mecanismos de resistencia de las plantas a los herbicidas

MECANISMOS DE RESISTENCIA DE LAS PLANTAS A LOS HERBICIDAS
Rafael De Prado1 y Hugo Cruz-Hipolito1
Resumen
La aparición de malas hierbas resistentes a herbicidas ha ocurrido relativamente tarde con
respecto a otros plaguicidas, y no tuvo lugar hasta finales de la década de los 60, con el primer caso
descrito en poblaciones de Senecio vulgaris resistentes a las s-triazinas, atrazina y Simazina. En la
última revisión realizada (Heap, 2005) se han listado 308 casos de resistencia, la mayoría descritos en
Europa y Norte América. La resistencia a herbicidas está generalmente asociada con una alta presión
de selección impuesta por el uso repetido de herbicidas con el mismo modo de acción en campos de
monocultivo y/o en campos con mínimo laboreo. La resistencia por mutaciones en la proteína diana ha
tenido lugar de forma muy rápida para aquellos herbicidas que presentan las siguientes características:
i) un sitio de acción único; ii) persistencia alta; iii) gran eficacia; iv) frecuencia de mutación alta en la
proteína diana; y, v) menor efecto debilitante por los cambios de este sitio de acción. El desarrollo de la
resistencia asociada a otros mecanismos tales como la compartimentación o el metabolismo es más
difícil de predecir ya que en muchos casos los factores celulares determinantes del
movimiento/transporte o secuestración de los herbicidas son mucho menos conocidos. El desarrollo de
mecanismos de resistencia múltiple es uno de los aspectos más preocupantes dado el pequeño número
de nuevos herbicidas desarrollados y a que parte de ellos presentan modos de acción y metabolismo
similares a los antiguos para los que se han desarrollado resistencia. Ante tales perspectivas, se hace
necesaria la adopción de estrategias a largo plazo que, diversificando los métodos efectivos a nuestro
alcance, los incorporen de forma integrada para asegurar el control de las poblaciones de malas
hierbas. En el seminario se presentarán una revisión de la resistencia y las técnicas que se proponen
hoy día para el control de biotipos de malezas con resistencia múltiple a herbicidas con diferentes
modos de acción.
Abstract
The appearance of weeds resistant to herbicides has occurred relatively late with respect to other
pesticides, and did not happen until the end of the 60 s, with the first case being described in
populations of Senecio vulgaris resistant to s-triazines atrazine and simazine. In the last review made
(Heap, 2005), 308 cases of resistance have been listed, most of them described in Europe and the U.S.
Resistance to herbicides is generally associated with the high selection pressure imposed by the
repeated use of herbicides with the same mode of action in fields with a monoculture and/or in fields with
minimal tillage. Resistance due to mutations in the target protein has taken place very rapidly for those
herbicides presenting the following characteristics: i) a single action site; ii) tenacious persistence; iii)
great effectiveness; iv) frequency of high mutation in the target protein; and, v) a lesser debilitating effect
due to changes in the action site. The development of resistance associated with other mechanisms
such as compartmentalization or metabolism is more difficult to predict since, in many cases, the
determining cell factors of the movement/transport or sequestration of the herbicides are much less well
known. The increase in multiple resistance mechanisms is one of the most preoccupying aspects given
the small number of new herbicides being developed and that some of them have similar modes of
action and metabolisms to the old ones to which resistance has been acquired. In view of these
prospects, it has become necessary to adopt long term strategies which, by diversifying the effective
methods at our disposal, can be incorporated in an integrated manner to ensure weed population
control. In the seminar, a review will be presented of the resistance and techniques proposed nowadays
for the control of weed biotypes with a multiple resistance to herbicides with different modes of action.
Introducción
Las malas hierbas causan considerables pérdidas en los sistemas de producción de cultivos en
todo el mundo (Tabla 1). Aunque las pérdidas son significativas en países con sistemas de producción
agrícola altamente desarrollados como los encontrados en Europa, Norte América y Australia, las
pérdidas sufridas en los países menos desarrollados son mayores (Haigh, 2000).
1
Departamento de Química Agrícola y Edafología, Campus de Rabanales, Edif. Marie Curie, 14071-Córdoba,
España. [email protected]
Tabla 1. Producción real y pérdidas estimadas en 8 cultivos, por plagas y región. (Haigh, 2000).
Pérdidas debidas a
Región
Producción
real
África
Norte América
Latino América
Asia
Europa
Oceanía
13.3
50.5
30.7
162.9
42.6
3.3
Patógenos
Insectos
(Billones de dólares)
4.1
4.4
7.1
7.5
7.1
7.6
43.8
57.6
5.8
6.1
0.8
0.6
Malas
hierbas
TOTAL
4.3
8.4
7.0
43.8
4.9
0.5
12.8
22.9
21.7
145.2
16.8
1.9
La disminución en el rendimiento de los cultivos por malas hierbas es principalmente debida a la
competencia por luz, agua y nutrientes. Además existen otros factores que hacen que sea necesario su
control (Radosevich et al., 1997; Haigh, 2000):
Mejora de la producción de cultivos, ya que se ha estimado que un importante porcentaje de las
pérdidas en las producciones agrícolas es debido a las malas hierbas (Tabla 1).
Aumento de la calidad de los productos. La reducción de la calidad puede expresarse en efectos
tales como: transferencia al producto de sabores y olores desagradables, presencia de sustancias
tóxicas, pérdida de la calificación de semilla certificada. Además, en algunos casos, las semillas del
cultivo y de la mala hierba son muy similares en peso y forma, lo que hace que la separación sea difícil,
lo que también disminuye la calidad del cultivo.
El control químico de malas hierbas supone una reducción de costes frente a los sistemas
tradicionales de control, aunque también suponen una importante inversión. Aunque se ve compensada
debido a que la presencia de malas hierbas interfieren en los procesos de recolección, provocando
hasta un 50% de pérdidas en eficiencia de la recolección y aproximadamente un 20% de la producción.
