Устойчивость сорных растений к гербицидам в масштабах современности. Мнение DLG

Проблемы развития устойчивости вредных организмов к химическим средствам защиты растений, актуальны во всем мире. 

Прослушать полную аудиоверсию этой статьи

За 30 лет не разработано нового целевого места действия гербицида. Для использования их в зерновых культурах первые ингибиторы АСС-азы были открыты еще в 1970-х годах и вышли на рынок в середине 1980-х годов. Ингибиторы ALS или аминокислотные ингибиторы относятся к 80-м годам. Последняя новая группа ингибиторов синтеза каротина в основном используется только в защите кукурузы. Над решением этих проблем зарубежные аграрии работают далеко не первый год. В данной статье представлены аналитические обзоры Немецкого сельскохозяйственного общества DLG за последние несколько лет по исследованию устойчивости сорных растений к гербицидам.

Устойчивость к гербицидам нарастает

Предотвращение резистентности к химическим препаратам является одним из основных факторов в защите растений. При этом необходимо использовать все более специфические средства защиты растений так, чтобы их действующие вещества выдерживали максимально низкое селективное давление и  постоянно сохраняли свою эффективность. Сегодня уже очевидно, что существует ограниченное количество механизмов действия гербицидов, которые могут быть использованы в качестве замены. Во многих регионах потенциал преодоления устойчивости к гербицидам уже достигнут. 

Устойчивость сорных растений развивается в результате слишком частого и одностороннего применения гербицидов. Кроме того, она является следствием нарушения агротехнических правил: сокращение севооборотов, перенасыщение их зерновыми культурами, недостаточные площади возделывания яровых зерновых и ранних посев озимых зерновых. Отсутствие доступности биологического разнообразия действующих веществ и связанное с этим слишком частое использование одних и тех же механизмов действия дополнительно усугубляют проблему. Новые продукты, представленные в последние годы на рынке Европы, как правило, содержат уже известные механизмы действия или действующие вещества. 

Механизмы резистентности

Под механизмом действия гербицида понимают последовательность событий взаимодействия препарата с растением: от первичного контакта до его токсического действия на растение. 

Разработка гербицидов с новыми механизмами действия ‒ очень сложный процесс, поскольку становится все труднее найти новые действующие вещества, которые не оказывают отрицательного воздействия на соответствующие культуры и имеют достаточную экологическую совместимость. Из-за высоких затрат, связанных с исследованиями и регистрацией, разработка новых механизмов действия имеет смысл только в том случае, если эти гербициды могут использоваться во всем мире на основных сельскохозяйственных культурах. Однако в настоящее время на мировом рынке преобладают трансгенные, устойчивые к гербицидам (гербицид-толерантные) культуры. Таким образом, разработка новых, селективных механизмов действия часто менее привлекательна на относительно «небольшом» европейском рынке и усугубляется растущими требованиями к регистрации. Поэтому за последние 30 лет не было введено в производство ни одного нового гербицидного механизма действия. 

История вопроса

Проблема устойчивости возникла не сегодня. Еще в 80-х годах Федерацией по защите растений GCPF был создан специальный Комитет по проблемам устойчивости вредных организмов к гербицидам ‒ HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee), призванный проводить мониторинг появления резистентности, разработку и проведение мер по его преодолению. Разработана классификация гербицидов с определением их типичных представителей  и различными механизмами действия на чувствительные сорные растения. Потенциальная степень устойчивости оценивается для каждого механизма действия (табл. 1).

