Ученые из Университета Шеффилда определили факторы, определяющие эволюцию устойчивости сельскохозяйственных культур к гербицидам, что также может оказать влияние на медицину и сельское хозяйство.
Ксенобиотические химические вещества, такие как гербициды, фунгициды, инсектициды и антибиотики, используются как в сельском хозяйстве, так и в здравоохранении для борьбы с вредителями и болезнями. Однако ко всем этим типам ксенобиотиков развилась резистентность, что сделало их неэффективными с серьезными последствиями для растениеводства и здоровья.
Новое исследование, проведенное исследователями из отдела наук о животных и растениях Шеффилдского университета в сотрудничестве с Rothamsted Research и Институтом зоологии Лондонского зоологического общества, дает важное представление о том, как мы можем извлечь уроки из прошлого. управление сельскохозяйственными системами, чтобы снизить вероятность развития резистентности в будущем.
Существующие стратегии управления устойчивостью вращаются вокруг диверсификации управления и диапазона используемых химических веществ. Подобные методы были предложены в медицине и сельском хозяйстве, но пока нет единого мнения о том, какой подход является лучшим.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology and Evolution, исследователи изучили эволюцию устойчивости к гербицидам у черной травы (Alopecurus myosuroides) в Великобритании. Это стало широко распространенным сорняком, присутствующим на 88 процентах из 24 824 площадей - небольших участков среды обитания, выбранных случайным образом в качестве образцов для оценки местного распространения растений и животных, за которыми наблюдают исследователи. В последние годы он распространился на север, и ученые обнаружили сорняк в районах, где его не находили в предыдущие десятилетия.
Ведущий автор исследования Роб Фреклтон, профессор популяционной биологии из Университета Шеффилда, сказал: «Двигателем этого распространения является развившаяся устойчивость к гербицидам: мы обнаружили, что сорняки на полях с более высокой плотностью более устойчивы к гербицидам..
«После того, как устойчивость развилась, она, похоже, не исчезнет: два года спустя поля с высокой плотностью по-прежнему имели высокую плотность, несмотря на то, что фермеры использовали набор различных методов управления.
"По нашим оценкам, экономические затраты на это очень высоки: затраты на борьбу с сорняками удвоились в результате развития устойчивости."
Исследование предлагает важную информацию о диверсификации управления, которая предлагается в качестве возможного метода снижения развития сопротивления. Исследование показало, что этот метод будет работать для снижения устойчивости только в том случае, если фермеры сократят использование гербицидов. Если они продолжат использовать те же количества гербицидов или даже увеличат их количество, 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, использовавшие большее количество гербицидов, имели большую резистентность.
Кроме этого, мы нашли мало доказательств роли каких-либо других методов управления: ни разнообразие используемых химикатов (например, использовали ли фермеры различные гербициды или только один), ни разнообразие сельскохозяйственных культур, несмотря на то, что и то, и другое пропагандируется как метод снижения развития резистентности».
Он добавил: «Новые методы, такие как точное земледелие (PA), предлагают возможность целенаправленного применения химикатов: например, роботы могут вводить дозы гербицидов на уровне отдельных растений».
"В то же время полученные нами результаты предполагают простое эмпирическое правило: простое использование большего количества гербицида приведет к повышению устойчивости."
Исследование показало, что даже в отсутствие химикатов направленный отбор от многократного использования одного и того же управления приведет к устойчивости к эволюции. Это подчеркнуло необходимость разработки системы управления, в которой ожидается эволюция. Помимо сосредоточения внимания на плотности и урожайности, необходимо учитывать сопротивление.
«В примере конвергентной эволюции один экотип сорняка обыкновенного (Eichochloa crus-galli var oryzicola L.) кажется неотличимым от одомашненного риса (Oryza sativa L.)», - сказал профессор Фреклтон.
Burnyardgrass является сорняком, потому что снижает урожайность риса, поэтому, когда фермеры видят сорняки, они выдергивают их. Это поведение было выбрано для сорняков, которые имитируют урожай, так как сорные растения, похожие на рис, избегают убит.
"Это эволюционное сопротивление: когда мы избирательно управляем природными системами, эволюция неизбежна."