Reducción de otras plagas. Determinadas especies de malas hierbas son huéspedes de insectos
y microorganismos potencialmente dañinos, pudiendo inocular y transferir tales agentes al cultivo que
infecta. Existen numerosos ejemplos en los que las plagas se benefician de la presencia de malas
hierbas en el cultivo. Así, ciertos tipos de gusanos que atacan a la raíz del repollo viven en plantas de
berro, atacando después al repollo y a otra serie de cultivos similares.
Mejora de la salud animal, debido a que las malas hierbas pueden causar daños sobre animales
e incluso llegar a ser venenosas.
Mejora de las actividades humanas, ya que, por ejemplo, la presencia de malas hierbas puede
interferir en las vías de transporte. Por otra parte se pueden reducir riesgos para la salud humana,
debido a las sustancias tóxicas que pueden producir.
Métodos de control
La base del control de malas hierbas es encontrar la información y las herramientas necesarias
para suprimir malas hierbas en cultivos, plantaciones forestales, etc. donde éstas no son deseables, por
las razones anteriormente descritas. Para el control de malas hierbas se utilizan medios físicos,
culturales, biológicos y/o químicos. Estas actividades dan lugar a la modificación o destrucción del
hábitat de otros organismos, tanto plagas como no plagas. Por otra parte, la presencia de malas hierbas
también influye en los hábitat de estos organismos. Entonces, es importante considerar las malas
hierbas, así como su control, un componente de los programas de manejo que involucren otros
organismos tanto beneficiosos como no beneficiosos. Así, los principales métodos utilizados para el
control de malas hierbas son los siguientes:
Físicos: Existen diversas técnicas mecánicas para la eliminación de malas hierbas. Aquí se engloban
todos los métodos que desarraigan, entierran, cortan, cubren, o queman la vegetación. Consisten, entre
otras, en labrar, la retirada manual, quemar, segar, inundar, etc.
Culturales: Las prácticas culturales usadas en el control de malas hierbas son principalmente:
Prevención: por ejemplo, utilizando semillas de buena calidad, limpias de contaminación con semillas de
malas hierbas, limpiando utensilios de labranza antes de utilizarlos en sitios donde no hay malas
hierbas, etc.
Rotación de cultivos: consiste en alternar diferentes cultivos en la misma área año tras año. Ciertas
especies de malas hierbas están asociadas con cultivos específicos; además las poblaciones de estas
malas hierbas van a aumentar cuando se utiliza el mismo cultivo en la misma tierra por varios años.
Esto se debe a que las mismas condiciones ambientales o de cultivo que favorecen al cultivo están
favoreciendo a las malas hierbas. Es por ello que la rotación de cultivos ayuda a controlar las malas
hierbas.
Cubiertas vegetales: se crecen dos cultivos simultáneamente, aunque uno de ellos es más importante
desde el punto de vista económico. Con esto se minimiza la presencia de suelo descubierto, reduciendo
la germinación de semillas de malas hierbas.
Recolección: aunque no es considerado como un método de control en sí, la recolección puede
promover cierto nivel de supresión de malas hierbas. Así, por ejemplo, es común recolectar alfalfa
varias veces durante el periodo de crecimiento. El ritmo de las operaciones de recolección puede
afectar a la disponibilidad de agua así como cambiar ciertas condiciones necesarias para la germinación
de la mala hierba.
Biológicos: Utiliza enemigos naturales para eliminar especies de malas hierbas, entre los que se pueden
destacar:
Pastoreo: Es el método más tradicional y más comúnmente usado para el control biológico de malas
hierbas. Se pueden usar gran variedad de animales que usen las plantas como alimento: rumiantes,
pájaros, insectos, peces, etc.
Micoherbicidas: El uso de patógenos de plantas ha sido ampliamente usado para el control de malas
hierbas y tiene la ventaja de que estos organismos se obtienen en medios artificiales de una forma
barata y fácil. Además estos patógenos pueden ser aplicados en el campo de la misma forma que se
aplican los herbicidas. Si el organismo en un hongo se le ha el nombre de micoherbicida.
Alelopatía: es cualquier efecto perjudicial o benéfico que es ya sea directa o indirectamente el resultado
de la acción de compuestos químicos que, liberados por una planta ejercen su acción en otra.
Químico: Supone el uso de herbicidas. Aunque existen inconvenientes en su uso, presentan un gran
número de ventajas que hacen que sean el método más empleado y eficaz.
La Malherbología es una disciplina científica que ha conseguido grandes avances en el
desarrollo de herramientas y tácticas para el control de malas hierbas. Aunque éstas han estado
presentes en las sociedades humanas desde el principio de la agricultura, la historia de la
Malherbología está ampliamente relacionada con la historia del uso del control químico de malas
hierbas. En la actualidad esta ciencia incluye tres áreas principales: tecnología para el control de malas
hierbas, biología de las malas hierbas y el contexto social que rodea las malas hierbas y estas
herramientas de control y el uso de esta información para manejar la vegetación. Por ello los principales
puntos en los que se enfoca esta ciencia son los siguientes (Hess, 1994):
Incrementar el conocimiento del impacto económico y ecológico de las malas hierbas en
diferentes cultivos.
Mejorar el conocimiento de la biología, ecología y genética de las malas hierbas para optimizar
su manejo.
Optimizar el uso en el campo de agentes biológicos y de productos naturales.
Estudiar poblaciones de malas hierbas resistentes a herbicidas para mejorar su control.
Desarrollar nuevas tecnologías para la aplicación de herbicidas con el fin de mejorar su
actuación y minimizar su efecto en el medio ambiente.
Desarrollar mejores métodos para detectar residuos de herbicidas en agua, suelo y vegetación.
