全 文 ：刘小龙，李香菊． 藜、铁苋菜和苘麻对草甘膦的耐受性及其与莽草酸含量的关系［J］． 杂草学报，2016，34(2):34 － 37．
藜、铁苋菜和苘麻对草甘膦的耐受性
及其与莽草酸含量的关系
刘小龙，李香菊
(中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193)
摘要:采用整株生物测定法研究了藜、铁苋菜和苘麻对草甘膦的耐受性，药后 14 d 测定结果表明，草甘膦对
上述 3 种杂草的 ED50分别为 215． 27、954． 34、1 522． 54 g a． i． /hm
2。通过比较杂草植株地上部莽草酸积累量的变
化发现，草甘膦 1 230 g a． i． /hm2 处理后，藜、铁苋菜和苘麻莽草酸积累量最大值分别为 1 400． 65、1247． 19、
581. 28 μg /g，莽草酸积累量越少的杂草对草甘膦耐受性也越强。药后 5 d，对杂草不同部位莽草酸积累量的比较
显示，3 种杂草顶部叶片莽草酸积累量明显大于根部，敏感种和耐受种相比，顶部叶片莽草酸积累量的差异更为
明显，该部位可以准确地评价杂草对草甘膦的耐受程度。
关键词:草甘膦;敏感性;莽草酸;藜;铁苋菜;苘麻;杂草
中图分类号:S451 文献标志码:A 文章编号:1003 － 935X(2016)02 － 0034 － 04
Glyphosate Tolerance of Chenopodium album，Acalypha australis and
Abutilon theophrasti and Its Ｒelationship to Shikimate Accumulation
LIU Xiao-long，LI Xiang-ju
(Institute of Plant Protection，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China)
Abstract:The biomass was calculated by whole plant bioassay and shikimate accumulation was analysed by spectrophoto-
metric assay in three weed species after glyphosate treatment． Glyphosate rate giving 50% reduction in the weed fresh
weight (ED50)on Chenopodium album，Acalypha australis and Abutilon theophrasti were 215． 27 g a． i． /hm
2，954． 34 g a．
i． /hm2 and 1 522． 54 g a． i． /hm2，respectively，14 days after application． The highest shikimate accumulation of the
aboveground parts of three weed species were 1 400． 65 μg /g，1 247． 19 μg /g and 581． 28 μg /g respectively，the lower of
the shikimate accumulation，the more tolerant of the species． Comparing with the shikimate accumulation in the root，the
shikimate accumulation in the apical leaves was much higher and showed significant differences among three weed specie
5 days after glyphosate application，therefore the shikimate accumulation in apical leaves could determine glyphosate toler-
ance of weed species．
Key words:glyphosate;sensitivity;shikimate;Chenopodium album;Acalypha australis;Abutilon theophrasti
收稿日期:2016 － 01 － 31
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划(编号:2012BAD19B02)。
