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EL ESTADO ACTUAL DE LA RESISTENCIA
A HERBICIDAS EN EL MUNDO
Bernal E. Valverde1,2 y Ian M. Heap3
Investigación y Desarrollo en Agricultura Tropical (IDEA Tropical)
P.O. Box 2191, Alajuela 4050, Costa Rica. E-mail: [email protected]
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Faculty of Life Sciences, The University of Copenhagen
Hojebakkegaard Allé 13, Taastrup, DK-2630, Denmark. E-mail: [email protected]
3
Weedsmart, P.O. Box 1365, Corvallis, OR 97339, U.S.A. E-mail:
[email protected]
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Resumen: Actualmente hay 332 biotipos de malezas resistentes a herbicidas
pertenecientes a 189 especies (113 dicotiledóneas y 75 monocotiledóneas) en 60 países.
Nueve de ellos (Alemania, Australia, Brasil, Canadá, España, Estados Unidos, Francia,
Israel, y el Reino Unido) contribuyen el 60% de los casos de resistencia registrados. Por
muchos años las malezas resistentes a triazinas constituyeron el grupo más numeroso de
malezas que evolucionaron resistencia a herbicidas pero fueron sobrepasadas por aquellas
que evolucionaron resistencia a los herbicidas inhibidores de la enzima acetolactato
sintasa (ALS), con un total de 102 biotipos. Otros modos de acción o grupos de
herbicidas relevantes para los cuales un número importante de malezas se han vuelto
resistentes son los inhibidores de la acetil coenzima A carboxilasa (ACCasa), las auxinas
sintéticas, bipiridilos, úreas y amidas, y el herbicida derivado de glicina, glifosato. Sólo
unos pocos herbicidas no han sido afectados por el problema de la resistencia. El modo
de acción más reciente se introdujo hace 18 años y las compañías de agroquímicos
carecen de modos de acción novedosos que puedan alcanzar el mercado en un futuro
cercano. Las regulaciones más estrictas para el registro de plaguicidas limitan la
disponibilidad de herbicidas con modos de acción alternativos para combatir la
resistencia. Se debe realizar esfuerzos mayores para preservar los herbicidas disponibles
y para evitar y contener la diseminación de malezas resistentes a herbicidas.
Palabras claves: malezas resistentes, modo de acción, resistencia cruzada, resistencia
múltiple, presión de selección.
Summary: Current Status of Herbicide Resistance in the World. Currently there are 332
herbicide resistant weed biotypes belonging to 189 species (113 dicotyledonous and 75
monocotyledonous) in 60 countries. Nine of them (Australia, Brazil, Canada, France,
Germany, Israel, Spain, United Kingdom and United States) contribute 60% of the
herbicide resistance cases registered. For several years, triazine-resistant weeds
comprised the largest group of weeds evolving herbicide resistance but they were
surpassed by weeds resistant to herbicides that inhibit the acetolactate synthase (ALS)
enzyme (currently 102 biotypes). Other relevant modes of action or herbicide groups to
which an important number of weeds have become resistant are Acetyl Coenzyme-A
Carboxylase (ACCase) inhibitors, synthetic auxins, bipyridiliums, ureas and amides, and
the glycine herbicide glyphosate. Only a few herbicides have not been affected by
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having resistant weeds. The newest herbicide mode of action was introduced 18 years
ago and no new modes of action are in the pipeline of agrochemical companies for near
future introduction. More stringent registration also limits the availability of herbicides
with alternative modes of action to combat resistance. Major efforts should be devoted to
preserve available herbicides and to prevent and contain the spread of herbicide resistant
weeds.
Keywords: cross resistance, mode of action, multiple resistance, resistant weeds,
selection pressure.
Introducción
Los herbicidas constituyen el 45% del mercado de plaguicidas valorado en USD 35.000
millones (UTTLEY, 2009). Sin duda alguna estos agroquímicos, entre cuyos primeros
representantes selectivos estuvieron el 2,4-D y MCPA introducidos a mediados de los
1940s, revolucionaron el control de malezas y han contribuido aumentar el rendimiento
de las cosechas y a acrecentar el bienestar general. En la actualidad, unos 260
ingredientes activos, pertenecientes a 70 familias químicas, con unos 13 modos de acción
reconocidos, contribuyen a la producción agrícola (QUADRANTI, comunicación
personal). Su uso generalizado y gran dependencia para el control de malezas, sin
embargo, no ha estado exento de problemas, en particular por la selección de malezas
resistentes. En este trabajo se documenta la situación actual de las malezas resistentes a
herbicidas en el mundo.
Resistencia a herbicidas
La definición de resistencia ha sido objeto de mucha discusión. Se entiende por
resistencia la capacidad evolucionada de una población de una maleza anteriormente
susceptible a un herbicida de soportarlo y completar su ciclo de vida cuando el herbicida
se emplea a su dosis normal en una situación agrícola (HEAP and LEBARON, 2001).
Esta definición tiene un carácter general y de uso práctico que sirve de base para la
inclusión de casos de resistencia en el Registro Internacional de Malezas Resistentes a
Herbicidas (International Survey of Herbicide-Resistant Weeds) disponible en
www.weedcience.org. La Weed Science Society of America define resistencia como “la
capacidad hereditaria de una planta de sobrevivir y reproducirse después de ser expuesta
a una dosis de herbicida que normalmente es letal para el tipo silvestre. En una planta, la
resistencia puede ocurrir de forma natural o inducida por técnicas como la ingeniería
genética o la selección de variantes producidas por cultivo de tejidos o mutagénesis”
(WSSA, 1998).
Con mucha frecuencia se emplean los términos resistencia y tolerancia indistintamente.
Sin embargo, es pertinente hacer la distinción. De nuevo, la Weed Science Society of
America define tolerancia como “la capacidad hereditaria de una especie de sobrevivir y
reproducirse después del tratamiento con un herbicida. Esto implica que no hubo
selección o manipulación genética para hacer la planta tolerante; la planta es
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naturalmente tolerante” (WSSA, 1998). La tolerancia tiene una relación directa con la
selectividad de los herbicidas. En el desarrollo de estos agroquímicos se procura
seleccionar compuestos que no afecten a los cultivos pero que sean letales a las malezas.
Otros términos relevantes son los de resistencia cruzada y resistencia múltiple. La
resistencia cruzada ocurre cuando un mecanismo de resistencia individual confiere
resistencia a varios herbicidas. La resistencia cruzada de sitio activo está conferida por
una modificación en el sitio de acople común (enzima o proteína específica) a varios
herbicidas, como en el caso de los herbicidas pertenecientes a las familias químicas de las
sulfonilúreas, imidazolinonas, triazolopirimidinas y piridinil benzoatos que inhiben la
enzima acetolactato sintasa (ALS). Dependiendo de la mutación presente en la enzima
ALS, así se observarán distintos patrones de resistencia cruzada a estas familias de
herbicidas o a herbicidas individuales dentro de cada familia (LAPLANTE et al., 2009).
