DOI: https://doi.org/10.1017/wsc.2025.4
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Charles M. Geddes وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الكيميائي الحيوي وتقنيات الاستشعار
نظرة عامة
تبحث الدراسة في مقاومة الأعشاب الضارة لكوشيا (Bassia scoparia) في السهول الكبرى في أمريكا الشمالية، مع تسليط الضوء على تحديات إدارتها في البيئات الزراعية بسبب المقاومة لمواقع عمل مبيدات الأعشاب المتعددة. تحدد الدراسة بشكل خاص المقاومة لمبيدات الأعشاب المثبطة لإنزيم البروتوبورفيرينوجين أوكسيداز (PPO)، وهي السافلوفيناسيل والكارفنترازون، في ثلاثة أصناف من B. scoparia من مواقع في كندا والولايات المتحدة.
كشفت تجارب استجابة الجرعة على مستوى النبات بالكامل أن جميع الأصناف المختبرة أظهرت مقاومة كبيرة مقارنة بالتحكم القابل للإصابة، حيث أظهر صنف كيندرسلي مقاومة تتراوح بين 57 إلى 87 ضعفًا للسافلوفيناسيل و97 إلى 121 ضعفًا للكارفنترازون. أظهر صنف ماندان مستويات مقاومة أعلى، مع مقاومة تتراوح بين 204 إلى 321 ضعفًا للسافلوفيناسيل و111 إلى 330 ضعفًا للكارفنترازون، بينما أظهر صنف مينوت مقاومة تتراوح بين 45 إلى 71 ضعفًا و88 إلى 264 ضعفًا على التوالي. تمثل هذه الدراسة أول تأكيد عالمي على مقاومة B. scoparia لمثبطات PPO وتؤكد الطبيعة الواسعة لهذه المقاومة عبر ثلاثة مواقع جغرافية متميزة، مما يشير إلى قلق زراعي كبير في المنطقة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الطبيعة الغازية لكوشيا (Bassia scoparia)، وهي نبات متجول أصله من أوراسيا وأصبح مشكلة في الأنظمة الزراعية في أمريكا الشمالية منذ تقديمه في القرن التاسع عشر. يُعزى تكاثره السريع إلى عدة عوامل، بما في ذلك دورة حياته السنوية الصيفية، وظهور البذور المبكر، وتحمل الإجهاد غير الحيوي، والتنوع الجيني العالي، مما يسهل تطور مقاومة مبيدات الأعشاب. من الجدير بالذكر أن B. scoparia قد طورت مقاومة لمواقع عمل متعددة لمبيدات الأعشاب، بما في ذلك مثبطات نظام الضوء II، ومثبطات أسيتولكتات سينثاز، ومحاكيات الأوكسين، والغليفوسات، مما أدى إلى خسائر كبيرة في غلة المحاصيل، خاصة في السهول الكبرى.
