Ученые выяснили факторы, которые управляют эволюцией гербицидной резистентности
Сорняк лисохвост мышехвостниковидный (лат. Alopecurus myosuroides) часто цитируется про-ГМО СМИ в Великобритании как причина, из-за которой фермерам стоит выращивать генетически модифицированные гербицидоустойчивые культуры. Аргумент заключается в том, что если фермеры будут покупать генетически модифицированные гербицидоустойчивые культуры, то это уничтожит сорняк, не причинив вреда основному урожаю.
Ученые из Университета Шеффилда нашли факторы, которые в растениях управляют эволюцией гербицидной устойчивости, что может отразиться на медицине, а также на сельском хозяйстве.
Ксенобиотические химические вещества, такие как гербициды, фунгициды, инсектициды и антибиотики используются в сельском хозяйстве и здравоохранении, чтобы бороться с вредителями и болезнями. Однако устойчивость эволюционировала ко всем этим видам ксенобиотиков, делая их бесполезными с серьезными последствиями для продукции и здоровья культур.
Новое исследование, возглавляемое исследователями из Университета Шеффилда в сотрудничестве с Ротамстедской опытной станцией и Институтом зоологии, Зоологическим обществом Лондона, дает важное представление о том, как мы можем извлечь уроки из прошлых сельскохозяйственных систем, чтобы уменьшить вероятность развития устойчивости в будущем.
Текущие стратегии борьбы с устойчивостью вращаются вокруг диверсификации и определенного диапазона используемых химических веществ. Аналогичные методы были предложены в медицине и сельском хозяйстве, но пока еще нет консенсуса относительно того, что является лучшим решением.
В новом исследовании, опубликованном в «Nature Ecology and Evolution», исследователи рассмотрели в Великобритании эволюцию гербицидной устойчивости лисохвоста мышехвостниковидного. Он стал широко распространенным сорняком, присутствующим на 88% из 24824 м² земли, небольшого района, случайным образом отобранного в качестве образца для оценки местного распределения растений и животных под наблюдением исследователей. За последние годы он распространился на север, и ученые нашли сорняк в районах, где он не был найден в предыдущие десятилетия.
Руководитель исследования Роб Фреклтон, профессор популяционной биологии Университета Шеффилда, сказал: «Движущей силой этого распространения является устойчивость к гербицидам: мы обнаружили, что сорняки на полях с более частым использованием химикатов были более устойчивы к гербицидам».
«После того, как сопротивление выработалось, похоже, что оно не исчезает: два года спустя, поля с частым использованием химикатов по-прежнему обладали высокой плотностью, несмотря на то, что фермеры использовали набор различных методов борьбы».
«Мы подсчитали, что экономические издержки очень высокие: в результате развития устойчивости издержки борьбы с сорняками удвоились».
Исследование предлагает важные идеи для диверсификации в качестве возможного метода замедления эволюции сопротивления. Исследование показало, что методика по снижению резистентности будет работать только в том случае, если фермеры уменьшат использование гербицидов. Если они будут продолжать использовать такое же количество гербицидов или даже увеличат его, то этот метод не будет работать.
Новые результаты показывают, что объем и разнообразие гербицидных продуктов положительно связаны друг с другом.
Профессор Фреклтон сказал: «Результаты были простыми: фермы, которые использовали больший объем гербицидов, имели большую устойчивость».
«Помимо этого, мы нашли мало доказательств о роли любых других методов борьбы: ни разнообразие химических веществ (например, фермеры использовали различные гербициды или просто один), ни разнообразие культур, несмотря на то, что оба они пропагандируются как методы уменьшения эволюция устойчивости».
Он добавил: «Новые методы, такие как точное земледелие (англ. precision agriculture) дают возможность целевого применения химических веществ: например, роботы могут давать дозы гербицида на уровне отдельных растений».
«В то же время, результаты, которые мы получили, выводят простое правило: обычное использование большего количества гербицидов приводит к большей устойчивости».
Исследование показало, что даже при отсутствии химических веществ, направленное многократное использование одного и того же способа борьбы приведет к эволюции устойчивости. Это подчеркивает необходимость разработки системы борьбы с ожидаемой эволюцией. Помимо сосредоточения внимания на плотности и урожайности, необходимо учитывать устойчивость.
«Как пример конвергентной эволюции, один экотип сорняка, как ежовник обыкновенный (Eichochloa crus-galli) становится неотличимым от риса посевного (Oryza sativa)», сказал профессор Фреклтон.
«Ежовник — сорняк, потому что он снижает урожайность риса, поэтому, когда фермеры видят сорняки, они вырывают их. Это поведение выбрали сорняки, которые имитируют урожай, так как сорняки похожие на рис не погибают».
«Это развивает устойчивость: когда мы боремся с природными системами избирательно, эволюция неизбежна».
Исследование: dx.doi.org/10.1038/s41559-018-0470-1
