從雜草說起

      “鋤禾日當午，汗滴禾下土。”在烈日下彎腰鋤草的農夫，是表現農事勞作之艱辛的永恒形象。幾千年來，農田雜草一直是困擾農業生產、影響作物產量的頑敵。宋詩《種稗嘆》有云：“稻苗欲秀稗先出，拔稗飼牛惟恐遲”，寫出了農民對稗草的厭惡之情，而稗草直到今天仍是稻田主要雜草之一。

《憫農》的詩歌形象（圖片來源：//www.gushixuexi.com/）

      農田雜草種類很多，與人類馴化并栽培了幾千年的作物相比，它們可謂“野性十足”——生命力旺盛、環境適應性強、繁殖力高。雜草與作物競爭水、肥、光照及生長空間，阻礙機械播種和收獲，還能攜帶病菌和害蟲。如果農田雜草控制不好，很可能出現“草盛豆苗稀”的慘狀，作物收成將大打折扣。

雜草茂盛的玉米田（供圖：黃紅娟）

      1895年，法國人觀察到從葡萄藤蔓上滴落的硫酸銅噴劑能殺滅一些雜草，這一偶然發現成為農田化學除草的開端。一百多年來，隨著科學技術的進步和化學工業的發展，化學除草劑產品不斷推陳出新，更加注重提高除草效率，降低對作物、人畜和環境的毒性，提高選擇性或擴大殺滅譜。當前全世界生產的除草劑達300種以上。

      農業生產不可或缺

      使用除草劑防除雜草便捷、高效，大大減少人工成本，深受廣大農業生產者歡迎。早在1956年，我國黑龍江農墾就開始在小麥田試驗除草劑。上世紀80年代起，幾種重要的除草劑實現國產化生產并大面積推廣應用，引發了耕作制度變革。如今，我國農田雜草防控早已從“人力時代”進入以除草劑為主的“化學時代”，玉米、水稻、小麥、大豆等主要作物除草劑應用面積率均達100%，“鋤禾日當午”的場景已難得一見。

      我國田園雜草有1400多種，嚴重危害的130余種（參考文獻2）。不同地域、不同作物或不同季節，農田雜草種類各不相同。據全國農業技術推廣服務中心統計，2017年我國雜草發生面積0.92億公頃次，防治面積1.04億公頃次，挽回糧食損失0.27億噸，而雜草導致的平均減產仍有9.7%（參考文獻2）。

      我國除草劑用量逐年遞增，2021 年，在全國種植業中使用的、按照有效成分折算的24.8萬噸農藥中，除草劑占40%以上（參考文獻2）。除草劑已超過殺蟲劑、殺菌劑，成為農藥用量之首，是農業生產中不可或缺的投入品。

不同種類的除草劑產品

      除草劑如何除草？

      所謂雜草，不過是長錯了地方的植物。它們有些甚至是作物的近親，在外觀上和作物很相像，如小麥與節節麥、水稻與稗草。那么問題來了，面對作物與雜草，如何防止除草劑不辨“敵我”？針對這個關鍵問題，人們有幾種聰明的辦法——

      一種辦法是在作物播種前或出苗前用除草劑處理土壤，殺死剛剛出土的雜草幼苗，這是打了個“時間差”。雜草和作物通常屬于不同的植物門類，這使得人們能針對二者的差異，研發出具有選擇性的除草劑。對于殺滅譜廣而選擇性不強的除草劑，或對于與作物屬于同一門類的雜草，則需要仔細選擇用藥品種和施藥時間，并將用量嚴格控制在對作物安全的范圍內。此外，還可以培育能耐受除草劑的作物品種，使它們自帶“防毒”技能。這些方法說來輕巧，但無一不蘊含著許多科學問題與技術難題，是科技人員攻關的熱點。

麥田里生長的雜草“節節麥”（供圖：黃紅娟）

      除草劑類似于雜草的“毒藥”，光看名稱就能感受到幾分“殺氣”，如：百草枯、麥草畏、敵草快、滅草松、撲草凈……它們能極其有效地干擾植物代謝途徑中的各種酶類，破壞重要的細胞結構與生命活動，讓雜草殞命。讓我們來了解一下除草劑的“武功秘笈”——

      一些除草劑能抑制光合作用。大家知道，光合作用是植物生命的根本，植物依靠光合作用將太陽光轉化為自身所需的糖類等營養成分。除草劑能阻礙參與光合作用的色素，如類胡蘿卜素合成，令雜草患上“白化病”，還能阻斷光合作用的關鍵步驟，使雜草難以維生。

      一些除草劑能抑制呼吸作用。呼吸作用是植物的重要生命活動，為自身提供能量，維持正常生理代謝過程。除草劑能抑制呼吸作用的關鍵步驟，使細胞不能產生足夠能量，生命無以為繼。

      一些除草劑能抑制重要的功能物質合成。例如通過抑制脂肪酸合成，破壞植物細胞膜結構，使細胞不能正常生長和分裂。通過抑制一些重要的氨基酸合成，影響植物產生蛋白質和次生代謝產物，干擾重要的生理生化過程。還有一些除草劑能抑制纖維素、維生素等關鍵物質合成，導致雜草死亡。