تسلط الورقة الضوء على الاعتماد على مبيدات الأعشاب المثبطة لإنزيم البروتوبورفيرينوجين أوكسيداز (PPO) كاستجابة لمقاومة الغليفوسات الواسعة في B. scoparia. هذه المبيدات، التي كانت متاحة تجاريًا لأكثر من خمسين عامًا، تسبب الكلوروز والنخر في النباتات القابلة للإصابة. يشير المؤلفون إلى أنه بينما أظهرت مثبطات PPO تحكمًا فعالًا في B. scoparia، هناك قلق من أن الاعتماد الكبير على هذه الآلية الوحيدة لمبيدات الأعشاب قد يؤدي إلى اختيار مقاومة لمثبطات PPO. تهدف الدراسة إلى التحقيق في مستويات مقاومة أصناف B. scoparia من ساسكاتشوان ونورث داكوتا لمثبطات PPO المطبقة على الأوراق، مما يعالج الحاجة الملحة لاستراتيجيات إدارة فعالة ضد هذه الأعشاب المقاومة.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك مصادرها وطرق تحضيرها، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان قابلية التكرار وموثوقية النتائج. قد يصف القسم أيضًا التحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها لتفسير البيانات، بما في ذلك أي برامج تم استخدامها ومعايير الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تشمل المنهجية تقنيات أخذ العينات، والضوابط التجريبية، وأي اعتبارات أخلاقية ذات صلة. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يهدف هذا القسم إلى تمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
النتائج
حددت الدراسة أصنافًا محتملة مقاومة لمثبطات PPO من *Bromus scoparius* من ساسكاتشوان (KindersleyR) ونورث داكوتا (MandanR وMinotR)، مما يظهر مقاومة عالية للسافلوفيناسيل والكارفنترازون المطبقة على الأوراق. تمثل هذه النتيجة أول حالات موثقة لمقاومة مثبطات PPO في *B. scoparius* على مستوى العالم. من الجدير بالذكر أن هذه الأصناف المقاومة وُجدت في منطقة السهول الكبرى الشمالية، مع مواقع تقع على بعد يصل إلى 790 كم، متجاوزة الحدود الكندية/الأمريكية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع بذور ناضجة من أصناف مختلفة من *Bassia scoparia* من حقول في ساسكاتشوان ونورث داكوتا لتقييم المقاومة لمبيدات الأعشاب المثبطة لـ PPO، وتحديدًا السافلوفيناسيل والكارفنترازون. أظهر صنف *KindersleyR* من ساسكاتشوان مقاومة كبيرة، حيث أظهر مقاومة تتراوح بين 57.0 إلى 87.2 ضعفًا للسافلوفيناسيل و97.0 إلى 120.9 ضعفًا للكارفنترازون بناءً على وزن الكتلة الحيوية الجافة. في نورث داكوتا، أظهرت الأصناف *MandanR* و*MinotR* أيضًا مقاومة عالية، مع مؤشرات مقاومة تتراوح بين 204.0 إلى 320.5 ضعفًا للسافلوفيناسيل و110.5 إلى 330.1 ضعفًا للكارفنترازون. من الجدير بالذكر أن الجرعات الفعالة المطلوبة لتحقيق تقليل بنسبة 80% في الكتلة الحيوية كانت أعلى بكثير للأصناف المقاومة مقارنة بالتحكم القابل للإصابة، مما يشير إلى تحدٍ كبير لإدارة الأعشاب بشكل فعال.
تسلط النتائج الضوء على التطور السريع لمقاومة مبيدات الأعشاب في *B. scoparia*، مما يشكل تهديدًا لاستراتيجيات التحكم في الأعشاب، خاصة في السهول الكبرى الشمالية. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى ممارسات إدارة الأعشاب المتكاملة التي تجمع بين الطرق الكيميائية وغير الكيميائية للتخفيف من انتشار المقاومة. نظرًا لإمكانية حدوث مقاومة متقاطعة لمجموعات متعددة من مبيدات الأعشاب، فإن المزيد من البحث مطلوب لاستكشاف الآليات الكامنة وراء هذه المقاومة وتطوير استراتيجيات إدارة مستدامة تعالج البيولوجيا الفريدة لهذا النوع من الأعشاب المقاومة.
DOI: https://doi.org/10.1017/wsc.2025.4
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Charles M. Geddes et al.
Primary Topic: Biochemical Analysis and Sensing Techniques
Overview
The research investigates the herbicide resistance of Kochia (Bassia scoparia) in the North American Great Plains, highlighting its management challenges in agricultural settings due to resistance to multiple herbicide sites of action. Specifically, the study identifies resistance to protoporphyrinogen oxidase (PPO)-inhibiting herbicides, namely saflufenacil and carfentrazone, in three B. scoparia accessions from locations in Canada and the United States.
