Кукуруза естественным образом переносит определенные гербициды, обезвреживая химические вещества, прежде чем они смогут причинить вред. Это то, что позволяет фермерам опрыскивать поля классом гербицидов, известных как ингибиторы HPPD, которые убивают сорняки, такие как водяная конопля и амарант Палмера, и оставляют кукурузу невредимой. Но во все большем и большем количестве областей этот метод терпит неудачу; водяная пенька не умирает.
Ученые изучили реакцию водяной конопли на два распространенных гербицида, ингибирующих HPPD, мезотрион (торговое название Callisto) и темботрион (Laudis), и обнаружили, что сорняк использует тот же клеточный механизм, что и кукуруза, для детоксикации химических веществ. Тем не менее, никто не изучал метаболический ответ водяной конопли на третий гербицид, ингибирующий HPPD, топрамезон (импакт или армезон), который относится к другому химическому подклассу, чем мезотрион и темботрион, но так же широко используется в кукурузе..
Новое исследование Университета Иллинойса определяет путь детоксикации в двух популяциях водяной конопли Среднего Запада, который играет роль в быстром метаболизме топрамезона. К сожалению, это не очень хорошая новость для производителей кукурузы.
«Наша первоначальная теория заключалась в том, что водяная конопля будет имитировать кукурузу, как и два других ингибитора HPPD, но нет, она нашла другой путь», - говорит Дин Рихерс, специалист по сорнякам в Департаменте растениеводства в U of I и соавтор исследования Frontiers in Plant Science. «Мы не знаем, как и почему, но его механизм отличается от природного механизма кукурузы. Суть в том, что вы не можете использовать ни один из трех ингибиторов HPPD для контроля над этой популяцией».
Популяция водяной конопли, на которую ссылается Ричерс, происходит с поля в округе Маклин, штат Иллинойс. В течение последнего десятилетия поля кукурузы непрерывного посева обрабатывались всеми тремя ингибиторами HPPD, и водяная конопля проявляла устойчивость ко всем из них. Рихерс и его соавторы посадили семена этой популяции в теплицу и опрыскали растения всеми тремя гербицидами, чтобы оценить степень повреждения. По сравнению с двумя популяциями, чувствительными к химическим веществам, растения водяной конопли округа Маклин выглядели великолепно.
Исследователи также выращивали растения водяной конопли на поле в Небраске, которое было обработано только мезотрионом и темботрионом. Несмотря на то, что растения никогда не подвергались воздействию топрамезона, они оказались устойчивыми. Они выглядели не так хорошо, как население округа Маклин, но выглядели намного лучше, чем уязвимые группы населения.
Ричерс говорит: «Эксперимент в теплице показал, что у населения Небраски действительно была устойчивость к гербициду, которому оно никогда не подвергалось. Были ли выбраны два других гербицида на устойчивость к топрамезону? Я и мои коллеги в Syngenta так считают. Наша долгосрочная цель - выяснить, имеет ли каждый гербицид свой собственный ген устойчивости или существуют гены, которые тот или другой мог бы выбрать».
Используя анализ вырезанных листьев, который они разработали для выявления ферментов, выводящих токсины из гербицидов, исследовательская группа обнаружила, что растения округа Маклин используют другой путь, чем кукуруза, для детоксикации топрамезона. Ричерс говорит, что это открытие интересно с научной точки зрения, но может оказаться трудной пилюлей для кукурузной индустрии.
«Это страшно, потому что эти популяции водяной конопли находят способ метаболизировать эти соединения, что значительно усложняет химическую борьбу с сорняками», - говорит он. «Прямо сейчас вы можете распылить любой из этих трех ингибиторов HPPD на кукурузу, не убивая кукурузу, но потенциально убивая сорняки. Но если сорняки используют другой механизм для детоксикации химического вещества, вам придется разработать другой вид гербицида, который не использует те же метаболические пути. Он может быть эффективен против сорняков, но кто знает, выдержит ли его кукуруза».
Химические компании могут использовать информацию, полученную в ходе исследований, для разработки новых продуктов, но у фермеров может не быть возможности ждать. В то же время, Рихерс указывает на работу U из I коллег по смешиванию в резервуарах нескольких участков действия гербицидов или использованию деструктора семян Harrington в качестве нехимического метода ограничения устойчивости.
"Мы узнаем все больше и больше о том, что эти популяции водяной конопли могут сделать для детоксикации, и это обескураживает. Наше исследование только подчеркивает, насколько важно предпринимать альтернативные шаги, чтобы ограничить распространение этих устойчивых растений или предотвратить чтобы этого не произошло", - говорит он.