Para llevar a cabo estos objetivos es necesaria la integración de, al menos, seis disciplinas
diferentes (Figura 1):
Figura 1. Interrelaciones de 6 disciplinas fundamentales en Malherbología. (Radosevich et al., 1997).
El resultado es un conjunto de información empírica que se usa para desarrollar, mejorar,
modificar y algunas veces justificar la tecnología usada en el control de malas hierbas.
Herbicidas
Las malas hierbas y como consecuencia la utilización de estrategias de control son inherentes a
la actividad agrícola desde sus comienzos. Originalmente, dichas técnicas implicaban la retirada
manual, uso de instrumentos de labranza, uso de azadones primitivos (6000 A.C.), ayuda de animales
(1000 A.C.), complementos mecánicos (1920 D.C.), control biológico (1930 D.C.) y control químico con
la introducción de los dos primeros herbicidas selectivos, MCPA y 2,4-D (1947 D.C.) (Heap, 1999).
Desde su implantación en los sistemas de cultivo moderno, los herbicidas han llegado a
convertirse en la principal herramienta en todos los programas de manejo de malas hierbas de la
agricultura avanzada. Esto puede deberse a distintas razones (Coble, 1996; Menéndez, 1997; Bastida y
Menéndez, 2001):
Son productos altamente fiables y eficaces. Con frecuencia los herbicidas ofrecen un control casi
completo sobre un amplio abanico de especies indeseadas, a la vez que resultan prácticamente inocuos
en los cultivos que protegen. Esta eficacia suele estar muy por encima de la presentada por otras
opciones de control en la mayoría de los cultivos.
Son de fácil manejo. La mayoría de los herbicidas no requieren de una maquinaria especial o de
prácticas culturales específicas antes o después de su aplicación.
Son económicamente rentables. Tras una buena selección y correcto uso, los herbicidas
producen un menor coste por unidad de superficie que cualquiera de los otros métodos utilizados. Esta
comparación es aún más favorable cuando se incluye el tiempo requerido para aplicar las medidas de
control.
Son agronómicamente versátiles. Los herbicidas ofrecen al agricultor la posibilidad de elegir
cuándo y cómo controlar el problema de malas hierbas, permitiendo un margen de uso que va desde la
preemergencia a la postemergencia tardía y diversas opciones de tratamiento en cada cultivo.
A pesar de estas características, en la actualidad existe una gran controversia sobre los efectos
dañinos que producen los plaguicidas sintéticos. En este contexto, las iniciativas persiguen un
progresivo reemplazo de plaguicidas por una serie de alternativas, entre las que se encuentran parte de
los otros medios de control citados en el apartado anterior y entre las que destacan (Zadoks, 1992):
Uso extensivo de cultivares resistentes a plagas. En los próximos 20 años se producirá un
importante incremento en el uso de cultivos modificados genéticamente. Así, por ejemplo, existen un
buen número de cultivos transgénicos resistentes a herbicidas (Berner et al., 1997).
Control biológico de plagas. Los bioplaguicidas derivan de materiales naturales como son
animales, plantas, microorganismos. Así por ejemplo, el aceite de canola tiene aplicaciones como
bioplaguicida.
Mejora en la formulación y en los métodos de aplicación de los productos. Las corporaciones
internacionales más importantes que dominan el mercado de los plaguicidas están investigando en el
desarrollo de nuevos productos, menos tóxicos, menos persistentes y un espectro menos amplio para
cumplir las condiciones impuestas en los mercados más importantes de todo el mundo.
Uso de sistemas expertos de decisión en el control de plagas. El MIP (Manejo Integrado de
Plagas) sería otra alternativa para reducir el uso de plaguicidas sintéticos. En la actualidad, tras 20 años
o más de la introducción de este concepto en EE.UU., todavía no existe una definición aceptada de
MIP. Unos lo definen como parte de un amplio enfoque que conduce a una “agricultura sin química”,
mientras que otros lo ven como un sistema que incluye un uso más eficiente de los plaguicidas
sintéticos. Concretando los conceptos anteriores, podemos definir MIP como un concepto que incluye la
combinación de diversas medidas de control directas (medidas de tipo mecánico, químico o biológico) e
indirectas (métodos culturales, siembra y fertilización) para mantener las poblaciones de malas hierbas
bajo un umbral económicamente admisible (Zwerger, 1996).
Estas iniciativas, si bien pueden ser aplicadas con éxito en el control de insectos y patógenos, no
han parecido ser viables en el control de malas hierbas (Zorner et al., 1993). Las principales objeciones
con respecto al uso de bioherbicidas se basan en su limitada acción biológica, su gran dependencia del
medio y su excesiva especificidad. En cuanto al uso de la biotecnología en la producción de cultivos,
hay conceptos que preocupan como la posible transferencia de cualidades genéticas de las plantas
modificadas a las malas hierbas, creando nuevas generaciones de plantas resistentes a herbicidas;
además existen dudas sobre los efectos a largo plazo debidos al incremento en el consumo de
productos modificados genéticamente tanto para animales como para humanos.
Clasificación y modo de acción de los herbicidas
Existen diversos criterios para la clasificación de los herbicidas, todos ellos tienen alguna
utilidad, pero puede que ninguno sea completo. Entre los criterios utilizados podemos destacar:
uso según cultivos
efecto observado (quemaduras, clorosis...)
tiempo de aplicación (presiembra, preemergencia, postemergencia...)
comportamiento en la planta (sistémico, contacto...)
comportamiento en suelo (persistencia, lixiviación...)
estructura química (según analogía en la estructura química)
modo de acción
La clasificación que se muestra en la Tabla 2 está basada en el modo de acción. Esta
clasificación es la que proporciona más información sobre la interacción última entre herbicida y planta,
y consecuentemente expresa el efecto fitotóxico del herbicida. También nos permite ayudar a escoger
herbicidas de diferentes modos de acción y planificar rotaciones o mezclas para combatir la resistencia
de las malas hierbas.