También puede presentarse resistencia cruzada fuera del sitio activo en cuyo caso un
único mecanismo confiere resistencia a diversos herbicidas con distintos modos de
acción. Estos mecanismos de resistencia usualmente no tienen relación con el
mecanismo de acción del herbicida y más bien dependen de la capacidad acrecentada de
la maleza para metabolizar al herbicida, por ejemplo a través de citocromos P450 o
mediante la participación de transferasas de la glutationa (GRAY et al., 1996;
SIMINSZKY, 2006). Aunque no se ha documentado todavía, es probable que
mecanismos que involucren transportadores tipo ABC (BUSS and CALLAGHAN, 2008;
CABRITO et al., 2009; ITO and GRAY, 2006; YAZAKI et al., 2009) puedan conferir
resistencia cruzada fuera del sitio activo a diversos herbicidas sistémicos, tal como
sucede con la resistencia múltiple a medicamentos (LINTON, 2007; PORCELLI et al.,
2009). La resistencia múltiple se presenta cuando una planta o población acumula dos o
más mecanismos de resistencia. Cuantos más mecanismos estén presentes, mayor
diversidad de familias químicas y modos de acción resultarán ineficaces para controlar la
maleza. Por ejemplo, un biotipo de Lolium rigidum de Australia es resistente a glifosato
debido a que al transporte limitado de este herbicida en la planta y a herbicidas
inhibidores de la enzima acetil coenzima A carboxilasa (ACCasa) y ALS por
metabolismo acelerado de los herbicidas que involucra distintas enzimas del grupo de los
citocromos P450 (YU et al., 2009). En Oregon, EE.UU., se encontró un biotipo de
Bromus tectorum resistente a triazinas (por la mutación Ser264Gly del sitio de acción,
proteína D1) que también es resistente a herbicidas ALS (primisulfurón, sulfosulfurón,
propoxicarbazone-sodio e imazamox) por metabolismo acelerado. Este biotipo, además,
fue moderadamente resistente etofumesate, cletodim, fluazifop, diuron, y terbacil (PARK
and MALLORY-SMITH, 2005; PARK et al., 2004; PARK and MALLORY-SMITH,
2004). Un caso extremo es el de otro biotipo de L. rigidum que evolucionó resistencia a
nueve clases de herbicidas después de ser tratado por 21 años con cinco herbicidas
pertenecientes a distintas familias químicas. Las plantas de este biotipo son resistentes a
úreas sustituidas (diurón y clorotolurón), inhibidores de ALS (incluidos clorsulfurón,
triasulfurón, sulfometurón, imazaquin e imazapir), triazinas simétricas (atrazina, simazina
y ametrina) y la asimétrica metribuzina, e inhibidores de ACCasa (varios ariloxifenoxipropanoatos incluido el diclofop y ciclohexanedionas como tralkoxidim y
setoxidim). El biotipo también es resistente a metolaclor y propaclor (cloroacetamidas) y
ligeramente resistente a paraquat (bipiridilo) y a tridifano (BURNET et al. 1994;
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BURNET et al.,1994). Necesariamente varios mecanismos confieren resistencia a
herbicidas en este biotipo. Una forma resistente de ACCasa provee resistencia a
diclofop, fluazifop y haloxifop pero no a tralkoxidim y setoxidim; la planta también
metaboliza rápidamente al diclofop y tralkozidim, a los inhibidores del Fotosistema II
clorotolurón y simazina y al inhibidote de la ALS clorsulfurón. Aproximadamente el 5%
de la población también posee una ALS resistente (PRESTON et al. 1996).
Evolución de la resistencia a herbicidas
Varios factores determinan la evolución de resistencia a herbicidas en las malezas. El
herbicida, en virtud de su eficacia biológica, ejerce presión de selección sobre las
poblaciones de malezas de modo que los individuos que naturalmente poseen un
mecanismo que les permite soportar el efecto del producto sobreviven y se reproducen.
Conforme pasan las generaciones expuestas al herbicida, el número de individuos
resistentes se incrementa hasta que llegan a estar en mayor proporción en la población
haciéndose entonces notoria la falta de eficacia del herbicida. La aplicación de dosis
altas y el uso frecuente del mismo herbicida o de productos que poseen el mismo
mecanismo de acción o de metabolización en la planta o ambos tiende a seleccionar
poblaciones resistentes por sitio activo. Los herbicidas persistentes, al permanecer
activos en el suelo por largos períodos ejercen mayor presión de selección que los que
rápidamente se inactivan al entrar en contacto con los coloides del suelo. Sin embargo, el
uso persistente de un herbicida sin efecto residual surte el mismo efecto: rápidamente
selecciona individuos resistentes en la población. Por tal razón hay 24 especies de
malezas resistentes a paraquat. Algunos herbicidas son más propensos que otros a
seleccionar poblaciones resistentes. Se destaca en el grupo de los más propensos los
inhibidores de la ALS y la ACCasa. Otros, como los inhibidores de la protoporfirinógeno
oxidasa (Protox) y el glufosinato de amonio tienen menor riesgo de seleccionar malezas
resistentes. Aunque la aplicación de dosis bajas disminuye la presión de selección de
resistencia por sitio activo, selecciona plantas con niveles bajos de resistencia que pueden
proliferar paulatinamente y acrecentar su grado de resistencia gracias a la hibridación y
recombinación y a la acumulación de varias mutaciones. En estos casos, la resistencia
puede ser conferida por varios genes (resistencia poligénica), cada uno con un efecto
parcial, por amplificación de genes o por mutaciones secuenciales en alelos de un mismo
gene, cada uno adicionando incrementos en la resistencia. Para referirse a este tipo de
resistencia se propuso el término resistencia multifactorial (GRESSEL, 2002).
Individuos susceptibles de L. rigidum sometidos a selección recurrente con dosis bajas de
glifosato progresivamente aumentaron su nivel de resistencia al herbicida, duplicándolo
tan solo después de tres generaciones. La polinización cruzada fue un factor
determinante en el incremento del nivel de resistencia mediante la acumulación de
posibles genes que confieren apenas un nivel bajo de resistencia al herbicida (BUSI and
POWLES, 2009). En biotipos de Conyza canadensis y C. bonariensis la resistencia a
glifosato se asocia con un transporte alterado del herbicida y un incremento en los niveles
de transcripción de la EPSPS (DINELLI et al., 2008; DINELLI et al., 2006). Las dosis
bajas también podrían propiciar un incremento en las tasas de mutación, incluidas las que
confieren resistencia (GRESSEL, 2009).
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Las características de la especie de maleza también influyen sobre la evolución de la
resistencia. Uno de los atributos de las malezas es su variabilidad genética, la cual
comprende la presencia de mutaciones, incluidas las que pueden conferir resistencia a
herbicidas. Las mutaciones responsables de la resistencia a herbicidas no son inducidas
por el herbicida sino que ocurren de forma espontánea (JASIENIUK et al., 1996). La
frecuencia inicial de estas mutaciones determina el número de generaciones requeridas
para que la resistencia sea evidente. La frecuencia de las mutaciones que confieren
resistencia a herbicidas depende de varios factores incluidos el número de genes
(monogénicas versus poligénica y nivel de ploidía), mecanismo de herencia, tipo de gene
y naturaleza de la modificación del gene (WARWICK, 1991). Así, esta frecuencia no es
la misma para todos los herbicidas o modos de acción ni para todas las especies de
plantas. La gran propensión de los inhibidores de ALS a seleccionar poblaciones
resistentes se relaciona con la frecuencia con que el gene nuclear que codifica la enzima
puede mutar, la cual se estima en alrededor de 10-6, y a la posibilidad de que distintas
mutaciones semi-dominantes, pero funcionalmente dominantes en condiciones de campo,
puedan alterar el sitio de acople del herbicida en la enzima y confieran resistencia
(DELYE et al., 2009; LAPLANTE et al., 2009; TRANEL and WRIGHT, 2002;
GRESSEL, 2002). La frecuencia de individuos resistentes a sulfometurón-metilo y a
imazapir varió entre 2.2 x 10-5 y 1.2 x 10-4 y entre 1.0 x 10-5 y 5.8 x 10-5,
respectivamente, en tres poblaciones de L. rigidum nunca antes expuestas a herbicidas
inhibidores de la ALS (PRESTON and POWLES, 2002). La resistencia de sitio activo a
las triazinas se hereda de manera recesiva en el ADN del cloroplasto. La mutación que
confiere esta resistencia por ser cloroplástica aparece con frecuencias mucho más bajas,
posiblemente del orden de 10-20 (GRESSEL, 2002). Esto, junto con el hecho de que su
transmisión es predominantemente materna, ayuda a explicar por qué la resistencia a
inhibidores de ALS apareció mucho más rápido que la resistencia a triazinas. Para
algunos herbicidas como los inhibidores de las elongasas de los ácidos grasos de cadena
muy larga (VLCFAE), entre los que se incluyen los tiocarbamatos, cloroacetanilidas y
cloroacetamidas, no se conoce la frecuencia de posibles mutaciones que confieran
resistencia. Al menos 21 genes codifican VLCFAEs y estos herbicidas inhiben más de
una elongasa, las cuales también difieren en su sensibilidad a dichos productos
(TRENKAMP et al., 2004). Esta situación explica por qué la tasa de evolución de
resistencia a estos herbicidas es baja dado que probablemente se requiera mutaciones en
varios genes que codifican elongasas (GRESSEL, 2009). Un caso único de resistencia de
sitio activo es el de la resistencia a inhibidores de Protox en A. tuberculatus (=A. rudis),
conferido no por una mutación en el sitio de acción del herbicida sino a la pérdida por
completo de un aminoácido (Gly210) que provoca un cambio en la conformación del
sitio de acople del herbicida (PATZOLDT et al., 2006; HAO et al., 2009).
