Современное сельское хозяйство немыслимо без интегрированной защиты растений, значительную роль в которой занимают гербициды – химические препараты для борьбы с сорной растительностью на полях. В России использованию этих препаратов уделяется большое значение, так как этот прием позволяет избавиться от конкурентов культурных растений с меньшим количеством почвенных обработок, а, значит, предотвращает потерю влаги в почве и уменьшает эрозионную опасность. По данным Минсельхоза России, объем применения гербицидов в России в 2010 году составил 22445,2 тыс.т, что составляет 110 % от этого показателя в 2009 году. Однако в пользу применения современных препаратов говорит тот факт, что за последние 10 лет средняя норма расхода гербицида для зерновых культур уменьшилась с 1,15 до 0,29 кг/га.
Казалось бы, о гербицидах написано столько книг и прочитано столько лекций, что ничего нового к этому вопросу добавить невозможно. Однако практически каждый год в разных районах происходят ситуации, когда уже хорошо всем известный гербицид не оказывает положенного действия на сорняки, или вообще не работает. Причины подобного могут быть различными: внесли не по регламенту, погода не благоприятствовала, сорняки оказались «неправильными»…И если соблюдение правильной технологии работы с препаратом – посильная задача для любого земледельца, то справляться с капризами погоды и бороться с упрямыми сорняками – это работа для опытного специалиста, грамотно заботящегося о своей земле. Именно поэтому актуальность проблемы гербицидной устойчивости сорняков не теряет своей актуальности уже много лет.
Эволюция процесса резистентности сорных растений предопределена двумя факторами: появлением наследственных изменений и естественным отбором. Если учесть существование генетической вариабельности и регулярное применение гербицидов, то отбор можно считать направленным, так как происходит постепенный или быстрый сдвиг средней приспособленности популяции сорняка в сторону приобретения устойчивости. При этом имеет значение интенсивность гербицидного давления, которая может быть выражена в относительной смертности целевых групп растений и относительном снижение производства семян у выживших особей, а также продолжительность воздействия, которая определяется периодом фитотоксичности гербицида.
Ответная реакция растений на гербицидный прессинг развивается в три этапа:
- ликвидация наиболее чувствительных генотипов;
- ликвидация всех генотипов за исключением наиболее устойчивых внутри оставшейся популяции;
- скрещивание оставшихся в живых для получения еще более устойчивых генотипов, которые в дальнейшем будут отобраны.
Процесс может быть достаточно длительным, в течение многих поколений, если сопротивление показывает непрерывное изменение и генерация происходит длительно. Проще всего достичь третьего этапа сорнякам, размножающимся семенами.
Механизмы природной устойчивости сорных растений достаточно подробно изучены для представителей семейства мятликовых (злаковых), которые наносят серьезный ущерб посевам как однолетних, так и многолетних культур. К видам, обладающим несколькими механизмами устойчивости к гербицидам разных химических классов относятся Лисохвост мышехвостниковидный (myosuroides Alopecurus), Овёс пустой, или овсюг (Авена fatua) и Плевел жесткий (Lolium rigidum ). Они наносят значительный урон посевам на разных континентах, так как целый ряд биотипов этих видов обладает кросс-резистентностью, когда возникающая устойчивость к гербициду одного химического класса влечет за собой развитие устойчивости к гербициду другой химической группы.
Известно два механизма образования подобной устойчивости. Во-первых, кросс-резистентность «target site», или целевое воздействие, когда в растении биохимическим путем блокируется место действия одного гербицида, и оно становится недоступным для аналогичного действия гербицидов других химических классов. При этом не всегда возникшая устойчивость может относиться ко всем химическим соединениям этого класса или веществам аналогичного действия. По такому механизму возникает устойчивость, когда действие гербицида направлено на ингибирование ацетолактат синтазы ALS (ацетооксикислот AHAS синтазы). Сейчас описано 15 химических классов веществ, которые используют этот механизм. Наиболее активно используются препараты класса сульфонилмочевины, имидазолинона, триазолопиримидина, что способствовало появлению устойчивых биотипов сорняков. Дальнейшее изучение этих биотипов показало наличие значительных различий в их устойчивости, которые определяются функциональными мутациями гена, контролирующего синтез фермента ацетолактатсинтазы ALS.
