降低除草剂抗性的选择压力

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关于Tom Wolf (Nozzle_Guy)

Tom Wolf总部位于SK的萨斯卡通,在喷涂业务方面有33年的研究经验。他在曼尼托巴大学获得植物科学学士学位(1987年)和硕士学位(1991年),并在俄亥俄州立大学获得农学博士学位(1996年)。Tom专注于以研究为基础的实用建议,以提高生产者的效率。

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除草剂抗性被称为传统除草剂杂草管理策略的头号威胁。

根据除草剂抗性网站的数据,自20世纪70年代以来,抗除草剂杂草的案例数量在全球范围内(目前约有500种记录在案的独特杂草物种x作用模式案例)和加拿大境内(约有70种此类案例)都呈线性增长WeedScience.org.增长的速度一直是恒定的,目前还没有任何理由认为病例数量的增长将会放缓。

图1:全球除草剂抗性病例的增长(来源:WeedScience.org)

通过使用除草剂,我们选择杂草的生物类型,出于某种原因,可以耐受该产品。赋予除草剂抗性的突变很罕见,但在大多数杂草种群中存在非常低的水平。重复使用相同的作用模式将增加耐药生物型的相对频率,直到它变得明显,并在不久之后出现问题。

最著名的抗性形式涉及改变除草剂靶位点的单基因突变(靶位点可能是产生基本植物细胞组成单元的酶),从而减少除草剂的结合,导致控制力下降。因此,在施用除草剂后,目标通路继续发挥作用,植株正常生长。其他形式的抗性包括植物对目标酶的过量生产,代谢或隔离除草剂的机制,或除草剂摄取的变化。主要机理总结如下:

表1:除草剂抗性机制*

耐药类 机制
目标站点 靶位点突变
基因拷贝数增加
酶过表达
非目标站点 增强新陈代谢
微分吸收
微分再分配
封存
推迟发芽
快速坏死/落叶

*资料来源:Bo AB, Won OJ, Sin HT, Lee JJ, Park KW. 2017。杂草抗除草剂机理研究。韩国农业科学杂志44:001-015。

使用除草剂的简单行为可以选择对该除草剂的抗性。虽然我们不能完全预测或预防抗性,但我们可以通过减少除草剂的使用频率来减缓其发生,例如将作物轮作、播种率、品种竞争力和其他因素纳入我们的农业系统。

减缓抗性发展的一个强有力的选择是减少我们对单一作用模式的依赖,可以在连续喷洒中旋转作用模式,或者更重要的是,每当我们进行应用时,通过混合多种有效作用模式(MEMoA)。

我们不要自欺欺人了。最近在澳大利亚发现了抗草甘膦(如农达)的野生燕麦,在几个国家发现了抗草甘膦(如Liberty)的黑麦草,这令人清醒。过度依赖这些除草剂只会增加选择压力。

如果我们决定使用除草剂,我们需要从推迟抗性发生的角度来看待情况。我们要做的是争取一些时间,以便制定新的战略。

喷洒方法如何减缓耐药性的发生?

除草剂的使用将继续选择抗性。在除草剂系统中,我们所能希望达到的最好结果就是推迟这种情况的发生。

为了更好地理解我们的选择,我们需要讨论一种特定类型的除草剂抗性,称为多基因抗性。这指的是随着时间的推移,小影响的加性基因的积累,这一过程在群体中植物间共享遗传物质的植物中更有效,即它们的异交。

异交植物接受来自其他植物的遗传物质,增加了它们的遗传多样性,从而提高了它们的适应能力。

在田间,任何特定杂草的种群中都可能包含一些个体,这些个体对除草剂的耐受性略高于其他个体。如果我们对这些个体施用略低于标签剂量的除草剂,它们可能会在施用后存活下来,并最终与其他存活的个体杂交并播下种子。他们的后代可能和他们的父母一样宽容,甚至更宽容。如果这种情况在连续几代中重复,加性效应就会形成,直到最后,低水平的抗性变成全面抗性,甚至标签率除草剂也不再起作用。这种抗性不是单个基因突变,它只是几个基因的耐受性的积累,这些基因会影响除草剂有效成分到达目标位点的量。

在阿肯色大学最近的一项研究中,易感的帕尔默苋菜(P. amaranth有雄性和雌性植物,因此是专性异交种)用一系列麦草畏剂量处理,以确定在较高剂量下存活的个体。研究人员让这些幸存者穿越,然后种出它们的种子,然后重复这个过程。仅仅经过三代之后,实验产生的个体的LD增加了三倍50(比较LD50在P0(111) P3.(309)表2)50是指观察所需剂量的50%充分效果。

表2:在温室中选择亚致死剂量的麦草畏对帕尔默苋菜种群进行50% (LD50)和90% (LD90)控制所需的麦草畏剂量(g ae/ha)

除草剂 选定的人口 LD50 LD90
麦草畏 P0 111 213
P1 198 482
P2 221 546
P3 309 838

*来源:Tehranchian, P。.2017.复发性亚致死剂量选择降低紫红花的易感性(苋属palmeri)麦草畏。杂草科学2017 65:206-212。

教训有三个方面:

  • 如果使用除草剂,则不能防止除草剂抗性。
  • 为了防止多基因抗性,我们需要采用全标记率,避免重复亚致死剂量,这样所有杂草都被杀死;
  • 我们需要尽可能采用“多种有效行动模式”(MEMoA),这样当一种模式失败时,其他模式就会得到支持;

如何实现这一目标?

  1. 防止导致低有效剂量的应用实践。较大的杂草,或生长在困难环境条件下的杂草,可能需要更高剂量的除草剂。早期施用是有帮助的,因为小杂草更容易控制。此外,后期作物冠层遮阳导致剂量减少并增加剂量变异性。在多风条件下喷洒也可减少剂量,并可增加沉积物的变异性。对于一些除草剂,如草甘膦或diquat,由风或快速移动产生的灰尘会降低效果。
图2:较小的暴露在外的杂草需要较少的剂量来控制
图3:作物树冠为抑制杂草提供了有价值的竞争,但它们也可以拦截喷雾,减少杂草接受的剂量。
  • 获得脉宽调制(PWM)将补偿.如果你的喷雾器年复一年地围绕着相同的特征做同样的转弯,那么外面的boom区域就会一遍又一遍地给药不足。这是多基因抗性的滋生地。在田野的角落、水体、树崖、岩石堆等处寻找。
图4:匝中剂量不足的PWM校正
  • 防止臂架摇摆和偏航。动臂运动导致不均匀的应用,从而导致较低的控制。有支撑轮的拉式喷雾器是最好的,但这种喷雾器越来越少了。吊臂的性能取决于制造商和他们使用的调平技术。然而,吊杆运动通常与较慢的移动速度更一致。
图5:臂架偏航导致应用过度和不足(来源:Farmonline.com.au)
  • 尽量减少空气乱流。大型喷雾器,以及那些快速移动的喷雾器,会产生空气动力学湍流,从而取代喷雾。主要的问题点是车轮,在其轨道上沉积的喷雾明显较少。湍流的确切动力学仍然未知,但我们知道它的强度可以随着较慢的飞行速度而降低。
图6:喷雾器速度引起的湍流(来源:Hubert Landry博士,PAMI)
  • 可以考虑点喷。使用光斑喷雾设备,如新的WEEDit Quadro,或Trimble的WeedSeeker II,在燃烧或收获后保存产品。这些节省可以使使用更精细,昂贵的坦克混合包含多种有效的行动模式,负担得起。
图7:光学点喷(WEEDit Quadro)(来源:WEED-it.com)
  • 避免喷雾漂移。杂草丛生的田地边缘很少使用足剂量的除草剂。把这些杂草暴露在喷雾漂移中不会杀死它们。但随着时间的推移,它会选择更能耐受除草剂的杂草。

影响

除了特定的技术,如PWM、改进的臂架或斑点喷雾器,最有效的解决可变应用剂量的方法是降低行驶速度。

虽然这似乎是有问题的,当时间是关键的,需要更高的生产力,有一种方法来减慢速度,仍然可以完成更多的工作。我们只是需要以不同的方式看待生产力。

我们倾向于把生产力等同于速度。旅行速度。但是,一个喷油的日子里有许多小时的非喷油时间——注油、清洁、运输、修理、加油、记录等等。这些活动损失了多少时间取决于操作,但对每个人来说,做时间会计是有用的。

记录一天的喷雾时间是如何度过的。关注那些既能节省时间又不花钱的活动。

行动 实际时间 目标时间
燃料,润滑油
装水壶和手提袋
检查标签(率,耐雨性…)
加注油罐
装载喷雾器(院子里)
运输到现场
将现场数据输入监控器
检查、记录天气
检查害虫,阶段
改变喷嘴
喷涂负载
拔下/更换喷嘴
更换喷嘴本体
使转
填充式喷雾机
把喷雾器弄出来
开到软卡车
等待救援车
喷洒油罐余物
清洗槽
清洗过滤器
冲洗臂端
装载喷雾器(现场)
总计

在任何给定的喷洒日,更少的填充或运输时间被计入喷洒时间。我们的分析这表明,由于放慢车速而损失的时间可以通过这些改变来弥补。生产力的提高使在更理想的条件下有更多的机会喷洒,从而节省产量,并确保更均匀的应用。

利用生产力分析,喷洒可以变得更加均匀,有助于延迟抗性的发生。

注意:感谢AAFC Lethbridge研究科学家Charles Geddes博士在起草本文时的协助。

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