Таблица 1. Перечень действующих веществ гербицидов, зарегистрированных в Германии, их механизм действия и способность сорных растений развивать к ним устойчивость (согласно HRAC)

Наблюдается интенсивное развитие устойчивости у сорняков к группе гербицидов – ингибиторов фермента ацетолактатсинтетазы (АЛС) и ингибиторов ацетил-КоА-карбоксилазы (АКК). В настоящее время отмечено 73 вида злаковых сорных растений на площади 290 тыс. га, устойчивых к граминицидам. Устойчивость к ингибиторам АСС-азы зафиксирована у 35 видов во многих странах (Австралия, США, Канада, Южная Азия, Европа). В 27 случаях отмечена кросс-резистентность, когда сорняк устойчив к гербицидам разных механизмов действия (до 7). Злаковые сорняки составляют 33% от общего числа устойчивых видов и 40% устойчивых биотипов, представляя 25% общего количества опасных сорных растений в мире.

Таблица 2. Перечень основных действующих веществ гербицидов и их механизм действия (согласно HRAC)

• A – ингибиторы фермента ацетил-СоА-карбоксилазы (ACC-азы); 
• B – ингибиторы фермента ацетолактатсинтетазы (ALS); 
• С1, С2, С3 – ингибиторы фотосистемы II; D – ингибиторы фотосистемы I; 
• E – ингибиторы фермента протопорфириноген-оксидазы (APP); 
• F1, F2, F3 – ингибиторы синтеза пигментов; 
• G – ингибиторы фермента енолпируват-шикимат-З-фосфатсинтазы (EPSP); 
• H – ингибиторы фермента глутамин-синтетазы;
• I – ингибиторы фермента дигидроптероатсинтетазы (DHP); 
• K1, K2 – ингибиторы митоза (образования и функционирования микротубул); 
• K3 – ингибиторы биосинтеза длинноцепочечных жирных кислот (ингибиторы клеточного деления); 
• N - ингибиторы синтеза липидов (иной чем у группы А); 
• О – синтетические ауксины - регуляторы роста; 
• Z – неизвестный механизм действия.

Как формируется устойчивость и есть ли у нее границы?

Согласно определению HRAC, устойчивость сорных растений к действию гербицидов ‒ это устойчивое состояние, при котором влияние гербицида на популяцию сорняков приводит к доминированию генотипов, способных выживать и расти после обработки гербицидом в тех концентрациях, которые при нормальных условиях губительны для популяции.

Различают разные механизмы развития устойчивости:

• специфическая и генетически обусловленная устойчивость, связанная с мутацией и модификацией целевого фермента к определенному месту действия гербицида («резистентность в местах действия гербицида»); 
• неспецифическая устойчивость, чаще всего связанная с метаболизмом и детоксикацией гербицида.

В большинстве случаев устойчивость связывают с модификацией места действия гербицида в устойчивом растении, вызываемого единичным доминантным или полудоминантным ядерным геном. Однако сообщается также об ускорении метаболизма молекулы гербицида в результате взаимодействия генов.

Группа метаболических или неспецифических механизмов резистентности включает ряд различных биохимических или биофизических процессов, которые препятствуют достижению эффективной концентрации гербицида в месте действия через:

• ускорение метаболизма (обмена веществ),
• снижение усвоения,
• уменьшенный транспорт действующего вещества в растении,
• перепроизводство целевого фермента.

Метаболическая резистентность не ограничивается только действующими веществами, доступными на рынке, но также может влиять на действующие вещества, которые еще не зарегистрированы.

В то время как устойчивость большинства двудольных (широколистных) сорных растений к гербицидам связана с изменением места действия, генетическая устойчивость с изменениями ядра у них также широко распространена (табл. 3). 

Таблица 3. Генетические механизмы устойчивости

Стимуляция этих неспецифических метаболических резистентностей вызывается снижением нормы расхода препарата или неблагоприятными условиями применения, которые значительно снижают эффективность используемого гербицида.

При применении гербицида для уничтожения популяции сорных растений устойчивые организмы выживают и размножаются, образуя, таким образом, большую популяцию устойчивых сорняков. Несколько лет назад ученые из Австралии смогли доказать в экспериментах с райграсом (плевелом), что через несколько поколений доля сорных растений с метаболической устойчивостью резко возросла из-за снижения нормы расхода гербицидов.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2019 г., №11)