Tabla 2. Clasificación de los herbicidas según su modo de acción. (HRAC, 2002).
Grupo
Modo de acción
A
Inhibición
de
Familia química
la
acetil
CoA Ariloxifenoxipropionatos, ciclohexanodionas
carboxilasa (ACCasa)
B
Inhibición de la acetolactato sintasa Imidazolinonas,
(ALS)
C1
triazolopirimidinas,
pirimidiniltiobenzoatos
Inhibición de la fotosíntesis en el Triazinas, triazinonas, uracilos, piridazinona,
fotosistema II
C2
sulfonilureas,
fenil-carbonatos
Inhibición de la fotosíntesis en el Ureas, amida
fotosistema II
C3
Inhibición de la fotosíntesis en el Nitrilos, benzotiadiazol, fenil-piridazina
fotosistema II
D
Desviación del flujo electrónico en Bipiridilos
el fotosistema I
E
Inhibición
del
protoporfirinógeno Difeniléteres, N-fenil-ftalamidas, tiadiazoles, oxadiazol,
oxidasa (PPO)
F1
Decoloración:
triazolinona
inhibición
de
la Piridazinona, nicotinanilida, otros
síntesis de carotenoides a nivel de
la fitoeno desaturasa (PDS)
F2
Decoloración: inhibición de la 4- Trikenona, ixosazol, pirazol
hidroxifenil-piruvato-dioxigenasa (4HPPD)
F3
Decoloración:
síntesis
de
inhibición
carotenoides
de
la Triazol, isoxazolidinona, urea
(punto
desconocido)
G
Inhibición de la EPSP sintetasa
Glicinas
H
Inhibición de la glutamino sintetasa
Ácido fosfínico
I
Inhibición del DHP (dihidropterato) Carbamato
sintetasa
K1
Inhibición
de
la
unión
de
los Dinitroanilinas, fosforoamidatos, piridazina,
microtúbulos de la mitosis
ácido benzoico
K2
Inhibición de la mitosis
Carbamatos, benzileter
K3
Inhibición de la división celular
Cloroacetamidas, carbamato, acetamida, benzamida,
oxiacetamida
L
Inhibición de la síntesis de la pared Nitrilos, benzamida
celular (celulosa)
M
Desacopladores (alteración de la
N
Inhibición de la síntesis de los Tiocarbamatos, fosforoditioato, benzofurano,
lípidos (no ACCasa)
O
Dinitrofenoles membrana)
ácidos clorocarbónicos
Auxinas sintéticas (como la acción Acidos
fenoxi-carboxílicos,
ácido
benzoico,
ácido
del ácido indolacético, AIA)
piridin-carboxílico, ácido quinolin-carboxílico, otros
P
Inhibición del AIA
Ftalamato, diflufenzopir
R/S/T/Z
Desconocido
Acido arilamino propiónico, organoarsenicales, otros
La mayoría de los herbicidas resultan letales para las plantas debido a su actuación sobre un
sitio primario de especial relevancia biológica. Esta actuación suele conducir a una serie de efectos
secundarios y terciarios que acaban produciendo la muerte de la planta. Este sitio primario es el lugar al
que se une el herbicida o con el que éste interfiere de alguna manera produciendo en último lugar la
muerte de la planta.
La acción del herbicida se puede estudiar en dos fases: la primera fase conlleva el movimiento
del herbicida al sitio de acción, mientras la segunda fase conlleva las consecuencias metabólicas que
resultan de la interacción con este sitio. La primera fase empieza con la aplicación del herbicida en la
planta, bien por vía foliar o por vía radicular. La entrada en la planta es seguida rápidamente por una
serie de pasos que preceden la llegada del herbicida a su sitio de acción. Aquí se incluye la entrada a
las células, la difusión en distancias cortas, el transporte a largas distancias, la conversión metabólica
del herbicida y la entrada en orgánulos subcelulares. La interacción del herbicida con el sitio de acción
se puede considerar como el primer paso de la segunda fase; esto está seguido por una serie de
consecuencias tóxicas que producen la muerte de la planta (Figura 2).
Figura 2. Secuencia de sucesos desde la entrada en la planta del herbicida hasta la muerte de la
planta.
En la actualidad se conocen unos 19 sitios de acción de los herbicidas. Los principales se
detallan en la Tabla 2.
En 1900 la población mundial era de aproximadamente 1.6 billones. En los comienzos del siglo
XXI este número ha ascendido a 6 billones, y las Naciones Unidas estiman que la población mundial
llegará a 10 billones en el año 2030. Algunas estimaciones indican que la producción de alimentos en
los próximos 30 años tendrá que duplicarse en relación con el aumento en la población previsto. Para
ello se necesitará tanto un incremento en la producción de los principales cereales y legumbres como
una reducción en las pérdidas en cultivos debidas a plagas.
Debido a que las posibilidades de expandir la irrigación y la tierra productiva están limitadas, las
estrategias futuras estarán enfocadas en aumentar la productividad de la de las tierras o los cultivos, así
como de los recursos de agua disponibles. No tiene sentido invertir tiempo, dinero y esfuerzo en la
producción de cultivos sin tener garantía de que sea parcial o totalmente destruidos por plagas (Tabla
1). Dependiendo de los niveles de pérdidas y los costes que se derivan de ellas, mejorar el manejo de
estas plagas será un componente para aumentar los suministros de alimento en los próximos años.
El uso de plaguicidas sintéticos es, y continuará siendo, importante para reducir las pérdidas en
cultivos debidas a plagas. El mercado global de plaguicidas en la actualidad se estima,
aproximadamente, en 32 billones de dólares, de los cuales solo 3 billones de dólares son gastados en
los países en desarrollo (FAO, 2002). En los países en vías de desarrollo los plaguicidas además de ser
usados en agricultura, son también ampliamente utilizados en el control de insectos que transmiten
enfermedades (p.e. malaria). El reparto por países se representa en la Figura 3. De los plaguicidas
utilizados el grupo con mayor número de ventas es el de los herbicidas.
