Summary

Protokoller for Robust herbicidresistens Afprøvning i forskellige ukrudtsarter

Published: July 02, 2015
doi:

Summary

A robust and flexible approach to confirm herbicide resistance in weed populations is presented. This protocol allows the herbicide resistance levels to be inferred and applied to a wide range of weed species and herbicides with minor adaptations.

Abstract

Robust protocols to test putative herbicide resistant weed populations at whole plant level are essential to confirm the resistance status. The presented protocols, based on whole-plant bioassays performed in a greenhouse, can be readily adapted to a wide range of weed species and herbicides through appropriate variants. Seed samples from plants that survived a field herbicide treatment are collected and stored dry at low temperature until used. Germination methods differ according to weed species and seed dormancy type. Seedlings at similar growth stage are transplanted and maintained in the greenhouse under appropriate conditions until plants have reached the right growth stage for herbicide treatment. Accuracy is required to prepare the herbicide solution to avoid unverifiable mistakes. Other critical steps such as the application volume and spray speed are also evaluated. The advantages of this protocol, compared to others based on whole plant bioassays using one herbicide dose, are related to the higher reliability and the possibility of inferring the resistance level. Quicker and less expensive in vivo or in vitro diagnostic screening tests have been proposed (Petri dish bioassays, spectrophotometric tests), but they provide only qualitative information and their widespread use is hindered by the laborious set-up that some species may require. For routine resistance testing, the proposed whole plant bioassay can be applied at only one herbicide dose, so reducing the costs.

Introduction

Herbicider er de mest flittigt brugt ukrudtsbekæmpelse foranstaltning, der tegner sig for op til 50% for beskyttelse markedet for globale plant 1. De er relativt billige værktøjer, undgå arbejdsintensive og tidskrævende jord dyrkningsmetoder, og i sidste ende resultere i omkostningseffektive, sikker og lønsom fødevareproduktion 2. Men den store fænologiske og genetisk variation til stede i mange ukrudtsarter, sammen med en stor afhængighed af herbicid anvendelse, ofte resulterer i udvælgelsen af ​​herbicidresistente ukrudt befolkninger. Indførelsen af selektive herbicider med en meget specifik metabolisk target 3-5 har dramatisk forøget antallet af resistens sager i årenes løb. Til dato har 240 ukrudtsarter (140 tokimbladede og 100 enkimbladede) i hele verden udviklet resistens over for forskellige herbicider steder i aktion (SOA) 4. Dette er et stort problem for ukrudt og mere generelt for bæredygtig produktion af afgrøder.

e_content "> Tidlig påvisning af resistens, baseret på pålidelige tests, der ofte udføres i et drivhus, er et vigtigt skridt til at håndtere herbicidresistente ukrudt. Forskellige tilgange er blevet udviklet i henhold til de mål, krævede niveau af nøjagtighed, tid og ressourcer til rådighed, som samt ukrudtsarterne betragtes 6-12. Men når der kræves bekræftelse af modstanden status for en ny ukrudt biotype (dvs. en gruppe af individer, der deler flere fysiologiske egenskaber, herunder evnen til at overleve en eller flere herbicider, der tilhører en særlig gruppe anvendes i en dosis, der normalt ville kontrollere dem), skal udføres i et kontrolleret miljø 4, 11 a robust hel plante bioassay.

En biotype sjældent resistent over for blot ét herbicid. Hver biotype er derfor karakteriseret ved en vis modstand mønster, dvs, antallet og typen af SOA af herbiciderne er resistent over for, og ved en given modstandniveau til hver herbicid 13. Den tidlige og pålidelig bestemmelse af mønstret af indlægget eller multipel resistens 5, 14 er vigtig for feltet resistenshåndtering.

Det er værd at nævne, at herbicidresistens har intet at gøre med den naturlige tolerance, at nogle ukrudtsarter udstille mod nogle herbicider, fx tokimbladet arter vs. ACCase-hæmmende herbicider, enkimbladede arter vs. 2,4-D, Equisetum arvense vs. glyphosat.

Denne artikel præsenterer en robust tilgang til test formodede herbicidresistente biotyper stikprøven på områder, hvor var blevet indberettet dårlig kontrol af herbicid (r). Relevante varianter til standardprotokoller i forhold til de ukrudtsarter, der er involveret præsenteres. De fordele i forhold alternative teknikker / protokoller baseret på enten hele planten bioassays bruger kun en herbicid dosis 15 eller behandling frø i petriskåle 8 er relateret til højere reliability og muligheden for at udlede modstanden niveau på grund af inddragelsen af ​​to herbicider doser i forsøgene. Men til test rutine modstand, kan anvendes de samme metoder på kun ét herbicid dosis, så at reducere omkostningerne.

Samt ved at lade bekræftelse af resistens status, kan de indsamlede oplysninger bruges til både at optimere de følgende forsknings- trin og / eller udarbejde fornuftige strategier modstand management.

Protocol

1. Frø Prøveudtagning og opbevaring Overvåg dyrkede marker for uberettiget dårlig herbicid ydeevne, dvs. ikke på grund af ugunstige klimaforhold eller lav kvalitet herbicid behandlinger. Indsamle et frø prøve fra en art ad gangen og tildele en unik kode. Modne frø normalt indsamles før høst fra planter, der havde overlevet herbicidet behandling (er). Rettidig skærm for at observere, om frøene udgydt af moderplanten, når moden. Udfylde en formular for hver prøve angiv…

Representative Results

For at vurdere modstanden status for en formodet resistent population, er det afgørende at inkludere en modtagelig check i analysen for at kontrollere ukrudtsmidlet effekt. Resultaterne af en screeningstest udført på P. rhoeas befolkninger, en ukrudtsplante infesting hvedemarker, er rapporteret i figur 2, hvor effekten af fire postspiringsherbicider på en modtagelig kontrol (09-36), og på den mistænkte resistente én (10-91) præsenteres. Befolkning 09-36 blev fuldstændig kontrolleret af…

Discussion

Flere trin inden for de protokoller er afgørende for en vellykket vurdering af herbicidresistens i en population: 1) frø skal indsamles, når moden fra planter, der havde overlevet ukrudtsmidlet behandling (er). Modning af frø på moderplanten er afgørende at undgå vanskeligheder med frøspiring senere; 2) anbefales det korrekt opbevaring af frø for at undgå spredning af forme, der ville forhindre spiring; 3) kimplanter skal behandles på det rigtige vækststadium, som rapporteret på etiketten af ​​herbicide…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The research was supported by the National Research Council (CNR) of Italy. The authors thank GIRE members for collecting seed samples and are grateful to Alison Garside for revising the English.

Materials

Paper bags Celcar SAS
Plastic dishes ISI plast S.p.A. SO600 Transparent plastic
Sulfuric acid 95-98% Sigma-Aldrich 320501
Non-woven fabric Carretta Tessitura Art.TNT17 Weight  17 gr m²
Chloroform >99.5% Sigma-Aldrich C2432
Agar Sigma-Aldrich A1296
Potassium nitrate >99.0% Sigma-Aldrich P8394
Plastic containers Giganplast 1875/M 600 x 400 x 110 mm
Plastic trays Piber plast G1210A 325 x 265 x 95 mm
Polystyrene trays Plastisavio S24 537x328x72 mm, 24 round cells (6×4) 
Copper sulfate Sigma-Aldrich 451657
Agriperlite Blu Agroingross sas AGRI100
Peat Blu Agroingross sas TORBA250
Germination cabinet KW W87R
Nozzles Teejet  XR11002-VK, TP11001-VH The second type of nozzles are used only for glyphosate
Barcode generator Toshiba TEC SX4
Labels with barcode Felga TT20200 Stick-in labels with rounded corners
Barcode reader Cipherlab 8300-L Portable data terminal
Bench sprayer Built in house
HERBICIDES INCLUDED IN THE RESULTS:
Commercial product Active ingredient Company Comments
Altorex imazamox BASF
Azimut  florasulam Dow AgroSciences
Biopower Bayer Crop Science Surfact to be used with Hussar WG
Dash BASF Surfact to be used with Altorex
Granstar  tribenuron-methyl Dupont
Gulliver  azimsulfuron Dupont
Hussar WG  iodosulfuron Bayer Crop Science
Nominee  bispyribac-Na Bayer Crop Science
Roundup glyphosate Monsanto
Trend Dupont Surfact to be used with Granstar and Gulliver
Viper  penoxsulam Dow AgroSciences
Weedone LV4 2,4-D Isagro

