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美国学者发现基因突变使植物获得抗药性
http://flower.intopet.com 日期:2005-11-21 来源:中国花卉报 作者:佚名 阅读:

  多年前,轮叶黑藻(Hydrilla  verticillata)曾因其旺盛的繁殖能力,被誉为完美的水生植物。然而,自从上个世纪50年代,轮叶黑藻被从东南亚地区引入美国佛罗里达州坦帕地区后,这些繁殖迅速的生物几乎阻塞了美国东南部地区的所有水路。甚至在美洲大陆另一侧的太平洋沿岸也发现了它们的踪迹。
  现在,学者们发现,这种具有旺盛生命力的植物对一种曾经非常有效的除草剂产生了抗药性。美国农业科学研究院位于密西西比州牛津地区的自然产品应用研究机构(Natural  Products Utilization  Research  Unit)和位于印第安纳州卡麦尔(Carmel)的植保管理公司赛普洛(Se PRO )的专家发现,轮叶黑藻产生这种抗药性的原因在于,这种植物发生了基因突变。
  轮叶黑藻的根扎在水底的淤泥中,其细长而纤弱的茎可以很快生长到水面,并形成厚厚的一片茎叶层。依靠其旺盛的繁殖能力,轮叶黑藻蔓延速度很快,而且可以适应各种不同的生长条件。由于生长量过大,轮叶黑藻可以很快削弱河道的防洪以及航运能力,也影响了人们的休闲娱乐活动。同时,它们会很快使水质变差,与有价值的乡土水生植物争夺生存资源,使后者消失。
  对除草剂具有抗性的轮叶黑藻是雌雄异体的,雌株可以进行无性繁殖。雌雄同体的轮叶黑藻至今还没有发现具有抗药性。
  近20年来,氟啶草酮(fluridone)一直是对付轮叶黑藻的有力武器。这种除草剂也是唯一获得美国环保署批准的,可以进行系统性杂草控制的药剂。其作用原理是抑制植物产生八氢番茄红素脱氢酶(phytoene  desaturase),使无色的八氢番茄红素在叶子中积累,消耗有颜色的类胡萝卜素(carotenoids)。这个过程可以极大地影响光合作用的进行,从而杀死植物。
  大约5年前,赛普洛公司的学者发现,在佛罗里达的一些河道中,氟啶草酮的药效在降低。为此,他们与美国农业科学院的专家进行了联系,决定联合进行研究,寻找原因。
  让研究人员感到吃惊的是,他们发现一些轮叶黑藻体内出现了一个新的八氢番茄红素脱氢酶合成基因,也就是说,这些轮叶黑藻的基因发生了突变。具有这种新基因的轮叶黑藻正是具有抗药性的生物型。这是一个从未有过的重大发现!
  以往,控制轮叶黑藻所需的氟啶草酮的量很少,但现在必须用非常高的浓度。在这种情况下,一方面增加了控制水草的成本,另一方面除草剂的施用量加大了,也不得不考虑对环境所带来的影响。以目前的技术水平,可以确定水体中存在哪个生物型的轮叶黑藻,这样就可以确定使用氟啶草酮的量,以便用最少的药剂达到最好的控制效果。目前,发现抗药性生物型轮叶黑藻的地方都是多年使用氟啶草酮的水体。
  研究人员发现,发生了基因突变的生物型的植株体内,关键的精氨酸被其他氨基酸所替换。这种突变只是使植株具有抗药性,但是其顽强的适应能力没有改变,使之具有更强的适应能力,成为所在水体中的强势物种。
  由于可以使用的手段非常有限,今后要实现对轮叶黑藻的控制将变得越来越困难,成本也会越来越高。
  在以往的研究中,的确曾发现八氢番茄红素脱氢酶基因的突变会造成对氟啶草酮的抗性。此后,研究人员又将轮叶黑藻发生突变的基因转入拟南芥,以测试这个基因对氟啶草酮的抗性是否具有普遍性。初步的试验数据表明,转入了这个基因的拟南芥对氟啶草酮具有很强的抗性。
  目前,研究人员非常担心轮叶黑藻会通过杂交使这个突变的基因发生扩散,其结果将是非常严重的。
  针对目前的状况原因,研究人员认为主要是除草剂过于单一,促使植物出现了抗药性突变。专家们正在考虑使用其他方法来控制轮叶黑藻,如引入天敌昆虫和使用真菌。人工捞除和引入食草鱼类也是专家们考虑的除草手段。但是,理想的除草鱼类不但会除去轮叶黑藻,对其他水生植物也会造成威胁,必须慎重。

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