10%
25%
Asia
Latino América
22%
Norte América
13%
Europa
Resto del mundo
30%
6%
18%
Herbicidas
47%
Insecticidas
Fungicidas
Otros
29%
Figura 3. Venta de plaguicidas por países y por clases. (Año 2001).
Sin embargo, un doble proceso de saturación en los mercados y deceleración de las economías
desarrolladas ha frenado esta demanda en la última década. Estos dos factores, unidos al creciente
rechazo que el uso del control químico de plagas tiene en los consumidores, ha motivado el
estancamiento de las ventas mundiales de plaguicidas en los últimos diez años. Así las ventas
mundiales de plaguicidas en el 2001 disminuyeron en un 1.8%. En los países de Europa Occidental el
mercado de productos fitosanitarios registró un descenso del 3.4% en el 2001 (Tabla 3). Esto es
resultado de una demanda agrícola debilitada a consecuencia de los bajos precios de las cosechas en
Europa y en el mundo y el incremento del abandono de tierras de un 5 a un 10%. Otros factores que
también han influido en el mercado de estos productos en Europa Occidental han incluido la adopción
de estrategia de reducción de costes de los agricultores en respuesta a las decrecientes rentabilidades
de las explotaciones y de unas negativas condiciones climatológicas en las épocas de cosecha.
Tabla 3. Mercado de plaguicidas en Europa Occidental (años 2000/2001).
Herbicidas
Insecticidas
Fungicidas
Otros
Total
2000
(millones de Euros)
2555
1090
2305
320
6270
2001
(millones de Euros)
2397
1050
2300
310
6057
Crecimiento
2000/2001(%)
-6.2
-3.7
-0.2
-3.1
-3.4
Resistencia de malezas a herbicidas
Aunque existen un número de herbicidas generales o totales que resultan activos frente a
cualquier tipo de plantas, no cabe duda que, hoy día, los más importantes tanto cualitativa como
cuantitativamente, son los herbicidas específicos o productos capaces de controlar un amplio espectro
de malas hierbas sin afectar a los cultivos a los que se aplican. La selectividad puede deberse a causas
físicas o, más frecuentemente, bioquímicas (Jäger, 1983), siendo en este último caso consecuencia de
las diferencias genéticas existentes entre distintas especies vegetales. Tal acción selectiva supone que
determinadas especies de plantas cultivadas, y también de malas hierbas, son capaces de vivir y crecer
a las dosis recomendadas de aplicación agrícola del herbicida, aunque puedan ser controladas a dosis
varias veces superiores. Este tipo de respuesta se conoce generalmente como tolerancia natural y ha
sido definida por la HRAC (Herbicide Resistance Action Committe) como la habilidad/aptitud heredable
de una especie vegetal a sobrevivir y reproducirse después de un tratamiento, pudiendo considerarse
como una característica a nivel de especie. Sin embargo, la variabilidad genética también se da
intraespecíficamente. Debido a este hecho y como consecuencia de la presión selectiva, impuesta por
la aplicación continuada de herbicidas que caracteriza a los modernos sistemas de producción agrícola,
es posible el desarrollo de biotipos de malas hierbas que dejan de ser controlados por un determinado
producto al que originalmente eran susceptibles.
Tal respuesta se conoce generalmente como resistencia, siendo una característica adquirida
por una población (biotipo) de una especie que carecía de ella y ha sido definida por la HRAC la
habilidad/aptitud heredable de una especie vegetal a sobrevivir y reproducirse después del tratamiento
de un herbicida a dosis normalmente letales para la misma especie susceptible. En una planta, la
resistencia puede ocurrir de una forma natural o puede ser inducida por técnicas como la ingeniería
genética o selección de variantes resistentes obtenidas por cultivos de tejidos o mutagénesis. Esta
definición, bastante completa en si, presenta el problema de que se asume que la resistencia está
asociada únicamente a factores de tipo fisiológico y/o morfológico. En este sentido, una definición
expandida del concepto de resistencia a herbicidas podría contemplar un punto de vista más funcional,
incluyendo cambios fenológicos tales como el letargo (Maxwell y Mortimer, 1994). A diferencia de las
plantas tolerantes, las resistentes suelen sobrevivir no sólo a las dosis de aplicación agrícola del
herbicida sino a otras bastante superiores (De Prado et al., 1996).
El término resistencia suele ir adjetivado con diversos modificadores que hacen alusión a la
posible pluralidad existente tanto en los mecanismos de resistencia que posee un individuo como en los
herbicidas a los que éste es resistente. Surgen así los conceptos de resistencia cruzada y resistencia
múltiple. Dependiendo de los autores consultados, estas definiciones se asociarán a mecanismos de
resistencia (Jutsum y Graham, 1995):
Resistencia cruzada: Aquella por la que un individuo es resistente a dos o más herbicidas debido a un
solo mecanismo de resistencia.
Resistencia múltiple: Aquella por la que un individuo posee más de un mecanismo de resistencia a
uno o varios herbicidas.
O a familia de herbicidas (Rubin, 1991):
Resistencia cruzada: Aquella por la que una población es resistente a dos o más herbicidas que
actúan en el mismo sitio primario de acción.
Resistencia múltiple: Aquella por la que una población es resistente a dos o más herbicidas que
actúan en distinto sitio de acción.
El término de tolerancia se usa frecuentemente no sólo para referirse a variaciones entre
especies, sino también en relación con la variabilidad dentro de una especie (LeBaron y Gressel, 1982).
En este caso, tolerancia y resistencia son expresiones que denotan diferencias en intensidad de un
mismo fenómeno, considerándose la resistencia como un caso extremo y menos frecuente de
resistencia (Holt y LeBaron, 1990) o considerando la tolerancia un mecanismo poligénico y la resistencia
uno monogénico (Gressel, 1985).
