施用草甘膦对转基因抗除草剂大豆田杂草防除、大豆安全...

奥鹏网院作业

施用草甘膦对转基因抗除草剂大豆田杂草防除、大豆安全性及杂草发生的影响
于惠林，贾芳，全宗华，崔海兰，李香菊

（中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193）

摘要：【目的】转GAT和EPSPS双价基因抗草甘膦大豆‘GE-J16’是我国具有自主知识产权的抗除草剂材料，喷施草甘膦后，评价草甘膦对杂草防除、大豆安全和杂草发生的影响，为其将来商业化种植后的安全监测与杂草治理提供数据支持。【方法】除草效果：每小区以对角线5点取样法取5个0.25 m2样点并标记，施药后28 d调查禾本科和阔叶杂草株数，并剪取地上部分称取鲜重, 计算株防效和鲜重防效。对大豆安全性：每小区以对角线5点取样法，每点随机取4株大豆并标记，在喷药当天、药后7、14、21及28 d调查大豆株高和复叶数，观察药害，收获前每小区取50株大豆调查结荚数及产量。杂草发生情况：每小区以对角线5点取样法取5个0.25 m2样点并标记（避开除草效果取样点），调查并记录每种杂草种类、株数，计算每种杂草相对多度。【结果】转基因大豆喷施900、1 800和3 600 g a.i./hm2草甘膦对禾本科杂草株防效2016年分别为84.30%、95.22%和83.62%，阔叶杂草株防效分别为49.80%、64.52%和61.93%，禾本科和阔叶杂草鲜重防效分别在95.36%和82.05%以上，2017年对禾本科和阔叶草株防效分别达94.93%和85.09%以上，对禾本科和阔叶杂草鲜重防效分别达98.00%和96.57%以上。转基因大豆喷施草甘膦对大豆生长没有不良影响，产量高于人工除草处理。两年研究结果表明转基因抗除草剂大豆喷施草甘膦后杂草群落发生改变，转基因抗除草剂大豆田不除草处理小区主要优势阔叶杂草为反枝苋（Amaranthus retroflexus）、打碗花（Calystegiahederacea）、马齿苋（Portulacaoleracea），禾本科杂草为狗尾草（Setariaviridis）、马唐（Digitariasanguinalis）和牛筋草（Eleusineindica），共6种，喷施草甘膦900—3 600 g a.i./hm2后转基因大豆田5种主要优势杂草为打碗花、夏至草（Lagopsissupina）、马齿苋、牛筋草和狗尾草。【结论】转基因抗草甘膦大豆‘GE-J16’喷施草甘膦900—3 600 g a.i./hm2对杂草有很好的防除效果, 对大豆安全。因此，转基因抗草甘膦大豆‘GE-J16’将在我国有很好的商业化应用前景，喷施草甘膦影响杂草种群的发生，如今后商业化种植需长期密切监测种群变化。