La manera en que se hereda de la resistencia también influye en su tasa de evolución y
establecimiento. Una mutación dominante es más proclive a establecerse en la población
de la maleza después de la aplicación del herbicida que un alelo recesivo (JASIENIUK et
al., 1996). De hecho, de las mutaciones que confieren resistencia a los herbicidas son
pocas las que tiene carácter recesivo. Uno de estos casos es el de la resistencia a
dinitroanilinas en Eleusine indica. La resistencia, asociada con la modificación de un
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aminoácido en la α-tubulina (ANTHONY et al., 1998), está controlada por único gene
nuclear recesivo (ZENG and BAIRD, 1997).
Las plantas que son muy prolíficas, de polinización cruzada y que ocupan grandes
extensiones a altas densidades son más propensas a evolucionar resistencia a herbicidas.
Un ejemplo de una especie que reúne estas características es L. rigidum, la cual ha
evolucionado resistencia a herbicidas en cinco continentes y presenta los problemas más
serios de manejo por la evolución de resistencias múltiples.
La presencia de un banco de semillas en el suelo es una característica de las malezas que
afecta la tasa de evolución de la resistencia y la dinámica de las poblaciones resistentes si
se deja de emplear el herbicida selector. Las semillas almacenadas en el suelo cumplen
una función amortiguadora por cuanto antes de la aplicación recurrente del herbicida
corresponden predominantemente a plantas susceptibles. Plántulas susceptibles que
emerjan de este banco de semillas después de aplicado el herbicida y perdido su efecto
(ausencia de persistencia) “diluyen” la frecuencia de individuos resistentes en la
población. El manejo de los herbicidas en función de la dinámica del banco de semillas
es fundamental para la prevención y mitigación de la resistencia. En un estudio de cuatro
años realizado en Canadá con la maleza del trigo Thlaspi arvense, se comprobó el
impacto de la mezcla y rotación de herbicidas en la prevención de la resistencia al
inhibidor de ALS etametsulfurón (BECKIE and REBOUD, 2009). Los tratamientos
consistieron en la aplicación una vez por año de etametsulfurón o una mezcla formulada
de bromoxynil más MCPA en rotación, considerando todas las posibles combinaciones
en el tiempo (desde la aplicación del inhibidor de ALS en uno de los cuatro años hasta en
tres de ellos complementado según correspondiera en los otros años con el la mezcla de
herbicidas alternativos). Además se incluyeron los tratamientos correspondientes a
etametsulfurón y bromoxynil más MCPA aplicados anualmente por cuatro años (ausencia
de rotación), ambos herbicidas en mezcla de tanque en cada uno de los cuatro años
(tratamiento de mezcla) y dos testigos para comparaciones (absoluto y deshierbado
manualmente). El banco de semillas de T. arvense inicialmente tenía un 5% de
individuos resistentes a etametsulfurón. El porcentaje de control de la maleza decreció de
un 92% con una aplicación de la sulfonilúrea (independientemente del año en que se
aplicó) a un 31% luego de la aplicación consecutiva por cuatro años. Cuando los
herbicidas se aplicaron en mezcla o sólo se usó el tratamiento alternativo se obtuvo un
control promedio del 96% al 97% por año. La producción total de semilla aumentó
conforme se incrementó el número de aplicaciones anuales de etametsulfurón y la
proporción de plántulas resistentes proveniente de semilla producida por la maleza
expuesta a la sulfonilúrea se incrementó de un 2% cuando no se utilizó el etametsulfurón
a 60% después de una sola aplicación y a 92% si se aplicó dos o más veces. Cuando se
aplicó el etametsulfurón en mezcla con el tratamiento alternativo la proporción de semilla
resistente a la sulfonilúrea fue de un 3%; en ausencia de herbicidas, se mantuvo en el 5%
original. De manera similar pero reflejando un grado importante de amortiguamiento por
la semilla susceptible, la proporción de individuos resistentes en el banco de semillas del
suelo aumentó con el incremento en el uso del etametsulfurón de un 29% a un 85%
después de una o cuatro aplicaciones, respectivamente. El nivel de resistencia en el
banco de semillas permaneció invariable cuando se aplicó la mezcla de los herbicidas o
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solo el tratamiento alternativo por la duración del experimento. Bajo las condiciones de
este estudio se demostró cuán rápidamente puede evolucionar la resistencia a inhibidores
de ALS y se dedujo que las mezclas son más útiles para mitigarla que las rotaciones.
La adaptabilidad al medio o fitness es la capacidad que tiene un genotipo de establecerse,
sobrevivir y reproducirse exitosamente en competencia con el biotipo normal o silvestre
en un ambiente particular (MENCHARI et al., 2008; GRESSEL, 2002). Esta
adaptabilidad está determinada por la distribución de recursos a la supervivencia y
reproducción a través del ciclo de vida de la planta. En algunas malezas, la mutación que
confiere resistencia acarrea efectos pleiotrópicos que pueden afectar su desempeño en el
campo en ausencia del herbicida. Los primeros estudios comparativos sobre fitness se
realizaron con malezas resistentes y susceptibles a las triazinas. Puesto que la mutación
que confiere resistencia a estos herbicidas reduce la tasa de transferencia de electrones en
el Fotosistema II, los biotipos resistentes a triazinas poseen tasas fotosintéticas reducidas
que los ponen en desventaja competitiva. Aunque la idea de que las mutaciones que
confieren resistencia causan pérdida de adaptabilidad en las malezas se generalizó,
diversos estudios han demostrado que en muchos otros casos los efectos pleiotrópicos
asociados con la resistencia tienen poco significado práctico en el campo y que deben
estudiarse por separado en cada caso (HOLT and THILL, 1994). También es importante
recalcar que en muchos estudios se mide la productividad de plantas que crecen
individualmente (en ausencia de competencia) y se infiere y generaliza sin el sustento
apropiado acerca de su adaptabilidad. Genes o mutaciones diferentes pueden asociarse
con costos de adaptabilidad diferentes y el nivel de dominancia de la resistencia como
atributo no está necesariamente relacionado con el nivel de dominancia de la posible
penalización en fitness (ROUX et al., 2004). En un trabajo reciente, (MENCHARI et al.,
2008) estudiaron los efectos pleiotrópicos asociados con tres alelos mutantes que causan
las sustituciones Ile1781Leu, Ile2041Asn y Asp2078Gly en la ACCasa de A.
myosuroides. Para lograr un fondo genético homogéneo se emplearon poblaciones
segregantes de la maleza. La biomasa, altura y producción de semilla de las plantas con
ACCasa Leu-1781 y Asn-2041 fue similar a la de las plantas silvestres, mientras que las
plantas con ACCasa homozigota para Gly-2078 sufrieron notorias reducciones (42%, 6%
y 36%, respectivamente) en dichas características.
En muchos casos de resistencia a inhibidores de la ALS, la penalización en adaptabilidad
al medio resultante es mínima (TRANEL and WRIGHT, 2002). Por tal razón no es
sorprendente que los alelos de resistencia persistan en las poblaciones que dejan de
exponerse al herbicida. Tal es el caso del Ixophorus unisetus que evolucionó resistencia
a imazapir a finales de los 1980s en Costa Rica (VALVERDE et al., 1993). Estudios en
proceso indican que las poblaciones resistentes conservan dichos alelos después de más
de 15 años de que se dejó de emplear el herbicida (VALVERDE, datos no publicados).
En contraste, una penalización severa en adaptabilidad al medio puede anular la ventaja
conferida por la mutación responsable por la resistencia en la persistencia del alelo
resistente (PARIS et al., 2008). El impacto de la resistencia a herbicidas sobre la
adaptabilidad de las malezas es tratado en detalle por (VILA-AIUB et al., 2009).
Todos los factores que determinan la resistencia discutidos en esta sección interactúan de
manera compleja en el campo dictando la dirección que sigue el proceso evolutivo. Un
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modelo reciente predice que el tiempo requerido para que una población evolucione
resistencia depende del tipo de reproducción y de la dominancia del alelo de resistencia
en presencia del herbicida, así como del costo en adaptabilidad al medio y la dominancia
de este costo (ROUX et al., 2008).
Resistencia sin presión de selección impuesta por el herbicida
En la evaluación del riesgo como requisito previo a la introducción de cultivos resistentes
a herbicidas o con otros atributos novedosos, uno de los temas que ha acaparado la
discusión es la posible diseminación de estos genes novedosos, particularmente los
transgenes (los cultivos resistentes a herbicidas producidos por inducción de mutaciones
están exentos de este análisis de riesgo en la mayoría de los países) a especies
emparentadas compatibles (malezas y silvestres e incluso otras variedades del cultivo).
