علف‌های هرز برای نسل ها؛ یک شیوه معمول برای بیشتر این اوقات گردشی کردن آفت کش های مختلف در هر فصل بوده است. اما باوجود بهترین تلاش های کشاورزان، مقاومت در مقابل علف کش ها در طول سال ها افزایش یافته است، بعضی گونه های علف ها نشان داده اند که نه تنها در مقابل یک نوع علف کش بلکه در مقابل چهار یا پنج نوع علف کش متفاوت مقاوم هستند. به گزارش سایت "یوراکلرت"، یک مطالعه جدید در دانشگاه ایلینویز توضیح می دهد که چرا استفاده گردشی از آفت کش ها موثر نیست.
پات ترانل استاد در دپارتمان علوم کشاورزی در دانشگاه ایلینویز می گوید: "اگر شما از کشاورزان بپرسید که تنها کاری که می توانید برای به تاخیر انداختن افزایش مقاومت علف های هرز انجام دهید چیست، آن ها خواهند گفت استفاده گردشی از علف کش ها. این مطالعه نشان می دهد این مسئله صحیح نیست". مقاومت در مقابل علف کش ها در نتیجه جهش ژنتیکی تصادفی است که از آسیب دیدن علف های هرز توسط یک نوع آفت کش محافظت می کند. زمانی که کشاورزان به طور مداوم یک نوع آفت کش را در هر سال اسپری می کنند، آن هایی که جهش یافته اند که به آنها "آلل" (ژن کنترل کننده یک صفت) مقاوم گفته می شود، زنده می مانند و بازتولید می شوند. در طول زمان، درصد گیاهان با آلل های مقاوم افزایش می یابد.
تفکر سنتی می گوید که هر نوع ویژگی دفاعی- در این مورد مقاومت در مقابل آفت کش- باید برای گیاه مقرون به صرفه باشد. این ویژگی باید به خوبی از گیاه در مقابل علف کش محافظت کند، اما نباید باعث بلندتر شدن گیاه یا گل دادن زود هنگام آن شود. زمانی که این ویژگی، خروجی بازتولید گیاه را کاهش می دهد، به آن هزینه تناسب اندام (fitness cost) می گویند. هزینه تناسب اندام برای مقاومت در مقابل آفت کش باید در ساال هایی که علف کش های جایگزین مورد استفاده قرار می گیرند آشکار شوند. ترانل می گوید: "اگر گیاهان در مقابل علف کش گلیفوزات مقاوم باشند، اما به آنها علف کش ۲,۴-D برای مثال اسپری شود، بیشتر آن گیاهان خواهند مرد به دلیل اینکه در مقابل ۲,۴-D مقاوم نیستند. اما هیچ علف کشی ۱۰۰ درصد علف های هرز را نمی کشد چه مقاوم باشند چه نباشند". "شما باید به درصد کوچکی که زنده می مانند فکر کنید".
"اگر هزینه تناسب اندام بالایی برای آلل مقاوم در مقابل گلیفوزات وجود داشته باشد، بیشتر گیاهانی که زنده می مانند کوچک خواهند ماند و دیر هنگام گل خواهند داد و دانه های زیادی تولید نخواهند کرد. اما اگر هزینه تناسب اندام کم باشد، این گیاهان به اندازه ی گیاهی که آلل ندارد دانه تولید خواهند کرد. استفاده گردشی از علف کش ها بر این فرض استوار است که هزینه تناسب اندام زیاد است". برای آزمون کردن این فرضیه، ترانل و تیم پژوهشی او یک آزمایش ساده و زمان بر را طراحی کردند. آنها نوع ماده گیاه واترهمپ (waterhemp) را که هیچ آلل مقاومی نداشتند انتخاب کردند و به آنها اجازه دادند خود را با گیاهانی که نسبت به پنج علف کش متفاوت مقاوم هستند بازتولید کنند. به دلیل اینکه گیاهان واترهمپ ماده می توانند میلیون ها دانه تولید کنند، بسیار آسان بود که آن ها ۴۵ هزار دانه مورد نیاز را برای شروع کردن پژوهش به دست آورند.