关键词：转基因大豆；草甘膦；杂草防除；作物安全

0 引言
【研究意义】转基因抗除草剂大豆（Glycine max）在商业化种植前，研究目标除草剂的除草效果、对作物安全性及杂草发生的影响是转基因抗除草剂作物环境安全性评价的重要内容，其研究也可为转基因抗除草剂大豆商业化后的安全监测与杂草治理提供数据支持。【前人研究进展】大豆既是重要的粮食作物和油料作物，又是养殖业蛋白质饲料的重要来源，在我国农业生产以及社会经济生活中均占有相当重要的地位。中国是全球大豆进口大国，每年大豆需求量为1.1亿吨，国内大豆产量为1 600万吨左右，无法满足市场需求，80%依靠进口，2018年我国进口大豆约8 800万吨[1]。近几年我国大豆种植面积在800万公顷左右[1]，大豆田有一年生禾本科杂草牛筋草（Eleusine indica）、马唐（Digitaria sanguinalis）、稗（Echinochloa crusgalli）、一年生阔叶草反枝苋（Amaranthus retroflexu）、马齿苋（Portulaca oleracea）、苘麻（Abutilon theophrasti）、打碗花（Calystegia hederacea）、酸模叶蓼（Polygonum lapathifolium）、铁苋菜（Acalypha australis）和多年生杂草刺儿菜（Cirsium setosum）、苣荬菜（Sonchus arvensis）、问荆（Equisetum arvense ）等，草害是制约我国大豆产量和品质的一个重要因素[2]。自1996年首例转基因抗除草剂大豆在美国商业化后，转基因抗除草剂作物的种植大大简化了除草方式并降低除草成本，备受种植者的青睐，近年来种植面积更是持续迅猛增长。至2017年转基因抗除草剂（包括抗除草剂/抗虫复合性状）大豆全球种植面积为0.94亿公顷，种植国家为9个，种植面积排名前三的国家为美国、巴西和阿根廷[3]。转基因抗除草剂作物种植还带来了可观的、可持续的社会经济及环境效益，如显著减少除草剂使用所造成的环境污染，节约矿物燃料，少耕或不耕作土地减少了温室气体排放及增加了农民的收益[4-5]。2015年全球农户因种植转基因抗除草剂大豆所获得收益为38.2亿美元，1996—2015年间累积收益为500.4亿美元（47%是来源于种植第二茬作物提高产量所获得的收益，53%来源于节约防除成本所获得）[6]。转基因抗除草剂大豆涉及的基因有11个，分别为cp4 epsps、2mepsps、gat4601、pat、bar、hppdPFw336、csr1-2、dmo、aad-I2、gm-hra和avhppd-03，涉及的除草剂种类有草甘膦、草铵膦、异恶唑草酮、硝磺草酮、磺酰脲类、麦草畏、2,4-D和咪唑啉酮类，目前抗除草剂大豆转化事件有28个[3,7-8]，抗草甘膦仍为第一大目标性状。大豆中有3个抗草甘膦基因，来源于根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）菌株的cp4epsps和来源于玉米（Zea mays）的2mepsps，其作用原理均为在大豆植株体内产生对草甘膦不亲和的5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶，与草甘膦结合能力降低，从而赋予对草甘膦除草剂更高的耐受性；gat4601来源于地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），在植物体产生草甘膦N-乙酰转移酶，催化草甘膦失活，赋予对草甘膦的耐受性[7-8]。然而随着全球转基因抗草甘膦大豆的广泛种植，草甘膦频繁大量使用，过度单一依赖草甘膦的杂草控制手段对杂草施加了巨大的选择压力，一直被普遍关注的杂草种群演替及杂草抗/耐药性问题也越来越突出[9-12]。在过去的20年间，相关研究被大量报道[10,13-14]。由于过度单一依赖草甘膦和少耕、免耕的耕作制度，在一些种植转基因抗除草剂作物国家如美国等出现了杂草种群演替，并且优势杂草种群向草甘膦天然耐受性或抗性种类的演替[9-10,13-14]，这种杂草种群演替归咎于杂草对作物生产中使用策略变化的“生态适应”。至2019年全球抗草甘膦杂草已达43种[14]，在种植抗草甘膦大豆的阿根廷和巴西，抗草甘膦杂草主要发生在抗草甘膦大豆田中[15]。在转基因抗草甘膦作物田中这种杂草种群演替和抗/耐性杂草的出现势必增加了杂草防除的成本及难度，也会危及抗草甘膦转基因大豆的应用。【本研究切入点】虽然我国还未批准转基因抗除草剂大豆商业化种植，但也在积极研发具有自主知识产权的转基因抗除草剂大豆[16-18]。转基因抗草甘膦大豆‘GE-J16’是由中国农业科学院作物科学研究所研发，采用根癌农杆菌介导的大豆子叶节法将G2-EPSPS和GAT双价基因转化到大豆优良品种‘Jack’中获得。GAT和EPSPS分别具有不同的抗除草剂机理，将双价基因同时转入大豆，培育抗除草剂大豆新品种，从而提高大豆生产中的田间除草效果。【拟解决的关键问题】在河北省进行中间试验，研究草甘膦喷施后除草效果、对大豆的安全性及对大豆田杂草发生的影响，为我国今后转基因抗除草剂作物田杂草治理提供数据支持。

