Protocollen voor Robuuste herbicideresistentie testen in verschillende Weed Species
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
Herbiciden zijn de meest intensief gebruikt onkruidbestrijding maatregel, goed voor maximaal 50% van de wereldwijde markt van gewasbeschermingsmiddelen 1. Ze zijn relatief goedkoop gereedschap, voorkomen arbeidsintensief en tijdrovend grondbewerking praktijken, en uiteindelijk resulteren in een kosten-effectieve, veilige en winstgevende productie van levensmiddelen 2. Echter, de grote fenologische en genetische variabiliteit aanwezig in veel onkruidsoorten, samen met een over-afhankelijkheid van herbiciden gebruik, vaak resulteert in de selectie van de herbicide-resistente onkruid populaties. De introductie van selectieve herbiciden met een zeer specifieke metabole doelgroep 3-5 is dramatisch toegenomen het aantal gevallen verzet door de jaren heen. Tot op heden zijn 240 onkruidsoorten (140 tweezaadlobbigen en eenzaadlobbigen 100) wereldwijd resistentie tegen verschillende herbicide werkingsplaatsen (SOA) 4 ontstaan. Dit is een grote zorg voor het beheer van onkruid en meer in het algemeen voor de duurzame productie van gewassen.
e_content "> Vroege opsporing van resistentie, op basis van betrouwbare tests vaak uitgevoerd in een kas, is een belangrijke stap om herbicide resistente onkruiden te beheren. Verschillende benaderingen zijn ontwikkeld op basis van de doelstellingen, de gewenste mate van nauwkeurigheid, tijd en middelen beschikbaar zijn, zoals Naast de onkruidsoorten als 6-12. Wanneer echter de bevestiging van het resistentieprofiel van nieuwe onkruid biotype is vereist (dat wil zeggen een groep individuen die verschillende fysiologische kenmerken hebben, waaronder het vermogen om één of meer herbiciden behoren tot een overleven bepaalde groep toegepast in een dosis die ze normaal zouden regelen), een robuuste hele plant bioassay heeft in een gecontroleerde omgeving 4, 11 worden uitgevoerd.Een biotype is zelden bestand tegen slechts één herbicide. Elke biotype wordt dus gekenmerkt door een zekere resistentiepatroon, dwz, aantal en type van SoA van herbiciden is het bestand tegen en door een bepaalde weerstandniveau om elke herbicide 13. De vroege en betrouwbare bepaling van het patroon van kruis of meervoudige resistentie 5, 14 is belangrijk voor veldresistentie management.
Vermeldenswaardig is dat herbicideresistentie heeft niets te maken met de natuurlijke tolerantie waard dat sommige onkruidsoorten vertonen richting sommige herbiciden, bijvoorbeeld, tweezaadlobbige soorten vs. ACCase-remmende herbiciden, eenzaadlobbige soorten vs. 2,4-D, heermoes vs. glyfosaat.
Dit document presenteert een robuuste aanpak voor het testen van vermeende herbicide resistente biotypen bemonsterd op gebieden waar de slechte controle van herbicide (s) had gemeld. Relevant varianten de standaardprotocollen met betrekking tot de onkruidsoorten betrokken worden. De voordelen ten opzichte van alternatieve technieken / protocols gebaseerd op ofwel hele plant bioassays met één herbicide dosis 15 of behandelen zaden in Petrischalen 8 zijn aan de hogere reliabiliteit en kan worden afgeleid van de weerstand door de toevoeging van twee herbicide doses in de experimenten. Voor routine resistentietest, dezelfde werkwijzen kunnen worden toegepast op slechts één herbicide dosis, zodat de kosten verlagen.
Evenals waardoor bevestiging van de status van de weerstand, kan de verkregen informatie worden gebruikt voor zowel het optimaliseren van de volgende stappen in het onderzoek en / of het bedenken van geluid weerstand management strategieën.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verschillende stappen in de protocollen zijn van cruciaal belang voor een succesvolle evaluatie van herbicideresistentie in een populatie: 1) zaden moeten worden verzameld bij volwassen uit planten die het herbicide behandeling (s) had overleefd. Rijping van de zaden op de moederplant is cruciaal voor problemen bij zaadkieming later voorkomen; 2) de juiste opslag van de zaden wordt aanbevolen om de proliferatie van schimmels die kieming zou voorkomen dat te voorkomen; 3) zaailingen worden behandeld met de juiste groeist…
Disclosures
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 m–² |
| 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 | |
References
- 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).
- Powles, S. B., Shaner, D. L. . Herbicides Resistance and World Grains. , 308 (2001).
- Sattin, M. Herbicide resistance in Europe: an overview. Proc. BCPC International Congress. , 131-138 (2005).
- Jasieniuk, M., Le Corre, V. Deciphering the evolution of herbicide resistance in weeds. Trends Genet. 29 (11), 649-658 (2013).
- Heap, I. M. Identification and documentation of herbicide resistance. Phytoprotection. 75 (4), 85-90 (1994).
- 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).
- 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).
- Boutsalis, P. Syngenta Quick-Test: a rapid whole-plant test for herbicide resistance. Weed Technol. 15 (2), 257-263 (2001).
- 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).
- Burgos, N. R., et al. Review: confirmation of resistance to herbicides and evaluation of resistance levels. Weed Sci. 61 (1), 4-20 (2013).
- 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).
- Beckie, H. J., Tardif, F. J. Herbicide cross resistance in weeds). Crop Prot. 35, 15-28 (2012).
- 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).
- Baskin, C. C., Baskin, J. M. . Seeds, Ecology, Biogeography and Evolution of dormancy and Germination. , 27-42 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sattin, M., Berto, D., Zanin, G., Tabacchi, M. Resistance to ALS inhibitors in rice in north-western Italy. Proc. BCPC. Weeds. , 783-790 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
