Διερεύνηση της βιολογίας, των μηχανισμών ανθεκτικότητας σε ζιζανιοκτόνα και της χημικής αντιμετώπισης βιοτύπων αγριοβρώμης (Avena sterilis L.)

Abstract

125 sterile oat (Avena sterilis L.) accessions were evaluated in pot experiments for possible development of resistance to the herbicides fenoxaprop-P-ethyl και clodinafop-propargyl. The accessions originated from winter cereal fields of Northern Greece and Thessaly. The preliminary pot experiments indicated that 36 and 43 out of 125 accessions were resistant (R) to fenoxaprop-P-ethyl and to clodinafop-propargyl respectively, while, 29 accessions were cross-resistant to both herbicides. Forty-two and 35 accessions were partially resistant to fenoxaprop-P-ethyl and to clodinafop-propargyl respectively, and 12 were partially cross-resistant (r) to both herbicides. 47 and 47 accessions were characterised as susceptible (S) to fenoxaprop-P-ethyl and to clodinafop-propargyl, respectively. The dose-response whole-plant pot experiments performed for 17 resistant to fenoxaprop-P-ethyl sterile oat accessions revealed that 16, 17, 11 and two accessions had developed cross resistance to clodinafop-propargyl, diclofop-methyl, tralkoxydim and pinoxaden, respectively. The 17 resistant and five susceptible accessions were evaluated with a seed bioassay in Petri dishes where possible development of resistance to fenoxaprop-P-ethyl and clodinafop-propargyl and also, the possible cross-resistance to diclofop-methyl, tralkoxydim and pinoxaden was studied. The seed bioassay confirmed to a considerable extent the results obtained from the whole-plant dose-response experiments, although R/S values calculated for the seed bioassay experiment were lower compared to the values determined for the pot experiments. The acetyl-coenzyme A carboxylase (ACCase) gene sequence of 26 resistant (R) and six susceptible (S) sterile oat accessions was investigated to elucidate the molecular basis for resistance to ACCase-inhibiting herbicides. The cross-resistance of the 24 sterile oat accessions to the ΑCCase-inhibiting herbicides is ascribed to point mutations in the CT domain of the ACCase gene that resulted in the replacement of the amino acids Ile-1781-Leu, Trp-1999-Cys, Trp-2027-Cys, Ile-2041-Asn, Cys-2088-Arg, and Asp-2078-Gly in the enzyme ACCase. Two field experiments were conducted in 2008-2009 and 2009-2010 growing seasons to study the effect of the resistance trait and the geographical origin on the growth rate of 12 resistant and six susceptible sterile oat accessions. Growth rate was evaluated by recording the fresh weights and number of tillers. The obtained data revealed that the resistant and susceptible sterile oat accessions exhibited the fastest growth rate, the highest aboveground biomass accumulation, and highest number of tillers during the growing season of 2009-2010. Τhe resistant accessions with the amino acid substitutions Ile-2041→Asn and Trp-2027→Cys produced the highest aboveground biomass in both growing seasons whereas accessions with the replacement Asp-2078→Gly and the two co-existing substitutions Ile-2041→Asn + Cys-2088→Trp produced the lowest biomass during both growing seasons. The sensitive accessions and R accessions containing the substitutions Ile-2041→Asn, and Cys-2088→Trp produced the greatest number of tillers during the 2008-2009 growing season. The two-year field growth rate study showed a noticeable fitness cost associated with the target-site resistant trait and the prevailing environmental conditions.