1 材料与方法
1.1 供试大豆及草甘膦
转G2-EPSPS和GAT抗除草剂大豆‘GE-J16’和受体大豆‘Jack’，均由中国农业科学院作物科学研究所提供，目标除草剂为草甘膦。供试材料于2016及2017年种植于中国农业科学院植物保护研究所廊坊科研中试基地。试验中施用的草甘膦（商品名：农达，41%草甘膦异丙胺盐水剂）由美国孟山都公司生产。

1.2 试验方法
1.2.1 试验设计 采用不完全随机区组设计，转基因与受体大豆设3个重复，小区面积为20 m2（5 m×4 m），行距40 cm，株距8 cm，小区间设2 m间隔。大豆处理设定为7个：（1）受体大豆人工除草；（2）转基因大豆不除草；（3）转基因大豆人工除草；（4）转基因大豆喷草甘膦450 g a.i./hm2；（5）转基因大豆喷草甘膦900 g a.i./hm2（田间推荐中剂量）；（6）转基因大豆喷草甘膦1 800 g a.i./hm2；（7）转基因大豆喷草甘膦3 600 g a.i./hm2。出苗后按常规方式进行田间管理。在大豆3片羽状复叶期施药。大豆人工除草处理，整个生长季除草1次，除草时间与喷施草甘膦时间相同。

1.2.2 草甘膦除草效果 每小区以对角线5点取样法取5个0.25 m2（0.5 m×0.5 m）样点并标记，施药后28 d调查禾本科和阔叶杂草株数，并剪取地上部分称量鲜重，计算公式：株数（鲜重）防效=100%×[对照杂草株数（鲜重）-施药处理杂草株数（鲜重）]/对照杂草株数（鲜重）。

1.2.3 大豆安全性 药害观察：施药后每周目测草甘膦各剂量处理对大豆药害情况；对大豆生长影响：每小区以对角线5点取样法，每点随机取4株大豆并标记，在喷药当天、药后7、14、21及28 d调查大豆株高和复叶数，收获前每小区取50株大豆调查结荚数及产量。

1.2.4 杂草发生情况 每小区以对角线5点取样法取5个0.25 m2（0.5 m×0.5 m）样点并标记，取样点与除草效果取样点不同，调查并记录每种杂草种类、株数。2016年，从施药当天到药后56 d，每14 d调查一次，共调查5次；2017年从施药当天到药后84 d，每14 d调查一次，共调查7次。根据每种杂草田间频度（F）、田间密度（D）和田间均度（U）计算相对多度（RA），据此明确主要杂草种群在群落中的地位，然后比较在草甘膦各剂量处理下大豆田中杂草发生情况。

1.3 数据处理与分析
大豆不同处理之间株防效、鲜重防效、大豆叶片及株高采用Tukey’s HSD test单因素方差进行显著性分析，数据统计采用SSPS19.0软件。田间频度（F）：某种杂草的田间频度为这种杂草出现的小区数占总调查小区数的百分比，计算公式为F=width=25.7,height=27.4×100%；田间密度（D）：某种杂草的田间密度为这种杂草在各调查小区的平均密度（株/m2）之和与总调查小区数之比，计算公式为D=width=28.2,height=27.4；田间均度（U）：某种杂草在所调查小区中出现的样方次数占总调查样方数的百分比，计算公式为U=width=41.4,height=27.4×100%。

以上公式中，n为调查小区数，Yi为某种杂草在田块i出现与否，为1或0；Di为某种杂草在田块i中的平均密度（株/m2），Xi为某种杂草在田块i中出现的样方次数，5为在各小区调查的样方数。

RF=100%×（某种杂草的田间频度/各种杂草的田间频度和）；RU=100%×（某种杂草的田间均度/各种杂草的田间均度和）；RD=100%×（某种杂草的田间密度/各种杂草的田间密度和）；杂草相对多度（RA）=相对频度（RF）+相对均度（RU）+相对密度（RD）。RA、F、U、D、RF、RU和RD参数计算详见张朝贤等[19]。

