Odporność na pestycydy - Pesticide resistance

Aplikacja pestycydów może sztucznie wyselekcjonować odporne szkodniki. Na tym diagramie pierwsze pokolenie ma owada o podwyższonej odporności na pestycyd (czerwony). Po zastosowaniu pestycydu jego potomkowie stanowią większą część populacji, ponieważ wrażliwe szkodniki (białe) zostały selektywnie zabite. Po wielokrotnym zastosowaniu odporne agrofagi mogą stanowić większość populacji.

Odporność na pestycydy opisuje zmniejszoną podatność populacji szkodnika na pestycyd, który wcześniej był skuteczny w zwalczaniu szkodnika. Gatunki szkodników rozwijają odporność na pestycydy poprzez dobór naturalny : najbardziej odporne osobniki przeżywają i przekazują potomstwu nabyte cechy dziedzicznych zmian.

Przypadki oporności odnotowano we wszystkich klasach szkodników ( tj. chorobach upraw, chwastach, gryzoniach itp. ), przy czym „kryzysy” w zwalczaniu owadów miały miejsce na początku po wprowadzeniu stosowania pestycydów w XX wieku. Owadobójczy Odporność Action Committee (IRAC) określenie insektycydu oporności " dziedziczne zmiany wrażliwości szkodników populacji, która przekłada się na wielokrotne awarii urządzenia, aby osiągnąć oczekiwany poziom kontroli w warunkach zgodnych z zaleceniami na etykiecie dla że gatunki szkodników .

Wzrasta odporność na pestycydy. W latach 40. rolnicy w USA stracili 7% swoich upraw na skutek szkodników; w latach 80. i 90. strata wyniosła 13%, mimo że stosowano więcej pestycydów. Ponad 500 gatunków szkodników wykształciło odporność na pestycydy. Inne źródła szacują liczbę na około 1000 gatunków od 1945 roku.

Chociaż ewolucja odporności na pestycydy jest zwykle omawiana w wyniku stosowania pestycydów, należy pamiętać, że populacje szkodników mogą również przystosować się do niechemicznych metod zwalczania. Na przykład stonka kukurydziana ( Diabrotica barberi ) przystosowała się do płodozmianu kukurydzy i soi , spędzając rok, kiedy pole jest obsadzone soją w diapauzie .

Od 2014 r. niewiele nowych środków chwastobójczych jest bliskich komercjalizacji i żaden z nowatorskim, pozbawionym oporu sposobem działania. Podobnie od stycznia 2019 roku odkrywanie nowych insektycydów jest droższe i trudniejsze niż kiedykolwiek.

Powoduje

Odporność na pestycydy prawdopodobnie wynika z wielu czynników:

  • Wiele gatunków szkodników wytwarza dużą liczbę potomstwa, na przykład szkodniki owadzie wytwarzają duże lęgi. Zwiększa to prawdopodobieństwo mutacji i zapewnia szybką ekspansję odpornych populacji.
  • Gatunki szkodników były narażone na naturalne toksyny na długo przed rozpoczęciem rolnictwa. Na przykład wiele roślin wytwarza fitotoksyny, aby chronić je przed roślinożercami. W rezultacie koewolucja roślinożerców i ich roślin żywicielskich wymagała rozwinięcia fizjologicznej zdolności do detoksykacji lub tolerowania trucizn.
  • Ludzie często polegają prawie wyłącznie na pestycydach w celu zwalczania szkodników. Zwiększa to presję selekcyjną w kierunku oporu. Pestycydy, które nie ulegają szybkiemu rozkładowi, przyczyniają się do selekcji szczepów odpornych nawet po zaprzestaniu ich stosowania.
  • W odpowiedzi na opór menedżerowie mogą zwiększyć ilość/częstotliwość pestycydów, co zaostrza problem. Ponadto niektóre pestycydy są toksyczne dla gatunków żywiących się szkodnikami lub konkurujących ze szkodnikami. Może to paradoksalnie umożliwić wzrost populacji szkodników, co wymaga większej ilości pestycydów. Jest to czasami określane jako pułapka na pestycydy lub bieżnia pestycydowa , ponieważ rolnicy stopniowo płacą więcej za mniejsze korzyści.
  • Owady drapieżne i pasożyty na ogół mają mniejsze populacje i rzadziej rozwijają odporność niż główne cele pestycydów, takie jak komary i te, które żywią się roślinami. Osłabienie ich pozwala na rozwój szkodników. Alternatywnie, w laboratoriach można hodować odporne drapieżniki.
  • Szkodniki o ograniczonym zasięgu żywotnym (takie jak owady o specyficznej diecie kilku pokrewnych roślin uprawnych) są bardziej narażone na rozwój odporności, ponieważ są narażone na wyższe stężenia pestycydów i mają mniejsze możliwości rozmnażania się z nienarażonymi populacjami.
  • Szkodniki o krótszym czasie generacji rozwijają odporność szybciej niż inne.