Diversas publicaciones tratan el tema del flujo de genes (WARWICK et al., 2009;
CHANDLER and DUNWELL, 2008; CHAPMAN and BURKE, 2006; ELLSTRAND,
2003; POPPY and WILKINSON, 2005), el cual está fuera de alcance de este trabajo. De
hecho, el factor principal que ha limitado la liberación de arroz transgénico resistente a
herbicidas (nótese que el arroz resistente a imidazolinonas comercializado bajo el nombre
de arroz Clearfield® se origina de inducción de mutaciones) es el riesgo de que tales
genes se diseminen al arroz maleza que es conespecífico con el arroz cultivado
(GRESSEL and VALVERDE, 2009a). Muchas de estas malezas conespecíficas son
formas no completamente domesticadas o cultivos que se de-domesticaron a sus formas
ferales (GRESSEL, 2005). Los casos de resistencia en malezas emparentadas con
cultivos que se originan del flujo de genes desde cultivos resistentes o estas malezas
como puente para transferir el gene a otras no directamente expuestas al cultivo resistente
no se incluyen en el Recuento. Sin embargo, es pertinente mencionar que hay casos de
relevancia comercial, en particular, el flujo de genes del arroz Cleafield al arroz maleza
(OLOFSDOTTER et al., 2000; MADSEN et al., 2002; VALVERDE and GRESSEL,
2005; GRESSEL and VALVERDE, 2009a; GRESSEL and VALVERDE, 2009b;
SHIVRAIN et al., 2007; BURGOS et al., 2008).
El flujo de genes también puede contribuir a la aparición y diseminación de la resistencia
en malezas en ausencia de la presión de selección impuesta por el herbicida y no puede
descartarse a priori aun en malezas que crecen en cultivos tratados con herbicidas
(ASHIGH et al., 2008). Por ejemplo, se determinó que los genes de resistencia de L.
rigidum se pueden mover hasta 3 km a plantas receptoras de la misma especie (BUSI et
al., 2008). Esto podría contribuir a la aparición de plantas con resistencia múltiple o con
resistencia a herbicidas nunca antes usados en ese lote o predio en particular. Otro caso
muy interesante es el de A. tuberculatus. Esta especie que hasta hace pocos años pasaba
desapercibida se ha convertido en un serio problema en áreas productoras de soya en
EE.UU. Hay poblaciones de A. tuberculatus con resistencia múltiple por acúmulo de
varios mecanismos de sitio activo, incluida la ya mencionada resistencia a herbicidas
Protox (PATZOLDT et al., 2005). Se ha propuesto que A. tuberculatus puede obtener
genes de resistencia de otras especies de Amaranthus con las cuales establece un
intercambio de genes unidireccional. Así, A. hybridus puede fácilmente transferirle
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alelos a A. tuberculatus pero el intercambio recíproco es prácticamente nulo aun cuando
las dos especies coexistan en el mismo campo (TRUCCO et al., 2009).
L. multiflorum y la especie emparentada, Festuca rubra pueden hibridar en forma natural.
F. rubra es naturalmente tolerante a graminicidas pues su ACCasa es insensible a estos
herbicidas (PRICE et al., 2003; HERBERT et al., 1996) en contraste con F. arundinacea
que es susceptible a setoxidim y haloxifop (STOLTENBERG et al., 1989). La ACCasa
de F. rubra tiene un codón Leu1781 que se conoce la torna insensible a graminicidas en
algunas malezas que han evolucionado resistencia de sitio activo en lugar de Ile1781
presente en la ACCasa susceptible (DELYE and MICHEL, 2005). En un estudio
realizado en Argentina, se sembró L. multiflorum, proveniente de un pastizal nunca
tratado con herbicidas, en monocultivo y en mezcla con F. rubra y sometidas a dosis
crecientes de diclofop en cada ciclo cuando tenían 2-3 hojas Dos años después, se
encontró una alta incidencia de Lolium resistente a diclofop proveniente de parcelas con
las dos especies en mezcla y asperjadas con dosis bajas del herbicida, las cuales fueron
suficientes para seleccionar las plantas resistentes que posiblemente se originaron por
hibridación (MARTINEZ-GHERSA et al., 1997). El experimento se continuó hasta
completar cinco años y los materiales expuestos a las distintas condiciones de selección
se sembraron en forma individual en pequeñas parcelas durante tres años más. Al
finalizar este período, se recolectó semilla y las plántulas obtenidas a partir de ellas se
trataron con diclofop para determinar su resistencia al herbicida. Las selecciones
presentaron variación en sus niveles de resistencia; sin embargo, éstos no se relacionaron
directamente con el nivel de exposición histórica al herbicida ni a la presencia o ausencia
de F. rubra en las parcelas de L. rigidum por lo que los resultados no fueron concluyentes
(GUNDEL et al., 2008).
Registro histórico de la resistencia a herbicidas
Heap (HEAP, 1997; HEAP, 1994) presentó relatos detallados de cómo se inició el
registro histórico de los casos de resistencia a herbicidas en el mundo. Después de que se
documentó el primer caso de resistencia a herbicidas (RYAN, 1970) iniciaron
investigaciones para determinar por qué Senecio vulgaris era capaz de sobrevivir después
de recibir dosis elevadas de simazina. Estudios pioneros de Radosevich determinaron
que una alteración en el sitio de acción era el mecanismo de la resistencia a triazinas en S.
vulgaris y otras especies resistentes que aparecieron poco después (RADOSEVICH and
DEVILLIERS, 1976; RADOSEVICH, 1977).
En la década de los 1970s se
documentaron muchos otros casos de malezas resistentes a triazinas las cuales en 1980
sumaban 26 especies de hoja ancha y 6 gramíneas. A mediados de los 1970s el Dr.
Homer LeBaron de Ciba-Geigy, con quien Radosevich había tenido contactos desde el
inicio de sus investigaciones, se involucró de lleno en el tema de la resistencia
organizando actividades científicas, recopilando información y promoviendo la
investigación. En 1982 publicó junto con el Dr. Jonathan Gressel el libro Herbicide
resistance in plants (LEBARON and GRESSEL, 1982) que puso en perspectiva el
conocimiento acumulado a la fecha y contribuyó al avance de la investigación en esta
importante área de la malherbología. Durante dos décadas, el Dr. LeBaron recopiló
información acerca de casos reconocidos de resistencia. En 1990 informó que el número
9
de especies resistentes a triazinas había aumentado a 40 dicotiledóneas y 15 gramíneas.
Además, sus registros ya daban cuenta de casos de resistencia a otros herbicidas incluidos
11 especies resistentes a paraquat, cinco a clortolurón, cuatro a diclofop-metilo, y un
incipiente problema de resistencia a inhibidores de ALS con seis casos reconocidos, para
un total de 99 especies resistentes (HOLT and LEBARON, 1990).
Registro Internacional de Malezas Resistentes a Herbicidas. En 1995 y 1996 se
enviaron 430 cuestionarios a investigadores y extensionistas de 53 países para determinar
cuáles especies habían evolucionado resistencia a herbicidas. La información requerida
incluía especie y herbicida involucrado, fecha y lugares en que se identificó, método de
confirmación de resistencia, cultivo o condición en la que se presentó la resistencia,
número de localidades, área infestada e importancia económica (HEAP, 1997). Con base
en las respuestas obtenidas más la información recopilada previamente por LeBaron, el
co-autor de este trabajo elaboró una base de datos que dio inicio al Registro Internacional
de Malezas Resistentes a Herbicidas (International Survey of Herbicide-Resistant
Weeds), disponible en forma electrónica en www.weedscience.org. La información
presentada aquí en relación con la situación actual de la resistencia a herbicidas en el
mundo, se origina de esta fuente.
Criterios para inclusión en el Registro. Para que un caso de resistencia sea incluido en
el Registro, debe de cumplir con varios criterios descritos en detalle y disponibles en su
portal (HEAP, 2005):
•
•
•
•
•
Cumplir con la definición de resistencia a herbicidas de la WSSA descrita
previamente.
Confirmación de la resistencia empleando protocolos científicos reconocidos.
Para la confirmación inicial de resistencia se prefiere los bioanálisis comparativos
(posible resistente versus susceptible conocido) empleando plantas enteras. Las
verificaciones posteriores rutinarias pueden hacerse con métodos más rápidos y
apropiados para el manejo de un número elevado de muestras. Cada caso se
valora cuidadosamente, especialmente aquellos en los que se informan niveles
bajos de resistencia siendo importante proveer información que verifique que los
biotipos que exhiben este tipo de respuesta ofrecen problemas de control en el
campo.
La resistencia debe ser hereditaria.
Demostración de impacto práctico en el campo. Si no hay problemas de control
con las dosis recomendadas en el campo, el caso no se incluye en el Registro.