2 结果
2.1 草甘膦除草效果
转基因大豆在喷施900、1 800和3 600 g a.i./hm2草甘膦后，对禾本科株防效在2016年为84.30%、95.22%和83.62%，阔叶草株防效为49.80%、64.52%和61.93%，禾本科和阔叶草鲜重防效分别在95.36%和82.05%以上，2017年对禾本科和阔叶草株防效分别在94.93%和85.09%以上，鲜重防效分别达98.00%和96.57%以上。喷施900 g a.i./hm2草甘膦除草效果好于人工除草处理（表1）。

表1 转基因大豆施用草甘膦药后28 d除草效果

Table 1 Weed control efficacy at 28 days after glyphosate (GP) application in glyphosate-resistant (GR) soybean in 2016 and 2017


数据表示为平均数±标准误，同列后不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。“ * ”表示草甘膦的推荐中剂量。表2—表4同Data are shown as mean±SE with the different lowercase letters in the same column represent significant differences (P＜0.05). “*” indicated recommended dosage of glyphosate applied. The same as table 2-Table 4

数据分析前进行反正弦转化，先进行单因素方差分析，然后Tukey’s HSD 检验Prior to analysis, the data were transformed by arcsinwidth=14.3,height=13.45. The one-way ANOVA was conducted, followed by Tukey’s HSD tests

2.2 草甘膦对大豆安全性
2016年转基因大豆喷施草甘膦450、900、1 800和3 600 g a.i./hm2在施药当天、药后7、14、21和28 d与转基因大豆人工除草和不除草处理比较，株高和复叶无显著差异（表2）。2017年转基因大豆喷施草甘膦450、900、1 800和3 600 g a.i./hm2在施药当天、药后7、14、21和28 d与转基因大豆人工除草和不除草处理比较，株高无显著差异。2017年由于转基因大豆不除草处理小区杂草的竞争，转基因大豆在喷施草甘膦药后21和28 d，不除草处理大豆复叶数显著低于转基因大豆喷施草甘膦900、1 800和3 600 g a.i./hm2的处理（表3）。转基因大豆喷施900、1 800和3 600 g a.i./hm2的草甘膦处理单株结荚数和产量高于转基因大豆人工除草处理，并显著高于不除草处理，转基因大豆喷施900 g a.i./hm2草甘膦处理单株结荚数和产量与受体大豆人工除草处理没有显著差异（表4）。两年试验对转基因大豆喷施草甘膦没有观察到药害。

2.3 草甘膦对杂草发生的影响
两年杂草调查试验发现大豆田有15科29种杂草（表5—表11），分别为旋花科的打碗花、田旋花（Convolvulus arvensis）、牵牛（Pharbitis nil）、圆叶牵牛（Pharbitis purpurea），马齿苋科的马齿苋，苋科的反枝苋和籽粒苋（Amaranthus hypochondriacus），唇形科的夏至草（Lagopsis supina），菊科的刺儿菜、苣荬菜、苦荬菜（Ixeris polycephala）、泥胡菜（Hemistepta lyrata）和旋覆花（Inula japonica），大戟科的铁苋菜、地锦（Euphorbia humifusa），藜科的藜（Chenopodium album），锦葵科的苘麻、野西瓜苗（Hibiscus trionum），茄科的龙葵（Solanum nigrum）和酸浆（Physalis alkekengi），蓼科的酸模叶蓼，玄参科的地黄（Rehmannia glutinosa），萝藦科的萝藦（Metaplexis japonica），桑科的葎草（Humulus scandens），十字花科的独行菜（Lepidium apetalum），禾本科的牛筋草、马唐、狗尾草（Setaria viridis）和稗。

表2 2016年转基因大豆施用草甘膦后株高及复叶数

Table 2 The plant height and compound leaf number of GR soybean after glyphosate application in 2016


数据分析前进行lg (x+1)转化，先进行单因素方差分析，然后Tukey’s HSD 检验。表3—表4同

Prior to analysis, the data were transformed by lg (x+1). The one-way ANOVA was conducted, followed by Tukey’s HSD tests. The same as table 3-Table 4

表3 2017年转基因大豆施用草甘膦后株高及复叶数

Table 3 The plant height and compound leaf number of GR soybean after glyphosate application in 2017


