草銨膦對轉Bar基因馬鈴薯的藥害及田間雜草的防治效果

馬 勝，賈小霞*，文國宏，李高峰，齊恩芳，劉 石，李 掌，李建武，張 榮

（1.甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省馬鈴薯種質資源創新工程實驗室，甘肅 蘭州 730070；3.農業部西北旱作馬鈴薯科學觀測實驗站，甘肅 渭源 748201）

草銨膦對轉Bar基因馬鈴薯的藥害及田間雜草的防治效果

馬 勝1,2,3，賈小霞1,2,3*，文國宏1,2,3，李高峰1,2,3，齊恩芳1,2,3，劉 石1,2,3，李 掌1,2,3，李建武1,2,3，張 榮1,2,3

（1.甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省馬鈴薯種質資源創新工程實驗室，甘肅 蘭州 730070；3.農業部西北旱作馬鈴薯科學觀測實驗站，甘肅 渭源 748201）

為評價草銨膦對轉Bar基因馬鈴薯的藥害及田間雜草的防治效果，在‘隴薯3號’及其轉Bar基因株系苗期和現蕾期的地塊，用草銨膦對所有馬鈴薯植株和雜草進行葉面噴施。通過觀察統計，發現藥后3 d時，轉基因株系的所有植株葉色濃綠，長勢良好；未轉基因植株‘隴薯3號’和所有雜草的葉片表面出現枯斑并萎蔫變黃。苗期藥后9 d時，所有轉基因植株仍然葉色濃綠，長勢良好；未轉基因植株‘隴薯3號’和所有雜草全部干枯，完全死亡。現蕾期藥后9 d時，轉基因植株和未轉基因植株‘隴薯3號’與苗期藥后9 d時狀態一致，絕大部分雜草干枯死亡，但少數雜草仍保持綠色。苗期藥后25和35 d時，未轉基因植株‘隴薯3號’和絕大部分雜草仍處于完全死亡狀態，極少數殘存雜草正常生長，但此時轉基因馬鈴薯的長勢已遠遠強于這些雜草，其生長基本不受殘存雜草的影響。現蕾期藥后25 d時，殘存雜草的種類和數量較苗期增多，并且長勢對馬鈴薯的生長造成了一定的影響。

馬鈴薯；除草劑抗性；草銨膦；轉基因

馬鈴薯系寬行種植作物，生產中的除草作業主要依靠中耕及人工除草。隨著國家馬鈴薯“主糧化”戰略的推進，馬鈴薯種植面積持續擴大，規模化種植成為一種趨勢。然而，隨著經濟快速發展和城市化進程的加深，大量農村勞動力進入城市，導致農村勞動力相對短缺，加之農村漸漸富起來，人工和機械除草方式成本高。現在通過轉基因技術培育抗除草劑馬鈴薯為這一問題的解決提供了一種有效的方法。在馬鈴薯田施用除草劑可以有效滅殺雜草，且對馬鈴薯沒有影響。

目前研究最多的抗除草劑基因主要是抗草銨膦的Bar基因，草銨膦是德國艾格福公司開發的有機磷類滅生性除草劑[1]，因具有殺草譜廣、高效、低毒、易分解、低殘留、對環境相對安全等特點，得到廣泛應用[2]。其被植物吸收后，能強烈抑制谷酰胺合成酶（GS）的活性，導致細胞內氨的迅速積累。進而抑制光合反應，減少跨膜梯度，使光合磷酸化解偶聯，隨之葉綠體結構解體，最后整個植物體死亡[3]。

在前期研究的基礎上，以‘隴薯3號’及其3個轉Bar基因抗草銨膦株系‘DR1’、‘DR2’和‘DR5’為材料，在苗期和現蕾期用市售草銨膦進行葉面噴施，通過觀察統計轉基因和對照植株以及雜草的變化情況來評價草銨膦對轉Bar基因馬鈴薯的藥害及田間雜草的防治效果，為抗草銨膦馬鈴薯在生產上推廣與應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯‘隴薯3號’及其3個轉Bar基因株系‘DR1’、‘DR2’和‘DR3’，微型薯種薯由甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所種質資源與生物技術研究室提供。

1.2 試驗藥劑

10%的草銨膦水劑，商標百速刀，由浙江永農生物科學有限公司生產。

1.3 田間主要雜草

禾本科狗尾草（Setaira viridis(L.)Beauv.），茄科曼陀羅（Datura stramoniumL.），菊科牛膝菊（Galinsoga parviflora Cav.）、刺兒菜（CephalanoplossegetumL.）和苣荬 菜（Sonchus brachyotus DC.）， 莧 科 反 枝 莧（Amaranthusretroflexus L.），馬齒莧科馬齒莧（Portulaca oleracea L.），藜科灰藜（ChenopodiumglaucumL.）和旋花科田旋花（Convolvulusarvensis L.）等。