La planta debe de ser una maleza reconocida e identificada a nivel de especie. En
el Registro no se incluyen plantas resistentes seleccionadas deliberadamente como
las plantas espontáneas de los cultivos resistentes a herbicidas. Por el momento,
tampoco se incluyen malezas emparentadas con estos cultivos que se han vuelto
resistentes por flujo de genes.
10
Situación actual de la resistencia a herbicidas en el mundo
A septiembre de 2009, el Registro lo componen 332 biotipos resistentes a herbicidas en
60 países (Cuadro 1). Es importante aclarar que un biotipo resistente se registra la
primera vez que una especie de maleza evoluciona resistencia a uno o más herbicidas
pertenecientes a un grupo específico. Por ejemplo, C. bonariensis resistente a bipiridilos
en tres países se registra como un único biotipo resistente; la misma especie resistente a
glifosato (grupo denominado como glicinas) en seis países se registra como otro biotipo
resistente. Hay 189 especies (113 dicotiledóneas y 76 monocotiledóneas) que han
evolucionado resistencia a herbicidas en unos 300.000 predios.
Cuadro 1. Biotipos de malezas resistentes a herbicidas de acuerdo con el grupo a que
pertenece el producto químico.
Grupo de herbicida
Inhibidores de ALS
Inhibidores de
Fotosistema II
Inhibidores ACCasa
Auxinas sintéticas
Bipiridilos
Úreas y amidas
Glicinas
Dinitroanilinas y otras
Tiocarbamatos y otros
Triazoles, úreas,
isoxazolidionas
Inhibidores de Protox
Cloroacetamidas y otros
Inhibidores de biosíntesis
de carotenoides
Ácidos
arilaminopropiónicos
Nitrilos y otros
Inhibidores mitóticos
Inhibidores de síntesis de
celulosa
Desconocidos
Organoarsenicales
Total
Código
de
HRAC1
Ejemplo
B
Biotipos resistentes
Dicot.
Monocot.
Total
No. de
países
Clorsulfurón
65
37
102
34
C1
Atrazina
47
21
68
26
A
O
D
C2
G
K1
N
Diclofop-metilo
2,4-D
Paraquat
Clorotolurón
Glifosato
Trifluralina
Trialato
0
21
16
8
9
2
0
36
7
8
13
7
8
8
36
28
24
21
16
10
8
30
15
13
27
14
6
6
F3
Amitrol
1
3
4
2
E
K3
Oxifluorfén
Butaclor
3
0
0
3
3
3
2
5
F1
Flurtamone
1
1
2
2
Z
Flamprop-metilo
0
2
2
3
C3
K2
Bromoxinil
Profam
1
0
0
1
1
1
1
1
L
Diclobenilo
0
1
1
1
Z
Z
(cloro) - flurenol
MSMA
0
1
1
0
1
1
2
1
175
157
332
1
Clasificación de los herbicidas según el Herbicide Resistance Action Committee. Disponible de HRAC:
www.hracglobal.com/Publications/ClassificationofHerbicideModeofAction/tabid/222/Default.aspx.
2
Un mismo país puede ser contado en más de un grupo de herbicidas por lo que esta columna supera los
60 países indicados en el texto en los que ha evolucionado la resistencia a herbicidas.
11
Nueve países (Alemania, Australia, Brasil, Canadá, España, Estados Unidos, Francia,
Israel, y el Reino Unido) contribuyen el 60% de los casos de resistencia registrados. Sólo
los Estados Unidos, Australia y Canadá, con la mayor incidencia de casos, contribuyen el
35% de los registros (Cuadro 2). Esta misma proporción existía en 1995, excepto que
Brasil, el país latinoamericano que tiene el mayor número de casos de resistencia, no
figuraba entre los países con más casos (HEAP, 1997).
El incremento cronológico en el número de casos de resistencia a herbicidas en el mundo
se ilustra en la Figura 1. Después del descubrimiento de resistencia a triazinas en S.
vulgaris y hasta finales de la década de los 1970s se reportaba en promedio un caso por
año. Desde entonces el incremento promedio ha sido de 10 casos anuales pero su
composición ha variado puesto que a partir de 1998 la supremacía de la resistencia a las
triazinas fue cedida a los inhibidores de ALS y otros grupos también se hicieron más
notorios (Figura 2).
Cuadro 2. Distribución de casos de resistencia a herbicidas por país.
País
No
País
No
País
No
País
No
Alemania
Arabia Saudita
Argentina
Australia
Austria
Bélgica
Bolivia
Brasil
Bulgaria
Canadá
Chile
China
Colombia
Corea del Sur
Costa Rica
21
1
3
53
2
18
3
21
4
46
7
9
6
10
5
Dinamarca
Ecuador
Egipto
El Salvador
Eslovenia
España
Estados Unidos
Etiopia
Fiji
Filipinas
Francia
Grecia
Guatemala
Holanda
Honduras
3
1
1
1
1
31
126
1
1
3
32
6
1
7
1
Hungría
India
Indonesia
Irán
Irlanda
Israel
Italia
Japón
Kenya
Malasia
México
Nicaragua
Noruega
Nueva Zelanda
Panamá
1
3
1
7
1
23
19
16
1
16
3
1
5
10
1
Paraguay
Polonia
Portugal
Reino Unido
República Checa
Sri Lanka
Sudáfrica
Suecia
Suiza
Tailandia
Taiwán
Túnez
Turquía
Venezuela
Yugoslavia
2
10
2
24
16
2
14
2
14
5
1
1
3
1
6
La predominancia inicial de casos de resistencia a triazinas es producto de su gran
eficacia y amplio uso, principalmente de atrazina en maíz y simazina en cultivos de
plantación. A inicios de la década de los 1980s las malezas resistentes a las triazinas
contribuían el 67% de los casos documentados de resistencia; entre 1985 y el 2000 este
grupo representó sólo el 11% de los nuevos casos ingresados al Registro, mientras los
inhibidores de la ALS aportaban el 38% de los casos nuevos. Otros grupos que
adquirieron mayor relevancia por su aporte de casos nuevos en este período fueron los
inhibidores de ACCasa (13%), fenilúreas/amidas (10%), bipiridilos (8%), y auxínicos
(8%).
12
Número de biotipos resistentess
Grupos de herbicidas más importantes. En la actualidad, los grupos más importantes de
herbicidas que se ven afectados por el problema de la resistencia, por número de casos,
son los inhibidores de ALS, inhibidores de Fotosistema II, inhibidores ACCasa, auxinas
sintéticas, bipiridilos, úreas y amidas, y el glifosato.
350
300
250
200
150
100
50
0
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Año
Figura 1. Incremento cronológico en el número de casos de resistencia a
herbicidas en el mundo.
Inhibidores de ALS. Las sulfonilúreas, primera familia de herbicidas inhibidores de la
ALS, fueron descubiertas por DuPont en 1975 y se empezaron a comercializar en trigo y
cebada en 1982. Su gran eficacia a dosis extremadamente bajas, gran selectividad a
diversos cultivos y baja toxicidad para mamíferos las convirtió en uno de los grupos más
importantes de herbicidas en el mercado. Muchas compañías desarrollaron herbicidas
pertenecientes a esta familia; más de 20 de ellas lograron patentar herbicidas de este
grupo químico. Su importancia comercial se mantiene. Desde 1995 se han
comercializado más de una docena de nuevas sulfonilúreas y otras están en proceso de
desarrollo (ORT, 2007). En la misma década, American Cyanamid trabajaba en el
desarrollo de las imidazolinonas, un grupo de herbicidas también muy potentes y de
amplio espectro, partiendo de una molécula sintetizada en los años 1950s por un químico
de su División Médica que trabajaba en productos anticonvulsivos. A través de la
exploración y optimización se desarrollaron estos herbicidas que, teniendo una estructura
química diferente a las sulfonilúreas, también inhiben la ALS (SHANER et al., 2007).
Ingresan en el mercado en 1986. Más recientemente (a mediados de los 1990s) se unen
las triazolopirimidinas y pirimidinil(oxi/tio)benzoatos a los herbicidas que tienen este
mecanismo de acción.
La alta presión de selección impuesta por estos herbicidas tan eficaces y la propensión de
su sitio de acción a mutar, hicieron que rápidamente aparecieran malezas resistentes. El
13
crecimiento exponencial del número de casos de resistencia es muy notorio (Figura 2),
superando el centenar y abarcando 34 países, entre los que se destacan los EE.UU. con
126 casos, Australia con 53 y Canadá con 46. La resistencia a inhibidores de ALS ha
ocurrido en cereales, rotaciones de maíz/soya, arroz, bordes de carretera y plantaciones
forestales. En América Latina es uno de los principales grupos a los que las malezas han
evolucionado resistencia, con 16 especies confirmadas.