Desde la aparición de los primeros fenómenos de resistencia a herbicidas en malas hierbas, se
ha especulado con los factores determinantes del desarrollo de dichos procesos. Gressel y Segel (1982)
proponen los siguientes:
Tiempo de generación
Frecuencia inicial de mutación
Presión de selección (tipo de tratamiento de herbicidas).
Adaptabilidad (fitness) de las poblaciones resistentes.
Espaciamiento temporal en la germinación de las semillas.
Salvo el último, los anteriores factores no son específicos de la resistencia a herbicidas, aunque
en este caso pueden presentar algunas peculiaridades justificativas del lento desarrollo del fenómeno
en comparación con la resistencia a otros tipos de plaguicidas. Así, el mayor tiempo de generación
(habitualmente una generación por año agrícola) de las plantas en comparación con insectos y hongos,
y la menor eficacia controladora (menor presión selectiva) de los herbicidas, cifrada en general en un
90-95%, en relación con otros plaguicidas, pudieran ralentizar la aparición de resistencia a herbicidas. El
hecho de que las semillas que se acumulan en el suelo germinen durante un periodo de años también
puede determinar el lento incremento de la población resistente, al ser los individuos que aparecen en
cada estación no sólo consecuencia de las plantas que completaron su ciclo vital en la anterior, sino
también de la composición del banco de semillas que constituye el suelo, además de la aptitud
germinativa de las mismas. De los cuatro factores antes reseñados, solo la presión de selección se ve
afectada por la actividad humana. Entre las malas prácticas agronómicas que incrementan la presión de
selección y que generalmente se identifican como desencadenantes de fenómenos de resistencia a
herbicidas cabe destacar (Cussans, 1996):
Monocultivo
Adopción generalizada de sistemas de cultivo estándar
Uso masivo/exclusivo de herbicidas en las tareas de desherbaje.
Dominancia de un solo herbicida o grupo de herbicidas con el mismo modo de acción.
Las características específicas de los herbicidas utilizados también influyen en la rapidez con
que se desarrollan los fenómenos de resistencia. Entre todas ellas, podríamos destacar las siguientes
en orden de importancia (LeBaron, 1988):
Sitio único de acción y actuación específica
Muy alta actividad y efectividad en el control de un amplio espectro de especies de malas hierbas
Alta persistencia residual en el suelo
Aplicación frecuente y durante años agrícolas sin rotación, alternancia o combinación con otros tipos de
herbicidas con diferente modo de acción.
Mecanismos de resistencia a herbicidas
El conocimiento de los procesos biológicos responsables de la resistencia a herbicidas en una
determinada mala hierba es fundamental para el diseño de una estrategia efectiva de control.
Dependiendo del tipo de mecanismo de resistencia detectado, la mala hierba presentará un patrón
específico en su tolerancia a herbicidas que podrá variar desde un alto grado de resistencia a
determinados compuestos de una misma familia química, a una moderada resistencia a un amplio
espectro de herbicidas (Fig. 4). Asimismo, el conocimiento de estos mecanismos permitirá prever la
posible respuesta de la población resistente al conjunto de mecanismos químicos/mecánicos/culturales
seleccionados par su control, la efectividad a corto y largo plazo de los mismos y la posible aparición de
nuevos problemas.
Existen al menos tres mecanismos, no necesariamente excluyentes, que podrían justificar la
resistencia a herbicidas:
Conjugación
Figura 4. Mecanismos de
resistencia a herbicidas en
plantas,
según
Chueca
(2003). En la figura
representa el sitio de acción,
la molécula herbicida
y
Metabolización
Modificación
Lugar Acción
Sobreexpresión
Aplicación
herbicida
Planta
resistente
i) Pérdida de afinidad por el sitio de acción
De forma general se acepta que los herbicidas resultan letales para las plantas debido a su
actuación sobre un sitio de acción primario, generalmente una enzima, de especial relevancia biológica.
Salvo casos más bien excepcionales, este sitio primario (enzima) es específico y la acción del herbicida
sobre él (efecto primario) suele conducir al desarrollo de efectos secundarios, de naturaleza mucho más
general, que normalmente acaban produciendo la muerte de la planta. Cualquier modificación en la
estructura de la enzima (una o varias mutaciones en la secuencia de aminoácidos que componen la
enzima) puede resultar en una pérdida de afinidad del herbicida por ésta, imposibilitando la unión
efectiva de ambos e impidiendo así la inhibición del proceso vital mediado por dicho sitio. En la mayoría
de los casos la resistencia a herbicidas es debida a esta pérdida de afinidad por el sitio de acción.
ii) Reducción de la concentración de herbicida en el sitio de acción
Una condición necesaria para lograr la efectividad de un herbicida es que éste alcance su sitio
de acción en una concentración suficiente como para que su efecto sea letal. La falta de movimiento de
un herbicida permitirá reducir la concentración de éste en el sitio de acción, lo que permitirá al último
mantenerse funcional. Estas bajas concentraciones pueden lograrse ya sea mediante una reducción en
la penetración, absorción o translocación, o por la existencia de fenómenos de secuestración en
orgánulos celulares metabólicamente inactivos.
a) Absorción del herbicida: El modo de absorción de un herbicida viene determinado por la forma
en que éste se aplique, ya sea preemergencia (absorción vía radicular) o en postemergencia
(penetración vía foliar). La resistencia/sensibilidad a herbicidas debida a su falta de absorción en
tratamientos de preemergencia puede venir asociada tanto a factores morfológicos tales como
diferencias en la profundidad o estructura anatómica del sistema radicular, como a factores fisiológicos
tales como la limitada absorción activa del herbicida en especies sensibles. Por lo que se refiere a la vía
foliar, la cantidad de herbicida penetrado en el tejido vegetal en aplicaciones de postemergencia está
supeditada a la cantidad de éste que queda adherido a la planta. Esta cantidad depende de factores
como las condiciones metereológicas durante el tratamiento, la tensión superficial de la solución de
herbicida, el volumen de tratamiento y las características foliares tales como el área y la orientación
foliar y la cantidad de ceras presente en las hojas. La tolerancia a tratamientos de postemergencia se
asocia frecuentemente con la presencia de diferencias en la cutícula foliar tales como su composición y
su contenido en ceras epicuticulares.
