Rezistence plevelů vůči herbicidům a jak jí předcházet

14. 12. 2018 Prof. Ing. Josef Soukup, CSc. a kol. Plevele Zobrazeno 2877x

Rezistence plevelů vůči herbicidům je celosvětově pravděpodobně nejsledovanějším problémem regulace zaplevelení. Předpokladem pro zvládnutí toho problému jsou dostatečné znalosti jak o vzniku a šíření rezistence, tak i vhodných postupů umožňujících její efektivní management.

Příčiny rezistence na úrovni jedince

Herbicidy působí jako rostlinné jedy. Podstatou jejich účinku je, že se molekuly účinné látky (úč. l.) navážou na specifický cílový enzym a zablokují jeho funkci, v důsledku čehož dojde k narušení metabolizmu plevele a jeho postupnému úhynu. Všechny živé organizmy včetně plevelů disponují mechanizmy, kterými se snaží působení nežádoucích látek omezit, a na tomto principu často vzniká i herbicidní rezistence (dále jen rezistence). Nejjednoduššími, ale méně častými příčinami rezistence jsou omezený transport nebo vyloučení úč. l. mimo místo účinku, ať již v rámci rostlinného těla nebo do prostředí. Tyto procesy byly popsány např. pro 2,4-D, glyfosát i další látky. Velmi častou příčinou rezistence bývá rychlejší degradace úč. l. z důvodu zvýšené koncentrace a aktivity detoxikačních enzymů ze skupiny CYP450 a dalších degradačních enzymů. Tento způsob degradace a vznik rezistence je nejběžnější u sulfonymočovin, fenoxypropionátů, ale i syntetických auxinů a bohužel může postihovat i více skupin najednou (obr. 1).

Vzhledem k fyziologické složitosti a účasti mnoha biochemických systémů jsou výše popsané procesy založeny polygenně a jejich studium, ale i praktické řešení jsou velmi složité. Nejsilnější rezistence vzniká v důsledku změny vazebného místa na cílovém enzymu herbicidního účinku v důsledku bodové mutace příslušného genu kódujícího zpravidla sekvenci aminokyselin. Substituce jedné aminokyseliny jinou znamená ztrátu vazebného místa pro příslušný herbicid nebo celou herbicidní skupinu, avšak herbicidy zasahující jiné enzymy mohou účinkovat nadále spolehlivě.

Evoluce herbicidní rezistence v populaci

Herbicidní rezistence je (podobně jako u jiných přípravků na ochranu rostlin) evoluční jev, který vzniká v důsledku dlouhodobého selekčního tlaku vytvářeného aplikací herbicidu na původně převážně citlivou populaci plevele. V každé populaci se vyskytují jedinci s různou mírou citlivosti k herbicidu, včetně velmi malého počtu jedinců (např. jedna rostlina z milionu), kteří jsou v důsledku genetické změny k herbicidu vysoce odolní - rezistentní. Citlivější část populace je v průběhu let aplikací herbicidu postupně potlačována a v populaci začne převažovat potomstvo rezistentních jedinců. Z důvodu vysokého reprodukčního potenciálu plevelů pěstitel zpozoruje výskyt rezistence na pozemku často z roku na rok, když výskyt plevele překročí pro něj akceptovatelnou míru, ačkoliv selekční proces probíhal již roky předtím.

Z pohledu pěstitele má tedy rezistence hospodářský význam až tehdy, pokud se frekvence výskytu rezistentních jedinců v populaci zvýší natolik, že překročí práh škodlivosti. Při používání herbicidů se v podstatě jevu herbicidní rezistence vyvarovat nelze a prostřednictvím antirezistentních strategií se snažíme udržovat co nejnižší frekvenci rezistentních jedinců a oddálit jejich převládnutí v populaci a hospodářskou škodlivost.

Faktory ovlivňující riziko vzniku rezistence

Míra rizika vzniku rezistence se liší u jednotlivých plevelů, herbicidů i způsobu jejich používání. Vyšší riziko vzniku rezistence lze předpokládat u početných populací, druhů produkujících vysoké počty semen a druhů cizosprašných. Nejvíce specifických případů herbicidní rezistence se celosvětově nachází u čeledí lipnicovitých (82), hvězdnicovitých (42) a brukvovitých (22), ale mezi hospodářsky nejvýznamnější (především v Severní Americe) se řadí rezistence druhů z čeledi laskavcovitých. Rozdílná míra rizika je i u jednotlivých herbicidních skupin, jednak z pohledu náchylnosti molekuly účinné látky k degradaci a jednak z pohledu variability (polymorfismu) vazebného místa herbicidního účinku. Vazebná místa některých enzymů jsou velmi konzervativní, (jako např. na EPSPS, který je inhibován glyfosátem), jiná vazebná místa jsou strukturálně velmi proměnlivá, jako například na ALS, acetylkoenzym-A karboxyláze nebo D1 proteinu v reakčním centru fotosystému II. Proto je rezistence vůči těmto skupinám přípravků častějším jevem. Z celosvětového hlediska je nejvíce specifických případů rezistence zaznamenáno vůči ALS inhibitorům (160), PS II inhibitorům (74) a ACCase inhibitorům (48).