آن ها دانه ها را بر سطج خاک گلخانه پراکندند و به آن ها اجازه دادند که رشد کنند. زمانی که گیاهان ماده شروع به تولید دانه کردند، آنها را برای تولید نسل بعدی جمع آوری کردند. دانشمندان تمام گیاهان دیگر موجود بین این دو نسل را پاک کردند و مطمئن شدند که هیچ دانه ای در خاک باقی نمانده است. این چرخه در طول سه سال و برای شش نسل ادامه یافت. این مطالعه چگونه می تواند کارایی استفاده گردشی از علف کش ها را آزمایش کند اگر هیچ علف کشی اسپری نشود؟ این مسئله به هزینه تناسب اندام برمی گردد. به یاد داشته باشید، فرض این است که بدون علف کش، آلل های مقاوم هیچ سودی به گیاهان نمی رسانند و می توانند ایجاد هزینه کنند. این پژوهشگران فرصتی به این هزینه های تناسب اندام دادند تا در طول این مطالعه نقش ایفا کنند.
ترانل می گوید: "اگر آلل های مقاوم هزینه تناسب اندام بالایی داشته باشند، ما شاهد این خواهیم بود که فراوانی آنها در طول شش نسل، کاهش می یابد یا اینکه ناپدید می شوند". اما در عوض، آلل های که در مقابل پنج نوع علف کش مقاوم هستند اساسا بدون تغییر ماندند. آللی که باعث ایجاد مقاومت در مقابل علف کش مهار کننده ALS می شد از نظر آماری بعد از شش نسل کاهش یافت، اما کاهش آن در مقایسه با تعداد واقعی اندک بود. ترانل می گوید: "این فراوانی کمتر از ده درصد در هر سال کاهش می یافت". "با این نرخ کاهش، حتی اگر یک کشاورز به مدت نه سال از علف کش های جایگزین استفاده کند، فراوانی مقاومت نسبت به مهار کننده های ALS تنها به نصف کاهش می یافت".
گیاه واترهمپ برای خنثی کردن علف کش های با پایه ی گلیفوزات دو استراتژی شناخته شده دارد و پژوهشگران فراوانی را در هر دو مورد آزمایش کردند. ترانل می گوید: "گیاهان با مکانیزم مقاومت در مقابل یک نوع گلیفوزات، چندین کپی از منطقه هدف گلیفوزات می سازند، ژنی که به آن EPSPS می گویند. و بدین شکل آنچه یافته بودیم به پیش رفت؛ درصدی از گیاهان با چندین کپی از ژن EPSPS در هر نسل حدود ۱۵ درصد کاهش یافتند". "اما من می خواهم بر نکته ای تاکید کنم: حتی اگر میزان کاهش آن کم باشد، ناپدید نمی شود. اگر شما از گلیفوزات استفاده می کنید، این مکانیزم مقاومت باز می گردد، حتی اگر شما بین استفاده از آن شش سال صبر کنید".
مکانیزم دیگر مقاومت در مقابل گلیفوزات شامل همان ژن می شود. این بار، این یک جهش خاص در ژن EPSPS است که از گیاه در مقابل اثرات گلیفوزات محافظت می کند. این پژوهشگران دریافتند که جهش در ژن EPSPS در واقع در هر نسل ده درصد افزایش می یابد. ترانل فکر می کند که برای یک مکانیزم آسان تر این است که جایگزین یک مکانیزم دیگر شود زیرا هردوی آنها ژن یکسانی دارند.
ترانل می گوید: " این مطالعه به ما می گوید که هزینه تناسب اندام به منظور مقاومت در مقابل علف کش ها کمک زیادی به شما نمی کند، بنابراین حتی دوره گردشی طولانی نیز مثمر ثمر نیست". "من به کشاورزان می گویم اگر شما مقاومت را تجربه کردید، برای همیشه گرفتار آن هستید. این آگاهی به ما انگیزه بیشتری می دهد که کارهای مناسبی برای جلوگیری از مقاومت در وهله اول انجام دهیم. به این معنا که از چندین علف کش استفاده کنیم، از روش های پیشگیری و نگه داری پس از آن استفاده کنیم. اگر شما فضایی دارید از تراکتور خود پیاده شوید و از شر آنها خلاص شوید قبل ازینکه دانه بدهند. به دلیل اینکه اگر آن ها دانه های مقاوم را تولید کنند، این مطالعه به شما می گوید که شما این صفت مقاومت را برای کل زندگی خود خواهید داشت".