b) Translocación del herbicida: Al igual que en los procesos de absorción/penetración, los
procesos de translocación de herbicidas en plantas pueden clasificarse según el tipo de tratamiento en
que se haya aplicado el herbicida. En el caso de tratamientos por vía radicular, el movimiento del
herbicida va a depender de su naturaleza química. Esto es debido a tres causas, principalmente: 1) la
acumulación del herbicida no metabolizado en la raíz, lo que resulta en una falta de translocación de la
materia activa a la parte aérea; 2) la metabolización del herbicida en raíz del herbicida a una forma no
translocable del mismo, generalmente conjugados polares; 3) la restricción del movimiento del herbicida
al sistema vascular (vasos primarios y secundarios) lo que le imposibilita alcanzar su sitio primario de
acción en el tejido parenquimático intervascular.
En el caso de vía foliar el movimiento de los herbicidas tras su penetración puede clasificarse
según su transporte se realice en el xilema o en el floema. Mientras el transporte de herbicidas vía
xilema sigue libremente el flujo del agua de dicho sistema hacia los márgenes foliares y los espacios
intervasculares, el transporte vía floema va a depender de dos procesos diferenciados: el gradiente de
concentración de herbicida entre las células del floema y las mesofílicas, y la capacidad del herbicida de
ser retenido por las células floemáticas durante su transporte. Las causas de tolerancia a herbicidas por
falta de translocación en tratamientos de postemergencia no son todavía del todo conocidas.
c) Secuestración del herbicida: Los fenómenos de compartimentación, entendidos como la
secuestración del herbicida o sus metabolitos en un lugar específico de la célula, son mecanismos de
tolerancia/resistencia poco conocidos debido a que las evidencias que los apoyan son en muchos casos
circunstanciales. Los escasos casos descritos en la bibliografía relacionan este tipo de mecanismos de
resistencia con herbicidas de acción hormonal e inhibidores del PSI, justificando la resistencia tanto en
líneas de cultivos celulares como en plantas enteras como un incremento en la capacidad de secuestrar
el herbicida o los metabolitos potencialmente fitotóxicos dentro de la vacuola celular. Sin embargo, los
procesos subyacentes a estos mecanismos de secuestración son todavía desconocidos.
iii) Metabolización a especies no tóxicas: En los procesos de detoxificación metabólica, entendidos
como aquellos procesos biológicos en los que moléculas fitotóxicas son metabolizadas a compuestos
inocuos, los biotipos resistentes son capaces de degradar el herbicida antes de que éste cause daños
irreversibles. La velocidad de degradación enzimática puede variar con factores endógenos y exógenos
tales como el estadío de crecimiento de la planta, las condiciones climáticas, etc. Los procesos de
destoxificación metabólica de herbicidas en tejidos vegetales pueden dividirse en tres fases: fase I
(conversión), fase II (conjugación) y fase III (deposición). Esta división no constituye una regla general
dado que a) alguna de las fases puede no estar presente en los procesos de detoxificación, b) la
molécula herbicida puede ser un pro-herbicida inactivo que debe ser enzimáticamente convertido en un
compuesto activo y c) ciertos procesos de conjugación son de carácter reversible, por lo que sólo
afectan de manera parcial a la cantidad de herbicida libre intracelular.
a) Fase I o conversión: Si bien algunos herbicidas pueden ser conjugados directamente, muchos
otros no poseen sustituyentes disponibles en su moléculas (grupos amonio, hidroxilo, sulfhidrilo, etc.)
que puedan reaccionar para formar conjugados con constituyentes celulares. Dichos herbicidas deberán
ser convertidos en metabolitos mediante alguna reacción química.
b) Fase II o conjugación: Los conjugados suelen ser los metabolitos finales en los procesos de
detoxificación de herbicidas. La naturaleza de estos conjugados puede ser muy diversa, como azúcares,
aminoácidos, péptidos y lignina como grupos orgánicos y enlaces de tipo éster, éter, amida o
glicosídico.
c) Fase III o deposición: La ruta metabólica seguida por un herbicida afecta de gran manera el
uso final de los metabolitos terminales y conjugados. Los conjugados glicosídicos son depositados en la
vacuola donde quedan almacenados, mientras que los conjugados de origen aminoacídico son
excretados a la pared celular donde se integran en el componente de lignina de éstas, formando un
residuo insoluble. Si bien estos procesos de deposición no son completamente irreversibles, a reentrada
de herbicidas o sus productos de conversión en el pool de herbicida activo intracelular es muy lenta.
Biotipos resistentes a herbicidas
La aparición de resistencia ha estado inevitablemente asociada a la introducción de los
diferentes tipos de plaguicidas, siendo el caso más llamativo el de los insecticidas, conociéndose hoy
día más de 400 especies, dentro de las que constituyen plagas agrícolas, que han desarrollado
resistencia a uno o varios de estos productos (Graves, 1994). Una situación similar se da con otros tipos
de pesticidas, desde antibióticos a rodenticidas, en los que la aparición de resistencia se ha producido
en un tiempo relativamente corto desde su introducción (Conway y Toenniessen, 1999). Aunque, al
principio, se auguró una situación similar para los herbicidas, la resistencia en este grupo de productos
ha aparecido relativamente tarde con respecto a otros plaguicidas, no registrándose hasta finales de la
década de los 60 un primer caso inequívoco de resistencia a herbicidas, el de un biotipo de Senecio
vulgaris resistente a las s-triazinas atrazina y simazina, que procedía de un vivero de coníferas situado
en el estado de Washington, donde la simazina venía utilizándose repetidamente durante muchos años
(Ryan, 1970).
