Μελέτη απόκρισης βιότυπων ήρας (Lolium rigidum Gaud) σε διαφορετικές δόσεις ζιζανιοκτόνων και μηχανισμοί ανάπτυξης ανθεκτικότητας

Abstract

Η λεπτή ήρα (Lolium rigidum Gaud.) είναι ένα ετήσιο χειμερινό ζιζάνιο, ιδιαίτερα επιβλαβές κυρίως για τις καλλιέργειες των χειμερινών σιτηρών και δευτερευόντως για άλλες χειμερινές, πρώιμες ανοιξιάτικες και πολυετείς καλλιέργειες. Το ζιζάνιο συναντάται σε όλο σχεδόν τον κόσμο, ενώ και στην Ελλάδα η συχνότητά του είναι ιδιαίτερα υψηλή. Η αποτελεσματική αντιμετώπιση της λεπτής ήρας αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τους καλλιεργητές σιτηρών, διότι το ζιζάνιο έχει αναπτύξει σε κάποιες περιοχές υψηλή ανθεκτικότητα έναντι ορισμένων ευρέως χρησιμοποιούμενων ζιζανιοκτόνων. Ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής μελέτης είναι διττός. Αφενός είναι η διερεύνηση της ανθεκτικότητας οκτώ βιότυπων λεπτής ήρας από βιότυπους που συλλέχθηκαν από διάφορες περιοχές της Ελλάδας στα ζιζανιοκτόνα mesosulfuron + iodosulfuron (σουλφονυλουρίες), στο clodinafop-propargyl (αρυλοξυφαινοξυαλκανοικά οξέα) και στο glyphosate (γλυκίνες) μέσω της μέτρησης της αποτελεσματικότητας (νωπό-ξηρό βάρος, ύψος, αριθμός φύλλων). Αφετέρου, είναι η διερεύνηση των μοριακών μηχανισμών που εμπλέκονται σε πιθανή ανθεκτικότητα των βιότυπων στο ζιζανιοκτόνο glyphosate (βιοχημικό τεστ μέτρησης σικιμικού οξέος, έκφραση του γονιδίου που κωδικοποιεί το ένζυμο EPSPS και του γονιδίου που κωδικοποιεί την πρωτείνη-μεταφορέα Μ10). Στο παρόν πείραμα φάνηκε πως όλοι οι βιότυποι, με εξαίρεση τον 58, παρουσίασαν μειωμένη ευαισθησία στο clodinafop-propargyl (o 61 έδωσε ένδειξη μειωμένης ευαισθησίας), χαμηλή ευαισθησία στην επέμβαση με σουλφονυλουρίες έδειξαν να έχουν οι βιότυποι 52,70 και 64, ενδείξεις για μειωμένη ευαισθησία στο μίγμα σουλφονυλουριών φάνηκε να δίνουν οι βιότυποι 50, 63 και 72, ενώ ο 58 και ο 61 φάνηκε να συνεχίζουν να παραμένουν αρκετά ευαίσθητοι. Υπάρχουν μόνο κάποιες ενδείξεις για σχετικά μειωμένη ευαισθησία ορισμένων βιότυπων στο glyphosate, όπως ο 52 ή ο 70, όπως αυτές προκύπτουν από τα πειράματα δόσης-απόκρισης και χωρίς αυτό να επιβεβαιώνεται από σημαντικές διαφορές στη συσσώρευση του σικιμικού οξέος. Επομένως, απαιτείται εκτεταμένη μελέτη και επανάληψη του πειράματος ώστε να επικυρωθούν τα αποτελέσματα και να μπορούμε να μιλήσουμε με απόλυτη βεβαιότητα. Βιότυποι όπως ο 61 και ο 72 φάνηκε πως διατηρούν ακόμη την αυξημένη ευαισθησία τους στο glyphosate. Αν και φάνηκε πως η έκφραση του γονιδίου του ενζύμου EPSPS είναι διαφορετική σε κάθε βιότυπο ξεχωριστά, ωστόσο δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στην έκφραση του γονιδίου μεταξύ αψέκαστου μάρτυρα και ψεκασμένων φυτών αλλά ούτε και στην αλληλεπίδραση βιότυπου και μεταχείρισης. Φάνηκε πως δεν υπήρξε επαγωγή της έκφρασης του γονιδίου που κωδικοποιεί την πρωτείνη-μεταφορέα Μ10 σε κανέναν βιότυπο, επομένως η σχετικά μειωμένη ευαισθησία ορισμένων βιότυπων στο glyphosate δε φαίνεται να οφείλεται σε μεταφορά του ζιζανιοκτόνου σε κυτταρικά οργανίδια (χυμοτόπιο) όπου το ζιζανιοκτόνο παραμένει αδρανές.

Rigid ryegrass or annual ryegrass (Lolium rigidum Gaud.) is an annual, winter, grassy weed which causes severe problems mainly in winter cereal crops and, to a lesser extent, in other winter and early spring crops. Rigid ryegrass is nowadays present in almost every country in the world and it is also met in high frequency in Greece. The effective control of this weed is a matter of great importance to the cereal crop farmers because it has developed several mechanisms of resistance towards the most commonly used herbicides in a global level. The aim of this study is double. On the one hand, the investigation of the efficacy of some widely applied herbicides that are used to restrict eight Lolium rigidum populations. For this reason, annual ryegrass plants were collected from several different regions across Greece, from wheat fields. The herbicides that were used are mesosulfuron + iodosulfuron (sulfonylureas), clodinafop-propargyl (aryloxy-fenoxy-alcanoic acids) and glyphosate (glycines). The characterization was based upon morphological trait measurements (net and dry weight, height and leaf number of plants). On the other hand, the investigation of the molecular mechanisms involved in the glyphosate sensitivity (shikimate level measurement, EPSPS and M10 gene expression). In this study, all biotypes, except for No. 58, have shown to have reduced sensitivity to clodinafop-propargyl, while No.61 has given an indication of a relatively reduced sensitivity. Biotypes No.52, No.64 and No.70 have shown low sensitivity to the sulfonylureas mixture, No.50, No.63 and No.72 have shown indications of reduced sensitivity to the mixture, while No.58 and No.61 seemed to preserve their sensitivity yet. There are only indications of a relatively low sensitivity of several L. rigidum populations to glyphosate, such as No. 52 and No.70, as they are shown by dose-response experiments and without this to be confirmed by statistically important differences in shikimic acid levels. As a consequence, it is recommended that further experiments are conducted to confirm or reject the findings of this study, so that we can speak with absolute certainty of their level of sensitivity to glyphosate. Several biotypes, such as No.61 and No.72, appeared to preserve their high sensitivity to glyphosate. It seemed that there is a difference in the level of expression of the gene that codifies the EPSPS enzyme between the several biotypes, but there was no statistically important difference between the treatments within each biotype and no difference as well in the interaction between the biotype and the treatment. There was no induction of the expression of the gene that codifies the M10 ABC- transporter in all rigid ryegrass biotypes tested. So, it seems that the reduced sensitivity of several biotypes to glyphosate is not attributed/related to glyphosate transportation to the vacuole, where the herbicide remains inactive.