مقاومة الأعشاب للمبيدات
تعاريف :
* المقاومة لمبيدات الأعشاب Herbicide resistance
تُعرف بأنها مقدرة وراثية لنبات تمكنه من أن يبقى حياً وأن يتكاثر بعد معاملته بجرعة من مبيد الأعشاب عادة تكون قاتلة.
* تحمل مبيد الأعشاب Herbicide Tolerance
هي مقدرة وراثية لنوع نباتي معين تمكنه من أن يعاود نموه بعد معاملته بمبيدات الأعشاب وينمو ويتكاثر دون أثر سلبي جراء تطبيق المبيد.
* مقاومة تقاطعية (مشتركة): Cross Resistance
هي مقاومة الأعشاب لمبيد لم تعامل به سابقاً، له نفس طريقة أو مكان تأثير المبيد الأصلي، أمثلة مقاومة الشوفان البري Avena fatua لمبيد فينوكسابروب fenoxaprop (مبيد يثبط عمل إنزيم Acetyl CoA Carboxylase Accase، كما ويمكن لنبات الشوفان أيضاً مقاومة مبيدات أخرى مثبطة لنفس الانزيم لها نفس طريقة التأثير)، أو مقاومة عشب السرمق الأبيض Chenopodium album لمبيد الأترازين (مثبط للبناء الضوئي) ومقاومته لمبيد السيمازين أيضاً وهذا ما يسمى بالمقاومة المتقاطعة.
* مقاومة متعددة Multiple Resistance :
وفيها تقاوم الأعشاب مجموعات متعددة من مبيدات الأعشاب ذات أمكنة تأثير مختلفة مثل مقاومة الأعشاب لمبيدات التريازين Triazines ولمبيدات مثبطات انزيم Aceto lactate synthase (ALS) .
أصل نشوء المقاومة لمبيدات الأعشاب Origin of Resistance
حتى نقلل من انتخاب الأعشاب المقاومة للمبيدات، يجب أن نفهم كيف ينشأ ويتطور مجتمع الأعشاب المقاوم للمبيدات، يوجد نظريتين لتفسير ذلك:
1- نظرية الانتخاب الطبيعي Natural Selection theory :
تنص النظرية على أن الطرز النباتية المقاومة للمبيدات متواجدة دائماً ولكن بأعداد قليلة جداً يمكن أن تكون نبات واحد عدة ملايين من النباتات، وتملك هذه الأعشاب تغيرات وراثية تسمح لبعض الأفراد منها بالنمو والبقاء بعد رش مبيد الأعشاب، وعادة لا يمكن معرفة هذه الأفراد المقاومة خلال السنوات الأولى من استخدام المبيد وبعد الاستخدام المتكرر لنفس المبيد ولفترة طويلة فإن ذلك يسمح بقتل الأعشاب الحساسة وبقاء المقاومة منها بحيث تنمو وتتكاثر وتزداد تدريجياً نسبة هذه النباتات المقاومة في المجتمع النباتي حتى يتم ملاحظة هذه الظاهرة في الحقل نتيجة لفشل المكافحة.
من الصعب التمييز بين النباتات المقاومة والحساسة من شكلها الخارجي والفرق الوحيد الممكن ملاحظته هو أن مبيد الأعشاب لم يعد فعالاً في مكافحة الأنواع المقاومة الشكل (1).
الشكل (1): يوضح تطور المقاومة لمبيدات الأعشاب
2 - نظرية الطفرة الوراثية Mutation theory :
آليات مقاومة الأعشاب للمبيدات Mecnanisms of herbicide resistance
1- المقاومة في مكان تأثير المبيد Target site resistance
لمبيدات الأعشاب أماكن تأثير محددة في الخلية النباتية تثبط فيها العمليات الكيميائية الحيوية ويؤدي ذلك إلى موت الخلية والنسيج وبالنهاية موت النبات. معظم الأماكن التي تؤثر فيها المبيدات هي إنزيمات Enzymes ، ويمكن أن يتأثر التفاعل بين مبيد الأعشاب ومكان تأثيره وإذا حدث تغيير في التركيب الأساسي في بروتين الإنزيم فإن مبيد الأعشاب لم يعد قادراً على تثبيط مكان تأثيره ولا يموت النبات ويصبح مقاوما شكل (2).
