super weed),随即引起了恐慌。2010年,MacArthur 报道了有关“超级杂草”的情况：阿尔伯塔省北部与转基因油菜临近种植的油菜田出现了对三种除草剂(草甘膦、草铵膦和咪唑啉酮类)产生抗性的油菜自生苗,即“超级杂草”(super weed)。我们一定记得有一部Christopher Reeve主演的电影叫“超人”(super man)。因此“超级杂草”只是一个形象化的比喻,并没有证据证明这种杂草真正有“超级”的存在,实际上所谓的“超级杂草”只是油菜田自生苗。

油菜是加拿大的主要作物之一,2019年油菜总产为1960.7万吨。加拿大油菜籽生产国居世界第二,油菜籽出口位于世界第一位。加拿大油菜英文名称为Canola,是20世纪70年代初,采用传统的育种技术培育出的双低(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)的组合词。按严格的国际标准,芥酸含量低于2%、硫代葡萄糖苷含量小于每克30微摩尔的油菜,才能被称为加拿大油菜(canola)。这意味着canola是加拿大人的独创。油菜田杂草防除一直是困扰加拿大农民的难题,由于人少地多,必须使用除草剂,如果不防治杂草,加拿大油菜减产20%以上。1995年加拿大开始商业化种植转基因耐除草剂油菜,其后种植面积逐年增加。目前,耐除草剂油菜种植面积达95%以上,耐受除草剂主要为草甘膦、草铵膦和咪唑啉酮类等除草剂(如咪唑乙烟酸)。为什么转基因耐除草剂油菜刚刚种植第二年就会出现耐除草剂的自生苗呢？这还要从油菜自身的生物学特性说起。油菜的生物学特性决定了其容易产生自生苗和抗多种除草剂的自生苗。(1)油菜与萝卜、大白菜、甘蓝等都属于十字花科作物或蔬菜,为常异花授粉作物,以异交结实为主。植株间、不同油菜品种间或栽培油菜与其野生近源种间容易发生基因交换；(2)油菜荚果容易开裂,在收获前和机械收获过程中部分油菜籽落入田间。据报道,在油菜收获前后全田有1.5%的种子落粒,后茬会产生大量自生苗；(3)落粒的油菜籽4%～29%进入土壤种子库,由于存在着二次休眠,种子可在土壤种子库中保持萌发能力达3年以上；(4)油菜籽经牲畜消化道后,也有一部分具有发芽能力。因此,常规油菜自生苗本来也是杂草治理中的难点,不是转基因油菜所特有。种植耐除草剂的油菜后下茬产生耐除草剂自生苗不足为奇,油菜植株之间异交及与自生苗之间的异交频繁,再产生同时耐草甘膦、草铵膦和咪唑啉酮除草剂的后代并落入土壤,翌年作物田里出现抗性自生苗(即所谓超级杂草)也是正常的现象,是油菜的生物学特性所决定的。

如何防治这种耐除草剂自生苗？为了防止自生苗影响油菜田杂草治理,加拿大的很多油菜种植农场制定了根据不同地区、自然气候特点和生产条件进行合理轮作的种植模式,一般每2-4年轮种一次其他作物,这样在其他作物田喷施适宜的除草剂可容易除掉这些油菜自生苗。例如,在麦田喷施2,4-D、2甲4氯、唑草酮等除草剂,这种油菜自生苗即可全部被杀死。油菜花粉传播比较远,而且也容易与其野生近源种杂交,使耐除草剂基因发生基因漂移。因此,研究人员建议,转基因油菜和非转基因油菜间隔距离应在200米以上以防止耐除草剂花粉的漂移。采取农业措施、机械措施等也能辅助治理自生苗危害。

• 对草甘膦产生抗性是“超级杂草”吗？

杂草抗药性指杂草种群所获得的,在施用过去能够有效防治该种群的除草剂后,能够存活、并繁衍的能力。杂草在进化过程中,由于这样或那样的原因,会产生对除草剂有抗性的自然突变体,在除草剂选择压的作用下,一些对除草剂敏感的杂草种群被杀死,而那些对除草剂不敏感的自然突变体被保留下来,发展成抗药性种群,即杂草对除草剂产生了抗药性。如果长期使用一种除草剂,就可能在田间出现抗这种除草剂的杂草。全球有263种杂草的521个生物型对除草剂产生抗性,主要作物田抗性杂草生物型数量见图1。1996年耐草甘膦作物商业化以来,由于美国、巴西、阿根廷、澳大利亚等国家大量使用草甘膦除草的国家,杂草抗性发展迅速,导致抗草甘膦杂草数量增加。目前为止,全球抗草甘膦杂草有43种(图2),主要集中在澳大利亚、美国、巴西、阿根廷；一些国家还发现对草甘膦和其他作用机制除草剂产生多抗性的杂草,如澳大利亚报道有对4种不同作用机制除草剂都产生抗性的野胡萝卜和对5种不同作用机制除草剂产生抗性的早熟禾；美国也发现对4种不同作用机制除草剂产生抗性的地肤和对5种不同作用机制除草剂产生抗性的长芒苋。田间杂草抗性,使农民不得不加大除草剂用量,试图获得理想防效,这就带来了环境风险和作物药害风险,也可能导致相应除草剂对该杂草种群完全丧失防效,进而失去其应用价值。因此,耐除草剂作物田杂草抗性治理和杂草抗性发展的监测是推广耐除草剂作物必须重视的一个问题。

图1 不同作物田抗性杂草生物型数量

图2 抗草甘膦杂草数量

杂草对草甘膦产生抗性,甚至多抗性也不能表明杂草多么“超级”,例如,抗草甘膦长芒苋,采用2,4-D、2甲4氯等喷施就能轻松除去。

耐除草剂基因的转入,使作物本身对目标除草剂获得了耐受性,这种目标除草剂能够杀死田间杂草而不伤害转基因作物,这是我们希望得到的目标性状。但转基因作物本身的种子落到田间,来年可能长出耐除草剂自生苗,或者与野生种产生异交,一旦野生种获得了这种耐除草剂性状,在田间则演变成抗除草剂杂草。另一种情况也可能发生：长期使用转基因作物的目标除草剂除草,造成对田间杂草的选择压,久而久之,对这种除草剂敏感的杂草种群被杀死,产生抗性的杂草保留下来,在这种选择压存在下,抗性杂草种群也越来越壮大,即杂草种群对目标除草剂产生了抗性。无论哪种情况,都将增加耐除草剂作物田杂草治理的难度,但这种情况并不是无法避免,也不是无法解决。