Μελετήθηκαν 125 βιότυποι αγριοβρώμης (Avena sterilis L.), σε πειράματα φυτοδοχείων, για πιθανή ανάπτυξη ανθεκτικότητας στα ζιζανιοκτόνα fenoxaprop-P-ethyl και clodinafop-propargyl. Οι βιότυποι προέρχονταν από αγρούς καλλιέργειας χειμερινών σιτηρών της Βόρειας Ελλάδας και της Θεσσαλίας. Τα αρχικά πειράματα φυτοδοχείων έδειξαν ότι 36 και 43 βιότυποι αγριοβρώμης χαρακτηρίστηκαν ως ανθεκτικοί (R) στο fenoxaprop-P-ethyl και στο clodinafop-propargyl, αντίστοιχα, ενώ 29 βιότυποι χαρακτηρίστηκαν ως σταυρανθεκτικοί και στα δύο ζιζανιοκτόνα. Μειωμένη αποτελεσματικότητα των fenoxaprop-P-ethyl και clodinafop-propargyl καταγράφηκε σε 42 και 35 βιοτύπους, αντίστοιχα, ενώ 12 βιότυποι χαρακτηρίστηκαν ως μετρίως σταυρανθεκτικοί (r) στα δύο ζιζανιοκτόνα. Σαράντα επτά βιότυποι χαρακτηρίστηκαν ως ευαίσθητοι (S) στο fenoxaprop-P-ethyl και άλλοι 47 στο clodinafop-propargyl. Τα πειράματα της αντίδρασης των φυτών 17 ανθεκτικών στο fenoxaprop-P-ethyl βιοτύπων σε διάφορα ζιζανιοκτόνα έδειξαν ότι οι 16, 17, 11 και δύο από αυτούς τους βιότυπους χαρακτηρίστηκαν ως σταυρανθεκτικοί στα clodinafop-propargyl, diclofop-methyl, tralkoxydim και pinoxaden, αντίστοιχα. Οι 17 ανθεκτικοί και οι πέντε ευαίσθητοι βιότυποι αγριοβρώμης αξιολογήθηκαν και με βιοδοκιμή σπόρων σε τριβλία Petri, όπου μελετήθηκε η ένταση ανθεκτικότητας στα ζιζανιοκτόνα fenoxaprop-P-ethyl και clodinafop-propargyl και η πιθανή ανάπτυξη σταυρανθεκτικότητας στα ζιζανιοκτόνα diclofop-methyl, tralkoxydim και pinoxaden. Η βιοδοκιμή των σπόρων επιβεβαίωσε σε σημαντικό βαθμό τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα πειράματα διερεύνησης της έντασης ανθεκτικότητας σε φυτά που αναπτύχθηκαν σε φυτοδοχεία, αν και οι τιμές R/S της βιοδοκιμής των σπόρων ήταν χαμηλότερες από τις αντίστοιχες τιμές που προέκυψαν από τα πειράματα φυτών που αναπτύσσονταν στα φυτοδοχεία. Η μοριακή βάση της ανθεκτικότητας 26 ανθεκτικών (R) και έξι ευαίσθητων (S) βιοτύπων αγριοβρώμης μελετήθηκε με αλληλούχηση τμημάτων του ACCase γονιδίου. Τα δεδομένα έδειξαν ότι η σταυρανθεκτικότητα των 24 βιοτύπων του ζιζανίου αγριοβρώμη στα ζιζανιοκτόνα οφείλεται σε σημειακές μεταλλάξεις στην περιοχή CT του ACCase γονιδίου, οι οποίες είχαν ως συνέπεια την αντικατάσταση των αμινοξέων Ile-1781→Leu, Trp-1999→Cys, Trp-2027→Cys, Ile-2041→Asn, Cys-2088→Arg, και Asp-2078→Gly στο ένζυμο ACCase. Σε δύο πειράματα αγρού που πραγματοποιήθηκαν κατά τις περιόδους 2008-2009 και 2009-2010, μελετήθηκε η επίδραση του χαρακτηριστικού της ανθεκτικότητας και της γεωγραφικής προέλευσης στον ρυθμό αύξησης 12 ανθεκτικών και έξι ευαίσθητων βιοτύπων αγριοβρώμης. Ο ρυθμός αύξησης αξιολογήθηκε με καταγραφή του νωπού βάρους και καταμέτρηση του αριθμού των αδερφιών. Τα δεδομένα έδειξαν ότι ο ρυθμός αύξησης όλων των βιότυπων (ανθεκτικών και ευαίσθητων) αγριοβρώμης ήταν ταχύτερος, η συσσώρευση υπέργειας βιομάζας μεγαλύτερη και ο αριθμός αδερφιών μεγαλύτερος κατά την περίοδο 2009-2010. Οι ανθεκτικοί βιότυποι με τις αντικαταστάσεις Ile-2041→Asn και Trp-2027→Cys στο ένζυμο ACCase παρήγαγαν την υψηλότερη υπέργεια βιομάζα, ενώ η υπέργεια βιομάζα των ανθεκτικών βιότυπων με την αντικατάσταση Asp-2078→Gly και την ταυτόχρονη αντικατάσταση Ile-2041→Asn + Cys-2088→Trp ήταν μικρότερη κατά τις δύο καλλιεργητικές περιόδους. Οι ευαίσθητοι βιότυποι, καθώς και οι ανθεκτικοί βιότυποι, τόσο με την αντικατάσταση Ile-2041→Asn, όσο και με την αντικατάσταση Cys-2088→Trp παρήγαγαν μεγαλύτερο αριθμό αδερφιών κατά την καλλιεργητική περίοδο 2008-2009. Η μελέτη της προσαρμοστικότητας με βάση το ρυθμό αύξησης των βιοτύπων έδειξε ότι αυτή επηρεάζεται από τη σημειακή μετάλλαξη και από τις κλιματολογικές συνθήκες.