南繁區(qū)轉(zhuǎn)基因水稻田雜草種類調(diào)查

左 嬌， 王雪君， 郭運玲， 孔 華， 周 霞， 黃啟星， 賈瑞宗， 徐 林， 郭安平

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部熱帶作物生物學(xué)與遺傳資源利用重點實驗室，海南海口 571101)

雜草是指妨礙和干擾人類生產(chǎn)和生活環(huán)境的各種植物類群。雜草由于生存能力強、易繁殖擴散、難根除，嚴重危害了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。同時，一些具有抗除草劑、殺蟲劑和病毒的變性基因在自然界中會通過花粉雜交傳播到那些同宗雜草的染色體中去，可能給雜草種群帶來生物學(xué)上的優(yōu)勢，從而制造出一些可抗除草劑、殺蟲劑和病毒的“超級雜草”，給農(nóng)田雜草的防除帶來新的難題[1]。海南省是我國唯一的熱帶島嶼省份，具有獨特、優(yōu)良的地理和氣候條件，豐富的種質(zhì)資源，使其在南繁育種工作中具有不可替代性[2]。大量的育種材料匯集于南繁區(qū)域，在利用南繁優(yōu)勢的同時，也造成了潛在的生物安全風(fēng)險，例如轉(zhuǎn)基因作物向共生雜草基因漂移而導(dǎo)致的雜草化風(fēng)險等，因而在南繁區(qū)開展轉(zhuǎn)基因作物田間雜草的調(diào)查至關(guān)重要，這將為轉(zhuǎn)基因生物安全評價研究提供前期的材料和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

轉(zhuǎn)cry1Ab/cry1Ac基因水稻華恢1號(TT51)，非轉(zhuǎn)基因水稻明恢63，均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供。

1.2 試驗方法

試驗在海南省三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院內(nèi)進行，土壤質(zhì)地為沙性土，中等肥力，前作水稻10年。當(dāng)茬播種前用農(nóng)用旋耕機進行深耕。2013年12月24日播種，播種前3 d耕整秧田和施基肥、滅螺。秧床施復(fù)合肥(N ∶P2O5∶K2O=15 ∶15 ∶15)300 kg/hm2，過磷酸鈣300 kg/hm2，尿素112.5 kg/hm2。采用濕潤秧田育秧方法，2.1葉以前干濕狀態(tài)管理，2.1葉灌沒秧廂面水，施斷奶肥，施尿素52.5 kg/hm2。2014年1月28日移栽。小區(qū)采用隨機區(qū)組設(shè)置，分為3個處理：轉(zhuǎn)基因水稻、非轉(zhuǎn)基因水稻、空白對照，各3次重復(fù)。小區(qū)面積為9 m2(2 m×4.5 m)，水稻株距16 cm，行距26 cm，每蔸插1粒谷秧。整個生長期間進行常規(guī)水肥和病蟲害管理。

1.3 調(diào)查方法

每個小區(qū)以對角線5點取樣法選取樣方，每點面積為1 m2(1 m×1 m)，從2014年2月28日起，每隔20 d詳細記錄生育期內(nèi)每樣點雜草種類、株數(shù)，共計6次。運用田間均度、頻度、密度等參數(shù)處理調(diào)查數(shù)據(jù)[3-4]。相關(guān)計算公式如下。

田間均度(uniformity，U)=某雜草在田塊中出現(xiàn)的樣方數(shù)/調(diào)查田塊總樣方數(shù)×100%；田間頻度(frequency，F(xiàn))=某雜草出現(xiàn)的田塊數(shù)/總調(diào)查田塊數(shù)×100%；田間密度(meticulous density，MD)=某雜草在各調(diào)查田塊的平均密度和/調(diào)查田塊數(shù)，株/m2；相對均度(relative uniformity，RU)=某雜草均度/各種雜草的均度和×100%；相對密度(relative density，RD)=某雜草平均密度/各種雜草密度之和×100%；相對頻度(relative frequency，RF)=某雜草頻度/各種雜草頻度之和×100%；相對多度(relative abundance，RA)=某雜草相對均度+相對密度+相對頻度，可以體現(xiàn)雜草的豐富程度。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，轉(zhuǎn)基因水稻田中主要雜草包括19種，隸屬11科；莎草科雜草主要有4種，占21.05%；禾本科雜草3種，占15.79%；千屈菜科、旋花科、菊科雜草各2種，分別占10.53%；莧科、蓼科、馬鞭草科、豆科、大戟科、玄參科雜草各1種，分別占5.26%。密度參量從高到低的前10位雜草分別為空心菜、牛毛氈、水莧菜、水莎草、千金子、牛筋草、碎米莎草、蓮子草、水蓼、鱧腸，其密度分別為30、15、15、12、12、10、6、6、6、5株/m2。其中優(yōu)勢雜草為空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、千金子，相對多度分別為37.58%、28.51%、26.24%、21.70%、21.62%、20.84%；亞優(yōu)勢雜草為牛筋草、葉下珠、節(jié)節(jié)菜、鱧腸、碎米莎草、水蓼、稗、水虱草，相對多度分別為17.02%、14.88%、14.08%、14.05%、13.99%、13.99%、10.23%、10.05%；一般雜草包括野茼蒿、圓葉牽牛、豬屎豆、野甘草、假馬鞭草，相對多度分別為8.67%、6.84%、6.84%、6.84%、6.03%(表1)。