Desde la identificación de este primer biotipo resistente un fuerte incremento en el número de
malas hierbas resistentes a herbicidas ha sido detectado por todo el mundo (Figura 5).
Año 1983
3%
Año 2002
7%
4%
26%
7%
8%
28%
8%
Inhibidores de la
ALS
Triazinas
Ureas/amidas
8%
Bipiridilos
11%
Inhibidores de la
ACCasa
Auxinas sinteticas
10%
8%
24%
15%
60 biotipos resistentes
Dinitroanililas
8%
25%
Otros
261 biotipos resistentes
Figura 5. Comparación de biotipos de malas hierbas resistentes a distintas familias de herbicidas entre
los años 1983 y 2002.
En la última revisión realizada por Heap (2002) y la cual puede ser encontrada en Internet
(www.weedscience.com) se encuentran 261 biotipos resistentes, en 157 especies (95 dicotiledóneas y
62 monocotiledóneas) en alrededor 210000 campos. La mayoría de estos biotipos fueron descubiertos
en Europa y Norte América, pero el número de casos detectados en otras regiones del mundo es
sorprendentemente alto.
Bibliografía
Bastida, F. y Menéndez, J. (2001) Producción integrada y manejo integrado de malas hierbas. En: Uso
de Herbicidas en la Agricultura del Siglo XXI (eds. R De Prado y J Jorrín), pp. 307-316, Universidad de
Córdoba, España.
Berner, Da.; Ikie, fo. y Green, Lm. (1997) ALS-inhibiting herbicide seed treatment control Striga
hermonthica in ALS-modified corns (Zea mays). Weed Technology 11:704-707.
Coble, HD. (1996) Weed management tools and their impact on the agro-ecosystem. Proceedings of the
2nd International Weed Control Congress: 1143-1146.
Conway, G. y Toenniessen, G. (1999) Feeding the world in the twenty-first century. Nature 402:C55-8.
Cussans, GW. (1996) Which weed management strategies are appropiate? Proceedings of the 2nd
International Weed Control Congress: 1159-1166.
De Prado, R; Plaisance, KL. Menendez, J. y Gronwald, JW. (1996) Effect of graminicide herbicides on
growth and ACCase activity in a chlortoluron-resistant biotype of Alopecurus myosuroides. En:
Proceedings of the International Symposium on Weed and Crop Resistance to Herbicides (eds. R De
Prado,
J Jorrín, L García-Torres y G Marshall), pp. 59-61, Universidad de Córdoba, España
Graves, JB. (1994) Insecticide resistance management strategies. Proceedings of the Beltwide Cotton
Production Research Conference: 43-45.
Gressel, J. (1985) Herbicide tolerance and resistance: alteration of site of activity. En: Weed Phisiology,
Vol II (ed. SO Duke), pp. 160-184, CRC Press, Boca Raton.
Gressel, J. y Segel, LA. (1982) Interrelating factors controlling the rate of appeareance of resistance: the
outlook for the future. En: Herbicide Resistance in Plants (eds. HM LeBaron y J Gressel),
pp. 325-347, John Wiley and Sons, New York.
Haigh, T. 2000 Weed competition and control www.uws.edu.au/vip/haight/vegintroduction.htm .
Heap, I. (1999) International survey of herbicide resistant weeds: lessons and limitations. Proceedings of
the 1999 Brighton Crop Protection Conference Weeds, 769-777.
Hess, FD.1994 Research needs in weed science. Weed Tech. 8:408-409.
Jäger, G. (1983) Herbicides. In: Chemistry of pesticides (ed. KH Büchel), pp. 322-392, John Wiley &
Sons, New York.
Jutsum, AR. y Graham, JC. (1995) Managing weed resistance: the role of the agrochemical industry.
Proceedings of the Brighton Crop Protection Conference Weeds: 557-566.
LeBaron, HM. (1988) Herbicide Resistant Weeds, Latin American Weed Asociation, Maracaibo.
LeBaron, HM. y Gressel, J. (1982) Herbicide Resistance in Plants, 441 p., John Wiley & Sons, New
York.
Maxwell, MD. y Mortimer, M. (1994) Selection for herbicide resistance. En: Herbicide Resistance in
Plants: Biology and Biochemistry (eds. SB Powles y JAM Holtum), pp 1-25, CRC Press, Boca Raton.
Menéndez, J. (1997) Mecanismos de resistencia a herbicidas a herbicidas en biotipos de Alopecurus
myosuroides Huds. Tesis Doctoral. Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Universidad de
Córdoba, España.
Radosevich, S.; Holt, J. and Ghersa, C. 1997 Weed ecology. Implications for management. 2nd ed. New
York: John Wiley & Sons.
Rubin, B. (1991) Herbicide resistance in weeds and crops, progress and prospects. En: Herbicide
Resistance in Weeds and Crops (eds. JC Caseley, GW Cussans y RK Atkin, eds.), pp. 387-414,
Butterworth-Heinemann, Oxford.
Ryan, GF. (1970) Resistance of common groundsel to simazine and atrazine, Weed Science 18:
614-616.
Zadoks, JC. (1992) The cost of change in plant protection. Journal of Plant Protection in the Tropics 9
(2): 151-159.
Zorner, PS.; Evans, SL. y Savage, SD. (1993) The effect of photosynthesis inhibitors on oxygen
evolution and fluorescence of illuminated Chlorella. International Journal of Biochemistry and Biophysics
66:
196-205
Zwerger, P. (1996) Integrated pest management in developed nations. Proceedings of the 2nd
International Weed Control Conference: 933-942.