Número de especies resistentes
120
100
80
60
Inhibidores de ACCasa
Inhibidores de ALS
Triazinas
Ureas, Amidas
Bipiridilos
Glicinas
Dinitroanilinas
Auxinas sintéticas
102
68
40
36
28
24
21
16
10
20
0
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Año
Figura 2. Incremento cronológico en el número de malezas resistentes a
herbicidas pertenecientes a distintos grupos.
Inhibidores del Fotosistema II. La principal familia de herbicidas pertenecientes al grupo
C1 de herbicidas inhibidores del Fotosistema II (inhibidores del transporte fotosintético
de electrones) es la de las triazinas. La mayoría de las malezas resistentes a este grupo de
herbicidas (48 especies) son malezas dicotiledóneas que evolucionaron resistencia
principalmente en el cultivo de maíz en EE.UU. y Europa y en huertos en Europa. Entre
las malezas más importantes se encuentran nueve especies de Amaranthus, seis de
Polygonun y cinco de Chenopodium. Senecio vulgaris, la primera maleza resistente a
triazinas, se registra en 10 países, incluidos cuatro estados de los EE.UU. La especie
resistente que se presenta en más países (18) es C. album seguida de A. retroflexus
presente en doce países.
Inhibidores ACCasa. Los herbicidas que poseen este mecanismo de acción pertenecen a
las familias químicas denominadas ariloxifenoxipropanoatos (“fops”), ciclohexanodionas
(“dims”) y fenilpirazolinas (“dens”, representada por el pinoxaden). Los dos primeros
14
grupos ingresaron al mercado a finales de los 1970s. Estos herbicidas se emplean en el
control de malezas gramíneas en cultivos de dicotiledóneas y cereales. En algunos casos,
cuando se destinan a cereales, se les agrega antídotos o safeners en la formulación para
mejorar su selectividad al cultivo. Tal es el caso del pinoxaden, introducido al mercado
en 2006, que incluye al cloquintocet-mexilo para mejorar su selectividad en trigo y
cebada (HOFER et al., 2006; MUEHLEBACH et al., 2009).
Treinta y seis gramíneas han evolucionado resistencia a inhibidores de la ACCasa
(Cuadro 1); los primeros casos se asociaron con el uso del diclofop-metilo en trigo. La
resistencia a estos herbicidas tiene gran importancia económica en virtud de su
distribución a través de grandes áreas y por las limitaciones de controlar económicamente
las gramíneas resistentes con herbicidas alternativos. Lolium spp. han evolucionado
resistencia a diclofop-metilo u otros inhibidores de ACCasa en 15 países: Alemania,
Arabia Saudita, Australia, Canadá, Chile, EE.UU., España, Francia, Grecia, Irán, Israel,
Italia, Reino Unido, Sudáfrica, y Túnez. En varios de estos países, notablemente en
Australia, hay biotipos de Lolium spp. con resistencia múltiple. En Australia el primer
caso de resistencia que se confirmó fue el de L. rigidum resistente a diclofop (HEAP and
KNIGHT, 1982). Actualmente, la resistencia de L. rigidum a estos herbicidas es
generalizada. Una evaluación reciente basada en más de 3000 muestras representativas
de la zona triguera del sur de Australia que cubre 40 millones de ha determinó que el
77% era resistente a fops y el 22% a dims. Hubo poca correlación de resistencia cruzada
entre ambos grupos a pesar de que comparten el mismo mecanismo de acción. Sin
embargo, el 95% de los biotipos resistentes a dims también lo fueron a fops. En el grupo
de los dims el 78% de los biotipos probados con tralkoxidim (160 análisis) fueron
resistentes, mientras que sólo el 50% (de 117 pruebas) y 17% (de 2670 pruebas) de los
biotipos probados con setoxidim y cletodim resultaron resistentes (BROSTER and
PRATLEY, 2006). De manera similar, Avena spp. (principalmente A. fatua) ha
evolucionado resistencia a inhibidores de ACCasa en trece países (Australia, Bélgica,
Canadá, Chile, EE.UU., Francia, Irán, Israel, Italia, México, Reino Unido, Sudáfrica y
Turquía), diez de ellos en común con Lolium spp. Varios biotipos, principalmente los
canadienses, exhiben resistencia múltiple. Un censo de malezas resistentes en 786
campos en las Praderas Canadienses, cuya superficie cultivada es de 39 millones de ha,
realizado entre 2001 y 2003 determinó que 565 (72%) tenían A. fatua resistente a
herbicidas. De ellos, el 15% (83 campos) estaban contaminados con A. fatua resistente a
herbicidas inhibidores de ACCasa, predominantemente resistentes a herbicidas de las dos
familias principales (fops y dims). En 16 campos se encontró poblaciones de esta maleza
resistentes tanto a inhibidores de ACCasa como de ALS (BECKIE et al., 2008).
En Latinoamérica, se ha confirmado 16 malezas gramíneas resistentes a inhibidores de
ACCasa, la mayoría en cultivos de cereales (Valverde, 2007). En Chile, se estima que un
25% de las 400.000 ha sembradas de trigo tienen malezas resistentes a inhibidores de
ACCasa, incluyendo L. rigidum y L. multiflorum (75.000 ha), A. fatua (40.000 ha) y
Cynosurus echinatus (25.000 ha), seleccionadas principalmente por el empleo recurrente
de diclofop. Es interesante que muchos de estos biotipos resistentes pueden ser
controlados con herbicidas del grupo de los dims como cletodim y tepraloxidim (N.
Espinoza, comunicación personal). Otros casos importantes en la región son los de
15
Phalaris paradoxa, P. minor y A. fatua en cereales en México. Completa la lista
Brachiaria plantaginea, Digitaria ciliaris y Eleusine indica en Brasil, Eriochloa
punctata, tres sorgos maleza o maicillos (Sorghum verticilliflorum, S. saccharatum y S.
sudanense) y Rottboellia cochinchinensis en Bolivia, y malezas asociadas al arroz:
Echinochloa colona en América Central, Colombia y Venezuela, e Ischaemum rugosum
en Colombia (VALVERDE, 2007).
Auxinas sintéticas. Los herbicidas auxínicos, introducidos a finales de la década de los
1940s, fueron los primeros herbicidas orgánicos selectivos y como tales revolucionaron el
control de malezas, principalmente el de especies de hoja ancha en cereales. Pocas
malezas han evolucionado resistencia a estos herbicidas si se toma en consideración que
continúan siendo usados ampliamente después de más de 60 años.
En el Registro se incluyen dos casos de resistencia a 2,4-D reportados antes de que se
diera a conocer la resistencia a las triazinas. En Canadá (sur de Ontario), se informó
acerca de poblaciones de Daucus carota resistentes a 2,4-D en bordes de carretera en
1957, las cuales al ser tratadas experimentalmente con 2,4-D a dosis elevadas fueron
poco afectadas. El 2,4,5-T solo o en mezcla con 2,4-D provocó la muerte de las plantas.
Estudios de invernadero corroboraron los resultados: todas las plantas del biotipo
resistente tratadas con 2,4-D sobrevivieron mientras que la mortalidad de plantas testigo
alcanzó el 85% (SWITZER, 1957). En un estudio subsiguiente, tanto las plantas
susceptibles como las resistentes desarrollaron síntomas de toxicidad severos después de
ser tratadas con herbicidas auxínicos, pero el biotipo resistente logró recuperarse
posteriormente (WHITEHEAD and SWITZER, 1963). En 1957 también se informó
acerca de poblaciones de Commelina diffusa en plantaciones de caña de azúcar en Hawaii
resistentes a herbicidas auxínicos. Una de estas poblaciones tenía un nivel de resistencia
de cinco veces en comparación con la población susceptible (HILTON, 1957).
Además de estos dos casos de importancia histórica, el Recuento incluye otras 26
especies con biotipos resistentes a herbicidas auxínicos. La mayoría de ellas tiene un
solo biotipo reportado en un único país. Ningún caso es considerado como crítico desde
el punto de vista económico puesto que su distribución es limitada y porque hay
herbicidas alternativos que permiten su control.
