在將超過7000萬粒莧菜種子暴露于土壤中的除草劑后，研究人員無法找到一種抗除草劑的突變體。研究人員表示，雖然是初步的，但研究結(jié)果表明，莧菜紅的突變率非常低，并且低水平的除草劑應(yīng)用對(duì)新的突變的發(fā)生貢獻(xiàn)很小 - 如果有的話。

這項(xiàng)研究發(fā)表在雜志科學(xué)雜志上。

伊利諾伊大學(xué)農(nóng)作物科學(xué)教授Patrick Tranel說，任何不會(huì)殺死植物的主要壓力都會(huì)導(dǎo)致其種子和花粉發(fā)生基因突變。他說，即使是陽光中的紫外線也會(huì)對(duì)植物造成壓力，并增加其后代發(fā)生突變的可能性。這種突變?cè)黾恿诉z傳多樣性，這可能對(duì)物種的生存有用。

“對(duì)除草劑的抗性來自人群的遺傳變異，”特拉內(nèi)爾說。“如果個(gè)體雜草具有允許其在特定除草劑中存活的正確突變，那么該個(gè)體將存活并將該特性傳遞給其后代。”

Tranel說，人們對(duì)新突變對(duì)除草劑抗性問題的相對(duì)貢獻(xiàn)知之甚少。他和他的同事希望確定莧屬植物的基線突變率，該植物包括水淹，莧菜和其他有問題的農(nóng)業(yè)雜草。他們還想測(cè)試未能殺死植物的除草劑應(yīng)用是否會(huì)增加基線率。

研究人員從單一的莧菜(Amaranthus hypochondriacus)種子開始，該種子與幾種農(nóng)業(yè)雜草密切相關(guān)，但不知道是否含有除草劑抗性基因。利用溫室將他們的實(shí)驗(yàn)與其他莧屬植物物種的潛在污染物隔離開來，該團(tuán)隊(duì)培育了這一種植物，收集了它的種子并開始了培育幾代相關(guān)植物并收獲種子的漫長過程。

“良好的植物將產(chǎn)生約10萬粒種子，”特拉內(nèi)爾說。“從這一家工廠，我們最終獲得了7000多萬粒種子。”

盡管實(shí)驗(yàn)室的隔離和科學(xué)家的警惕，其他一些莧菜種子也進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)。

“這些種子很小，很緊實(shí)。你可以在你的皮膚上粘上種子而不知道它，”Tranel說。“其中一名學(xué)生在離開溫室后發(fā)現(xiàn)了眉毛中的雜草種子。”

幸運(yùn)的是，對(duì)于科學(xué)家來說，雜草莧屬植物的種子是黑色的，而他們的試驗(yàn)植物只生產(chǎn)淺色種子。

為了篩選除草劑抗性的種子，研究人員將它們分散在用一種稱為ALS抑制劑的除草劑處理的土壤表面上，然后等待看看是否有任何幼苗存活。很少有試驗(yàn)植物克服了除草劑處理。嚴(yán)格的測(cè)試表明，那些存活下來的珍稀植物是已經(jīng)攜帶抗性基因的雜草莧菜種子的后代。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，科學(xué)家的方法適用于篩選大量種子。Tranel說，它還確定該團(tuán)隊(duì)必須測(cè)試超過7000萬粒種子以確定A. hypochondriacus的基線突變率- 并確定低水平除草劑處理是否會(huì)增加該速率。

他說，了解這一點(diǎn)對(duì)于開發(fā)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)植物在田間的表現(xiàn)的模型至關(guān)重要。

“除草劑抗性是一個(gè)進(jìn)化過程，進(jìn)化過程是數(shù)學(xué)上的，”Tranel說。“如果你更準(zhǔn)確地了解植物在不同環(huán)境條件下的表現(xiàn)，你可以開發(fā)出可以預(yù)測(cè)阻力發(fā)展速度的方程式。”

他說，如果研究表明，突變率遠(yuǎn)低于預(yù)期，并不意味著不會(huì)發(fā)生除草劑抗性。“這可能是阻力發(fā)生的速度比以前想象的要慢一些，”他說。“但它仍會(huì)發(fā)生。”