《Weed Science》：Glyphosate Resistance in Italian ryegrass (Lolium perenne ssp. multiflorum ) from New York State Associated with EPSPS Gene Amplification
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本研究针对美国纽约州部分地区出现的多花黑麦草（Lolium multiflorum）草甘膦（glyphosate）控制失败问题，首次在纽约州证实了草甘膦抗性（GR）的存在，揭示了其核心机制为EPSPS基因扩增，并评估了多种替代除草剂的效果，为防止抗性扩散提供了关键的实验依据。
在农业生产中，杂草如同不请自来的“顽固访客”，与作物争夺阳光、水分和养分，时刻威胁着农作物的收成。为了应对这些顽敌，草甘膦（glyphosate）一度被誉为“除草剂之王”，因为它能高效、广谱地清除多种杂草。然而，好景不长，随着除草剂的大量使用，一些“超级杂草”开始进化出“耐药性”，让农民和科学家们头疼不已。多花黑麦草（Lolium perennessp. multlorum，通常写作 L. multiflorum）就是其中一种在美国多地作物田里臭名昭著的禾本科杂草。近年来，纽约州的一些农民报告说，过去无往不利的草甘膦，竟然对付不了田里的多花黑麦草了。这究竟是偶然的施药失误，还是杂草真的进化出了抗性？如果是抗性，背后的“武器”又是什么？这个问题亟待解决，因为如果抗性草种扩散，将严重威胁纽约州的农业生产。为了回答这些疑问，一组研究人员开展了系统性的调查与实验。
这项研究成果发表在《Weed Science》期刊上。为了探究纽约州多花黑麦草的草甘膦抗性，研究人员采用了几个关键的技术方法：首先，从纽约州利文斯顿、安大略和杰纳西县采集了三个疑似抗性（NY_R1, NY_R2, NY_R3）的田间种群，并以阿肯色州的一个已知敏感（GS）种群（AR_S）作为对照。其次，通过剂量-反应实验来精确量化这些种群对草甘膦的抗性程度。再者，测试了一系列替代的苗后除草剂（包括烯草酮、草铵膦、百草枯和唑啉草酯）以及ALS抑制剂（烟嘧磺隆）的田间控制效果。最后，利用定量PCR（qPCR）技术，测定了各种群中目标基因（EPSPS）的拷贝数，以探究抗性的分子机制。
研究结果
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草甘膦抗性的确认与量化：剂量-反应实验证实，来自纽约州的三个种群（NY_R1, NY_R2, NY_R3）确实对草甘膦产生了抗性。与敏感的AR_S种群相比，它们的抗性倍数分别达到13倍、4倍和5倍。这标志着在纽约州首次正式确认了多花黑麦草对草甘膦的抗性。
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替代除草剂的药效评估：研究人员测试了其他作用机制的除草剂。结果显示，烯草酮（clethodim）、草铵膦（glufosinate）、百草枯（paraquat）和唑啉草酯（pinoxaden）在施药后21天（21 DAT）对这三个抗性种群的控制效果高达96%至97%，并使其地上部干重减少了91%至97%，表明这些除草剂目前仍是有效的替代选择。然而，乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂类的除草剂烟嘧磺隆（nicosulfuron）效果不佳，仅提供63%至74%的控制率，生物量减少也仅有51%至56%。这强烈暗示这三个种群可能同时对ALS抑制剂类除草剂产生了交叉抗性或多重抗性，增加了未来管理的难度。
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抗性机制的分子解析：为了探究抗性是如何产生的，研究人员将目光投向了草甘膦的作用靶点——5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS）。通过精密的定量PCR分析，他们发现，抗性最强的NY_R1和NY_R3种群，其EPSPS基因的拷贝数比敏感种群AR_S高出约30倍。这表明，这些杂草通过大量“复制”靶点基因（即基因扩增），在体内产生了过量的EPSPS酶。即使草甘膦抑制了一部分EPSPS的活性，剩余的过量酶依然足以维持莽草酸途径的正常运行，从而使杂草存活下来。这种EPSPS基因扩增机制，被确定为纽约州这些多花黑麦草种群产生草甘膦抗性的主要原因。
结论与讨论
本研究得出明确结论：在美国纽约州，多花黑麦草已通过EPSPS基因扩增的机制进化出对草甘膦的抗性，这是该机制在纽约州该物种中的首次报道。同时，研究发现这些抗性种群可能还对ALS抑制剂类除草剂（如烟嘧磺隆）存在抗性风险。
这项研究的意义重大。首先，它向纽约州乃至更广泛地区的农业生产者敲响了警钟，证实了草甘膦抗性多花黑麦草的存在与扩散。其次，研究明确了抗性的分子机制是EPSPS基因扩增，这为未来开发分子检测工具、快速监测田间抗性种群提供了靶点。更重要的是，研究评估了多种替代除草剂的效果，为农民制定了“应急方案”，指出烯草酮、草铵膦等目前仍可有效控制这些抗性杂草。最后，研究揭示了潜在的多重抗性风险（对草甘膦和ALS抑制剂），这强调了依赖单一或少数作用模式除草剂的危险性。研究人员在讨论中强调，为了遏制抗性杂草的进一步蔓延，必须采取综合的、多样化的杂草治理策略，轮换使用不同作用机制的除草剂，并结合非化学的农艺措施，以延长现有除草剂工具的使用寿命，保障农业的可持续发展。