Referências

  1. Massa, D., Kaiser, Y. I., Andújar-Sánchez, D., Carmona-Alférez, R., Mehrtens, J., Gerhards, R. Development of a geo-referenced database for weed mapping and analysis of agronomic factors affecting herbicide resistance in Apera spica-venti L. Beauv. (Silky Windgrass). Agronomy. 3 (1), 13-27 (2013).
  2. Powles, S. B., Shaner, D. L. . Herbicides Resistance and World Grains. , 308 (2001).
  3. Sattin, M. Herbicide resistance in Europe: an overview. Proc. BCPC International Congress. , 131-138 (2005).
  4. Jasieniuk, M., Le Corre, V. Deciphering the evolution of herbicide resistance in weeds. Trends Genet. 29 (11), 649-658 (2013).
  5. Heap, I. M. Identification and documentation of herbicide resistance. Phytoprotection. 75 (4), 85-90 (1994).
  6. Beckie, H. J., Heap, I. M., Smeda, R. J., Hall, L. M. Screening for herbicide resistance in weeds. Weed Technol. 14 (2), 428-445 (2000).
  7. Tal, A., Kotoula-Syka, E., Rubin, B. Seed-bioassay to detect grass weeds resistant to acetyl coenzyme A carboxylase inhibiting herbicides. Crop Prot. 19, 467-472 (2000).
  8. Boutsalis, P. Syngenta Quick-Test: a rapid whole-plant test for herbicide resistance. Weed Technol. 15 (2), 257-263 (2001).
  9. Menchari, Y., et al. Weed response to herbicides: regional-scale distribution of herbicide resistance alleles in the grass weed Alopecurus myosuroides. New Phytol. 171 (4), 861-874 (2006).
  10. Burgos, N. R., et al. Review: confirmation of resistance to herbicides and evaluation of resistance levels. Weed Sci. 61 (1), 4-20 (2013).
  11. Owen, M. J., Martinez, N. J., Powles, S. B. Multiple herbicide-resistant Lolium rigidum. (annual ryegrass) now dominates across the Western Australian grain belt. Weed Res. 54 (3), 314-324 (2014).
  12. Beckie, H. J., Tardif, F. J. Herbicide cross resistance in weeds). Crop Prot. 35, 15-28 (2012).
  13. Moss, S. R., et al. The occurrence of herbicide-resistant grass-weeds in the United Kingdom and a new system for designating resistance in screening assays. Proc. BCPC Weeds. , 179-184 (1999).
  14. Baskin, C. C., Baskin, J. M. . Seeds, Ecology, Biogeography and Evolution of dormancy and Germination. , 27-42 (1998).
  15. Sattin, M., Gasparetto, M. A., Campagna, C. Situation and management of Avena sterilis. ssp. ludoviciana. and Phalaris paradoxa. resistant to ACCase inhibitors in Italy. Proc. BCPC – Weeds. , 755-762 (2001).
  16. Scarabel, L., Varotto, S., Sattin, M. A European biotype of Amaranthus retroflexus. cross-resistant to ALS inhibitors and response to alternative herbicides. Weed Res. 47 (6), 527-533 (2007).
  17. Collavo, A., Panozzo, S., Lucchesi, G., Scarabel, L., Sattin, M. Characterisation and management of Phalaris paradoxa. resistant to ACCase-inhibitors. Crop Prot. 30 (3), 293-299 (2011).
  18. Scarabel, L., Carraro, N., Sattin, M., Varotto, S. Molecular basis and genetic characterisation of evolved resistance to ALS-inhibitors in Papaver rhoeas. Plant Sci. 166 (3), 703-709 (2004).
  19. Panozzo, S., Scarabel, L., Tranel, P. J., Sattin, M. Target-site resistance to ALS inhibitors in the polyploid species Echinochloa crus-galli. Pestic. Biochem. Phys. 105 (2), 93-101 (2013).
  20. Sattin, M., Berto, D., Zanin, G., Tabacchi, M. Resistance to ALS inhibitors in rice in north-western Italy. Proc. BCPC. Weeds. , 783-790 (1999).
  21. Scarabel, L., Berto, D., Sattin, M. Dormancy breaking and germination of Alisma plantago-aquatica. and Scirpus mucronatus. Aspects of Applied Biology. 69, 285-292 (2003).
  22. Collavo, A., Strek, H., Beffa, R., Sattin, M. Management of an ACCase-inhibitor-resistant Lolium rigidum. population based on the use of ALS inhibitors: weed population evolution observed over a 7 years field-scale investigation. Pest Manag. Sci. 69 (2), 200-208 (2013).
  23. Scarabel, L., Panozzo, S., Savoia, W., Sattin, M. Target-site ACCase-resistant Johnsongrass (Sorghum halepense). selected in summer dicot crops. Weed Technol. 28 (2), 307-315 (2014).
  24. Hess, M., Barralis, H., Bleiholder, H., Buhur, L., Eggers, T., Hack, H., Strauss, R. Use of the extended BBCH scale – general for the description of the growth stages of mono- and dicotyledonous weed species. Weed Res. 37 (6), 433-441 (1997).
  25. Collavo, A., Sattin, M. First glyphosate-resistant Lolium. spp. biotypes found in a European annual arable cropping system also affected by ACCase and ALS resistance. Weed Res. 54 (4), 325-334 (2014).
  26. Scarabel, L., Cenghialta, C., Manuello, D., Sattin, M. Monitoring and management of imidazolinone-resistant red rice (Oryza sativa. L., var. sylvatica.) in Clearfield® Italian paddy rice. Agronomy. 2 (4), 371-383 (2012).
  27. Zelaya, I. A., Anderson, J. A. H., Owen, M. D. K., Landes, R. D. Evaluation of spectrophotometric and HPLC methods for shikimic acid determination in plants: Models in glyphosate-resistant and-susceptible crops. J. Agric. Food Chem. 59 (6), 2202-2212 (2011).

Play Video

Citar este artigo
Panozzo, S., Scarabel, L., Collavo, A., Sattin, M. Protocols for Robust Herbicide Resistance Testing in Different Weed Species. J. Vis. Exp. (101), e52923, doi:10.3791/52923 (2015).

View Video