Také v ČR patří rezistence vůči ALS-inhibitorům (sulfonylmočovinám a triazolopyrimidinům) mezi nejčetnější a hospodářsky nejvýznamnější, zvláště u plevelných trav (tab. 1), ale v poslední době zaznamenáváme i ALS rezistentní populace máku vlčího, podobně jako v západní a jižní Evropě. Je všeobecně známo, že rozvoji rezistence v nemalé míře přispívá i nevhodný způsob používání herbicidů, především podceňování role preventivních a nechemických metod, a také opakované dlouhodobé používání herbicidů se stejným mechanizmem účinku.

Herbicidy podléhají při registračním procesu hodnocení rizika podle metodiky EPPO PP 1/213 (4), a takové, u nichž je identifikováno vysoké inherentní riziko rezistence (např. jeden mechanizmus účinku, snadný metabolizmus), jsou registrovány pouze s použitím modifikátorů rizika, kterými bývají různé zásady správné praxe, ale také sledování změn účinnosti v průběhu času a navazující opatření.

Problematice herbicidní rezistence a jejího managementu jsou věnovány stránky Herbicide Resistance Action Committee (HRAC) - hracglobal.com, provozované společně výrobci herbicidů a spolupracujícími výzkumnými institucemi.

Tab. 1: Souhrnné výsledky testování vzorků chundelky metlice na rezistenci v letech 2004–2015 na ČZU v Praze (zdroj: Hamouzová, 2016)

Management herbicidní rezistence

Rezistence přináší problémy pěstitelům, výrobcům pesticidů, ale i společnosti neboť bývá spojena s vyšším zatížením prostředí chemikáliemi i mnoha dalšími ekologickými problémy a má i negativní národohospodářské dopady. Na mnoha kontinentech (Severní i Jižní Amerika, Austrálie, ale i některé země EU) je mezi odbornou i vědeckou veřejností herbicidní rezistence hlavním a nejdiskutovanějším problémem regulace zaplevelení. Procesy, které vedly k masovému rozvoji rezistence v těchto částech světa, byly podobné: zjednodušování osevních postupů a malá diverzita plodin v nich (obilniny, kukuřice, sója, bavlník), zjednodušování postupů zpracování půdy (ústup od orby, mělké zpracování nebo přímé setí) a v neposlední řadě, což je spojeno i se málo pestrou strukturou plodin, je malá diverzita používaných mechanizmů účinků herbicidů, ať již v důsledku vývoje modernějších přípravků nebo omezováním pestrosti nabídky v důsledku zákazů starších a nevyhovujících produktů.

Omezení diverzity používaných agrotechnických postupů (včetně používaných herbicidů) vyúsťuje v jednostranný selekční tlak vedoucí obvykle nejdříve ke změnám ve společenstvu plevelů - navyšování populační hustoty určitého druhu, a později k vyselektování rezistence v jeho populaci.

Situaci v ČR lze v porovnání se jmenovanými geografickými oblastmi zatím hodnotit jako poměrně příznivou, ale nelze přehlížet trend vývoje - i při relativně malé zasažené ploše u nás exponenciálně roste počet nalezených případů rezistence a týká se plevelů s vysokou škodlivostí, jako jsou chundelka metlice, sveřep jalový, psárka polní, oves hluchý, a z dvouděložných pak mák vlčí a laskavec ohnutý.

Zastavení tohoto trendu nebude jednoduché, protože možnosti z pohledu struktury pěstovaných plodin a zpracování půdy jsou značně limitované, nicméně je potřeba je všechny využívat a zamezit vzniku jednostranného selekčního tlaku. Zvláštní pozornost zasluhují opatření vedoucí k omezování reprodukce, půdní zásoby a populační hustoty (tab. 2), případně prostorové izolovanosti populace, která brání křížení s citlivými biotypy. Významné jsou i mechanické možnosti regulace, pokud je možná, zvláště v širokořádkových plodinách, uplatnit.