Przykłady

Odporność wyewoluowała u wielu gatunków: odporność na insektycydy została po raz pierwszy udokumentowana przez AL Melandera w 1914 roku, kiedy łuski wykazywały odporność na nieorganiczny insektycyd. W latach 1914-1946 zarejestrowano 11 dodatkowych przypadków. Rozwój organicznych insektycydów, takich jak DDT , dał nadzieję, że odporność na insektycydy jest martwą kwestią. Jednak do 1947 r . rozwinęła się odporność much domowych na DDT. Wraz z wprowadzeniem każdej nowej klasy insektycydów – cyklodienów , karbaminianów , formamidyn , organofosforanów , pyretroidów , a nawet Bacillus thuringiensis – przypadki oporności pojawiły się w ciągu dwóch do 20 lat.

  • Badania w Ameryce wykazały, że muszki owocowe, które atakują gaje pomarańczowe, uodparniały się na malation .
  • Na Hawajach , Japonii i Tennessee The tantniś rozwinęły oporność na Bacillus thuringiensis około trzech lat zaczął być używany intensywnie.
  • W Anglii szczury na niektórych obszarach wykształciły odporność, która pozwala im spożywać do pięciu razy więcej trucizny na szczury niż normalne szczury bez umierania.
  • DDT nie jest już skuteczne w zapobieganiu malarii w niektórych miejscach. Opór rozwijał się powoli w latach 60. ze względu na wykorzystanie w rolnictwie . Ten wzór został szczególnie zauważony i zsyntetyzowany przez Moucheta 1988.
  • W południowych Stanach Zjednoczonych Amaranthus palmeri , który zakłóca produkcję bawełny , wykształcił odporność na glifosat herbicydowy i ogólnie ma odporność na pięć miejsc działania w południowych Stanach Zjednoczonych od 2021 roku.
  • Stonka ziemniaczana rozwinęła się oporność na 52 różnych związków należących do wszystkich głównych klas środków owadobójczych. Poziomy odporności różnią się w różnych populacjach i między etapami życia chrząszczy , ale w niektórych przypadkach mogą być bardzo wysokie (nawet 2000 razy).
  • Cabbage looper jest szkodników rolniczych, które staje się coraz trudniejsze ze względu na wzrastającą oporność na Bacillus thuringiensis, jak wykazano w kanadyjskim szklarniach. Dalsze badania wykazały genetyczny składnik odporności na Bt.

Konsekwencje

Insektycydy są szeroko stosowane na całym świecie w celu zwiększenia wydajności rolnictwa i jakości warzyw i zbóż (oraz w mniejszym stopniu do kontroli wektorów zwierząt gospodarskich). Wynikająca z tego odporność ma ograniczone działanie właśnie w tych celach oraz w kontroli wektora u ludzi.

Wielokrotna i krzyżowa oporność

  • Szkodniki wielooporne są odporne na więcej niż jedną klasę pestycydów. Może się tak zdarzyć, gdy pestycydy są stosowane w sekwencji, a nowa klasa zastępuje jedną, na którą szkodniki wykazują odporność, inną.
  • Oporność krzyżowa , zjawisko pokrewne, występuje, gdy mutacja genetyczna, która uczyniła szkodnika odpornym na jeden pestycyd, czyni go również odpornym na inne, często te o podobnym mechanizmie działania .

Dostosowanie

Szkodniki stają się odporne poprzez ewoluujące zmiany fizjologiczne, które chronią je przed chemikaliami.

Jednym z mechanizmów ochronnych jest zwiększenie liczby kopii genu , co pozwala organizmowi wytwarzać więcej ochronnego enzymu, który rozkłada pestycyd na mniej toksyczne substancje chemiczne. Takie enzymy obejmują esterazy , transferazy glutationowe i mieszane oksydazy mikrosomalne .

Alternatywnie, można zmniejszyć liczbę i/lub czułość receptorów biochemicznych, które wiążą się z pestycydem.