表4 转基因大豆施用草甘膦后豆荚数及产量

Table 4 The pod number and yield of GR soybean after glyphosate application


表5 受体大豆人工除草处理小区杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 5 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of recipient soybean with hand weeding in 2016 and 2017


表6 转基因大豆不除草处理小区杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 6 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean without weeding in 2016 and 2017


表7 转基因大豆人工除草处理小区杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 7 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean with hand weeding in 2016 and 2017


表8 转基因大豆施用450 g a.i./hm2草甘膦处理杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 8 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean with glyphosate at 450 g a.i./hm2 in 2016 and 2017


表9 转基因大豆施用900 g a.i./hm2草甘膦处理杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 9 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean with glyphosate at 900 g a.i./hm2 in 2016 and 2017


根据各处理大豆小区取样点杂草密度、均度及频度，计算得出各杂草种类相对多度，相对多度≥25%认为是优势杂草，因这些杂草种类相对多度之和在各大豆处理小区杂草群落中占总相对多度的70%以上。转基因大豆田不除草处理小区主要优势杂草有6种，分别为反枝苋、打碗花、狗尾草、马唐、马齿苋和牛筋草（表6）。转基因抗除草剂大豆田人工除草处理和受体大豆田人工除草处理主要优势杂草为打碗花、反枝苋、牛筋草、马齿苋、马唐和狗尾草，共6种（表5、表7）。转基因大豆田喷450 g a.i./hm2草甘膦小区主要优势杂草为打碗花、牛筋草、马齿苋、马唐、狗尾草和夏至草（表8）。喷施草甘膦900、1 800和3 600 g a.i./hm2转基因大豆田主要优势杂草有5种，分别为打碗花、夏至草、马齿苋、牛筋草和狗尾草，而在不除草处理小区中的优势杂草马唐和反枝苋不再是优势杂草（表9—表11）。

3 讨论
两年试验数据表明转基因抗草甘膦大豆GE-J16喷施草甘膦900—3 600 g a.i./hm2对禾本科、阔叶杂草都有很好的防除效果，仅2016年对阔叶草株防除效果稍差，可能因2016年大豆生长后期雨水较多，小粒阔叶杂草如马齿苋、夏至草等不断萌发所致，但已经不会对大豆产量造成显著影响。从对大豆的安全性来看，喷施草甘膦推荐中剂量的4倍量3 600 g a.i./hm2对大豆没有产生不良影响，因此转基因抗草甘膦大豆GE-J16将来在我国有很好的商业应用前景。

表10 转基因大豆施用1 800 g a.i./hm2草甘膦处理杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 10 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean with glyphosate at 1 800 g a.i./hm2 in 2016 and 2017


表11 转基因大豆施用3 600 g a.i./hm2草甘膦处理杂草密度、均度、频度及相对多度

Table 11 Density, field uniformity, frequency and relative abundance for weed species recorded of GR soybean with glyphosate at 3 600 g a.i./hm2 in 2016 and 2017


美国Georgia州农户和相关机构的调查表明，2000—2005年和2006—2010年期间，在棉田杂草种群发生了演替，2000—2005年间，发生最为严重的杂草为牵牛，而在2006—2010年间，长芒苋（Amaranthus palmeri）被列为了发生最严重的杂草种类，农户表示约78%的作物面积受到抗草甘膦长芒苋的侵扰[20]。目前在美国27个州的抗草甘膦长芒苋是转基因抗草甘膦棉花、玉米和大豆田中的恶性杂草[15]。小飞蓬（Conyza canadensis）、抗性糙果苋（Amaranthustuberculatus）及另外对草甘膦具有天然耐受的牵牛花属及鸭跖草属（Commelina）等杂草种类也逐渐成为美国转基因抗草甘膦大豆田的优势杂草[13-15,21]。笔者两年短期的研究结果表明转基因抗除草剂大豆田喷施草甘膦后杂草种群发生了改变，转基因抗除草剂大豆田不除草处理小区主要优势杂草为反枝苋、打碗花、狗尾草、马唐、马齿苋和牛筋草共6种，而喷施草甘膦900—3 600 g a.i./hm2后转基因大豆田主要优势杂草为打碗花、夏至草、马齿苋、牛筋草和狗尾草共5种，在不除草处理小区中优势杂草马唐和反枝苋不再是优势杂草，不是优势杂草的夏至草成为优势杂草。如将在中国商业化种植转基因抗除草剂大豆，这种杂草种群发生也需长期监测与关注。尤其是牛筋草需要密切关注，因在马来西亚、巴西、美国等国家都发现了多个抗草甘膦的牛筋草种群[14,22]，在中国果园也报道了抗草甘膦的牛筋草种群[23]。刘延室内生物测定发现打碗花对草甘膦有一定的耐受性，因此打碗花也需密切关注[24]。下一步将利用室内整株测定、莽草酸含量积累、种子培养皿等方法测定这5种杂草对草甘膦的敏感基线，确定是否对草甘膦有耐受性。