Z pohledu používání herbicidů jsou doporučovány kombinované herbicidy s více mechanizmy účinku, jejichž použití bývá považováno za účinnější, než střídání herbicidů s různými mechanizmy účinku v rámci vegetačního období nebo osevního postupu. Z hlediska dlouholetého zajištění spolehlivosti herbicidu je důležité herbicidy používat v období nejvyšší citlivosti plevelů a používat plné registrované dávky, případně pomocné látky podporující účinnost. Redukované dávky a opožděné aplikace vedou z dlouhodobého hlediska ke snižování průměrné účinnosti a selekci na metabolickou rezistenci. Během posledních třiceti let nebyl objeven žádný nový mechanizmus účinku herbicidů, pouze nové účinné látky, celé skupiny látek nevyhovujících z pohledu chování v prostředí jsou předmětem omezování nebo zákazů a do budoucna nezbývá, než s dostupnými prostředky lépe hospodařit a nepřipravit se o jejich účinnost.

Tab. 2: Vliv agrotechnických opatření na výskyt ozimých trávovitých plevelů - psárka polní (zdroj: Lutmana a Moss, 2009)

Monitoring a testování herbicidní rezistence

Účinnost, zvláště masově používaných herbicidů, je potřeba z dlouhodobého hlediska sledovat a v případě podezření na herbicidní rezistenci si nechat vzorek plevele otestovat. Testování herbicidní rezistence provádějí specializovaná pracoviště, včetně našeho, a také většina výrobců herbicidů ve svých laboratořích nebo u nás formou služby.

Prvotní metodou pro kvalitativní (ano/ne) stanovení rezistence jsou růstové eseje, ve kterých se na rostlinách vypěstovaných ze semen plevele odebraných na pozemku s podezřením na rezistenci vypěstují v nádobách rostliny a účinek herbicidu na ně v registrované (1N) a dvojnásobné (2N) dávce se porovnává s účinností na prokazatelně citlivou referenční populací. Ke stanovení rezistence v průběhu vegetace se používají technicky a logisticky náročnější tzv. in-season testy, při kterých se malé rostliny odebrané z pozemku s podezřením na rezistenci vysadí do agarové půdy s definovanou koncentrací herbicidu a sleduje se jejich reakce na herbicid. Výsledky jsou známy během 10-14 dnů a umožňují aplikovat účinný herbicid ještě v dané sezoně. Pokud se rezistence prokáže, testuje se dále její úroveň prostřednictvím odezvy na stupňované dávky herbicidu (tzv. dose-response test - obr. 2). Fyziologickou a molekulárně genetickou podstatu rezistence lze pak dodatečně zkoumat mnoha laboratorními metodami, které se volí podle mechanizmu účinku herbicidu a typu rezistence.

Centrální monitoring rezistence škodlivých organizmů vůči přípravkům všechny včetně mapového zobrazení nálezů v ČR provozuje ÚKZÚZ. V brzké době budou na Rostlinolékařském portálu zveřejněny i údaje o současném výskytu herbicidní rezistence, na jejímž monitoringu v rámci projektu Ministerstva zemědělství pracujeme společně s VÚRV Ruzyně a s ÚKZÚZ výsledky sdílíme.

Z celosvětového hlediska je neznámější databáze rezistentních populací plevelů provozována Dr. Ianem Heapem z Oregonu, přístupná z weedscience.org, do níž přispívají s novými případy rezistence všechny výzkumné instituce světa.

Obr. 2: Testování rezistence laskavce ohnutého - stupňované dávky herbicidu

Závěr

Herbicidní rezistence je fenomén, který snadno vzniká, ale je obtížné a nákladné se s ním následně potýkat. Vzhledem k tomu, že v posledních 30 letech nebyl objeven žádný nový mechanizmus účinku herbicidů a řada stávajících přípravků nevyhovujících z pohledu chování v prostředí je postupně omezována, nelze se příliš spoléhat na překonání rezistence jen prostřednictvím inovací v chemické ochraně, ale snažit se také udržet účinnost stávajících mechanizmů účinku herbicidů jejich uvážlivějším používáním v rámci konceptu integrované ochrany rostlin.

Problematika je řešena v rámci projektu NAZV QK1820081. Článek byl uveřejněn za podpory Ministerstva zemědělství při České technologické platformě pro zemědělství a projektu MZe RO418.

Prof. Ing. Josef Soukup, CSc., Ing. Pavlína Košnarová, Ph.D., Ing. Kateřina Hamouzová, Ph.D., Doc. Ing. Miroslav Jursík, Ph.D.; Česká zemědělská univerzita v Praze