Dla niektórych chemikaliów opisano odporność behawioralną. Na przykład, niektóre komary Anopheles wyewoluowały z upodobaniem do odpoczynku na zewnątrz, co trzymało je z dala od pestycydów rozpylanych na ścianach wewnętrznych.

Oporność może obejmować szybkie wydalanie toksyn, wydzielanie ich w organizmie z dala od wrażliwych tkanek i zmniejszoną penetrację przez ściany ciała.

Mutacja tylko w jednym genie może prowadzić do ewolucji opornego organizmu. W innych przypadkach zaangażowanych jest wiele genów. Geny oporności są zwykle autosomalne. Oznacza to, że znajdują się na autosomach (w przeciwieństwie do allosomów , znanych również jako chromosomy płci). W rezultacie odporność jest dziedziczona podobnie u mężczyzn i kobiet. Ponadto odporność jest zwykle dziedziczona jako cecha niecałkowicie dominująca. Gdy odporny osobnik łączy się z osobnikiem podatnym, jego potomstwo na ogół ma poziom odporności pośredni między rodzicami.

Adaptacja do pestycydów wiąże się z kosztami ewolucyjnymi, zwykle zmniejszając względną kondycję organizmów przy braku pestycydów. Osobniki odporne często mają zmniejszoną wydajność rozrodczą, oczekiwaną długość życia, mobilność itp. Osobniki nieodporne czasami zwiększają swoją częstotliwość w przypadku braku pestycydów – ale nie zawsze – więc jest to jeden ze sposobów zwalczania odporności.

Robaki muchy plujki wytwarzają enzym, który nadaje odporność na insektycydy chloroorganiczne . Naukowcy zbadali sposoby wykorzystania tego enzymu do rozkładania pestycydów w środowisku, co pozwoliłoby na ich detoksykację i zapobieganie szkodliwym skutkom dla środowiska. Podobny enzym wytwarzany przez bakterie glebowe, który również rozkłada chloroorgany, działa szybciej i pozostaje stabilny w różnych warunkach.

Oczekuje się wystąpienia oporności na sterowane genami formy kontroli populacji i badane są metody spowalniania jej rozwoju.

Powyższe przystosowania do pestycydów są niezwykle szybkie i niekoniecznie stanowią normę w dzikich populacjach w dzikich warunkach. Naturalne procesy adaptacyjne trwają znacznie dłużej i prawie zawsze następują w odpowiedzi na łagodniejsze naciski.

Kierownictwo

Aby rozwiązać problem, należy najpierw ustalić, co jest naprawdę nie tak. Oznaczanie odporności na pestycydy podejrzenia - nie tylko obserwacji pola i doświadczenia - jest to konieczne, ponieważ może to być mylone brak zastosowania pestycydu wymienione, albo degradację mikrobiologiczną pestycydu.

United Nation „s Światowa Organizacja Zdrowia ustanowiła Ogólnoświatowa sieć owadobójczy oporu w marcu 2016 roku, ze względu na rosnące potrzeby i coraz większe uznanie, w tym radykalnym spadkiem funkcji przed szkodnikami warzyw.

Zintegrowana ochrona przed szkodnikami

Podejście zintegrowanego zwalczania szkodników (IPM) zapewnia zrównoważone podejście do minimalizowania odporności.

Odporność można opanować poprzez ograniczenie stosowania pestycydów. Pozwala to organizmom nieodpornym na konkurowanie z odpornymi szczepami. Mogą później zostać zabite przez powrót do używania pestycydu.

Uzupełniającym podejściem jest umieszczanie nieoczyszczonych schronień w pobliżu poddanych działaniu środków uprawnych, na których mogą przetrwać podatne szkodniki.

Kiedy pestycydy są jedyną lub dominującą metodą zwalczania szkodników, odporność jest zwykle kontrolowana poprzez rotację pestycydów. Wiąże się to z przełączaniem się między klasami pestycydów o różnych sposobach działania w celu opóźnienia lub złagodzenia odporności na szkodniki. Komitety Działań ds. Odporności monitorują odporność na całym świecie i w tym celu każdy z nich prowadzi listę sposobów działania i pestycydów, które należą do tych kategorii: Komitet Działań ds. Odporności na Fungicydy , Amerykańskie Towarzystwo Naukowe o Chwastach ( Akcja Odporności na Herbicydy). Komitet nie ma już własnego programu i od teraz uczestniczy w pracach WSSA) oraz Komitetu Działań na rzecz Odporności na Insektycydy . Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) stosuje się również do tych schematów klasyfikacji.

