抗草甘膦转基因大豆ZH10-6对几种除草剂的耐受性检测

陈景超　崔海兰　郭勇　陈萍萍　黄松涛　彭立存　李香菊

摘要：为明确抗除草剂转基因大豆ZH10-6对靶标除草剂草甘膦及几种常见除草剂的耐受性水平，在温室隔离条件下培养ZH10-6及其受体大豆中黄10，分别对其喷施不同浓度的茎叶处理剂草甘膦、乙羧氟草醚、精喹禾灵、2，4-滴二甲胺盐和土壤处理剂乙草胺，并对其药害症状、株高、干重等指标进行检测。结果表明：转基因大豆ZH10-6对靶标除草剂草甘膦具有较高的耐受性，在3 600 g a.i. /hm2处理后28 d，株高、干重与对照无显著差异。而受体大豆中黄10在草甘膦900 g a.i. /hm2处理后14 d全部死亡。ZH10-6对大豆田常用除草剂乙羧氟草醚、精喹禾灵和乙草胺也有良好的耐受性，耐受性水平与中黄10无显著差异。转基因大豆ZH10-6及其受体大豆中黄10对2，4-滴二甲胺盐均表现敏感。

关键词：转基因大豆ZH10-6;草甘膦;常规除草剂;耐受性

中图分类号：Q142文献标志码：A文章编号：1003-935X（2020）04-0026-05

Tolerance of Transgenic Glyphosate-Resistant Soybean ZH10-6 to Herbicides

CHEN Jing-chao1，CUI Hai-lan1，GUO Yong2，CHEN Ping-ping1，HUANG Song-tao1，PENG Li-cun1，LI Xiang-ju1

（1.Institute of Plant Protection，Chinese Academy of Agriculture Science，Beijing 100193，China;

2.Institute of Crop Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

Abstract：To determine the tolerance of glyphosate-resistant soybean ZH10-6 to conventional herbicides，soybean ZH10-6 and its receptor line soybean ZH10 were sprayed with the foliage-applied herbicides，glyphosate，fluoroglycofen-ethyl，quizalofop-p-ethyl，2，4-D （dimethylamine salt） at different doses and soil disinfectants under isolated culture conditions in the greenhouse. Based on the development of phytotoxicity symptoms and plant height and dry weight determinations，transgenic soybean ZH10-6 was highly tolerant to the target herbicide，glyphosate. Plants treated with glyphosate at 3 600 g a.i./hm2 were similar in height and dry weight to those untreated at 28 days after application. Conversely，all ZH10 plants died 14 days after treatment with 900 g a.i./hm2 glyphosate. Transgenic soybean ZH10-6 was also tolerant to fluoroglycofen-ethyl，quizalofop-p-ethyl and acetochlor，with no

significant difference from ZH10. Both transgenic soybean ZH10-6 and its receptor soybean ZH10 were sensitive to 2，4-D dimethylamine salt.

Key words：transgenic soybean ZH10-6;glyphosate;conventional herbicide;tolerance

我国是大豆（Glycine max）的起源地之一，大豆的脂类及蛋白质的含量较高，食用方式多种多样，在我国居民的饮食结构中占重要的地位[1]。20世纪90年代，我国对大豆的需求量猛增，而国内大豆因成本高、产量低等原因种植面积逐渐缩小，大豆年产量远不能满足需求，常年依賴进口[2]。国内大豆种植面积不断缩小以及对进口大豆的高度依赖对我国的粮食安全产生了潜在的威胁。杂草是造成大豆减产和品质降低的有害生物之一，人工除草等传统除草方式提高了大豆的生产成本[3]，而化学除草剂的使用节省了除草成本，提高了除草效率。目前大豆田常用的除草剂有二苯醚类、苯氧羧酸类、磺酰脲类、咪唑啉酮类等除草剂。这些除草剂种类较多，作用方式多样，对使用技术要求较高。在应用过程中喷雾质量不达标，或者盲目追求药效，高量或超量使用除草剂的现象较为常见，这导致田间除草效果差、除草剂药害等问题频发[4-5]。草甘膦是一种内吸传导型、灭生性除草剂，虽然该除草剂具有环境友好、高效、经济的优点，但它对常规大豆同样具有灭杀作用，目前很难应用于大豆田。

转基因技术可以使大豆对特定除草剂产生耐受性，这不仅可以充分利用优良除草剂防除大豆田间杂草，提高产量，还能简化田间杂草管理，降低成本，增加收益。抗除草剂转基因大豆于1996年开始商业化种植，到2018年全球转基因大豆种植面积为9 590万hm2，占全球转基因作物种植面积的50%[6-8]。近年来，我国转基因相关研究取得了快速发展，产生了一批具有自主知识产权的耐除草剂大豆新品种[9-11]。抗除草剂转基因大豆对靶标除草剂耐受性水平是评价其性状的重要指标之一。同时，转基因大豆推广释放之后可能带来的基因漂移等环境风险以及杂草抗药性等问题也备受关注。种植于加拿大的抗除草剂转基因甘蓝型油菜（Brassica napus L.）发生了品种之间的基因漂移，产生了对草甘膦、草铵膦和咪唑啉类除草剂同时具有抗药性的油菜自生苗[12]。抗草甘膦转基因大豆在美国等国家的大面积种植，使草甘膦的使用量及频率显著增加，抗草甘膦杂草的问题也比较突出[13]。大豆田常规除草剂在抗草甘膦等转基因大豆田的合理使用可以有效延缓和治理抗性杂草的产生。大豆敏感的除草剂能否有效灭杀转基因大豆，对转基因大豆杂草化等环境风险的应对至关重要。因此，检测转基因抗除草剂大豆对非靶标除草剂的敏感性及其环境安全评估与推广应用具有重要的意义。

转G2-EPSPS和GAT基因抗草甘膦大豆ZH10-6是我国自主研发的转基因大豆材料，但该品种对靶标及非靶标除草剂的耐受性水平的相关报道较少。本研究在温室隔离条件下检测了转基因大豆ZH10-6及其受体大豆中黄10对靶标除草剂草甘膦以及乙草胺等非靶标除草剂的耐受性水平，为转G2-EPSPS和GAT基因抗草甘膦大豆ZH10-6的商业化应用及环境安全评估提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究所用的大豆材料分别为转G2-EPSPS和GAT双价基因大豆ZH10-6及其非转基因受体大豆中黄10。ZH10-6是利用农杆菌介导子叶节法，将含有G2-EPSPS和GAT基因表达框的载体转化大豆品种中黄10，获得的耐草甘膦转基因大豆新品系。2种供试大豆均由中国农业科学院作物科学研究所提供，种子质量均不低于GB 4404.2—2010《粮食作物种子 豆类》二级豆类种子标准。

1.2 供试药剂

靶标除草剂为草甘膦;非靶标除草剂包括大豆田常用的土壤处理剂（乙草胺）、茎叶处理剂（乙羧氟草醚、精喹禾灵）以及大豆敏感的除草剂（2，4-滴二甲胺盐）。除草剂剂型和生产厂家分别是：41%草甘膦异丙胺盐水剂，德国拜耳公司;90%乙草胺乳油，南通江山农药化工股份有限公司;15%乙羧氟草醚乳油，辽宁省沈阳市和田化工有限公司;5%精喹禾灵乳油，中农立华（天津）农用化学品有限公司;720 g/L 2，4-滴二甲胺盐水剂，江苏永泰丰作物科学有限公司。

1.3 大豆培养与药剂处理

泥炭土（丹麦品氏）与有机肥（凯茵，有机质含量≥15%，N、P、K总含量≥0.88%，pH值7～7.5）按照体积比3 ∶1混合均匀，定量装入塑料花盆中，挑选健康饱满、大小一致上述大豆种子播种。其中，茎叶处理的大豆播种20粒/盆，发芽后保留生长一致的大豆15株/盆，土壤处理的大豆播种15株/盆。所有大豆在具备补光灯的日光常温（25～35 ℃）温室下培养。

大豆播种后第2天，喷施土壤处理剂乙草胺（1 350 g a.i./hm2）及清水对照;在大豆生长至3张三出复叶期喷施其余茎叶处理剂，除清水对照外，靶标除草剂草甘膦设置3个剂量处理（900、1 800、3 600 g a.i./hm2），非靶标除草剂均设置1个剂量处理，接近推荐剂量的上限值（乙羧氟草醚105 g a.i./hm2、精喹禾灵60 g a.i./hm2、2，4-滴二甲胺盐567 g a.i./hm2）。使用ASS-4型行走式喷雾塔（Tee Jet 8002扇形喷头）进行喷雾处理，喷雾压力0.275 MPa，茎叶处理喷液量450 L/hm2，土壤处理喷液量600 L/hm2。所有处理均设置4次重复。

1.4 调查与记录

分别在用药后1周、2周和4周调查和记录大豆成活率（土壤处理剂第1周记录发芽率）和药害等级。除草剂药害症状分级标准具体如表1所示。

药后2周和4周调查和记录大豆株高，并在施药后28 d剪取大豆地上组织，随后在80 ℃烘箱烘干72 h并称量干重。

1.5 统计分析

利用SPSS软件对试验数据进行分析，分别比较转基因大豆ZH10-6和受体大豆中黄10在草甘膦不同剂量处理下株高及干重等方面的差异;或不同非靶标除草剂处理下ZH10-6和受体大豆中黄10在株高及干重等方面的差异。判断2种大豆对受试除草剂的耐受水平。

2 结果与分析

2.1 ZH10-6对草甘膦的耐受性

ZH10-6对草甘膦表现出较强的耐受性，900、1 800 g a.i./hm2草甘膦处理后7 d，ZH10-6无明显症状，3 600 g a.i./hm2剂量处理下，ZH10-6 少数叶片出现黄褐色斑点，随后药害症状逐渐缓解。而受体大豆中黄10在各剂量处理后7 d便出现明显的症状，叶片严重黄化、枯萎、植株矮小;药后14 d，3个剂量处理下中黄10植株全部死亡。草甘膦处理后14、28 d，转基因大豆ZH10-6各处理株高与对照比较无显著差异（表2）。

2.2 ZH10-6对几种非靶标除草剂的耐受性

转基因大豆ZH10-6对土壤处理除草剂乙草胺表现出较好的耐受性，试验剂量处理后7 d，ZH10-6与受体中黄10的发芽率一致，并均表现出一定的药害症状，主要表现为叶片卷曲、皱缩，药害症状可达到2～3级，随后药害症状逐渐缓解。处理后14 d，乙草胺处理的2种大豆株高低于对照，但28 d统计结果显示，乙草胺处理的2种大豆株高、单株干重与对照一致（表3）。

转基因大豆ZH10-6对茎叶处理除草剂乙羧氟草醚表现出良好的耐受性，处理后植株成苗率均为100%，但初期也有药害症状，表现为叶片轻微皱缩，有黄褐色斑點，症状级别1～2级;受体中黄10也表现出相同的症状，随后药害症状逐渐缓解消除。用乙羧氟草醚处理后14、28 d，大豆长势与不喷药处理一致，株高与空白对照差异不显著（表4）。ZH10-6和中黄10对茎叶处理除草剂精喹禾灵表现出良好的耐受性，处理后7 d，2种大豆的大部分植株无明显药害症状，成苗率均为100%;处理后14、28 d，大豆株高与干重与空白对照差异不显著（表4）。ZH10-6和中黄10对茎叶处理除草剂2，4-滴二甲胺盐不具有耐受性，在喷施剂量下，植株全部死亡（表4）。

3 讨论

温室试验结果表明，转基因大豆ZH10-6对草甘膦具有较高的耐受性，喷施草甘膦推荐中剂量的4倍量3 600 g a.i./hm2后28 d，株高和干重与清水对照相比无显著差异。GUO等也初步研究了ZH10-6对草甘膦的耐受性水平，结果发现900～3 600 g a.i./ hm2草甘膦处理后1周，ZH10-6 植株未出现新叶黄化、叶绿素含量下降的现象[14]，该结果与本研究的结果一致。于惠林等研究了抗草甘膦转基因大豆GE-J16对草甘膦的耐受性，发现转基因大豆喷施450～3 600 g a.i./hm2 不同剂量的草甘膦对其生长没有不良影响，产量高于人工除草处理[15]。获得转基因安全证书的抗草甘膦转基因大豆SHZD32-01也有相似的耐受性，在1～4倍田间剂量的草甘膦处理下，转基因大豆SHZD32-01的生长没有受到显著影响[16]。具有多抗性的抗除草剂大豆356043对草甘膦也有较高的耐受性，安全使用剂量为922～2 460 g a.i./hm2[16]。有研究表明，我国大豆田常见杂草在草甘膦900 g a.i./hm2剂量处理下便会产生较好的防除效果[15-16]，而本研究证实ZH10-6在4倍于该剂量处理下，株高与干重指标与清水对照无差异，因此推荐剂量的草甘膦可安全应用于该品系大豆田防除杂草。此外，草甘膦属于茎叶处理剂，喷药时应当综合考虑大豆与杂草的生长时期，选择最佳施药时间。

转基因抗除草剂作物的大面积种植引起了靶标除草剂使用面积与频次的显著升高，杂草抗药性问题日趋严重[13]。另外，基因漂移等生态问题也在国外转基因作物田中发现[12]。因此，大豆田常规除草剂在转基因作物田的安全应用，对于抗性杂草的防除和转基因作物的长期应用都有重要意义。本研究发现，抗草甘膦转基因大豆ZH10-6与对应受体在乙草胺1 350 g a.i./hm2处理下均出现了叶片卷曲、皱缩的症状，这与其他研究中乙草胺处理的抗除草剂转基因大豆356043症状[17]类似。轻微的药害症状在乙羧氟草醚、精喹禾灵处理之后也有一定的表现，但随着大豆的生长逐渐缓解消除。本研究结果证明，抗草甘膦转基因大豆ZH10-6对几种大豆田常规除草剂敏感性无变化。因此，可以在控制成本的前提下，与草甘膦轮换使用，延缓抗性杂草的产生。此外，转基因抗除草剂大豆ZH10-6与受体大豆中黄10对2，4-滴二甲胺盐具有相同的敏感性，这为该转基因大豆可能存在的杂草化风险提供了防控的依据。抗草甘膦转基因大豆ZH10-6对几种大豆田常规除草剂的敏感性与受体大豆中黄10无显著差异，对敏感除草剂2，4-滴二甲胺盐也没有产生耐受性变化，研究结果为转化体的环境安全评价提供了数据支撑。

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收稿日期：2020-12-28

基金项目：转基因生物新品种培育科技重大专项（编号：2019ZX08013002-005）。

作者简介：陈景超（1985—），男，山东潍坊人，博士，副研究员，主要从事杂草抗药性及转基因大豆环境安全研究。E-mail： chenjingchao@caas.cn。

通信作者：李香菊，博士，研究员，主要从事杂草治理研究。E-mail： xjli@ippcaas.cn。