国外有多年种植转基因抗除草剂作物的经验可供借鉴，如在美国推荐一系列杂草管理措施来减缓或避免杂草种群的演替，在转基因抗除草剂作物田中不同作用方式化学除草剂进行轮换使用或与草甘膦混用，或引入抗草铵膦、麦草畏和磺酰脲类等除草剂基因，开发抗多种除草剂的转基因作物种类，机械、物理（水、光、热等物理因子）、农业（耕作、栽培技术和田间管理）除草和生物防治等技术相结合进行杂草的综合治理[25-28]。

4 结论
转基因抗草甘膦大豆‘GE-J16’喷施草甘膦900—3 600 g a.i./hm2对杂草有很好的防除效果，喷施草甘膦对大豆安全，不影响产量，因此‘GE-J16’将来在我国有很好的商业化应用前景。两年短期的研究结果表明，转基因抗除草剂大豆喷施草甘膦后优势杂草种群发生了改变，如今后在我国商业化种植该转基因抗除草剂大豆需长期密切监测施用草甘膦后对大豆田杂草发生的影响。

致谢：内蒙古集宁师范荣梓玉、赵星龙、孙昭鹏同学在2017年帮助杂草调查，廊坊中试基地耿亭等对转基因抗除草剂大豆进行了田间管理。在此一并表示感谢！

References

[1] United States Department of Agriculture (USDA). World agricultural production, foreign agricultural service/USDA office of global analysis, May 2019. https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/production. pdf.

[2] 陶波. 杂草化学防除使用技术. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2013.

TAO B. Practical techniques for chemical control of weeds. 2nd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2013. (in Chinese)

[3] International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). Global status of commercialized biotech/GM crops in 2017: Biotech crop adoption surges as economic benefits accumulate in 22 years. ISAAA BriefNo.53. 2017, ISAAA: Ithaca, NY.

[4] Brookes G, Barfoot P. Environmental impacts of genetically modified (GM) crop use 1996-2015: Impacts on pesticide use and carbon emissions. GM Crops and Food, 2017, 8(2): 117-147.

[5] Brookes G, Barfoot P. GM crops: global socio-economic and environmental impacts 1996-2015. PG Economics Ltd, UK. 2017. https://www.pgeconomics.co.uk/pdf/2017globalimpactstudy.pdf.

[6] Brookes G, Barfoot P. Farm income and production impacts of using GM crop technology 1996-2015. GM Crops and Food, 2017, 8(3): 156-193.

[7] 王园园, 王敏, 相世刚, 刘琪, 强胜, 宋小玲. 全球抗除草剂转基因作物转化事件分析. 农业生物技术学报, 2018, 26(1): 167-175.

WANG Y Y, WANG M, XIANG S G, LIU Q, QIANG S, SONG X X. Analysis on the event of global herbicide tolerant transgenic crops. Journal of Agricultural Biotechnology, 2018, 26(1): 167-175. (in Chinese)

[8] PALLETT K. Engineered crop tolerance to glyphosate and its impact on the use of the herbicide. Outlooks on Pest Management, 2018, 29(6): 277-281.

[9] OWEN M D, ZELAYA I A. Herbicide-resistant crops and weed resistance to herbicides. Pest Management Science, 2005, 61(3): 301-311.

[10] OWEN M D. Weed species shifts in glyphosate-resistant crops. Pest Management Science,2008, 64(4): 377-387.

