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编译服务: 农业科技前沿与政策咨询快报 编译者: 李楠 编译时间: Nov 28, 2017 浏 览 量: 60

在美国,用于4亿英亩农田中的40%的农药都是除草剂,而在全世界范围内,超过200种植物种群已经对除草剂产生了抗性。草甘膦是除草剂中的一种活性成分,自从20世纪90年代末美国广泛种植抗草甘膦作物后,农田中的牵牛花一直都暴露在草甘膦环境中。密歇根大学(University of Michigan)植物生态遗传学家贾纳·布考姆(Regina Baucom)研究团队先前研究已证实,这种生长在北美地区色彩斑斓的开花类杂草已经对草甘膦产生了不同程度的抗性。

牵牛花是一种混合授粉植物,这意味着单株花能通过自花授粉及异花传粉两种方式进行繁殖。近日,贾纳·布考姆团队又再次研究证实,农业杂草牵牛花的授粉系统与除草剂抗性程度存在相关性,即抗性越高,自花授粉的几率越大,这种进化帮助牵牛花保存了优异的基因,使其在同其他植物的竞争中脱颖而出。该研究成果于2016年11月30日在《生态快报》(Ecology Letters)在线出版。

为了探究农药的使用对牵牛花的授粉系统及其生长进化产生的影响,研究团队收集了32种生长在美国中西部及东南部的玉米、大豆农田的牵牛花样本,采用实验室研究和温室研究两种方法进行实验验证。最终研究发现,对除草剂具有抗性的牵牛花种更多依赖于自花授粉,而与易染病植物相比,自花授粉率的增加可使其免受外来易致病基因的侵入,从而保持抗除草剂的长效性。这一结果证实抗草甘膦作物(Roundup Ready crops)的广泛种植可能对野草等野生植物带来未知潜在影响,即野生作物经过基因变异而对除草剂产生抗性。

另外,该研究项目还揭示,在最具除草剂抗性的牵牛花种群中,花粉囊和柱头之间的距离是最短的,该特征会提高物种的自花授粉率。自花授粉依赖度的增加以及花粉囊与柱头间距离的不断缩小,均会导致抗病基因更加持久,因为自花授粉会阻止其他植物的易感基因侵入。20世纪60年代末和70年代初期由生物学家詹尼斯·安东诺威克(Janis Antonovics)进行的一项传统研究证明:适应了重金属污染的土壤的草被植物比未适应的植物自花授粉的比例更高。安东诺威克和他的同事进行的理论研究则表明,适应了重金属污染的土壤的草被植物具有更高的自花授粉比率,这会逐渐减少未适应植物的易感基因的侵入,这一发现被他们称之为“基因流动阻止假说”。布考姆和她的同事的研究发现支持了这一假说,并且在前人研究的基础上又做了进一步的延伸,因为他们找到了使得自花授粉概率提高的物理机制:缩短花粉囊和柱头之间的距离。

(编译 李楠)

  
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