الشكل (2) شكل تخطيطي يوضح مقاومة مكان تأثير المبيد TS = مكان التأثير، H= مبيد الأعشاب.
تنتج المقاومة في مكان تأثير المبيد من حدوث طفرة في المورث الذي يشفّر مكان التأثير وينتج عن ذلك تغيير في حمض نووي واحد في هذا المورث ويؤدي إلى تغيير حمض أميني في بروتين مكان التأثير.
أمثلة عن مقاومة الأعشاب في مكان تأثير المبيد :
أ- المقاومة في مكان تأثير مبيدات الأعشاب مثبطات انزيم ACC ase) Acety CoA carboxylase):
تم اكتشاف العديد من الطفرات في مورث الانزيم (ACC ase) عند الأعشاب النجيلية نتج عنها مقاومة الأعشاب رفيعة الأوراق لهذه المبيدات، كما وظهرت مقاومة متقاطعة لكل طفرة (2005 ,Délye)، ويعزى سبب المقاومة إلى استبدال الحمض الأميني أيزوليوسين بالحمض الأميني ليوسين في منطقة (كاربوكسي ترانسفيريز) Carboxytransferase لهذا الأنزيم ومن الأنواع التي أصبحت مقاومة: Aven fatua، ,Setaria viridis (L.) Beauv ,Lolium rigidum Gaud Alopecurus myosuroides Huds ، وظهرت مقاومة متقاطعة لكل مبيدات الفوب (أريلوكسي، فينوكسي بروبيونات) ومعظم مبيدات الديم (سيكلوهكسان ديون)، كما ظهرت طفرة أخرى Asn 2041 → Ile في منطقة كاربوكسي ترانسفيريز لإنزيم (ACC ase) في أعشاب Lolium rigidum و Alopecurus myosuroides أدت إلى ظهور المقاومة لمبيدات الفوب وليس لمبيدات الديم، توضح هذه الاستنتاجات وجود اختلافات في مكان ارتباط مبيدات الأعشاب على انزيم Acc ase بين مبيدات الفوب والديم .
ب- المقاومة في مكان تأثير مبيدات الأعشاب مثبطات انزيم (Aceto Lactat Synthase (ALS شاب مثبطات
تعزى معظم حالات المقاومة لمبيدات الأعشاب مثبطات انزيم ALS إلى حدوث تحوير في مكان تأثيرها وليس من عمليات الاستقلاب القوي لهذه المبيدات، اكتشفت خمسة طفرات في مجتمعات الأعشاب النجيلية أدت إلى ظهور مقاومة عند هذه الأعشاب وكانت هذه الطفرات في أمكنة تسلسل الأحماض الأمينية Amino acid sequences الأول : في المكان 205→ 124 والثاني في المكان 653 → 574 جدول (1) .
واكتشفت أيضاً أشكالاً مختلفة للمقاومة التقاطعية لكل طفرات هذه الأحماض الأمينية. لم تبدي المقاومة لمبيدات ايميدازولينون الناتجة عن استبدال الحموض الأمينية Ser 670 → Asp أو Ala 122 →Thr أية مستويات عالية من المقاومة لمجموعات أخرى من المبيدات مثبطات أنزيم ALS .
الجدول (1): بعض الطفرات التي سببت مقاومة في مكان تأثير مبيد الأعشاب في انزيم ALS
تم تحديد نتيجة الدراسات التي أجريت على نباتات Arabidopsis thaliana الطافرة ذات المورث Csr1-2 (Ser 653 → Asn) Crs1 و ((Pro 197 → Ser) Crs1-1 نماذجاً من المقاومة التقاطعية المعقدة لـ 22 مبيداً عشبياً مثبطات انزيم ALS، جدول (1)، ويوضح ذلك الارتباط المعقد وغير الموجود في أمكنة متعددة unubiquinous لمبيدات هذه العائلة.