作者简介:刘小龙(1990—)，男，山东潍坊人，硕士研究生，主要从事
杂草耐药性研究。E － mail:xiaolong501@ 126． com。
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。
草甘膦长期、大面积单一使用，引起杂草群落演
替，为杂草治理带来了新问题。一方面，杂草遗传、
生理或生化改变，过去敏感杂草对草甘膦产生抗性;
另一方面，草甘膦的长期使用杀除了对其敏感的杂
草，耐药性杂草被保留下来，不可避免地造成了杂草
种类和种群数量的变化［1］，抗草甘膦转基因作物的
推广种植更是加重了这一趋势。研究显示，在美国
西部玉米带，连续 5 年使用草甘膦后，之前以地肤和
稷为优势种的杂草群落演替成藜为优势种群［2］，使
得田间杂草治理难度增加。研究农田杂草对草甘膦
—43— 杂草学报 2016 年第 34 卷第 2 期
的敏感性差别，明确对草甘膦具有耐受性的杂草种，
从而根据田间杂草种类和数量的变化合理调整草甘
膦施用剂量或轮换使用其他除草剂，是农药减施及
杂草有效治理的重要途径。
草甘膦通过竞争性抑制莽草酸合成途径中 5 －
烯醇丙酮莽草酸 － 3 －磷酸合成酶(EPSPS)与底物
莽草酸 － 3 －磷酸(S3P)的结合，导致植物体内莽草
酸积累，阻断芳香族氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨
酸的合成而使植株死亡［3］。因此，莽草酸可作为检
测杂草对草甘膦敏感性的指示物质［4］。Lorraine －
Colwill等发现，经草甘膦处理的抗草甘膦瑞士黑麦
草体内莽草酸积累量明显低于敏感种群［5］。Chen
等的研究显示，草甘膦处理后 3 个抗性牛筋草种群
的莽草酸积累量皆明显低于敏感种群［6］，表明杂草
莽草酸积累量与其抗性相关。刘延等在对耐草甘膦
田旋花的研究中发现，田旋花在草甘膦处理后莽草
酸积累量明显低于敏感性较强的打碗花［7］，亦有研
究显示耐草甘膦刺毛黧豆草甘膦处理后其莽草酸积
累量要明显低于敏感性较强的反枝苋［8］，因此可以
通过草甘膦施用后杂草体内莽草酸含量的变化来比
较不同杂草对草甘膦的耐受性差异。但对藜、铁苋
菜、苘麻等杂草体内莽草酸含量变化与其对草甘膦
耐受性关系研究鲜有报道。
笔者在田间试验中发现，藜、铁苋菜、苘麻等对
草甘膦具有较强的耐受性。上述杂草对草甘膦耐受
性与施药后莽草酸含量变化是否相关，杂草不同部
位对莽草酸积累程度是否有差异?基于此，本试验
在对上述 3 种杂草耐受性生物测定的基础上，研究
了草甘膦处理后其体内莽草酸积累动态及莽草酸在
不同部位分布情况，以期建立杂草莽草酸含量变化
与草甘膦敏感性的对应关系，为田间草甘膦耐受性
杂草的检测提供技术支持。
1 材料与方法
1． 1 材料与仪器
41%草甘膦异丙胺盐水剂(glyphosate isopropyl-
amine salt，41% AS)(美国孟山都公司);莽草酸
(shikimate)标准品(纯度 ＞ 99． 0%，Sigma 公司);高
碘酸、NaOH、甘氨酸均为国产分析纯。
ASS － 3 型自动控制农药喷洒试验系统(国家农
业信息化工程技术研究中心研制);UV － 4802 型紫
外可见分光光度计;5810Ｒ低温离心机。
藜、苘麻和铁苋菜采自北京，采集点皆无草甘膦
用药历史。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 试材培养 选取成熟、饱满的杂草种子分别
播种于装有壤土和草炭 3 ∶ 1 的花盆中，花盆直径
10． 5 cm，高 8． 5 cm。播种后保持土壤湿润。杂草
于 6—8 月在温室培养，2 ～ 3 叶期间苗，每盆保留等
量生长一致的植株。待杂草长至 5 叶 1 心期时，喷
施草甘膦。
1． 2． 2 不同杂草对草甘膦敏感性的测定 41%草
甘膦异丙胺盐水剂使用剂量分别为 76． 87、153． 75、
307． 5、615、1 230、2 460、4 920 g a． i． /hm2。药后
14 d 剪取地上部分称量鲜质量，计算鲜质量抑制
率，公式如下:
鲜质量抑制率 =对照鲜质量 －处理鲜质量
对照鲜质量
× 100%。
用 DPS统计软件求出毒力回归方程、抑制中浓
度 ED50及相关性系数 r
2。采用随机区组设计，每处
理重复 4 次。
1． 2． 3 莽草酸的提取 杂草喷施浓度为
1 230 g a． i． /hm2 草甘膦后于 1、2、3、5、7、9、11 d 剪
取杂草地上部茎叶，将样本剪碎，于研钵中用液氮研
磨，取 0． 5 g，加入 1． 0 mL、0． 25 mol /L 的 HCl溶液，
