Metabolisk avgiftning är ett begrepp som du kanske lyckligtvis har lämnat bakom dig i en kemikurs på högskolan. Det är anledningen, fastän, varför selektiva herbicider skonar grödor samtidigt som de dödar ogräs.
"Anledningen till att vi kan använda atrazin i majs är att majs kan metabolisera - eller snabbt bryta ner - atrazin innan det skadar majs, säger Aaron Hager, University of Illinois (U of I) Extension weed-specialist.
Tyvärr, ogräs börjar härma detta.
De flesta ogräs motstår herbicider på grund av förändringar i deras genmålplats. Ett fåtal motstår nu också herbicider genom mekanismer för icke-målställen, inklusive metabolism.
"Metabolisk resistens är förmågan hos en ogräsväxt att bryta ner eller metabolisera en herbicid som är skadlig för ogräset, säger Hager. "De härmar nu selektivitetsmetabolismen som förekommer i grödor. Detta är motstånd. Teoretiskt sett, en ogräsart skulle kunna motstå en herbicid som den aldrig tidigare har exponerats för."
Han tillägger att detta kan kastrera en ny verkningsplats för herbicider innan den ens appliceras på en ogräspopulation.
Skottsäker vattenhampa
Tillbaka 2009, U av I-forskare analyserade en vattenhampapopulation som infekterade ett centralt Illinois kontinuerligt sädesfält. Den trivdes även efter applicering av HPPD-hämmande ogräsmedel som Callisto.
Initialt, forskare misstänkte att resistens berodde på mutation på målstället. Istället, de fann att vissa enzymer i vattenhampgener utlöste ökad metabolism till mesotrion (Callistos aktiva ingrediens) och även atrazin. Sedan dess, flera andra platser i Mellanvästern har rapporterat liknande händelser. U av I-forskare har bekräftat metabolisk resistens av en gen atrazin. Flera gener är troligen nyckeln till de metabola HPPD-resistenta populationerna, fastän. Dock, forskare har ännu inte hittat dessa gener.
Det faktum att flera gener är involverade i sådana fall av metabolisk resistens gör det svårare att ta itu med, säger Gordon Vail, Syngenta teknisk produktledare. "Resistensen vi hittar i Palmer amaranth och vattenhampa försämrar kemin med tre, fyra, eller fem gener till."
Detta skiljer sig från målställemutationen som inträffade med ALS verkningsställe ogräsmedel (Pursuit, Spira). "Med ALS ogräsmedel, vi har att göra med bara en gen, säger Vail.
Generna som är involverade i resistensen som stimuleras av metabolism kan uppgå till hundratals, säger Dean Riechers, en U av I herbicidfysiolog. U of I-forskarna letar nu efter nya sätt att övervinna HPPD-hämmarresistensmekanismen genom att blockera ogräsenzymer med en annan kemisk hämmare. Om forskarna kan hitta hämmare av vattenhamps herbicidmetabolismvägar, det kan vara möjligt att komma runt motståndet utan att skada grödan, han säger.
Resistens mot målplatsmutationer är lättare att förutsäga, eftersom det ofta sporras av upprepade appliceringar av samma herbicid-verkningsställe. Inte så med metaboliskt motstånd.
"Det kommer att bli mindre sannolikt att exakt förutsäga att detta kommer att hända med en specifik herbicid eller herbicidgrupp, säger Hager.
Det finns några goda nyheter i att vägarna som leder till metabolisk resistens är komplicerade. "Det tar mycket längre tid för metabolisk resistens att utvecklas och spridas jämfört med resistens på målställena, säger Vail.
Vad ska man göra
Sålänge, applicering av en tankmix av herbicider med effektiva flera verkningsställen varje gång en applicering görs kan förebygga resistens, säger Hager.
Så även jordbearbetning. Det är anathema ur erosionssynpunkt, som reducerad jordbearbetning och ingen jordbearbetning är belle av jordhälsa bevarande bollen dessa dagar. Tyvärr, det finns massor av ovälkomna kraschar. "Palmer amaranth är väl anpassad för minskad jordbearbetning, säger Mike Weber, Bayer Crop Science senior teknisk representant.
Jayme Dick-Burkey, som driver jordbruk med sin frus familj nära Dorchester, Nebraska, noterar att de planerade att fortsätta ingen jordbearbetning över hela sin gård. Dock, en granskning av herbicidresistent ogräs har fått dem att komplettera herbiciderna genom att plantera täckgrödor följt av jordbearbetning på vissa åkrar.
"Vi såg att de fälten hade en fördel framför fält med enbart en herbicidapplikation, " säger Dick-Burkey.
Erosion är ett problem. Fortfarande, han säger, Vissa fält utan bearbetning med täckgrödor som dödats före plantering av 2016 års gröda hade sämre erosion än de där täckgrödor hade införlivats i jorden.
"Täckgrödorna som ingår i jorden verkar hålla tillbaka ogrästrycket, " han säger. "Återinförlivning i jorden såg ut som om det gav jorden en jämnare och robustare struktur."
Detta fynd och efterföljande forskning har fått Dick-Burkey och hans familj att investera i lämpliga jordbearbetningsverktyg för sådana fält. Fröbankshantering är ett annat verktyg för att hantera herbicidresistenta ogräs.
"Förra året var inte det bästa året för bekämpning av vattenhampa (i Iowa), säger Mike Owen, en ogrässpecialist från Iowa State University Extension. ”Det fanns massor av växter mitt ute på fälten innan skörden. Om vi inte tar hand om de spridda växterna via hand-rouging, vi kommer att vara i verkliga problem. Att kombinera dessa fläckar vid skörd är ett otroligt effektivt sätt att sprida vattenhampfrö över fältet.”
Sålänge, tänk på metabolt motstånd nästa gång du ser ogräs som bara inte kommer att dö. "Det följer inte reglerna, säger Hager.
What's Coming Down the Pike
Från 1950-talet till mitten av 1980-talet, jordbrukskemikalier upptäckte stadigt nya majs- och sojabönor ogräsmedel med nya verkningsställen (SOA). Då upphörde upptäckterna.
HPPD-hämmare (Callisto, Påverkan, och Laudis) var de sista nya herbicid-SOA:erna som kommersialiserats.
Så kommer en ny herbicid SOA ner på gäddan? Förmodligen inte på länge, säger Gordon Vail, Syngenta teknisk produktledare.
"Det är verkligen svårt att göra, " säger han "Vi har upptäckt alla enkla." Han tillägger att vissa forskningsföreningar som har utmärkt ogräsbekämpning kan skada grödan. Under tiden, en herbicid med en ny SOA som är skonsam mot grödan kan bara resultera i 40 % till 50 % ogräsbekämpning.
"Alla tror att vi behöver en ny handlingsplats, säger Vail. "Vi hittar ingen idag. Kanske hittar vi en i framtiden. Men att utveckla en ny handlingsplats till ett ogräs som lätt kan metabolisera allt du sprayar kanske inte är en riktig strategi."
"Ett bättre alternativ kan vara att söka efter nya aktiva ingrediensmolekyler i befintliga verkningsställen, " han säger.
Att skilja faktorer som pH och surhet från befintliga aktiva ingrediensmolekyler kan göra det omöjligt för ogräs som vattenhampa att bryta ned det, tillägger Vail.
Syngenta har en sådan förening som kan debutera nästa decennium, han säger. Även om det är en HPPD-hämmare som Callisto, den har en annan bindningsaffinitet till målställena för ogräs.