Un nuevo tipo de herbicida con efecto auxínico y representante de la famila de los ácidos
quinolinecarboxílicos se introdujo en 1989 con el nombre de quinclorac. Este producto
tiene la particularidad de controlar gramíneas selectivamente en el cultivo del arroz,
aunque también es eficaz en un número limitado de especies de hoja ancha
(GROSSMANN, 1998). Tres especies de Echinochloa (E. colona, E. crus-galli y E.
crus-pavonis) asociadas al cultivo del arroz, Digitaria ischaemum en céspedes
(ABDALLAH et al., 2006) y la rubiácea Galium spurium han evolucionado resistencia a
este herbicida.
Bipiridilos. A pesar de que los bipiridilos (paraquat y diquat) no son persistentes, el uso
persistente de ellos ha provocado la selección de biotipos de malezas resistentes. En
1980 se reportó resistencia a paraquat en tres especies de Conyza (C. canadensis, C.
16
philadelphicus y C. sumatrensis) y en la también asterácea, Youngia japonica en huertos
en Japón. A la fecha, un total de 24 malezas son resistentes a estos herbicidas, en su
mayoría seleccionadas por el paraquat. Biotipos de dos especies resistentes Arctotheca
calendula y Monochoria korsakowii fueron seleccionados por diquat, mientras que siete
especies fueron seleccionadas por ambos. En Latinoamérica no se informa ninguna
especie resistente a estos herbicidas.
Úreas y amidas. Los herbicidas pertenecientes a estas dos familias, al igual que las
triazinas, también son inhibidores del transporte de electrones en el Fotosistema II.
Dieciocho especies han evolucionado resistencia a las fenilúreas y tres especies de
Echinochloa al propanil (amida). La mayoría de los casos de resistencia a fenilúreas se
han presentado en Europa, seleccionados principalmente por el clorotolurón e
isoproturón. Los documentados en América mayoritariamente han tenido al linurón y
diurón como selectores. Entre los casos más importantes sobresalen los de Alopecurus
myosuroides en varios países europeos y el de Phalaris minor en India.
A. myosuroides evolucionó resistencia a clorotolurón en España, Holanda y el Reino
Unido y a isoproturón en Bélgica y Suiza. Además, hay poblaciones con resistencia
múltiple (principalmente fenilúreas más inhibidores de ACCasa) en varios de estos
países. Esta especie es considerada como la maleza resistente más importante en Europa;
Inglaterra, Francia y Alemania son los países más afectados. El mecanismo principal de
resistencia es la metabolización acelerada del herbicida, lo que le confiere a las plantas
que lo poseen la capacidad de evitar el daño de un amplio grupo de herbicidas; la
resistencia de sitio activo a herbicidas inhibidores de ACCasa también se presenta
ampliamente (MOSS et al., 2007). Esta situación se torna más seria en virtud de que ya
se ha encontrado una población de esta especie en Inglaterra que también posee
resistencia de sitio activo (mutación Pro197Thr) a inhibidores de ALS, puesto que la
mezcla formulada de mesosulfurón más iodosulfurón , en combinación con el antídoto
mefenpir-dietil, se emplea ampliamente como tratamiento alternativo desde 2003 (MOSS
et al., 2007; MARSHALL and MOSS, 2008).
P. minor, la principal maleza del trigo en India, tradicionalmente se ha controlado con
isoproturón. A partir de 1990, sin embargo, los agricultores empezaron a quejarse de la
falta de control con este herbicida. Estudios con biotipos selectos confirmaron la
resistencia a isoproturón evolucionada principalmente en los sistemas de rotación arroztrigo del noroeste de la India en los que por 10-15 años se había usado el herbicida a
dosis inferiores a las recomendadas, aplicado tardíamente al voleo en mezcla con arena y
úrea como fertilizante (MALIK and SINGH, 1995; SINGH et al., 1998a). Para finales de
la década de los 1990s, unas 800.000 ha de trigo estaban infestadas con P. minor
resistente a isoproturón en los estados de Haryana y Punjab (SINGH et al., 1999). Las
infestaciones han sido tan severas que los productores se han visto forzados a cosechar
sus campos antes de que el trigo alcance su madurez y utilizarlos para alimentación
animal (CHHOKAR and SHARMA, 2008). La resistencia a isoproturón en P. minor en
India no es de sitio activo sino metabólica. Los inhibidores de monooxigenasas
citocromo P450, 1-aminobenzotriazol (ABT) y butóxido de piperonilo (PBO) aumentan
la fitotoxicidad del isoproturón en biotipos resistentes al disminuir su degradación
17
metabólica acelerada, que es el mecanismo que confiere resistencia al herbicida (SINGH,
1998a; SINGH et al., 1998b). A finales de los 1990s, los productores comenzaron a
depender del inhibidor de ALS sulfosulfurón y de los inhibidores de ACCasa,
principalmente clodinafop, así como de fenoxaprop, y tralkoxidim, para el control de P.
minor resistente a isoproturón. La presión de selección ejercida por estos dos grupos de
herbicidas en la mayoría de los campos por 6 a 8 ciclos de cultivo resultó en la selección
de biotipos de la maleza con resistencia múltiple. Se han encontrado biotipos con niveles
bajos de resistencia a sulfosulfurón y muy altos a clodinafop y fenoxaprop. Biotipos
altamente resistentes a clodinafop también son altamentente resistentes a fenoxaprop pero
solo tienen resistencia marginal al pinoxaden (CHHOKAR and SHARMA, 2008). La
resistencia múltiple en P. minor limita sustancialmente las opciones de manejo químico
de esta especie en trigo. Las poblaciones que son resistentes a las cuatro familias
químicas (fenilúreas, sulfonilúreas, fops y dens todavía mantienen su susceptibilidad a
triazinas y dinitroanilinas de uso en el cultivo.
El propanil es el herbicida selectivo que por más tiempo ha permanecido asociado al
cultivo del arroz en todo el mundo. E. colona evolucionó resistencia a propanil en las
Américas y E. crus-galli en tres continentes (VALVERDE et al., 2000; VALVERDE and
ITOH, 2001). Echinochloa es la maleza más problemática por ser muy competitiva con
el arroz y por lo difícil y oneroso que resulta su control, especialmente en los casos en
que ha evolucionado resistencia múltiple a herbicidas (GRESSEL and VALVERDE,
2009b).
Glifosato. La resistencia a glifosato se documentó por primera vez en 1996 en L. rigidum
en Australia en una población expuesta al herbicida por 15 años (Pratley et al., 1999;
Pratley et al., 1996), irónicamente al mismo momento en que se sugería que la naturaleza
difícilmente sería capaz de lograr lo que con tanta dificultad había realizado el hombre
con el desarrollo de los cultivos resistentes a glifosato (BRADSHAW et al., 1997).
Pronto se descubrió E. indica resistente a glifosato en Malasia (LEE and NGIM, 2000) y
en adelante otras gramíneas y malezas de hoja ancha para alcanzar las 16 especies (7
poáceas y 9 dicotiledóneas) incluidas en el Recuento hasta la fecha (Cuadro 3). L.
multiflorum resistente se ha reportado en Argentina, Brazil, Chile, EE.UU. y España.
Otra gramínea resistente que debe destacarse es S. halepense en Argentina, la cual infesta
muchas localidades en el área productora de soya en Argentina. Detalles acerca de cómo
evolucionó la resistencia y su diagnóstico inicial pueden obtenerse de (VALVERDE and
GRESSEL, 2006). En 2006, cuando el S. halepense resistente a glifosato se había
confirmado sólo en las provincias de Salta y Tucumán en el Norte de Argentina, su área
de dispersión se estimó en 91.700 ha, con un área de infestación propiamente dicha de
17.000 ha. En la actualidad los biotipos resistentes se encuentran en ocho provincias
(Buenos Aires, Chaco, Córdoba, Corrientes, Salta, Santa Fe, Santiago del Estero,
Tucumán) productoras de soya transgénica “Roundup Ready.” La situación actual de la
resistencia a glifosato en el mundo ha sido revisada recientemente (POWLES and
PRESTON 2006; POWLES, 2008); en el caso de América Latina de discute en detalle en
(VALVERDE, 2010). Otros casos importantes son los de Amaranthus spp. en EE.UU. y
de Conyza spp. principalmente en América. En el Cuadro 3 se citan tres casos más de
18
resistencia que aun no se incluyen en el Recuento: E. indica en Bolivia y Costa Rica y
Paspalum paniculatum en Costa Rica.
19
Cuadro 3. Malezas que han evolucionado resistencia a glifosato
Especie
País
Año1
Cultivo o condición
Poáceas
Especie
País
Año
Cultivo o condición
Dicotiledóneas
Digitaria insularis
Paraguay
Brasil
2006
2008
soya
soya
Amaranthus palmeri
EE.UU.