ج - المقاومة في مكان تأثير مبيدات الأعشاب مثبطات البناء الضوئي (النظام الضوئي الثاني PSII)
أشار الباحث Ryan عام 1970 إلى فشل مكافحة عشب Senecio vulgaris باستخدام مبيدات السيمازين والأترازين في مشتل زراعي في واشنطن حيث استخدمت هذه المبيدات ذات الأثر المتبقي مرة أو مرتين كل عام في المشتل بدءاً من عام 1958 وحتى 1968، ولم تتأثر البادرات في المشتل حتى معدل 17.92 كغ مادة فعالة/ هكتار، بينما تمت مكافحة الأعشاب النامية من بذور جمعت في مكان لم تستخدم فيه مبيدات التريازين بشكل مستمر بمعدل 1.12 - 0.56 كغ مادة فعالة/ هكتار.
أدى حدوث طفرة في المورث PsbA المشفر للبروتين 32KDa الذي يمثل جزء من معقد النظام الضوئي الثاني PSII في التيلاكوئيد إلى ظهور مقاومة لمبيدات الأعشاب مثبطات البناء الضوئي بدرجات مختلفة، وكان هناك في بعض الحالات حاجة لمعدل من المبيد أكبر بـ 1000 مرة مقارنة مع الأنواع الحساسة. بما أن البروتين QB هو مكان ارتباط للعديد من مبيدات الأعشاب مثبطات البناء الضوئي (PSII) فإن ظهور المقاومة المتقاطعة يكون غير مستبعداً.
أدت الطفرة التي استبدل فيها الحمض الأميني سيرين في المكان 264 بالحمض الأميني جلايسين Ser 264 → Gly إلى خفض ارتباط وفعالية مبيدات التريازين ولكن ليس لعائلات المبيدات الأخرى مثبطات PSII ، ونتج عن الطفرة Ser264→Thr مقاومة أوسع شملت مبيدات الفينيل يوريا والتريازين مثل اللينيرون والأترازين على التوالي.
تعزى المقاومة لمبيدات ديورون وميتر بيوزين إلى الطفرة Val 219 → ILe ت ديورون إضافة إلى وجود طفرات أخرى في البروتين D1 وهي:
Leu , Ala 251 → Arg → 280 Val في مجتمعات الأعشاب البرية، وأظهرت التجارب المخبرية وجود طفرة أخرى Pro → 268 Ser والتي أدت إلى خلق مقاومة أيضاً.
د- المقاومة في مكان تأثير مبيدات الأعشاب مثبطات الانقسام الخلوي:
أبدت الأعشاب Setaria viridis و Sorghum halepense و Elusine indica مقاومة لمبيدات الداي نترو أنيلين والتي استخدمت سنويا ولمدة ثلاثة عقود في حقول القطن في أمريكا وفي محاصيل الحبوب في كندا.
أدت الطفرات في عشب Elusine indica إلى ظهور مقاومة متقاطعة لكل مبيدات الداي نتروأنيلين ومبيد الداي ثيوبير dithiopyr وحساسية المبيدات propyzamide و chlortall dimthyl وحساسية قوية لمبيدات الكاربامات.
وظهر في الأعشاب المقاومة مثل S.viridis و E.indica طفرة نتيجة تغير في تتابع المورث TUAI والذي سبب باستبدال حمض أميني في الألفا توبولين وهو Theronine بالحمض الأميني أيزوليوسين في المكان 239 سبب تغير في شكل (بنية) سطح الألفا توبولين أدى إلى منع ارتباط المبيد.