[11] JOHNSON W G, DAVIS V M, KRUGER G R, WELLER S C. Influence of glyphosate-resistant cropping systems on weed species shifts and glyphosate-resistant weed populations. European Journal of Agronomy, 2009, 31(3): 162-172.

[12] HEAP I, DUKE S O. Overview of glyphosate-resistant weeds worldwide. Pest Management Science, 2018, 74(5): 1040-1049.

[13] CULPEPPER A S. Glyphosate-induced weed shifts. Weed Technology, 2006, 20(2): 277-281.

[14] HEAP I. International survey of herbicide-resistant weeds. http://www. weedscience.org.

[15] 张翼翾. 全球抗草甘膦杂草的概况. 世界农药, 2018, 40(3): 38-45.

ZHANG Y X. Overview of glyphosate-resistant weeds worldwide. World Pesticides, 2018, 40(3): 38-45. (in Chinese)

[16] 韩强. 抗虫及抗除草剂转基因大豆新品种的培育与鉴定[D]. 杭州: 浙江大学, 2015: 42-44.

HAN Q. Development and characterization of transgenic soybean with insect resistance and herbicide tolerance[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2015: 42-44. (in Chinese)

[17] 崔云云, 曹越平. 抗草甘膦转基因大豆的获得. 上海交通大学学报(农业科学版), 2016, 34(1): 1-4.

CUI Y Y, CAO Y P. Obtaining of transgenic glyphosate-resistant soybean. Journal of Shanghai jiaotong university (Agricultural Science), 2016, 34(1): 1-4. (in Chinese)

[18] 邱丽娟, 郭兵福, 郭勇, 张丽娟, 洪慧龙, 金龙国, 王爽, 杨慧. 一种抗草甘膦转基因大豆及其制备方法与应用: CN 105505981 A [P]. (2016-04-20) [2019-09-01].

QIU L J, GUO B F, GUO Y, ZHANG L J, HONG H L, JIN L G, WANG S, YANG H. A glyphosate resistant transgenic soybean and preparation method and application: CN 105505981 A [P]. (2016-04-20) [2019-09-01]. (in Chinese)

[19] 张朝贤, 胡祥恩, 钱益新, 朱文达, 魏守辉, 叶贵标, 黎银忠, 徐正明. 汉江平原麦田杂草调查. 植物保护, 1998, 24(3): 14-16.

ZHANG C X, HU X E, QIAN Y X, ZHU W D, WEI S H, YE G B, LI Y Z, XU Z M. Weed survey in wheat fields in Jianghan Plain. Plant Protection, 1998, 24(3):14-16. (in Chinese)

[20] SOSNOSKIE L M, CULPEPPER A S. Glyphosate-resistant Palmer amaranth (Amaranthuspalmer) increases herbicide use, tillage and hand-weeding in Georgia cotton. Weed Science, 2014, 62(2): 393-402.

[21] WEBSTER T M. Weed survey- southern states. Proceeding, Southern Weed Science Society, 2013, 66: 275-287.

[22] JALALUDIN A, YU Q, POWLES S B. Multiple resistance across glyfosinate, glyphosate, paraquat and ACCase-inhibiting herbicides in an Eleusine indica population. Weed Research, 2015, 55(1): 82-89.

[23] CHEN J C, HUANG H J, ZHANG C X, WEI S H, HUANG Z F, CHEN J Y, WANG X. Mutations and amplification of EPSPS gene confer resistance to glyphosate in goosegrass (Eleusine indica). Planta, 2015, 242: 859-868.

[24] 刘延. 田旋花和打碗花对草甘膦的耐药性研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2008.

LIU Y. Investigating glyphosate tolerance in field bindweed (Convolvulus arvensis L.) and ivy glorybind (Calystegia hederacea Wall.)[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2008. (in Chinese)

[25] BROOKES G. Weed control changes and genetically modified herbicide tolerant crops in the USA 1996-2002. GM Crops and Food, 2014, 5(4): 321-332.

[26] GREEN J M. The rise and future of glyphosate and glyphosate- resistant crops. Pestmanagement science, 2018, 74(5): 1035-1039.

