抗性杂草,谁与争锋?

2018-11-01 06:55来源:未知

  对于农民来说,保护农田免受害虫和瘟疫侵袭是一场持续的战斗:许多昆虫可能对人类喜好的植物有着相同的兴趣,而且致病微生物会感染树叶、枝条和根,此外还有与农作物争夺土壤、阳光和水分的杂草。

  在过去的60多年中,除草剂的应用无疑为杂草防除带来了一场革命,在促使作物产量显著增加的同时,其高效经济地使用方式也取代了人工、动物和机械防除等手段。

  然而,任何技术都有两面性,除草剂也不例外。随着除草剂在全球范围内的广泛使用,其带来的安全、环境特别是抗性杂草蔓延等问题也随之浮出水面。

  如同那些不受某些药物影响的细菌一样,有些杂草在自然界中演变,逐渐不再惧怕某些除草剂。尽管学术界和企业都在寻找诸如由生物化合物制成的喷雾剂等技术替代品,但北卡罗来纳州立大学研究人员最近的一项研究警告称,人类可能无法通过科学手段来解决这个棘手的问题。

  “抗性的进化将超过人类的创新。”该研究作者写道,“这很有可能。”要解决这一问题,需要资助机构、监管机构、农民以及所有人的共同努力,作者在《科学》杂志上发表的评论中补充道。

  “我们需要不止一种技术手段来解决这一问题。”该研究共同作者、北卡罗来纳州立大学基因工程与社会中心联合主任Jennifer Kuzma坦言。尽管在联邦政府层面上,监管行动似乎不太可能很快跟上,但是一些进行中的努力正在寻找解决问题的办法。

  除草剂的抗药性至少可以追溯到20世纪50年代。彼时,在加拿大和美国首次分别发现了抗24-D的野胡萝卜和铺散鸭趾草。此后,杂草抗性的问题始终伴随着全球农业的发展,演变成为一个噩梦。

  根据国际抗性杂草调查的统计数据显示,在最初的20年里,抗性杂草的发展还非常缓慢。然而进入20世纪80年代中后期,随着全球农药行业的快速发展,抗性杂草开始以惊人的速度蔓延。

  据抗性杂草国际调查网站2015年的统计,全球有61个国家的66种作物中产生了抗性杂草,其中美国抗性杂草数量最多(144种),其次为澳大利亚(62种)、加拿大(59种)和法国(35种)。当然,除草剂抗性绝不限于发达国家。截至2015年,中国抗性杂草已发现34种,位列世界第5位;巴西31种,位列世界第8位。

  令人惊讶的是,这些杂草可耐受多种除草剂。这可能是因为当农民使用一种除草剂时,部分杂草幸存下来,它们年复一年的繁殖,使得抗除草剂群族的占比不断增长,杂草难以控制。因此,如果不尝试其他方法,仅依靠单一种类除草剂,农民就很难克服这一难题。

  以抗草甘膦的长芒苋或藜草为例。草甘膦是一种使用最为普遍的除草剂,它是通过靶向植物中的一种关键蛋白质起作用的。大多数植物都有产生这种蛋白质的基因的两个副本,但是具有抗性的藜草已经进化到5~160个副本,这就意味着它可以产生出更多的蛋白质,因此也就更难被杀死。

  更糟糕的是,一株藜草可以产生50万颗种子,每一颗种子都有遗传机制,能够长成更强壮的杂草。在包括明尼苏达州和阿肯色州在内的一些地区,抗除草剂的藜草非常顽固,以至于农民们不得不雇佣工人手工拔出或者用喷灯灼烧。

  亚利桑那大学农业和资源经济学家George Frisvold指出,杂草控制是一个需要集体行动的问题。不过,这一观点直到最近才得到更多人的认可。

  “人们认为杂草不像害虫那样容易移动。”Frisvold说,“但是越来越多的研究表明,即使它们不那么具有移动性,但移动能力仍然足以”用来传播其抗药性。

  2017年,Frisvold和美国农业部农业研究服务局的研究生态学家Adam Davis撰写了一篇论文,指出除草剂只是暂时的解决方案而且,可能是每个世纪左右都会出现一次的技术。

  在这篇论文中,Frisvold和Davis并没有假设有效的新型除草剂将被开发出来,而是主张对杂草的控制采取更长远的观点,包括同时采取多种方法,比如作物轮作和抑制杂草种子的传播。“我们发出了强烈的警报。”Davis强调。

  对抗抗性杂草的战争已经拉开帷幕。如今,美国农业部和学术界正在进行一项关于除草剂抗性的合作项目,该合作遍及美国南部、大西洋中部和中西部地区的15个州,这是首次大规模探索杂草控制所做的努力之一。Davis和Frisvold是该合作研究的成员。

  该项目一部分重点放在一台名为哈林顿种子破坏机(Harrington Seed Destructor)的澳大利亚机器上,该机器可以被拖曳在联合收割机后面,用来捕获并粉碎杂草种子。目前,科学家们正在一系列物种(包括藜草)上测试这台机器。

  此外,由于杂草将进化到可以抵抗任何单一方法的程度,因此科学家们也在研究这台机器如何与包括除草剂和作物轮作在内的其他技术相结合。

  与此同时,农民及其社区也必须制定一些关于除草剂使用的规则,北卡罗来纳州立大学团队表示。下一步,他们需要开展工作来探索农民如何看待与抗药性相关的风险,这些问题的答案可以在某种程度上帮助科研人员调整思路,使农业社区得以更开放地尝试新想法。

  “这些问题实际上是在农业公社内”由化学公司“产生的”,俄勒冈州立大学杂草科学家Carol Mallory-Smith指出,“农业公社和私营企业内部有责任做出一些好的管理决策,而并非受到激励才这么做。”

  眼下,已经有几个新的和现有的农民网络试图在地方和区域层面上解决这个问题。例如,基于伊利诺伊州的由农民、科学家、非政府组织、公司和消费者组成的合作组织IDEA农场网络会定期召开会议,讨论农场问题。

  再如,爱荷华州的抗性管理计划有一个新的致力于抗除草剂的项目,该项目将涵盖农民、土地所有者、公司、科学家以及其他人。此外,阿肯色州几年前曾推出了一个名为“零容忍”(Zero Tolerance)的社区项目,致力于传播控制藜草的技巧,包括确定农业社区的当地领导者,让种植者参与进来并帮助他们相互监督,以确保他们使用最佳的方法。

  毋庸置疑,科学在发展,杂草的进化也从未间断。即便采取了种种措施,抗性仍将是一个问题。特别是在全球人口突破74亿的今天,如何养活这么庞大的群体,农业的未来何去何从,都是无法回避且值得深思的大问题。■