草甘膦(glyphosate)是一种传导型广谱灭生性除草剂,主要用于非耕地、果园、林地和农田作物种植之前防治一年生和多年生杂草,目前,越来越多地用于棉花和玉米田保护性喷雾防治田间杂草。田旋花(Convolvulus arvensis L.)、打碗花(Calystegia hederacea Wall.)均属旋花科多年生杂草,以地下根茎和种子进行繁殖,耕地除草时地下根茎易断裂,切断后的每段都能发出新芽,生命力极强,其地上茎缠绕周围的作物,对作物生长和产量造成严重危害,且不易防除。自然界中存在着对草甘膦耐药的田旋花种群(DeGenaro,1984)。本研究以田旋花和打碗花为对象,运用生物测定、生化检查和分子生物学等技术,研究田旋花和打碗花对草甘膦的耐药性。主要结论如下:(1)不同种群田旋花、打碗花对草甘膦的敏感性差异不显著。地上鲜重抑制率曲线是检测田旋花、打碗花对草甘膦耐性的适宜指标,田旋花对草甘膦具有很强的耐药性,打碗花只有一定程度的耐药能力。(2)草甘膦施用后1天,田旋花和打碗花体内莽草酸含量略大于对照,施用后6天,莽草酸积累,证明田旋花和打碗花对草甘膦的敏感性低,耐药能力强;相同草甘膦处理剂量下,单位质量的田旋花体内莽草酸的积累量明显少于打碗花的积累量,田旋花对草甘膦的耐药能力大于打碗花;随着田旋花生长时间的延长,对草甘膦耐性逐渐增强。(3)田旋花和打碗花的EPSP合成酶基因cDNA全长为1751bp,开放阅读框长1560bp,编码520个氨基酸,起始密码子位于51～53bp,终止密码子位于1611～1613bp,5’非翻译区98bp,一致性达97.94%,并推导出相应的氨基酸序列,一致性达到98.1%。(4)田旋花和打碗花的EPSP合成酶叶绿体转运肽长度均为72个氨基酸残基,一致性为94.4%,在转运肽段有8个位点氨基酸有差异占整个氨基酸序列中差异位点数的57%(8/14)。田旋花EPSP合成酶的101位丝氨酸为极性氨基酸,具有极性羟基基团,具有亲水性,而打碗花中为苯丙氨酸,是非极性疏水性氨基酸。(5)田旋花EPSP合成酶基因全长2953bp,含有6个内含子,7个外显子。7个外显子长度分别为390、310、219、60、217、63、315bp,最大的外显子为外显子1,长度390bp,最小外显子为外显子4,长度为60bp。6个内含子大小依次为393、220、365、172、124、105bp,最大的内含子为内含子1,长度为394bp,最小内含子为内含子6,长度为105bp。(6)田旋花101位氨基酸为丝氨酸,毗邻EPSP合成酶保守的活性位点,由于此极性氨基酸可以先与草甘膦结合,导致草甘膦无法竞争性地占据PEP结合位点,从而保护了活性区域,造成草甘膦不易与田旋花的EPSP合成酶结合,导致了田旋花对草甘膦的耐药性。综上所述,本研究首次对我国田旋花和打碗花对草甘膦的耐药性进行了研究,建立了耐药性检测指标,明确了草甘膦施用后田旋花、打碗花体内莽草酸含量的变化规律;首次克隆了田旋花、打碗花中EPSP合成酶cDNA全长基因,并将田旋花和打碗花EPSP合成酶基因cDNA序列在GenBank上登录(登录号分别为:EU698030、EU526078)。生物测定、酶水平和分子检测均证明:田旋花对草甘膦具有耐药性。本研究不仅完成了国家科技支撑计划规定的相关研究任务,而且为杂草科学家深入开展杂草对草甘膦的耐性机制研究,尤其是田旋花、打碗花的耐药性机制研究奠定了坚实基础,具有重要的理论和实践价值。