根据伊利诺伊大学的一项新研究，到本世纪末，气候变化的影响可能使美国玉米种植带的玉米减产高达28%，而同样的天气条件则更有利于在炎热干燥的严酷条件下茁壮成长的杂草。此外，除草剂也将渐渐变得不那么有效，特别是对杂草糙果苋和长芒苋；而且在短期内，业内预计不会出现针对玉米种植的新型除草剂。

美国农业部-农业研究服务生态学家、伊利诺伊州作物科学系副教授Marty Williams表示，预测未来玉米产量的模型中假设没有杂草的条件，但至少在未来管理杂草的方式没有重大变革的情况下，实际的情况不太可能像模型这样。

这个研究团队分析了27年来200多个独特天气环境下的除草剂评估试验，并考察了作物管理方面的所有因素，包括种植日期和种植密度；多种杂草的控制；玉米生命周期中的关键天气数据；以及产量。最后，分析表明当晚季杂草得到最低限度控制时，玉米平均将减产50%；即使是在相对优秀的杂草控制下(高达93%)，在炎热或干燥的条件下的杂草也将会加剧作物损失。

根据Marty Williams的说法，届时除草剂的效力也会受到气候变化的影响。在出苗前使用的除草剂，如果在施药后出现一段时间的干旱，其效果将大打折扣，几乎起不到什么效果。研究还显示，如果农民因春季播种条件过于潮湿而被迫推迟种植时，4月29日以后种植玉米的产量损失可能会减少18%。然而，虽然推迟种植可能有利于杂草管理，但会使作物在生长过程中面临更大的干旱风险。

伊利诺伊大学作物科学系的研究人员则通过事实证明了Marty Williams的看法，似乎已没有哪种除草剂可以阻挡杂草糙果苋对玉米种植的威胁了。这种杂草进化出了新的解毒机制，并可以对一种尚未商业化的除草剂产生抗性，会继续成为玉米和大豆种植中的管理难题。

化学物质，2，2，4，4-四甲基-1，3，5-环己三酮（syncarpic acid，SA3)，是抑制羟苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)除草剂的化学分子前体。SA3从未在玉米种植中使用过，因为它强大到可同时杀死农作物和杂草。依靠一个强大的解毒系统来中和和封锁有害的化学物质，玉米可以耐受HPPD抑制剂和其他除草剂，但是玉米的解毒机制在SA3上不起作用。

像糙果苋这样的杂草通常会进化出类似玉米的解毒机制，但研究人员发现抗HPPD除草剂的糙果苋同时可以抵抗SA3，这就是为什么特别令人吃惊的原因。

根据这项发表在《新植物学家 (New Phytology) 》杂志新研究，这可能是已知的第一个例子，说明糙果苋进化出了一种农作物没有的且完全不同的解毒机制，大大增加了控制这种杂草的复杂性。从理论上讲，意味着在SA3这种新的除草剂产品上架之前，糙果苋就已经对其产生了抗药性。

这项研究中，研究人员通过追踪耐药糙果苋内部的生化反应发现，糙果苋利用了细胞色素P450与谷胱甘肽巯基转移酶(GST)的协同合作，但GST起到了对SA3解毒的重任。这是对已知的标准生化解毒机制的偏离，代表了糙果苋进化出一种真正新颖的解毒系统，而且会对种植者具有潜在的破坏性与挑战性。

然而，糙果苋的“威力”还不止于此。该研究小组还发现，对选择性芽前除草剂精异丙甲草胺(S-metolachlor)具有抗药性的糙果苋，其解毒主要机制与预想完全不同。科学家们多年来就知道玉米、大豆和高粱利用GST酶来代谢精异丙甲草胺，但糙果苋的主要解毒机制并非如此，实际上是细胞色素P450。

这两项研究都表明，糙果苋正在进化出自己独特的系统征服除草剂。对于农作物种植来说，通过代谢产生的杂草抗药性是危险的，因为它可能会对一种尚未商业化的除草剂产生抗药性，而事实证明了这已经是现实。

由此可见，新的除草剂可能将不再是农业的灵丹妙药，尤其在气候变化之下。我们需要新的工具，无论是收获和控制杂草种子、基因工程、机器人除草机，还是其他种类的技术进步。随着新工具的出现，我们需要使杂草管理方式多样化，不只是除草剂，而是利用所有可用的策略。

参考资料：

Jeanaflor Crystal T. Concepcion, Shiv S. Kaundun, James A. Morris, Sarah‐Jane Hutchings, Seth A. Strom, Anatoli V. Lygin, Dean E. Riechers. Resistance to a nonselective 4‐hydroxyphenylpyruvate dioxygenase‐inhibiting herbicide via novel reduction–dehydration–glutathione conjugation in Amaranthus tuberculatus. New Phytologist, 2021; DOI: 10.1111/nph.17708

Seth A Strom, Aaron G Hager, Jeanaflor Crystal T Concepcion, Nicholas J Seiter, Adam S Davis, James A Morris, Shiv S Kaundun, Dean E Riechers. Metabolic Pathways for S-Metolachlor Detoxification Differ Between Tolerant Corn and Multiple-Resistant Waterhemp. Plant and Cell Physiology, 2021; DOI: 10.1093/pcp/pcab132