于 4 ℃、12 000 r /min 下离心 30 min，收集上清液，
4 ℃ 保存待测。每处理重复 3 次。不同部分莽草
酸含量测定分为顶部叶片、中部叶片和根 3 个部分，
分别剪取顶部 2 片展开叶和心叶、其余茎部成熟叶
片以及根，叶片皆从叶柄基部剪取。
1． 2． 4 莽草酸含量的测定 参照娄远来等的方
法［9］。取 200 μL样品上清液，加入 2． 0 mL 1%过碘
酸溶液，室温静置 3h 后再加入 2． 0 mL 1． 0 mol /L
NaOH溶液，混匀后加入 1． 2 mL 0． 1 mol /L甘氨酸，
静置 5 min，于 380 nm下比色，记录吸光度(D)。
1． 2． 5 莽草酸标准曲线的绘制 将莽草酸标准样
品 10 mg溶于 1 mL 0． 25 mol /L HCl 中，分别取 0、
1. 0、2． 5、5． 0、10． 0、12． 5、25． 0 μL 于试管中，加
0. 25 mol /L的 HCL 溶液至 1 mL，用与莽草酸含量
测定相同的步骤测定 D值。
2 结果与分析
2． 1 不同杂草对草甘膦的敏感性
不同杂草种对草甘膦的敏感性存在差异。药后
14 d目测观察，草甘膦 615 g a． i． /hm2 处理时，藜仅
少量存活，且生长受到明显抑制，苘麻、铁苋菜正常
—53—杂草学报 2016 年第 34 卷第 2 期
生长;草甘膦 1 230 g a． i． /hm2 处理时，藜整株死
亡，苘麻、铁苋菜依然存活，但生长受到较为明显的
抑制;2 460 g a． i． /hm2 处理时，铁苋菜死亡，苘麻生
长受到明显抑制但未死亡;4 920 g a． i． /hm2 处理
时，苘麻整株死亡。将草甘膦对不同杂草的 ED50列
于表 1。由此看出，草甘膦对藜、铁苋菜和苘麻 3 种
杂 草 的 ED50 分 别 为 215． 27、 954． 34、
1 522． 54 g a． i． /hm2，该药杀死供试苘麻的 ED50是
藜 ED50的 7 倍以上。
表 1 3 种供试杂草对草甘膦的敏感性
Table 1 Sensitivity of three weed species to glyphosate
杂草 叶龄 回归方程
抑制中浓度 ED50
(g a． i． /hm2)
ED50的 95%置信限
(g a． i． /hm2)
相关系数
r
藜 5 y = 1． 409 5 + 1． 539 0x 215． 27 175． 46 ～ 264． 10 0． 990 2
铁苋菜 5 y = － 1． 749 6 + 2． 265 2x 954． 34 781． 88 ～ 1 164． 83 0． 983 4
苘麻 5 y = － 1． 318 0 + 1． 985 2x 1 522． 54 1 267． 14 ～ 1 829． 41 0． 987 2
2． 2 不同杂草地上部分莽草酸积累量的变化
草甘膦处理后，不同杂草体内莽草酸积累量有
较大差异(图 1)。藜、铁苋菜和苘麻的莽草酸最大
积累量分别为 1 400． 65、1 247． 19、581． 28 μg /g，对
草甘膦表现越敏感的杂草种莽草酸积累量越高。
尽管药后 3 种杂草莽草酸积累量均表现逐渐上
升，但变化幅度和峰值出现时间则有不同:用药后藜
的莽草酸含量迅速上升，从药后 1 d的 523． 05 μg /g
上升到药后 9 d的最高值 1 400． 64 μg /g，铁苋菜和
苘麻的莽草酸含量变化相对平缓，药后 1 d 分别为
1 172． 7 3、279． 22 μg /g，药后 9 d 分别为 1 154． 33、
577． 06 μg /g，表明施用草甘膦后藜体内莽草酸迅速
积累，使杂草受害。
上述莽草酸积累量所显示杂草对草甘膦敏感性
的测定结果与整株生测法的敏感性测定结果一致。
2． 3 不同部位莽草酸积累量的比较
施用 1 230 g a． i． /hm2 草甘膦 5 d后，杂草体内
不同部位莽草酸积累量有较大差异(图 2)，顶部叶
片莽草酸积累量最高，其次是中部叶片，积累量最低
的部位为根。目测观察也发现，施药后，3 种杂草顶
部叶片最先表现受害症状，根部最后死亡。这可能
与草甘膦的吸收和传导有关。3 种杂草顶部叶片莽
草酸积累量大于中部叶片和根，表明植株该部位是
对草甘膦最为敏感的部位，也是最先受到草甘膦抑
制的部位。
3 讨论
喷施草甘膦后，3 种杂草体内莽草酸积累，导致
杂草受害，因此莽草酸积累量作为杂草对草甘膦耐
受性的指标在检测耐药性杂草时同样适用，这与前
人对杂草抗药性的研究结果一致。本试验中，草甘
膦 1 230 g a． i． /hm2 处理下，藜的莽草酸积累量在
短时间内迅速上升，积累峰值明显大于另外 2 种杂