Whole-plant dose-response experiments revealed that all tested accessions exhibited significant resistance compared to susceptible controls, with the Kindersley accession showing 57-to 87-fold resistance to saflufenacil and 97-to 121-fold resistance to carfentrazone. The Mandan accession demonstrated even higher resistance levels, with 204-to 321-fold resistance to saflufenacil and 111-to 330-fold resistance to carfentrazone, while the Minot accession showed 45-to 71-fold and 88-to 264-fold resistance, respectively. This study marks the first global confirmation of PPO inhibitor-resistant B. scoparia and underscores the widespread nature of this resistance across three geographically distinct locations, indicating a significant agricultural concern in the region.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the invasive nature of Kochia (Bassia scoparia), a tumbleweed originally from Eurasia that has become problematic in North American agricultural systems since its introduction in the 1800s. Its rapid proliferation is attributed to several factors, including its summer annual life cycle, early seedling emergence, abiotic stress tolerance, and high genetic diversity, which facilitates the evolution of herbicide resistance. Notably, B. scoparia has developed resistance to multiple herbicide sites of action, including photosystem II inhibitors, acetolactate synthase inhibitors, auxin mimics, and glyphosate, leading to significant crop yield losses, particularly in the Great Plains.
The paper highlights the reliance on protoporphyrinogen oxidase (PPO)-inhibiting herbicides as a response to the widespread glyphosate resistance in B. scoparia. These herbicides, which have been commercially available for over fifty years, induce chlorosis and necrosis in susceptible plants. The authors note that while PPO inhibitors have shown effective control of B. scoparia, there is concern that heavy reliance on this single herbicide mechanism could lead to the selection for PPO-inhibitor resistance. The study aims to investigate the resistance levels of B. scoparia accessions from Saskatchewan and North Dakota to the foliar-applied PPO inhibitors saflufenacil and carfentrazone, addressing the urgent need for effective management strategies against this resilient weed.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including their sources and preparation methods, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and reliability of the results. The section may also describe the statistical analyses performed to interpret the data, including any software utilized and the criteria for significance.
Additionally, the methodology may encompass the sampling techniques, experimental controls, and any relevant ethical considerations. By providing a comprehensive overview of the methods, this section aims to enable other researchers to replicate the study and validate the findings presented in subsequent sections of the paper.
Results
The research identified putative PPO inhibitor-resistant accessions of *Bromus scoparius* from Saskatchewan (KindersleyR) and North Dakota (MandanR and MinotR), demonstrating high resistance to foliar-applied saflufenacil and carfentrazone. This finding marks the first documented cases of PPO inhibitor-resistant *B. scoparius* worldwide. Notably, these resistant accessions were found in the Northern Great Plains region, with sites located as far as 790 km apart, straddling the Canada/U.S. border.
Discussion
In this study, mature seeds from various accessions of *Bassia scoparia* were collected from fields in Saskatchewan and North Dakota to assess resistance to PPO-inhibiting herbicides, specifically saflufenacil and carfentrazone. The *KindersleyR* accession from Saskatchewan demonstrated significant resistance, exhibiting 57.0 to 87.2-fold resistance to saflufenacil and 97.0 to 120.9-fold resistance to carfentrazone based on dry biomass weight. In North Dakota, the *MandanR* and *MinotR* accessions also showed high resistance, with resistance indices of 204.0 to 320.5-fold for saflufenacil and 110.5 to 330.1-fold for carfentrazone. Notably, the effective doses required to achieve 80% biomass reduction were substantially higher for resistant accessions compared to susceptible controls, indicating a significant challenge for effective weed management.
The findings highlight the rapid evolution of herbicide resistance in *B. scoparia*, which poses a threat to weed control strategies, particularly in the Northern Great Plains. The study emphasizes the need for integrated weed management practices that combine chemical and non-chemical methods to mitigate the spread of resistance. Given the potential for cross-resistance to multiple herbicide classes, further research is warranted to explore the mechanisms underlying this resistance and to develop sustainable management strategies that address the unique biology of this resilient weed species.