هـ- المقاومة في مكان تأثير مبيد الجليفوسيت glyphosate :
بالرغم من الاستخدام الكبير جداً لمبيد الجليفوسيت فإن الأبحاث التي تشير إلى ظهور مقاومة لهذا المبيد قليلة، يثبط مبيد الجليفوسيت انزيم5 enol-pyruvyl EPSP shikimic acid 3-phosphate ونتيجة لظهور طفرة في المورث الذي يشفر هذا الانزيم ادت إلى مقاومة عند العشب Elusine indica لهذا المبيد وكذلك عشب (Pro 106 →Thr) Lolium rigidum .
كما ظهرت مقاومة لمبيد الجليفوسيت بسبب زيادة نسخ Transcription لإنزيم EPSP أدت إلى مضاعفة كمية الانزيم .
و - المقاومة في مكان التأثير المبيدات الأعشاب مشابهات الأوكسينات:
بالرغم من الاستخدام الكبير لمبيدات الأعشاب مشابهات الأوكسينات ولمدة تزيد عن 60 عاماً فإن الأبحاث التي تشير إلى ظهور مقاومة لهذه المبيدات قليلة، وهذا ليس من المستغرب لأنها مبيدات ترش على الأوراق وغير مثابرة ومن الصعب نشوء ضغوط انتخابية تشجع تطور الأعشاب المقاومة، ومع ذلك أشار الباحثون Lutman & Lovegrou 1985 إلى اختلاف الحساسية بعشرة أضعاف لمبيد الميكروبروب في مجتمعين لعشب Stellaria media ، كما وجد مجتمعا عشبيا أكثر مقاومة في مرعى طبيعي لم يستخدم فيه مبيد الميكوبروب أبدا.
وفي دراسة لاحقة أشار الباحث Lutman ورفاقه أن سبب المقاومة ليس الاختلاف في امتصاص وانتقال مبيد الميكوبروب بل تثبيت المبيد وعدم انتقاله بكمية كبيرة في النباتات المقاومة.
أشار الباحث Popay ورفاقه 1990 إلى زيادة تحمل الأعشاب المبيدات مشابهات الأوكسينات في المجتمع النباتي Caruns nutans والذي تطلب من 30 – 5 ضعفاً من مبيدات MCPA و D-2.4 مقارنة مع المعدل الطبيعي، وكذلك تحمل مجتمع Ranunculus aris معدلات أعلى بـ 4.8 مرة من MCPA مقارنة مع المجتمع الحساس.
وجد (1992 ,.Penius et al) أن الطفرات في البروتين الذي ترتبط عليه هذه المبيدات مشابهات الأوكسينات هي المسؤولة عن المقاومة وليس الامتصاص أو الانتقال أو الاستقلاب القوي كآليات للمقاومة، وتم التأكد من حدوث هذه الطفرات في حالة عشب Sinapis arvensis وفي هذه الحالة فإن مستقبل الأوكسين لم يسمح بارتباط مبيدات الأعشاب مشابهات الأوكسينات.
2- المقاومة الناتجة عن الاستقلاب القوي للمبيد:
Enhanced metabolism resistance
تمتلك النباتات عدداً كبيراً من الإنزيمات تساعدها في استقلاب المواد الغريبة وغير المرغوبة حيث تبطل هذه الإنزيمات فعالية المبيدات وتحطمها أو تغير تركيبها عند دخولها الخلية النباتية.
ويتحكم معدل الاستقلاب الذي تقوم بتنفيذه هذه الإنزيمات في موت النبات أو بقاؤه حياً ويعتبر المساهم الرئيسي في اختيارية المبيدات بين المحاصيل والأعشاب، إذا وجد في المجتمع العشبي نباتاً وحيداً قادراً على استقلاب قوي للمبيد فإنه يبقى حياً وينجو من أثر المبيد، وبالتالي يكون لهذه الأنواع النباتية المقدرة على المقاومة للمبيد بسبب الاستقلاب القوي شكل (3).
الشكل (3): شكل تخطيطي يوضح المقاومة الناتجة عن الاستقلاب القوي للمبيد.