草，生测结果也表明 3 种杂草中藜对草甘膦敏感，而
铁苋菜与苘麻对草甘膦耐受性较强。
通过比较杂草体内不同部位的莽草酸积累量，
可以发现，与中部成熟叶片和根相比，顶部叶片莽草
酸含量变化最为明显，积累量最高，这可能是由顶部
叶片内莽草酸途径代谢活跃以及草甘膦的吸收与传
导所致［10 － 11］。杂草顶部叶片分生组织区莽草酸途
径代谢活跃，草甘膦施用后对 EPSP 合成酶的抑制
会导致莽草酸在短时间内迅速积累，同时顶部分生
—63— 杂草学报 2016 年第 34 卷第 2 期
组织往往是草甘膦易于集中的部位［11］，研究发现一
些杂草可以通过减少草甘膦在分生组织区的积累而
获得抗性［12 － 13］，因此通过草甘膦施用后顶部叶片内
莽草酸含量的变化来评估杂草对草甘膦的耐受性差
异要比整株测定更为科学，并且对顶部叶片取样要
比整株取样进行莽草酸含量的测定更为简便。
在以往国外报道中，藜对草甘膦具有一定的耐
受性，这与本研究结果有所出入，分析原因可能与试
材施药时的叶龄相关，藜叶龄较大时，对草甘膦耐受
性增强，本试验选取 5 叶 1 心期藜的幼苗可能对草
甘膦耐受性较差。已有研究表明，藜对草甘膦的敏
感性会随着植株的生长显著下降［14 － 16］，因此在田间
藜种群数量较大情况下，使用草甘膦进行防治应选
择在藜的低龄阶段用药。
国外已有许多关于耐草甘膦杂草的报道［17 － 19］，
我国也发现了对草甘膦具有耐受性的牛筋草、田旋
花和铁苋菜［20 － 22］，说明我国草甘膦的使用已引起了
某些地区杂草群落的改变，使杂草群落朝着不利于
草甘膦防除的方向发展。摸清不同杂草种群对草甘
膦的敏感性反应，依据杂草种群选择合适的草甘膦
剂量变量喷药，将为减量使用除草剂开辟途径。
参考文献:
［1］Shaner D L． The impact of glyphosate － tolerant crops on the use of
other herbicides and on resistance management［J］． Pest Manage-
ment Science，2000，56(4):320 － 326．
［2］Wilson Ｒ G，Miller S D，Westra P，et al． Glyphosate － induced weed
shifts in glyphosate － resistant corn or a rotation of glyphosate － resist-
ant corn，sugarbeet，and spring wheat［J］． Weed Technology，2007，
21(4) :900 － 909．
［3］Amrhein N，Deus B，Gehrke P，et al． The site of inhibition of the
shikimate pathway by glyphosate Ⅱ． Interference of glyphosate with
chorismate formation in vivo and in vitro［J］． Plant Physiology，1980，
66(5) :830 － 834．
［4］Singh B K． Ｒapid determination of glyphosate injury to plants and
identification of glyphosate resistant plants［J］． Weed Technology，
1998，12(3) :527 － 530．
［5］Lorraine － Colwill D F，Hawkes T Ｒ，Williams P H，et al． Ｒesistance
to glyphosate in Lolium rigidum［J］． Pesticide Science，1999，55
(4) :486 － 503．
［6］Chen J C，Huang H C，Zhang C X，et al． Mutations and amplification
of EPSPS gene confer resistance to glyphosate in goosegrass(Eleusine
indica) ［J］． Planta，2015，242(4) :859 － 868．
［7］刘 延，张朝贤，黄红娟，等． 草甘膦对田旋花和打碗花体内莽草
酸含量的影响［J］． 杂草科学，2008(2):11 － 12．
［8］Ｒojano － Delgado A M，Cruz － Hipolito H，de Prado Ｒ，et al． Limited
uptake，translocation and enhanced metabolic degradation contribute