1.4 試驗方法

試驗于2016年在甘肅省農業科學院蘭州試驗地隔離區進行。7月5日翻耕穴播，每株系3個重復，每重復4株，小區面積0.6m2。出苗后分別于7月30日（苗期，本時期設有空白對照，即對種植‘隴薯3號’的地塊噴施清水）和8月20日（現蕾期）用10%的草銨膦對地塊進行均勻噴霧，草銨膦使用濃度為400mL/667m2加30 kg水（藥劑使用說明為400～600mL/667m2加30～50 kg水），噴藥后定期觀察統計轉基因和對照植株以及各類雜草的變化情況。

第一輪調查分別于8月1日（噴藥前）、8月4日（苗期藥后3 d）、8月10日（苗期藥后9 d）、8月22日（現蕾期藥后3 d）和8月28日（現蕾期藥后9 d）進行，目測轉基因和對照植株以及各類雜草的變化情況。第二輪調查分別于8月27日（苗期藥后25 d）、9月5日（苗期藥后35 d）和9月14日（現蕾期藥后25 d）進行，調查雜草防效。

雜草所占比例=每種雜草的總數/所有雜草的總數×100%

雜草防效=（噴藥前每種雜草的總數－藥后統計日當天每種雜草的總數）/噴藥前每種雜草的總數×100%

2 結果與分析

2.1 苗期噴施草銨膦前后轉基因、未轉基因株系和雜草的變化

8月4日（藥后3 d）目測時發現，馬鈴薯轉基因株系‘DR1’、‘DR2’和‘DR3’所有植株葉色濃綠，長勢良好；未轉基因馬鈴薯植株（‘隴薯3號’）和所有雜草的葉片表面出現枯斑并萎蔫枯黃（圖1B）。8月10日（藥后9 d）目測時發現，轉基因株系‘DR1’、‘DR2’和‘DR3’仍然葉色濃綠，長勢良好；未轉基因植株（‘隴薯3號’）和所有雜草全部干枯，完全死亡（圖1C）。

圖1 苗期噴施草銨膦前后轉基因、未轉基因株系和雜草的變化Figure 1 Changes in transgenic and untransgenic plants and weeds after spraying glufosinate-ammoniumat seed ling stage

2.2 現蕾期噴施草銨膦前后轉基因、未轉基因株系和雜草的變化

8月22日（藥后3 d）目測時發現，馬鈴薯轉基因株系‘DR2’所有植株葉色濃綠（由于試驗地隔離區面積有限，現蕾期只選擇轉基因株系‘DR2’和對照‘隴薯3號’為試驗材料），長勢良好；未轉基因馬鈴薯植株（‘隴薯3號’）和所有雜草的葉片表面出現枯斑并萎蔫枯黃（圖2B）。8月28日（藥后9 d）目測時發現，轉基因株系‘DR2’仍然葉色濃綠，長勢良好；除極個別雜草保持綠色以外，未轉基因植株（‘隴薯3號’）和絕大部分雜草全部干枯，完全死亡（圖2C）。

2.3 草銨膦對雜草的防效

馬鈴薯播種后，由于種薯發芽率的問題，導致各株系均有缺苗的情況，出苗數見表1。從表1和圖1（D和E）可以看出，苗期藥后25 d時，草銨膦對狗尾草、曼陀羅、牛膝菊、刺兒菜、苣荬菜、反枝莧和灰藜防效優秀，株防效均達100%；對馬齒莧防效稍差，株防效平均為82.30%；田旋花防效較差，株防效平均為69.28%。藥后35 d時，草銨膦對狗尾草、曼陀羅、牛膝菊、苣荬菜和反枝莧的防效仍然是100%；由于部分雜草的殘存現象，灰藜、馬齒莧和田旋花的防效分別從25 d時的100%、82.30%和69.28%降低到92.13%、81.03%和53.05%，刺兒菜的防效從25 d時的100%降低到0。從圖2D可以看出，現蕾期藥后25 d時，沒有殘存的狗尾草、曼陀羅、牛膝菊、苣荬菜和反枝莧，但絕大部分馬齒莧、田旋花和刺兒菜仍然存活，而且長勢良好，對馬鈴薯的長勢造成了一定的影響。