أهم الإنزيمات التي تساعد في استقلاب المبيدات في النباتات هي:
Cytochrome P450s و GSTs) glutathione-s-transferase) وهي المسؤولة عن استقلاب المبيدات في المحصول المقاوم وفي الأنواع العشبية والأنواع التي تمتلك مقاومة نتيجة لقدرتها القوية على الاستقلاب جدول (2).
الجدول (2) أنواع الأعشاب وإنزيمات GSTS و Cytochrome P450 المسؤولة عن المقاومة فيها.
أدت الفعالية القوية لإنزيمات GSTs)) إلى المقاومة لمبيدات الأعشاب ایزوبروتيرون وكلودينافوب بروبارجيل وفينوكسابروب P - بيوتيل في مجتمعات عشب Alopecurus myosuroides .
تُعزى زيادة فعالية إنزيمات GSTs و P450 إلى زيادة في الإنزيم الفعال وزيادة النسخ Transcription للمورث أو المورثات المشفرة للإنزيم أو وجود أكثر من (نسخة) لهذا المورث أو المورثات.
تعتبر إنزيمات Cytochrome P450 monooxygenase من العائلات الإنزيمية الكبيرة والمتواجدة في أماكن عديدة Ubiquitous والتي تتوسط العديد من التفاعلات وبسبب الفعالية القوية لهذه الإنزيمات ظهرت مقاومة في بعض أنواع الأعشاب وزيادة الاستقلاب للمواد بوساطة إنزيمات P450 هو الآلية لمقاومة الأعشاب للمبيدات.
تقلل مثبطات إنزيم 450 Pمثل aminobenzotrazole -1 من استقلاب المبيد ومن مستويات مقاومة المبيد في بعض المجتمعات المقاومة.
تتوسط إنزيمات (GSTs) تفاعلات ارتباط عدداً كبيراً من المواد بما فيها مبيدات الأعشاب على الجيلتاثيون ثلاثي الببتيد (Tripetide glutathione (Gshy - Glu- Cys-Gly ، وتشير بعض الأبحاث إلى دور إنزيمات ((GSTs في استقلاب مبيدات الاترازين والألاكلور والميتولاكلور ...
تكون فعالية إنزيمات (GSTs) في عشب Alopecurus myosuroides المقاوم ضعف الفعالية في الأنواع الحساسة للمبيد، ويمكن أن تلعب زيادة إنزيمات GSTs دوراً في حماية النباتات من تخريب أنواع الأوكسجين الفعالة Active oxygen species التي تنتج من تأثير بعض المبيدات.
تعزى مقاومة عشب Echinochloa colona لمبيد البروبانيل إلى الفعاليات الزائدة لإنزيم aryl acylamidase ووجد أن تثبيط هذا الإنزيم بمبيد الأعشاب في الأنواع المقاومة يزيد من حساسيتها وهو ها وهو مفيد في مكافحة مجتمعات عشب Echinochloa colona المقاومة.
3- زيادة توزيع (تبعثر) المبيد في أماكن منفصلة
Enhanced compartmentalization
الأبحاث التي توضح توزيع أو تبعثر المبيد كآلية لمقاومة الأعشاب هي قليلة شكل (4) وما هو موجود يشير إلى احتمال اقتران ذلك مع آليات الاستقلاب مثال: وجود ناقل وهو (ATP) binding cassette (ABC ينقل المواد الغريبة (المبيدات) من السيتوبلاسم إلى فجوات الخلية بعد إرتباطها على الجليتاثيون.
ينتج من ارتباط المبيد ميتولاكلور على الجليتاثيون بهذا النظام انتقال المبيد عبر تونوبلاست tonoplast الخلية إلى الفجوة فيها.
الشكل (4) شكل تخطيطي يمثل المقاومة الناتجة عن تبعثر المبيد.
كما أشير إلى وجود نواقل مشابهة لنواقل ABC مسؤولة على انتقال مبيدات كلورو أسيتأميد والتريازين إلى فجوات الخلية.