Producenci mogą zalecić wykonanie nie więcej niż określonej liczby kolejnych aplikacji danej klasy pestycydów przed przejściem do innej klasy pestycydów.

W gospodarstwie można zmieszać w zbiorniku dwa lub więcej pestycydów o różnych sposobach działania, aby poprawić wyniki i opóźnić lub złagodzić istniejącą odporność na szkodniki.

Status

Glifosat

Chwasty odporne na glifosat są obecnie obecne w zdecydowanej większości upraw soi , bawełny i kukurydzy w niektórych stanach USA. Wzrasta również liczba chwastów odpornych na wiele sposobów działania herbicydów.

Przed glifosatem większość herbicydów zabijała ograniczoną liczbę gatunków chwastów, zmuszając rolników do ciągłej rotacji upraw i herbicydów, aby zapobiec odporności. Glifosat zaburza zdolność większości roślin do konstruowania nowych białek. Nie dotyczy to upraw transgenicznych tolerujących glifosat .

Rodzina chwastów obejmująca konopie wodne ( Amaranthus rudis ) wykształciła szczepy odporne na glifosat. Badanie przeprowadzone w latach 2008-2009 na 144 populacjach konopi wodnych w 41 hrabstwach Missouri wykazało odporność na glifosat u 69%. Badania chwastów z około 500 miejsc w stanie Iowa w 2011 i 2012 roku wykazały odporność na glifosat w około 64% próbek konopi wodnych.

W odpowiedzi na wzrost odporności na glifosat, rolnicy zwrócili się do innych herbicydów – stosowali kilka w ciągu jednego sezonu. W Stanach Zjednoczonych większość rolników ze Środkowego Zachodu i Południa nadal używa glifosatu, ponieważ nadal kontroluje on większość gatunków chwastów, stosując inne herbicydy, znane jako pozostałości, aby poradzić sobie z odpornością.

Wydaje się, że stosowanie wielu herbicydów spowolniło rozprzestrzenianie się oporności na glifosat. W latach 2005-2010 naukowcy odkryli 13 różnych gatunków chwastów, które wykształciły odporność na glifosat. W latach 2010-2014 odkryto tylko dwa kolejne.

Badanie Missouri z 2013 r. wykazało, że rozprzestrzeniły się chwasty odporne na wiele gatunków. 43% badanych populacji chwastów było odpornych na dwa różne herbicydy, 6% do trzech i 0,5% do czterech. Badanie przeprowadzone w Iowa wykazało podwójną odporność w 89% populacji konopi, 25% na trzy i 10% na pięć.

Odporność zwiększa koszty pestycydów. W przypadku bawełny południowej koszty herbicydów wzrosły z 50–75 USD za hektar (20–30 USD za akr) kilka lat temu do około 370 USD za hektar (150 USD za akr) w 2014 r. Na południu opór przyczynił się do zmiany, która zmniejszyła ilość bawełny sadzenia o 70% w Arkansas i 60% w Tennessee. W przypadku nasion soi w Illinois koszty wzrosły z około 25–160 USD za hektar (10–65 USD/akr).

B. thuringiensis

W latach 2009 i 2010 na niektórych polach w stanie Iowa wystąpiły poważne uszkodzenia kukurydzy produkującej toksynę Bt Cry3Bb1 przez zachodnią stonki kukurydziane . W 2011 roku kukurydza mCry3A wykazywała również uszkodzenia powodowane przez owady, w tym oporność krzyżową między tymi toksynami. W stanie Iowa utrzymywał się i rozprzestrzeniał opór. Kukurydza Bt, która atakuje zachodnią kukurydzę stonki kukurydzianej, nie wytwarza dużej dawki toksyny Bt i wykazuje mniejszą odporność niż ta obserwowana w uprawie z dużą dawką Bt.

Produkty takie jak Capture LFR (zawierający pyretroid bifentrynę ) i SmartChoice (zawierający pyretroid i organofosforan ) są coraz częściej stosowane w celu uzupełnienia upraw Bt, które sami rolnicy nie są w stanie zapobiec uszkodzeniom powodowanym przez owady. Wiele badań wykazało, że praktyka ta jest albo nieskuteczna, albo przyspiesza rozwój opornych szczepów.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki