养分管理与农田杂草生物多样性和遗传进化的关系研究进展

我国杂草科学学科发展现状与展望作者：潘浪刘敏刘伟堂等来源：《植物保护》2023年第05期关键词杂草科学；杂草生物学与生态学；抗药性机制；除草剂安全剂；防控技术中图分类号：S 451.1 文献标识码：A DOI： 10.16688/j.zwbh.2023294我国是杂草危害最严重的国家之一，全国共有杂草1430余种（变种），造成严重危害的130余种，每年由于杂草危害造成的作物产量损失达9.7%。

农田杂草侵占农田地上和地下部空间，与作物争水、争肥、争光，影响作物的正常生长；有些杂草是多种病虫害的重要中间寄主；有些杂草会恶化环境，破坏生态；有些杂草含有毒成分，影响人畜健康和安全。

农田杂草大大降低了作物的产量和质量，增加了管理用工和生产成本，严重威胁农业生产。

杂草科学是研究杂草生物学特性、生长发育规律、分类与鉴定、分布与危害、群落结构与演替、抗药性机制、防治技术的综合学科。

杂草生物学和生态学研究是认知杂草的重要基础，杂草致灾机制、杂草抗药性机制研究是构建杂草防控技术体系的理论依据，而杂草综合防控技术研究则是农业产业持续健康发展的重要保障。

近5年（2018年—2022年）来，在国家自然科学基金等项目的支持下，我国杂草科学研究取得了系列重要进展。

本文重点阐述了近年来我国杂草科学在杂草生物学和生态学、杂草抗药性机理、除草剂安全剂作用机理、杂草综合防控技术等领域取得的重点研究进展和成果，并展望了今后杂草科学的发展方向。

1学科发展现状1.1杂草生物学和生态学1.1.1杂草基因组学基因组学技术的不断发展和创新为杂草科学研究带来新机遇，有助于探索杂草适应性进化机制。

Ye等结合二代Illumina、三代PacBio以及HiC技术获得了稗属Echinochloa六倍体稗E.crus-gal-li（L.）P.Beauv.、四倍体水田稗E.oryzoides（Ard.） Flritsch.和二倍体E.haploclada （Stapf）Stapf的高质量参考基因组。

櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄［１７］孙金秋，任相亮，胡红岩，等．农田杂草群落演替的影响因素综述［Ｊ］．杂草学报，２０１９，３７（２）：１－９．［１８］李昌新，赵　锋，芮雯奕，等．长期秸秆还田和有机肥施用对双季稻田冬春季杂草群落的影响［Ｊ］．草业学报，２００９，１８（３）：１４２－１４７．［１９］董春华，曾希柏，文石林，等．长期施肥对红壤双季稻冬闲田春季杂草群落的影响［Ｊ］．中国生态农业学报，２０１５，２３（９）：１１５０－１１５７．　［２０］张海艳，朱荣松，孙国俊，等．不同施肥方式对稻麦轮作制稻田杂草群落的影响［Ｊ］．杂草学报，２０１６，３４（１）：５０－５５．［２１］ＹｉｎＬＣ，ＣａｉＺＣ，ＺｈｏｎｇＷＨ．Ｃｈａｎｇｅｓｉｎｗｅｅｄｃｏｍｍｕｎｉｔｙｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｍａｉｚｅｃｒｏｐｓｄｕｅｔｏｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｒｏｐＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２００６，２５（９）：９１０－９１４．［２２］李儒海，强　胜，邱多生，等．长期不同施肥方式对稻油轮作制水稻田杂草群落的影响［Ｊ］．生态学报，２００８，２８（７）：３２３６－３２４３．　［２３］汤雷雷，万开元，陈　防．养分管理与农田杂草生物多样性和遗传进化的关系研究进展［Ｊ］．生态环境学报，２０１０，１９（７）：１７４４－１７４９．　［２４］ＮａｖａｓＭＬ．Ｔｒａｉｔ－ｂａｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｕｎｒａｖｅｌｌｉｎｇｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｗｅｅｄｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｍｐａｃｔｏｎａｇｒｏ－ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ［Ｊ］．ＷｅｅｄＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，５２（６）：４７９－４８８．接伟光，林厚泽，杨冬莹，等．根内根孢囊霉对大豆成熟期生物量、根腐病及根际土壤百菌清残留的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（１４）：１５３－１５８．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．１４．０２１根内根孢囊霉对大豆成熟期生物量、根腐病及根际土壤百菌清残留的影响接伟光１，２，林厚泽２，杨冬莹２，姚延轩２（１．黑龙江大学生命科学学院／农业微生物技术教育部工程研究中心／黑龙江省寒区植物基因与生物发酵重点实验室／黑龙江省普通高校微生物重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０；２．黑龙江东方学院食品工程学院，黑龙江哈尔滨１５００６６） 摘要：通过随机取样研究接种根内根孢囊霉（Ｒｈｉｚｏｐｈａｇｕｓｉｎｔｒａｒａｄｉｃｅｓ）菌剂对０、１年连作大豆成熟期生物量、根际土壤ＡＭＦ孢子密度、ＡＭＦ侵染率及根腐病病情指数的影响，以及Ｒ．ｉｎｔｒａｒａｄｉｃｅｓ对大豆根际土壤百菌清残留量的影响。

遗传多样性及其生态学意义的研究与探讨遗传多样性是指生物群体中遗传信息的不同程度，是生物多样性的一个重要组成部分。

随着人类活动的不断扩张，全球的生物多样性逐步减少，其中遗传多样性的流失也受到了大量关注。

因为遗传多样性对于物种的适应性和生存力具有非常重要的作用，是物种进化和生态系统维持的重要基础之一。

本文将就遗传多样性及其生态学意义进行研究和探讨。

一、遗传多样性的概念和分类遗传多样性是指某一物种内部个体之间存在不同的遗传构成，这是一个物种长期进化过程中，经过了基因突变、遗传漂变、随机漂变等过程所形成的结果。

遗传多样性的分类主要有以下三种。

1. 基因多样性：物种内部个体之间存在着不同的基因型和基因频率，表现为不同个体之间的某些遗传特征不同。

2. 展现型多样性：物种内部个体在表现型上的差异，反映了不同基因之间或同一基因多态性的不同表达情况。

3. 生态位多样性：生态位是指物种在生态系统中的角色和功能，物种之间的生态位存在着不同的利用方式和竞争规律。

以上三种分类都是非常重要的遗传多样性组成部分，对于物种的适应性和生存力都发挥着重要的作用。

二、遗传多样性的依据和保护1. 遗传多样性的依据遗传多样性是由基因的遗传多态性、染色体重组合和遗传漂变等多种因素影响的。

同时环境的变化和生物的适应性也会影响遗传多样性的形成和演变。

因此，遗传多样性的形成和维持与物种的演化、物种间的关系和生态位都有密切的关系。

2. 遗传多样性的保护随着人类活动的不断扩张，自然环境的变化和人类活动的影响已经威胁到了全球的生物多样性和遗传多样性。

因此，保护遗传多样性已经成为了当今全球生态保护的重要目标。

具体的保护方式主要包括以下几个层面。

（1）野外动植物资源的保护，包括野生动物的保护、森林、草原、湿地等自然生态系统的保护。

（2）保护生态系统中的基因库，包括地理区域内的生物多样性样本收集、数据管理和研究。

（3）重视环境政策和法规，加强对野生动物和生态系统的保护和监控。

农作物遗传改良与可持续发展在不断增长的全球人口和日益饱和的农业生产现状下，农作物遗传改良与可持续发展成为了解决粮食安全和实现可持续农业发展的重要策略。

农作物遗传改良通过改变农作物的遗传组成，提高其抗病虫害能力、适应性和产量等特性，以实现农业系统的可持续发展。

一、常见的农作物遗传改良技术1. 杂交育种杂交育种是通过交配不同亲本材料，结合亲本间的优异性状，从而获得更加优良的后代。

这种方法常用于提高作物的产量、品质和抗性等特性。

例如，优质玉米品种的培育利用了杂交育种技术，通过交配不同优质品种，提高了玉米的营养价值和产量。

2. 基因编辑技术基因编辑技术是一种高效精准的遗传改良方法，可以直接修改农作物的基因组。

通过利用CRISPR-Cas9系统等工具，科学家可以准确地删除、替换或插入特定基因序列，从而实现对目标性状的调控。

这种技术有助于提高农作物的抗病能力、耐盐碱性和抗逆性等特性。

3. 草根创新草根创新指的是从基层农民中发现潜在的农作物品种，并经过不断的试验选择和培育，最终形成适应当地环境和需求的优良品种。

这种方法在开发地方特色作物和提高农作物适应性方面具有重要意义。

例如，中国的东北黑土地区培育的大豆品种，经过长期的草根创新，不仅适应了恶劣的栽培环境，还具备了较强的抗逆性和高产性。

二、农作物遗传改良的可持续发展意义1. 提高产量农作物遗传改良可以通过改进农作物品种和优化栽培管理等措施，提高农作物的产量和质量。

这有助于满足不断增长的全球粮食需求，实现粮食安全。

2. 降低农药使用量通过改良农作物的抗病虫害能力，减少对化学农药的依赖，降低环境污染和农民的生产成本，实现可持续农业发展。

3. 增加农作物适应性遗传改良可以提高农作物的适应性和抗逆性，使其能够在恶劣环境条件下生长，减少因自然灾害和气候变化带来的农作物减产风险。

4. 保护生物多样性农作物遗传改良通过培育抗病虫害的品种，减少对野生物种的损害，保护生物多样性，并有助于恢复生态平衡。

作物遗传多样性在种植中的作用一、作物遗传多样性的基本概念作物遗传多样性是指在作物种群中，由于基因型和表现型的差异而表现出的遗传变异。

这种多样性是农业生态系统中一个极其重要的组成部分，它不仅关系到作物的适应性、生产力和稳定性，还对农业的可持续发展和食品安全具有深远的影响。

1.1 遗传多样性的重要性遗传多样性是作物种质资源的宝贵财富。

在农业生产中，遗传多样性的丰富程度直接影响到作物对病虫害的抗性、对环境变化的适应能力以及农业生产的稳定性。

高遗传多样性的作物种群能够更好地应对环境压力，减少因病虫害或气候异常造成的损失。

1.2 遗传多样性的来源遗传多样性的来源主要包括自然变异和人工选择。

自然变异是生物进化的基础，包括基因突变、基因重组等。

人工选择则是通过育种手段，有意识地选择具有特定性状的个体，以改良作物品种。

1.3 遗传多样性的保护保护遗传多样性是现代农业发展的重要任务。

通过建立种质资源库、实施就地保护和迁地保护等措施，可以有效地保存和利用作物的遗传多样性资源。

二、作物遗传多样性在种植中的作用作物遗传多样性在种植中的作用是多方面的，它不仅能够提高作物的生产力，还能够增强作物的适应性和稳定性。

2.1 提高作物生产力遗传多样性丰富的作物种群能够更好地利用土壤养分和水分，提高光合作用的效率，从而提高作物的产量。

此外，遗传多样性还能够通过抗病虫害的能力减少损失，进一步提高产量。

2.2 增强作物适应性作物遗传多样性的丰富程度决定了作物对不同环境条件的适应能力。

具有高遗传多样性的作物种群能够在干旱、盐碱、低温等不利环境下生存和繁衍，从而保证农业生产的连续性和稳定性。

2.3 提升作物稳定性遗传多样性能够降低作物种植中的风险。

在面对病虫害爆发或极端气候事件时，遗传多样性丰富的作物种群能够通过自然选择和人工干预，快速适应变化的环境，减少损失。

2.4 促进作物改良和育种遗传多样性是作物改良和育种的基础。

通过利用遗传多样性资源，育种家可以开发出具有更高产量、更好品质和更强适应性的新品种，满足不断变化的市场需求。

农田生态系统的生物多样性研究随着全球人口的增长和科技的发展，农业已经成为了人类不可或缺的产业之一。

然而，随着农业的扩张和发展，农耕对环境的影响也越来越大，生态系统的破坏也日益严重。

在这样的背景下，对农田生态系统的生物多样性进行研究变得尤为重要。

首先，什么是生物多样性？简单地说，生物多样性指的是某一地区内各类生物物种的数量和种类丰富度。

随着人口的增长，人类对自然资源的开发和利用越来越频繁，也就导致了生物多样性下降的情况。

农田生态系统是人类通过农业生产活动创造的一种生态系统，在这个生态系统中，农作物和其它生物种群相互作用，建立了一种独特的生态平衡。

农田生态系统的生物多样性特别值得深入研究。

现代化农业的发展，可能会使农田生态系统中的某些生物物种受到威胁，甚至灭绝。

同时，由于不同的农业管理方式对农田生态系统的生物多样性影响不同，因此不同的农业管理方式是否能够提高农田生态系统的生物多样性，也是需要研究的问题之一。

有学者指出，农田生态系统的生物多样性可以分为两大类：生产性和生态性。

生产性生物多样性是指为农业生产提供直接或间接贡献的生物种群的生物多样性，而生态性生物多样性则是指农田生态系统中其他无关紧要生物物种的多样性。

因此，研究农田生态系统的生物多样性不仅能够提高农业生产效益，而且能够保护和维护自然生态系统的完整性，是一项非常重要的科学研究领域。

农田生态系统中的生物多样性需要从多个角度进行研究，其中包括农业管理、草地管理、土地利用、生境改善和退耕还林等方面。

同时，近年来越来越多的关注也集中于如何应对全球气候变化和生物入侵对农田生态系统的影响。

总的来说，农田生态系统的生物多样性是一个复杂而重要的领域，需要通过多学科综合的方法和数据采集手段来进行研究。

我们应该重视农田的可持续发展，并从促进农田生态系统的生物多样性入手来探索如何保护农业生产和生态环境的平衡，让人类与自然和谐共处。

植物遗传多样性的重要意义植物是地球上生命的重要组成部分，而植物遗传多样性对于生物多样性及人类福祉具有重要意义。

正常情况下，植物遗传多样性会受到许多因素的影响，如环境压力、气候变化以及人类活动等。

本文将探讨植物遗传多样性的重要性及其对生态系统的作用。

1. 保持生物多样性植物遗传多样性是保持生物多样性的关键因素之一。

不同物种和种群的遗传多样性有助于生物适应环境的变化并增强其生存能力。

当环境发生变化时，植物种群中具有多样性的基因池能够提供选择性适应的优势，从而增加生物的抗逆能力。

此外，植物遗传多样性对于维护生态系统稳定性和功能也至关重要。

2. 改善食物安全植物遗传多样性对于农业的可持续发展和食物安全至关重要。

农作物的遗传多样性决定了其适应性和抵抗病虫害的能力。

种植多样性的农作物和植物种类可以减少病虫害在大范围传播的风险。

此外，植物遗传多样性还为农作物育种提供了广泛的遗传资源，有助于改良农作物的产量、品质和抗性。

3. 保护生态系统植物遗传多样性对于保护生态系统的平衡和稳定起着关键作用。

不同植物种群之间的遗传多样性可以确保生态系统中物种的相互依存和平衡。

植物的遗传多样性有助于提供多样的生态位和资源利用策略，从而保持生态系统的完整性和稳定性。

此外，植物遗传多样性还为生态修复和生态系统恢复提供了重要的遗传资源。

4. 促进医药研发植物遗传多样性对于医药研发具有重要的意义。

许多药物和药材来自于不同植物物种的遗传资源。

植物遗传多样性提供了广泛的物种和遗传变异，为研发新药物提供了宝贵的基础。

通过对植物遗传多样性的研究，我们可以发现新的活性成分和药用植物，从而推动医药工业的创新与发展。

综上所述，植物遗传多样性对于生物多样性的保持、食物安全、生态系统平衡以及医药研发具有重要意义。

保护和维护植物遗传多样性是我们共同的责任，需要加强对植物资源的保护和合理利用，以确保地球上植物遗传多样性的可持续发展。