В 70-е – 80-е годы прошлого столетия для борьбы со злостными злаковыми сорняками получили широкое распространение две химически разнородные группы гербицидов: арилооксифеноксипропионовые кислоты (Диклофоп, Галоксифор) и циклогександионы (Цетоксидим), использовавшие в своем механизме блокирование деятельности фермента ацетил-КоА карбоксилазы (ACCase). Через определенное время появились случаи возникновения кросс-резистетности среди сорняков, например, L. rigidum в Австралии, дикого овса (Avena SPP) в Австралии и Северной Америке. Работы по изучению биотипов с этим видом устойчивости показали, механизмы ее возникновения в растении определяются химическим классом гербицида и не всегда приводят к возникновению перекрестной резистентности. Кроме того, модели такой устойчивости могут быть не одинаковыми даже у биотипов одного вида.
Гербициды, использующие механизм блокирования фотосинтетического переноса электрона на фотосистему II, относятся к различным химическим классам. Наиболее известны Атразин, Метрибузим, Бромацил, Пиразон, Диурон. Широкая практика их активного использования привела к возникновению устойчивости уже в 70-е годы. Устойчивость к триазину стала классическим примером возникновения и распространения гербицидной устойчивости. Исследования показали, что к появлению триазин-резистентности приводит всего одна мутация, при этом функциональность фермента сохраняется.
Однако помимо формирования резистентности с помощью мутаций, растение способно запускать и физиологические механизмы детоксикации вредных агентов. Австралийскими фермерами было обнаружено, что при воздействии на растения L. rigidum в течение трех поколений диклофоп-метилом получили одновременно и устойчивость к хлорсульфурону без его воздействия, что связано с расширением уровня метаболизма, обеспечивающего быстрое разложение токсичных веществ на неопасные для растения соединения. Ранее такой механизм встречался только у инсектицидных препаратов. Метаболическая устойчивость выявлена и к гербицидам, ингибиующим фотоситсему II, причем механизмов детоксикации может быть несколько. Очевидно, такие биотипы могут быть потенциально устойчивыми и к гербицидам будущего, в основе которых будут лежать аналогичные механизмы воздействия на растение. В таблице 1 представлены гербициды, устойчивость к которым изучается, на данный момент известно 357 уникальных устойчивых к гербицидам биотипов.
Краткая характеристика основных гербицидов, к которым возникла устойчивость
|
Химическая группа гербицида |
Механизм действия гербицида |
HRAC -группа |
Пример гербицида |
Количество устойчивых биотипов |
|
ALS ингибиторов |
Ингибирование ацетолактат синтазы ALS (ацетооксикислот AHAS синтазы) |
В |
Хлорсульфурона |
109 |
|
Фотосистемы II ингибиторов |
Ингибирование фотосинтеза на фотосистемы II |
C1 |
Атразин |
69 |
|
ACCase ингибиторов |
Ингибирование ацетил КоА карбоксилазы (ACCase) |
A |
Диклофоп-метил |
40 |
|
Синтетические Ауксины |
Синтетические ауксины (действие как индолилуксусная кислота) |
O |
2,4-D |
28 |
|
Бипиридиллум |
Ингибирование фотосистемы-I |
D |
Паракват |
25 |
|
Мочевины и амиды |
Ингибирование фотосинтеза на фотосистемы II |
C2 |
Хлоротолурон |
21 |
|
Глицины |
Ингибирование ВПСП синтазы |
G |
Глифосат |
21 |
|
Динитроанилинов и др. |
Ингибиторы клеточного деления |
K1 |
Трифлуралин |
10 |
|
Тиокарбаматы и др. |
Ингибирование синтеза липидов – без ингибирования ACCase |
N |
Триаллат |
8 |
|
Общее количество уникальных устойчивых к гербицидам биотипов |
357 |
|||
Таблица составлена по данным сайта http://hracglobal.com
Важнейшими мероприятиями, которые рекомендует международный комитет HRAC, организованный для изучения устойчивости сорняков к гербицидам, это грамотная организация процесса растениеводства, соблюдение правильной агротехники, комплексное использование химических препаратов. К важнейшим мероприятиям первой группы относится соблюдение севооборотов, которое позволит избежать многократного использования гербицидов аналогичного действия. Агротехнические мероприятия позволят сократить количество семян, находящихся в почве, сократив, таким образом, потенциальное использование гербицидов. Комплексное использование средств защиты растений включает в себя применение смеси гербицидов с разным механизмом действия и высоким уровнем контроля, а также последовательное использование гербицидов из различных химических групп.
В заключение хотелось бы отметить, что возникающая в сорных растениях устойчивость к химическим средствам их уничтожения – не что иное, как ответ матушки-природы на массированную человеческую атаку. И, как в гонке вооружений, на каждое новое смертоносное оружие, она найдет свой, не менее мощный ответ. Возможно, что очередная победа в этой битве станет Пирровой победой…
Александр НИКИТИН, кандидат с/х наук