[27] GREEN J M, Owen M D K. Herbicide-resistant crops: utilities and limitations for herbicide-resistant weed management. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(11): 5819-5829.

[28] Nandula V K. Herbicide resistance traits in maize and soybean: current status and future outlook. Plants, 2019, 8(9): 337.

Effects of glyphosate on weed control, soybean safety and weed occurrence in transgenic herbicide-resistant soybean

YU HuiLin, JIA Fang, QUAN ZongHua, CUI HaiLan, LI XiangJu

(Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193)

Abstract:【Objective】Transgenic soybean ‘GE-J16’ that co-expressed with GAT and EPSPS conferring resistance to glyphosate, is a herbicide-resistant (HR) variety in China with independent intellectual property. The objective of this study is to evaluate the effect of glyphosate application on weed control, soybean safety, and weed occurrence in glyphosate-resistant (GR) soybean ‘GE-J16’, and to provide the basic data for HR crops’ safety monitoring after commercial planting and weed management strategies.【Method】For weed control, in each soybean plot, 5 sample points were chosen along a diagonaland 0.25 m2was tagged as one sample point, 28 days after glyphosate application (DAG), the numbers of grassy and broadleaf weeds were surveyed and the above-ground parts were cut to get fresh weight, then weed control efficacy was calculated by fresh weight and weed number. For soybean safety, in each soybean plot, 5 sample points were chosen along a diagonal and 4 soybean plants were tagged with random selection in one sample point. The plant height and compound leaf number were investigated on the day of spraying, 7, 14, 21, and 28 DAG, separately. At the same time, herbicide damage of plants was visually observed. Before harvest, 50 soybean plants were collected from each plot, pod number of each plant and yield of 50 plants were tested. For weed occurrence, in each soybean plot, 5 sampling points were chosen along a diagonal and 0.25 m2was tagged as one sample point. All selected sampling points were different from those sampling points of weed control. The number and type of each weed species were counted in each sampling point. For each species of weeds, relative abundance (RA) was calculated.【Result】In 2016, at the glyphosate application doses of 900, 1 800 and 3 600 g a.i./hm2, the plant control efficacy of grassy and broadleaf weeds was 84.30%, 95.22%, 83.62%, and 49.80%, 64.52%, 61.93%, respectively. The fresh weight control efficacy of grassy and broadleaf weeds was above 95.36% and 82.05%, respectively. In 2017, at the same glyphosate application doses, the plant control efficacy of grassy and broadleaf weeds was above 94.93% and 85.09%, respectively. The fresh weight control efficacy of grassy and broadleaf weeds was above 98.00% and 96.57%, respectively. Glyphosate did not affect plant growth after application and soybean yield of different glyphosate treatments was higher than that of hand weeding treatment. Two years of short-term experimental research showed that weed species shifted in transgenic GR soybean after glyphosate application. The weed flora was dominated by six species including broadleaf weeds Amaranthus retroflexus,Calystegia hederacea, Portulaca oleracea, and grassy weeds Setaria viridis,Digitaria sanguinalis, and Eleusine indica in GR soybean without weeding, while in GR soybean sprayed with glyphosate at 900 to 3 600 g a.i./hm2, the weed flora was dominated by C. hederacea,Lagopsis supina, P. oleracea,E. indica, and S. viridis.【Conclusion】Glyphosate at 900-3 600 g a.i./hm2 has a good weed control efficacy in transgenic GR soybean ‘GE-J16’, and it is safe for soybean ‘GE-J16’. Thus, transgenic soybean ‘GE-J16’ has great potential for application in China in the future. The weed species shift in GR soybean after glyphosate application, and it will be needed to monitor for a long time if transgenic soybean is permitted to plant in China.

Key words:transgenic soybean; glyphosate; weed control; crop safety

收稿日期：2019-09-01；

接受日期：2019-09-16

基金项目：转基因新品种培育重大专项（2016ZX08012004）

联系方式：于惠林，E-mail：hlyu@ippcaas.cn。通信作者李香菊，Tel：010-62813309；E-mail：xjli@ippcaas.cn

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：width=42.5,height=42.5

（责任编辑 岳梅）