從表2可以看出，非轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草包括17種，隸屬10科。莎草科、禾本科雜草各4種，分別占23.53%；旋花科雜草2種，占11.76%；千屈菜科、菊科、莧科、玄參科、大戟科、馬鞭草科、蓼科雜草各1種，分別占5.88%。密度參量從高到低排序前10位的雜草分別為空心菜、水莎草、牛毛氈、牛筋草、水莧菜、馬唐、水蓼、蓮子草、千金子、碎米莎草，其密度分別為33、15、15、12、12、10、10、7、6、5株/m2。其中優(yōu)勢雜草為空心菜、水莎草、牛毛氈、蓮子草、水莧菜，相對多度分別為40.14%、29.83%、29.83%、24.11%、21.70%；亞優(yōu)勢雜草為水蓼、牛筋草、千金子、葉下珠、馬唐、鱧腸、碎米莎草、水虱草、稗，相對多度分別為19.50%、18.39%、15.76%、15.27%、15.17%、14.57%、14.16%、10.40%、10.36%；一般雜草包括野甘草、圓葉牽牛、假馬鞭草，相對多度分別為7.53%、6.64%、6.64%(表2)。

表1 轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草發(fā)生與危害情況

表2 非轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草發(fā)生與危害情況

從表3可以看出，空白對照田主要雜草包括12種，隸屬8科。莎草科雜草主要有3種，占25%；禾本科、旋花科雜草各2種，分別占16.67%；菊科、莧科、千屈菜科、大戟科、玄參科雜草各1種，分別占8.33%。密度參量從高到低排序，前10位雜草分別為空心菜、水莧菜、水莎草、碎米莎草、蓮子草、鱧腸、牛筋草、馬唐、葉下珠、水虱草，其密度分別為24、9、8、6、5、4、3、3、3、1株/m2。其中優(yōu)勢雜草為空心菜、水莎草、水莧菜、碎米莎草、蓮子草、鱧腸，相對多度分別為60.28%、36.76%、34.98%、33.80%、29.11%、23.25%；亞優(yōu)勢雜草為馬唐、葉下珠、牛筋草、水虱草、圓葉牽牛，相對多度分別為16.46%、16.46%、15.33%、12.37%、11.73%；一般雜草包括野甘草，相對多度為9.46%(表3)。

表3 空白對照田主要雜草發(fā)生與危害情況

綜合表1、表2、表3可以發(fā)現(xiàn)，除了馬唐，轉(zhuǎn)基因水稻田的優(yōu)勢雜草(空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、千金子)和亞優(yōu)勢雜草(牛筋草、葉下珠、節(jié)節(jié)菜、鱧腸、碎米莎草、水蓼、稗、水虱草)的種類與非轉(zhuǎn)基因水稻(優(yōu)勢雜草：空心菜、水莎草、牛毛氈、蓮子草、水莧菜；亞優(yōu)勢雜草：水蓼、牛筋草、千金子、葉下珠、馬唐、鱧腸、碎米莎草、水虱草、稗)和空白對照(優(yōu)勢雜草：空心菜、水莎草、水莧菜、碎米莎草、蓮子草、鱧腸；亞優(yōu)勢雜草：馬唐、葉下珠、牛筋草、水虱草、圓葉牽牛)基本相同。

從表4可以看出，水稻田(轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因水稻)中各優(yōu)勢雜草(空心菜、水莎草、蓮子草、水莧菜、碎米莎草、鱧腸)的危害程度明顯低于空白對照；除了千金子，轉(zhuǎn)基因水稻田中的優(yōu)勢雜草(空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、碎米莎草、鱧腸)的危害程度均略低于對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因水稻。

3 結(jié)論與討論

轉(zhuǎn)基因作物向雜草基因漂移導(dǎo)致的雜草化問題是轉(zhuǎn)基因生物安全研究的一個重要方面，有研究稱將耐除草劑的轉(zhuǎn)基因油菜籽和雜草一起培育可產(chǎn)生耐除草劑的雜草[5]；抗除草劑基因可由轉(zhuǎn)基因小麥轉(zhuǎn)移至鄰近的圓柱山羊草(Aegilopscylindrica)[6]。關(guān)于轉(zhuǎn)Bt殺蟲晶體蛋白基因水稻潛在的生態(tài)危險性，已引起生態(tài)學(xué)家、生物學(xué)家和農(nóng)學(xué)家們的密切關(guān)注，這方面的研究已成為熱點[7]。南繁區(qū)作為全國育種的“大染缸”，對其轉(zhuǎn)基因生物安全風(fēng)險監(jiān)測與控制更應(yīng)該引起注意。因此在南繁區(qū)抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻的雜草化風(fēng)險評估中，對其田間雜草種類與發(fā)生量的調(diào)查就顯得頗為重要。

表4 優(yōu)勢雜草在轉(zhuǎn)基因水稻、非轉(zhuǎn)基因水稻和空白對照田中的危害情況

本試驗調(diào)查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因水稻田的優(yōu)勢雜草、亞優(yōu)勢雜草的種類與非轉(zhuǎn)基因水稻田基本相同，該研究與孫強等關(guān)于抗蟲棉與普通棉之間的雜草種類均不存在顯著性差異的結(jié)論[8-9]一致，說明抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對田間雜草群落無明顯影響。但是在南繁區(qū)的轉(zhuǎn)基因生物安全方面，轉(zhuǎn)基因水稻田的共生雜草種類豐富，存在抗性基因漂移的可能，但其危害程度略低于對應(yīng)非轉(zhuǎn)基因水稻，推測轉(zhuǎn)基因漂移到雜草受體的程度和數(shù)量可能會低于對應(yīng)非轉(zhuǎn)基因水稻，結(jié)果還需要進一步的試驗證實；此外，抗性基因可能對共生雜草的發(fā)生量有一定的抑制作用，但此猜想未獲得證實，關(guān)于機制方面尚需更進一步的試驗研究。

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