Метаболическая устойчивость сорняков – удар с силой Майка Тайсона по будущему гербицидов
Anna Medvedeva 01.08.2019 в 18:00
Приемы встречной борьбы с метаболической устойчивостью сорняков от экспертов пестицидной индустрии и как эта проблема меняет подход к защите культур
Чудеса метаболизма происходят каждый раз, когда какое-либо растение вырабатывает устойчивость и «побеждает» селективный гербицид, убивающий соседние сорняки.
Фермеры пока что мало слышали о метаболической устойчивости, так как на слуху, в основном, устойчивость к целевому участку действия гербицидов. Тем не менее, метаболическое сопротивление все чаще оказывается в фокусе внимания ученых.
Исследование сотрудников Университета штата Небраска, проведенное в 2018 году в сотрудничестве с Канзасским государственным университетом, показало, что 50% растений щирицы бугорчатой (Amaranthus tuberculatus) в штате Небраска, которые успешно противостояли гербицидам группы 5 (атразину), были метаболически устойчивы.
«Самое страшное в том, что метаболическое сопротивление может уничтожить инструмент действия гербицидов, которого сейчас даже сейчас на рынке», - говорит Аарон Хагер, специалист по распространению сорняков в университете штата Иллинойс.
Для фермеров, таких как Чед Леман, борьба с метаболической резистентностью - это только комплексные меры защиты культур. Когда 10 лет назад он обнаружил на своей ферме в Иллинойсе сорняки, устойчивые к гербицидам группы 2 (ингибиторы ацетолактат-синтазы (ALS), то сформировал комплексную стратегию борьбы с сорными растениями, включая тщательный полевой осмотр, обработку почвы, применение предпосевных и послевсходовых гербицидов.
«Нам постоянно приходится приспосабливаться. Боксер Майк Тайсон однажды сказал, что у всех есть план, пока они не получат удар в лицо», - говорит Леман.
Типы устойчивости сорняков
Многократное использование одного и того же гербицида может стимулировать оба вида устойчивости, говорит Боб Хартцлер, специалист по сорнякам в штате Айова. Однако они отличаются тем, как развивается сопротивление.
Устойчивость к целевому участку возникает, когда мутация сорняков изменяет белок, который является целевым участком гербицида. Это обеспечивает выживание сорняков, поскольку гербицид больше не «прикрепляется» к своей цели на сорняках, говорит Хартцлер.
Метаболическая устойчивость проявляется в некотором роде «здесь и там, время от времени». Как правило, здесь играют роль ферменты сорняков глутатион-S-трансферазы и Р450, которые могут метаболизировать гербициды, говорит Стивен Паулс, ученый из университета Западной Австралии.
По словам Хартцлера, ученые, занимающиеся исследованиями сорняков, знают гораздо больше об устойчивости к целевым участкам, чем о метаболической устойчивости.
«Устойчивость к целевому участку было легче выявить и изучить до достижения прогресса в молекулярных технологиях. Тогда как о метаболической резистентности мы знаем очень мало», - считает он.
Пути метаболической резистентности сложны. «Для распространения метаболической устойчивости требуется больше времени по сравнению с устойчивостью к целевому участку», - говорит Гордон Вейл, эксперт компании Syngenta.
По словам Хартцлера, сорняк, который метаболически сопротивляется одному гербициду, не обязательно будет устойчив к другим гербицидам в этой группе. Например, щирица бугорчатая, метаболически устойчивая к атразину, может быть не способна метаболизировать другой гербицид группы 5, метрибузин.
Ученые полагают, что есть серьезный повод для беспокойства. Один австралийский сорняк, жесткий райграс, обладает метаболической устойчивостью даже к тем гербицидам, которые еще не применялись на поле.
«Поскольку мы разрабатываем новые участки действия гербицидов, мы могли бы потратить миллионы и миллионы долларов на продукт, к которому уже устойчивы сорняки», - добавляет Арлин Коти, старший менеджер по разработке продуктов Bayer CropScience.
Различия в типе устойчивости сорняков
«Хорошая особенность устойчивости к целевому участку состоит в том, что сорняки устойчивы только к одной группе гербицидов. Но не так обстоит дело при метаболической устойчивости, когда ферменты сорняков, которые метаболизируют одну гербицидную группу, могут метаболизировать и другие группы», - рассказывает Хартцлер.
В 2009 году ученые Университета Иллинойса проанализировали популяцию щирицы бугорчатой на поле кукурузы, где сорняки процветали даже после применения гербицидов группы 27, таких как Каллисто с метризионом.
Первоначально исследователи подозревали, что мутация к целевому участку является ключевым фактором сопротивления. Но затем они выяснили, что ферменты в генах щирицы бугорчатой запускают усиление метаболизма по отношению к мезотриону (активный ингредиент Каллисто), а также к гербицидам группы 2 и гербицидам группы 5 (таким как атразин).