圖2 現蕾期噴施草銨膦前后轉基因、未轉基因株系和雜草的變化Figure 2 Changes in transgenic and untransgenic plantsand weedsafter spraying glufosinate-ammoniumatbud flower stage

3 討 論

近年來，馬鈴薯的轉基因育種主要集中在抗蟲[4-6]、抗病[7,8]、抗逆[9-11]和品質改良[12]等方面，明顯提高了對病蟲的抵抗和防御能力，增強了對干旱、高鹽和低溫的適應性。

Padegimas等[13]將Bar基因通過農桿菌介導法轉入馬鈴薯并進行了相關研究。近年來，國內抗除草劑轉基因研究在油菜、水稻和小麥等作物上有大量報道，但關于抗除草劑轉基因馬鈴薯的研究鮮見報道。為了探討草銨膦對轉Bar基因馬鈴薯的藥害及田間雜草的防治效果，本研究分別在苗期和現蕾期對馬鈴薯田噴施草銨膦，通過觀察統計轉基因及其對照株系和田間雜草的生長及存活情況做出相關評價。雖然馬鈴薯播種后，由于種薯發芽率的問題，導致各株系均有缺苗的情況，但可以明顯觀察到藥后9 d時，草銨膦可殺死未轉基因馬鈴薯‘隴薯3號’的所有植株和所有雜草，但對轉基因馬鈴薯的生長和表型未造成任何傷害。苗期藥后25和35 d時，沒有殘存的狗尾草、曼陀羅、牛膝菊、反枝莧和苣荬菜，而灰藜、馬齒莧和田旋花有部分殘存并正常生長，但此時馬鈴薯的長勢已遠遠強于這些雜草，其生長基本不受殘存雜草的影響。表明本研究在苗期所使用的草銨膦濃度不僅對轉Bar基因‘隴薯3號’馬鈴薯沒有藥害，對田間雜草的防治效果也很理想，這與浦惠明等[14]和魯軍雄等[15]在轉基因抗草銨膦雜交油菜上報道的研究結果一致。現蕾期藥后25 d時，草銨膦對轉基因馬鈴薯仍沒有藥害，但殘存雜草的種類和數量增多，對馬鈴薯的長勢造成了一定的影響。所以苗期施用適當濃度的草銨膦防效最佳。

針對馬鈴薯種植面積日益擴大并規模化種植的趨勢和農村勞動力越來越緊缺的現實，除草劑的使用將趨向普及化、常規化。草甘膦（Glyphosate）和百草枯（Paraquat）以往是中國應用最廣泛的滅生性除草劑，而然，隨著抗草甘膦作物的廣泛種植和草甘膦的大面積使用，草甘膦除草效率已呈下降趨勢，加之雜草抗性的不斷進化，使得基于草甘膦的雜草防除系統已岌岌可危。另外，2016年7月百草枯在國內被禁止銷售與使用[16]。而草銨膦因其安全性高等突出優點已在日本、韓國、東南亞、美洲、歐洲等國家或地區普遍應用，但因其生產工藝復雜、價格高昂等因素導致其尚未能在中國廣泛應用。隨著百草枯的禁用和草甘膦除草效率的下降，草銨膦可能將在中國的化學除草方面占主導地位。轉Bar基因抗草銨膦作物的獲得，

明顯提高了對施用作物的安全性，人們將越來越重視抗草銨膦作物的選育和應用，本研究為抗草銨膦馬鈴薯在生產上推廣與應用提供了重要的科學依據。

表1 田間雜草調查統計Table 1 Field weed statistics

[1] 張宏軍,崔海蘭,倪漢文,等.抗草銨膦轉基因水稻種的快速檢測方法的比較[J].生物技術通報,2003(1):45-48.

[2]趙延存.稻茬移栽油菜田雜草群落發生規律及其化學防除研究[D].南京:南京農業大學,2006.

[3] 段發平,梁承鄴,黎垣慶.Bar基因和轉Bar基因作物的研究進展[J].廣西植物,2001,21(2):166-172.

[4] Haffani Y Z,Overney S,Yelle S,et al.Premature polyadenylation contributes to the poor expression of the Bacillus thuringiensis cry3Cal gene in transgenic potato plants[J].Molecular and GeneralGenetics,2000,264(1-2):82-88.

[5] Bell H A,Fitches E C,Marris G C,et al.Transgenic GNA expressing potato plants augment the beneficial biocontrol of Lacanobia oleracea(Lepidoptera:Noctuidae)by the parasitoid Eulophus pennicornis(Hymenoptera;Eulophidae)[J].Transgenic Research,2001,10(1):35-42.