to glyphosate tolerance in Mucuna pruriens var． utilis plants［J］．
Phytochemistry，2012，73:34 － 41．
［9］娄远来，邓渊钰，沈晋良，等． 甲磺隆和草甘膦对空心莲子草乙酰
乳酸合酶活性和莽草酸含量的影响［J］． 植物保护学报，2005，32
(2):185 － 188．
［10］Weaver L M，Hermann K M． Dynamics of the shikimate pathway in
plants［J］． Trends Plant Sci，1997，2(9) :346 － 351．
［11］Shaner D L． Ｒole of translocation as a mechanism of resistance to
glyphosate［J］． Weed Science，2009，57(1) :118 － 123．
［12］Lorraine － Colwill D F，Powles S B，Hawkes T Ｒ，et al． Investiga-
tions into the mechanism of glyphosate resistance in Lolium rigidum
［J］． Pestic Biochem Physiol，2002，74(2) :62 － 72．
［13］Feng P C，Tran M，Chiu T，et al． Investigation into GＲ horseweed
(Conyza canadensis) :retention，uptake，translocation and metabo-
lism［J］． Weed Sci，2004，52(4) :498 － 505．
［14］Sivesind E C，Gaska J M，Jeschke M Ｒ，et al． Common lambsquar-
ters response to glyphosate across environments［J］． Weed Technol-
ogy，2011，25(1) :44 － 50．
［15］Schuster C L，Shoup D E，Al － Khatib K． Ｒesponse of common
lambsquarters (Chenopodium album)to glyphosate as affected by
growth stage［J］． Weed Sci，2007，55(2) :147 － 151．
［16］Ziska L H，Teasdale J Ｒ，Bunce J A． Future atmospheric carbond-
ioxide may increase tolerance to glyphosate［J］． Weed Sci，1999，47
(5) :608 － 615．
［17］Owen M D K． Weed species shifts in glyphosate － resistant crops
［J］． Pest Management Science，2008，64(4) :377 － 387．
［18］Melinda K，Yerka A T，Wiersma Ｒ，et al． Ｒeduced translocation is
associated with tolerance of common lambsquarters (Chenopodium
album)to glyphosate［J］． Weed Science，2013，61(3) :353 － 360．
［19］Ｒibeiro D N，Nandula V K，Dayan F E，et al． Possible glyphosate
tolerance mechanism in pitted morningglory (Ipomoea lacunosa L．)
［J］． Journal of Agricultural and Food Chemistry，2015，63(6) :
1689 － 1697．
［20］杨浩娜，柏连阳． 抗草甘膦杂草检测方法的研究进展［J］． 杂草
科学，2014，32(3):30 － 33．
［21］张 猛，刘 延，张朝贤，等． 田旋花对草甘膦的耐受性机制
［J］． 植物保护学报，2011，38(6):551 － 556．
［22］李 涛，沈国辉，钱振官，等． 耐草甘膦杂草控制技术研究［J］．
上海农业科学，2009，25(3):54 － 58．
—73—杂草学报 2016 年第 34 卷第 2 期