«Широко распространенная метаболическая резистентность - плюс устойчивость к целевому участку - помогла нам понять в Австралии (где жесткий райграйс показал устойчивость к 13 участкам действия пестицидов), что нам нужны комплексные меры для борьбы с сорняками, чем просто ожидание новых препаратов от компаний. Американские фермеры, которые десятилетиями могли легко контролировать сорняки, просто меняя гербициды, теперь вынуждены работать в условиях этой новой реальности. Мы должны несколько сместить фокус с защиты урожая на минимизацию банка семян сорняков», - говорит Хартцлер.
Что означает комплексная борьба с сорняками
1. Обработка почвы везде, где позволяют топография и типы почвы. «Обработка почвы поможет бороться с сорняками перед посадкой. Сорные растения будут контролироваться, прежде чем они сформируют семя», - советует Дейн Бауэрс, Syngenta.
2. Расширение севооборота. «Ротация кукуруза-соя-пшеница или включение люцерны в ротацию добавляет разнообразия и эффективности программе борьбы с сорняками», - продолжает Бауэрс. Во время полевых опытов в Университете Иллинойса 2002-2006 гг. было подтверждено преимущество четырехлетнего севооборота кукурузы-соевых бобов-тритикале / люцерны-люцерны по сравнению с двухлетним севооборотом кукурузы-сои. В результате четырехлетнего севооборота использование гербицидов сократилось на 82%.
3. Применение гербицидов с умом. «Мы советуем фермерам начинать чистку поля с предпосевных гербицидных продуктов, а затем использовать перекрывающиеся остаточные гербициды с двумя эффективными участками действия для предотвращения появления побегов сорняков, которые могли бы оставить семена», - рекомендует Арлин Коти, Bayer CropScience.
4. Сужение рядов. «Узкий интервал между рядами может помочь растению стать более конкурентоспособным, предотвратить развитие сорняков на семена, образовав затеняющий полог раньше, чем сорные культуры войдут в силу», - говорит Дэн Вальдштейн, технический менеджер по маркетингу BASF.
Прогнозы на будущее
Поиск нового участка действия гербицидов на сорняки- это самая горячая тема у производителей сои и кукурузы. Гербициды группы 27 (Callisto, Balance Flexx) стали последними разработками, созданными в конце 1980-х годов.
Руководители FMC, BASF и Bayer CropScience говорят, что их компании работают над этим вопросом и что гербициды с новыми участками действия могут появиться на рынке через пять-десять лет.
Впрочем, в сценарии распространения метаболической резистентности все выглядит печально.
«Это самая страшная вещь для всех нас в отрасли», - комментирует Арлин Коти, старший менеджер по разработке продуктов Bayer CropScience. После того, как мультигенная метаболическая резистентность будет установлена, она способна быстро сокрушить существующие химические препараты.
По словам Гордона Вейла, Syngenta, эта угроза меняет методы проведения исследований химическими компаниями. «Это может быть не новый участок действия, а, возможно, другой химический тип в существующем месте действия, которое растение не может метаболизировать», - говорит он.
Поможет ли механизация
Австралийские фермеры собирают комбайнами не только собирают мелкие зерновые культуры, а также и семена сорняков, которые в противном случае могли бы прорасти и превратиться в метаболически устойчивых мутантов.
Например, комбайн Harrington Seed Destructor (HSD) вместе с урожаем собирает, сортирует и измельчает семена сорняков посредством встроенных «мельничных жерновов».
«Думаю, что и в США я увижу такие же инструменты-деструкторы, применяемые многими фермерами. Уровень уничтожения семян деструкторами составляет 99,9% и выше для щирицы бугорчатой, мари белой, гигантской амброзии и дурнишника», - считает Боб Хартцлер.
Но и в случае с деструктором семян есть ряд проблем. Например, для достижения результата сорняки должны сформировать семена во время сбора урожая. Следовательно, это не сработает для таких сорняков, как лисохвост, которые на момент уборки основной культуры уже сбросили семена. Затем, комбайн-деструктор быстро изнашивается при довольно высокой стоимости: цены на HSD могут варьироваться от 85 000 до 117 000 долларов. Наконец, расход топлива выше, чем при уборке простым комбайном, а скорость работы меньше по сравнению с обычным агрегатом – австралийские фермеры отменили снижение производительности от 12% до 20%.
Ученые считают, что мировому АПК еще предстоит оценить ту важную роль, которую играют гербициды в масштабном производстве культур для прокормления растущего населения мира. Слишком долго фермеры воспринимали эффективность гербицидов как нечто само собой разумеющиеся и не требующее вдумчивого применения. Кстати, интересно, сколько будут стоить реально работающие гербициды в сценарии распространения метаболической устойчивости, это тоже вопрос.
(По материалам www.agriculture.com).