      除草劑還可以是生長抑制劑，通過干擾生長激素代謝或轉運，使植物體內激素含量和比例發生改變，導致細胞不能正常生長和發育，產生扭曲和畸形，最終死亡。

      可見除草劑家族雖屬于不同的功夫門派，卻都能直擊要害，招招斃命。

麥田里的雜草蓋過了麥苗

      抗性問題不容忽視

      正如抗生素濫用能產生耐藥的“超級細菌”，單一類型除草劑持續大量使用，雜草也有可能進化出對除草劑的抗性，成為“超級雜草”。據統計，目前全球已有272種雜草對168種除草劑產生了抗性（ www.weedscience.org），成為除草劑應用面臨的一大挑戰。

      為防治抗性雜草或難治雜草，農民不得不加大除草劑用量，這進一步增加了對雜草抗性的選擇壓力，結果可能產生更多種類、更強抗藥性的超級雜草，形成惡性循環。我國20世紀90年代以前鮮有雜草抗藥性報道，而隨著除草劑的廣泛使用，雜草抗藥性發展迅速，目前已成為世界上雜草抗性危害最為嚴重的國家之一，尤以麥田和稻田中的抗性雜草問題最為突出。

稻田里生長的稗草（供圖：黃紅娟）

      俗話說“見招拆招”，面對不同種類的“毒藥”，雜草能施展出許多巧妙的本領以抵抗傷害。除草劑作用的蛋白基因被稱為“靶基因”，雜草中的靶基因會發生突變，導致除草劑對靶蛋白結合活性下降甚至無法結合，“毒藥”就會失靈。此外，雜草還能使靶基因大量復制或過量表達，以克服除草劑毒性。

      抗性雜草能減少除草劑向體內滲透和運輸，或通過主動運輸將除草劑轉移到“安全地點”（如液泡中）或細胞外，還能進化出“解毒”能力，將除草劑降解為低毒或無毒的物質。還有一些雜草，接觸過除草劑的葉片迅速枯萎死亡，使得除草劑無法轉移到其他部位，不影響整體生長。

雜草對除草劑產生抗性的主要方式

      抗藥性雜草不僅造成作物減產，也是除草劑超量使用的原因之一。因此，應當精準選擇除草劑種類和防治時期，輪換使用不同作用機制的除草劑，發展除草劑減量與替代技術，盡可能延緩雜草抗性發展，延長除草劑的壽命。同時，有必要深入研究雜草抗性機理，加強抗性發生監測，最大程度發揮除草劑的防治效果。

      避免藥害

      當除草劑用量或用法不當，或遇到不利的天氣、環境條件與土壤狀況，作物接受的除草劑劑量超過了其耐受范圍，生長就會受到傷害，術語稱發生了“藥害”。噴施除草劑田塊的作物、鄰近作物或后茬作物都可能發生藥害，其癥狀包括畸形、褪綠、壞死、落葉、矮化、生育期延遲、產量降低等。有的除草劑在土壤中能夠殘留2年以上，必須選擇對除草劑不敏感的后茬作物。當前我國除草劑藥害頻發，是農業生產中需要高度關注的問題。

除草劑使用不當導致作物褪綠（供圖：黃紅娟）

      過量使用除草劑，不僅增加生產成本，產生藥害，還會降低植物多樣性，造成環境污染和生態損害。過度依賴化學除草的弊端逐漸凸顯，為人們敲響了警鐘。

      出色的耐除草劑作物

      硬幣有兩面，除草劑也不例外。一面是對提高除草能力的需求，另一面則是對作物產生藥害的風險。如果有強力的除草劑，再配合不怕除草劑的作物，是不是就能走出這條“無間道”？——于是草甘膦/草銨膦加耐除草劑作物這對“黃金搭檔”誕生了。

      草甘膦和草銨膦堪稱除草劑界的“尖子生”，它們殺草譜廣，在土壤中易降解，無殘留無污染，對人和哺乳動物低毒，使用后雜草不易產生抗性，而且使用方便、價格便宜，對難治雜草防除效果理想。然而它們強大到幾乎“一切通吃”，既能殺死雜草也能殺死作物，要想在農業生產中使用，必須配合耐受除草劑的作物新品種。

草甘膦和草銨膦的分子結構（圖片來源：百度百科）

      科學家首先從自然界中篩選到天生能耐受草甘膦或草銨膦的微生物及植物，從中分離獲得不敏感的靶基因，再將這些特別的基因導入作物，就能培育出耐受除草劑的轉基因作物。

      截至2022年，全球轉基因作物種植面積超過2億公頃，其中88%的轉基因作物含有耐除草劑基因（參考文獻3）。隨著轉基因作物種植面積不斷擴大，草甘膦和草銨膦也成為全球銷售量最大、使用面積最廣的除草劑。種植耐除草劑作物顯著簡化了除草流程、降低了生產成本、守護了農田收成，是轉基因作物研究和應用的成功典范。

      除草劑雖好，但要想用好它，往往面臨著除草效果、藥害、雜草抗性等多重因素相互制約的選擇困境。道阻且長，只有不斷創新除草劑產品并完善其應用技術，才有望突破困境，走出一條高效、安全、生態的科技除草之路。

      文章來源于田邊的小蘿，作者，田邊的小蘿

      感謝中國農業科學院植物保護研究所雜草創新任務提供學術指導

      參考文獻：

      1.吳文君，羅萬春，農藥學（第二版），中國農業出版社，2020

      2.李香菊，近年我國農田雜草防控中的突出問題與治理對策，植物保護，2018，44（5）：77-84　

      3.李香菊，我國耐除草劑轉基因作物研發與產業化應用前景，植物保護，2023，49（5）：316-324　　

      4.張玲玲，徐凡，李嘉文，等，雜草對除草劑抗性機理研究進展，農藥學學報，doi：10.16801/j.issn.1008-7303.2024.0043