عندما يشكل الارتباط على الجليتاثيون جزءاً من استقلاب المبيد وبعدها فإن زيادة الفعالية أو وجود الناقل ABC سوف ينقل المبيدات من مكان تأثيرها بسرعة ومن المحتمل أن ينتج عن ذلك مقاومة الأعشاب للمبيدات.
استراتيجيات إدارة ومنع انتشار الأعشاب المقاومة للمبيدات
Strategies for managing and preventing Herbicide resistant weed
* استخدام مبيدات أعشاب ذات طرق تأثير مختلفة : Herbicide rotation
يزيد استخدام نفس مبيد الأعشاب أو مبيدات أعشاب مختلفة ذات نفس طريقة التأثير من ظهور الأعشاب المقاومة لذلك يجب استخدام مبيدات أعشاب بطرائق تأثير مختلفة وينصح بعدم تطبيق المبيدات ذات نفس مكان التأثير لمرتين متتاليتين إلا إذا تم إدخال عمليات مكافحة أخرى فعالة في نظام إدارة الأعشاب.
* استخدام خليط من المبيدات في خزان المرش، معبأة مسبقاً أو خليط من المبيدات في المعاملات اللاحقة ذات أماكن تأثير مختلفة، يجب أن يكون لكلا المبيدين في الخليط المستخدمين في خزان المرش فعالية حقيقية على الأعشاب المقاومة.
* دورة زراعية للمحصول Crop rotation :
تفيد الدورة الزراعية في استخدام برامج مختلفة لمبيدات الأعشاب وهذا يجعل صعوبة في ازدياد الأعشاب المقاومة وينصح باستخدام محاصيل في الدورة الزراعية ذات دورة حياة مختلفة حتى تكسر دورة حياة العشب مثال: قمح شتوي - فصه - محاصيل صيفية.
* استخدام مبيدات الأعشاب وقت الضرورة فقط. 110
* مكافحة الأعشاب الناجية من أثر المبيد باستخدام معدلات وطريقة رش مثالية ومراعاة نظافة الأجهزة المستخدمة لمنع انتشار الأعشاب المقاومة.
* استخدام مبيدات أعشاب ذات أثر متبقي قصير وإذا استخدمت مبيدات ذات أثر متبقي طويل فإنه يزداد ضغط انتخاب الأعشاب المقاومة واستخدام معدل مرتفع من المبيد فإن فترة مثابرة المبيد تزداد لذلك ينصح باستخدام المعدل المنصوح به.
* القضاء على بقع الأعشاب الباقية في الحقل بعد رش المبيد والناجية من أثره والتأكد في الحقل من التغيرات في مجتمع الأعشاب للحد من انتشار الأعشاب والتي من الممكن أن تكون مقاومة للمبيدات.
* نظافة المحاريث وآلات الحصاد قبل تحركها وانتقالها من حقل ملوث بالأعشاب المقاومة إلى حقل خالي منها.
العوامل التي تقلل من خطر انتشار الأعشاب المقاومة للمبيدات:
|
خطر قوي
|
خطر قليل
|
|
|
محصول واحد
|
دورة زراعية جيدة
|
نظام المحصول
|
|
استمرار الحراثة القليلة
|
حراثة سنوية
|
نظام الحراثة
|
|
مبيدات الأعشاب فقط
|
بطرق زراعية فقط
|
مكافحة الأعشاب
|
|
طريقة تأثير واحدة
|
ذات طرق تأثير متعددة
|
استعمال المبيد
|
|
ضعيفة
|
ممتازة
|
المكافحة في السنوات السابقة
|
|
عالي
|
منخفض
|
تواجد التلوث بالأعشاب
|
معظم حالات مقاومة الأعشاب للمبيدات هي نتيجة الاستخدام المتكرر لنفس المبيد مع استخدام نظام المحصول الواحد monoculture ونظام الحراثة القليلة minimum tillage، لذلك ينصح بتغيير هذه الأنظمة لمنع أو تأخير ظهور أنواع مقاومة للمبيدات أو لمكافحة النباتات المقاومة المتواجدة.