[6] RumellhartDE,Mcclelland JL.Influence ofplantdevelopmentand environment on transgene expression in potato and consequences for insect resistance[J].Transgenic Research,2001,10(3):223-236.

[7] 王岫芳.馬鈴薯抗晚疫病和病毒病轉基因研究現狀與展望[J].中國馬鈴薯,2006,20(2):111-114.

[8] 張鶴齡.我國馬鈴薯抗病毒基因工程研究進展[J].中國馬鈴薯,2000,14(1):25-30.

[9] 許昆朋.轉CBF3基因馬鈴薯提高抗冷性的研究[D].泰安:山東農業大學,2011.

[10] Dou H O,Xv K,Meng Q,etal.Potato plants ectopically expressing Arabidopsis thaliana CBF3 exhibit enhanced tolerance to high-temperature stress[J].Plant Cell and Environment,2015,38(1):61-72.

[11] 賈小霞,齊恩芳,王一航,等.轉錄因子DREB1A基因和Bar基因雙價植物表達載體的構建及對馬鈴薯遺傳轉化的研究[J].草業學報,2014,23(3):110-114.

[12] Coetzer C,CorsiniD,Love S,etal.Controlof emzymatic browning in potato(SolanumtuberosumL.)by sense and antisense RNA fromtomato polyphenol oxidase[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2001,49(2):652-657.

[13] Padegimas L,Shul'ga O A,Skriabin K G.Creation of transgenic plants Nicotiana tabacumand Solanumtuberosum,resistant to the herbicide phosphinothricin[J].Molekuliarnaia Biologiia,1994,28(2):437-443.

[14] 浦惠明,高建芹,戚存扣,等.油菜抗草丁膦性狀的遺傳與利用[J].江蘇農業科學,2003,31(2):15-18.

[15] 魯軍雄,陳社員,官春云,等.轉bar基因抗草銨膦油菜對草銨膦抗性的評價[J].作物研究,2013,27(1):33-39.

[16] 凌進.草銨膦、百草枯、草甘膦對非耕地雜草的防效比較[J].農藥,2014,53(1):613-615.

Phytotoxicity ofG lufosinate-ammoniumApplication on Bar Transgenic Potato and Efficacy on Weed Control in Field

MASheng1,2,3,JIAXiaoxia1,2,3＊,WEN Guohong1,2,3,LIGaofeng1,2,3,QIEnfang1,2,3,LIU Shi1,2,3,
LIZhang1,2,3,LIJianwu1,2,3,ZHANG Rong1,2,3
(1.Potato Research Institute,Gansu Academy ofAgricu lturalSciences,Lanzhou,Gansu 730070,China;2.Gansu Engineering Laboratory o f Potato GermplasmResources Innovation,Lanzhou,Gansu 730070,China;3.Scientific Observation and ExperimentalStation o f Potato Dry Farming In NorthwestChina,ministry ofAgricu lture,The People's Republic of China,Weiyuan,Gansu 748201,China)

ract:Plants of untransgenic and Bar transgenic potato 'Longshu 3'and weeds were treated with glufosinate-ammoniumby foliage spray at seed ling and bud flower stages,respectively,to evaluate phytotoxicity of glufosinate-ammoniumapplication on Bar transgenic potato and efficacy on weed control in field.All the leaves of transgenic plants were very green and grewwell,while all the leaves of untransgenic potatoes and weeds appeared dry spots and wilted at3 d after treatment.At9 d after seed ling stage treatment,all the transgenic plants remained green and grewwell,while all the plants of untransgenic potatoes and weeds died.At 9 d after bud flower stage treatment,all the transgenic and untransgenic potatoes were very green and grewwell,whilemostof the weeds dried to death.At25 and 35 d after seedling stage treatment,except for a fewweeds,all the untransgenic potatoes and most ofweeds died.However,the transgenic potato grewmuch stronger than survivalweeds and their growth was almostnotaffected by survivalweeds.At25 d after bud flower stage treatment,the species and number of survivalweeds increased compared with the seedling stage,and the growth ofpotatoes had been affected by the survivalweeds.

ords:potato;herbicide resistance;glufosinate-ammonium;transgenic

S532

B

1672－3635（2017）06-0353-06

2016-10-11

甘肅省農業科學院科技支撐計劃項目（2017GAAS38）；國家自然科學基金（31560412、31060200）；現代農業馬鈴薯產業技術體系建設專項資金（CARS-10）。

馬勝（1978-），男，研究實習員，主要從事馬鈴薯遺傳育種研究工作。

賈小霞，副研究員，主要從事馬鈴薯遺傳育種與種質改良工作，E-mail:289192272@qq.com。