2005
Algodón, soya,
maíz, huertos
Echinochloa colona
Australia
2007
Barbechos químicos
A. tuberculatus (=A. rudis)
EE.UU.
2005
Maíz, soya
Eleusine indica
Malasia
Colombia
Bolivia2
Costa Rica2
1997
2006
2007
2007
Palma de aceite)
Café
Soya
Pejibaye para palmito
Ambrosia artemisiifolia
EE.UU.
2004
Soya
A. trifida
EE.UU.
2004
Soya, algodón
Conyza bonariensis
Chile
2001
Sudáfrica
España
Brasil
2003
2004
2005
Brazil
EE.UU.
España
Argentina
2003
2004
2006
2007
Viñedos, barbecho
químico (trigo)
Huertos, soya
Huertos, soya, algodón
Huertos
Barbecho químico
Colombia
EE.UU.
2006
2007
Huertos y viñedos
Huertos
Maíz, frutales, soya,
trigo, huertos
Café
Bordes de carretera,
viñedos
Australia
1996
EE.UU.
2000
EE.UU.
Sudáfrica
Francia
1998
2001
2005
Brasil
2005
España
Italia
2006
2007
Sorgo, trigo, huertos,
viñedos, vías férreas
Huerto almendras
Viñedos
Espárragos, huertos,
viñedos
Huertos
Huertos, viñedos
China
España
Rep. Checa
2006
2006
2007
Soya, algodón, maíz,
arroz, borde de
carretera, viveros
Frutales, huertos,
soya
Huertos
Huertos
Vías férreas
Paspalum paniculatum
Costa Rica2
2007
Pejibaye para palmito
Euphorbia heterophylla
Brasil
2006
Soya
Sorghum halepense
Argentina
EE.UU.
2005
2007
Soya
Soya
Parthenium hysterophorus
Colombia
2004
Frutales
Australia
2008
Sorgo, trigo
Plantago lanceolata
Sudáfrica
2003
Huertos y viñedos
Lolium multiflorum
L. rigidum
Urochloa panicoides
1
2
C. canadensis
Año de confirmación del primer caso en el país.
Com. pers. de P. Franco (E. indica, Bolivia) y datos no publicados (E. indica, Bolivia y Costa Rica y P. paniculatum, Costa Rica).
20
En la gran mayoría de casos de resistencia a glifosato, los niveles de resistencia
observados son relativamente bajos, con índices de resistencia usualmente menores de
cinco. En algunos biotipos resistentes, la resistencia a este herbicida se debe a la
contribución de varios mecanismos. Por ejemplo, la resistencia a glifosato en un biotipo
de L. rigidum de Sudáfrica la confiere una mutación (Pro106Ala) en la EPSPS y el
transporte limitado del herbicida dentro de la planta. Para agravar el problema, este
biotipo es también resistente a paraquat y a inhibidores de ACCasa (YU et al., 2007).
Cultivos que contribuyen más a la resistencia a herbicidas. Los casos de resistencia
más importantes se presentan en los cultivos de trigo, maíz, arroz y soya (Cuadro 4). El
trigo y el maíz contribuyen 96 y 76 biotipos resistentes, respectivamente, en ambos
pertenecientes a 53 especies. En el arroz, el 60% de los biotipos resistentes son plantas
acuáticas. Los factores más relevantes en relación con la resistencia de malezas en estos
cultivos en particular son tratados en detalle en sendos capítulos del libro Herbicide
Resistance and World Grains editado por (POWLES and SHANER, 2001).
Cuadro 4. Casos de resistencia a herbicidas en los
cultivos más importantes1.
Cultivo
1
No. de biotipos
No. de especies
Trigo
Maíz
Soya
Arroz
Huertos
Pasturas
Hortalizas
96
76
60
51
50
33
30
53
53
41
35
35
24
21
No agrícola
45
32
Compilado de (HEAP, 2009).
La resistencia a herbicidas también se presenta en áreas no agrícolas, las cuales aportan
45 biotipos resistentes pertenecientes a 32 especies.
Malezas resistentes más perniciosas
Como se ha mencionado, algunas malezas tienen una mayor propensión a evolucionar
resistencia que otras. En el Cuadro 5 se listan las 10 peores malezas resistentes del
mundo. La lista se deriva de analizar y sopesar varios factores, incluidos el número de
países afectados, modos de acción a los que la especie ha evolucionado resistencia, área
que infesta y sistemas de cultivo en que se la encuentra. Las malezas L. rigidum y A.
fatua continúan a la cabeza de la lista comparada con hace ocho años. Estas malezas son
21
particularmente problemáticas en cultivos de cereales puesto que han evolucionado
resistencia generalizada a herbicidas inhibidores de las ACCasa y ALS en una docena de
países. Amaranthus palmeri y Conyza canadensis han crecido en importancia en años
recientes debido a las amplias áreas infestadas con biotipos resistentes a glifosato.
Chenopodium album ha disminuido en importancia aunque existe mucha preocupación de
que poblaciones de esta especie pronto evolucionen también resistencia a glifosato, lo
que puede volver a ubicarla en un sitio preponderante.
Cuadro 5. Relación de las diez peores malezas resistentes a
herbicidas en el mundo.
Posición Especie
Familia
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Poaceae
Poaceae
Poaceae
Amarantaceae
Asteraceae
Amarantaceae
Amarantaceae
Poaceae
Chenopodiaceae
Chenopodiaceae
Lolium rigidum
Avena fatua
Echinochloa crus-galli
Amaranthus palmeri
Conyza canadensis
Amaranthus rudis
Amaranthus retroflexus
Eleusine indica
Chenopodium album
Kochia scoparia
Perspectivas
Está demostrado que las malezas tienen la capacidad de evolucionar resistencia a
herbicidas, sin importar su modo de acción, cuando se someten a suficiente presión de
selección bajo condiciones apropiadas. Sin embargo, también es claro considerando la
prevalencia de algunos modos de acción sobre otros en la evolución de resistencia que
hay algunos que tienen un menor riesgo. Por ejemplo, dos de los grupos más antiguos de
herbicidas, las triazinas y los auxínicos, se han empleado comercialmente en millones de
ha de maíz y cereales por más de medio siglo, muchas veces en ausencia de rotación. Sin
embargo, 68 especies evolucionaron resistencia a triazinas y solo 23 lo ha hecho a las
auxinas sintéticas (excluido el quinclorac). Pocas especies han evolucionado resistencia a
cloroacetamidas y inhibidores de Protox. Sin embargo, una especie que evolucionó
resistencia al segundo grupo, lo hizo por un mecanismo que no se conoce en organismo
alguno resistente a un xenobiótico: pérdida por completo de un codón (PATZOLDT et
al., 2006; GRESSEL and LEVY, 2006). La resistencia a glifosato que se consideraba
improbable ahora ocupa la atención de decenas de científicos y nos enseña formas
novedosas de evitar el daño por un herbicida. Hasta ahora, ninguna maleza ha
evolucionado resistencia al glufosinato de amonio.
22
Los agricultores han sido muy afortunados hasta ahora por contar con herbicidas
alternativos que les permite controlar las malezas resistentes. Sin embargo, las
perspectivas de que en los próximos años se comercialicen herbicidas con modos de
acción totalmente novedosos son ínfimas. De hecho, el último modo de acción
descubierto que permitió la comercialización de herbicidas novedosos se introdujo en
1991 con los inhibidores de la hydroxifenil piruvato dioxigenasa (HPPD) entre los que se
encuentran la sulcotriona y mesotriona (RUEGG et al., 2007). La tendencia de la
agroindustria en años recientes ha sido la de desarrollar productos similares a los ya
existentes (los llamados “me too”) que imponen presión de selección adicional sobre
sitios de acción sujetos a ella por años. El aumento en la regulación de los plaguicidas,
principalmente en Europa, hace disminuir la disponibilidad de herbicidas y con ello
limita las posibilidades de rotación y mezcla de herbicidas con modos de acción
diferentes.
Las áreas dedicadas a la producción de cultivos transgénicos resistentes a glifosato
continúan en aumento (James, 2008) y no se vislumbra la introducción de cultivos
resistentes a herbicidas novedosos. Como se ha discutido, las áreas dedicadas a la
siembra de cultivos transgénicos resistentes a glifosato, en especial aquellas donde la
producción además se realiza en regímenes de labranza de conservación, han brindado las
condiciones adecuadas para que evolucione la resistencia a glifosato. La resistencia a
glifosato, sin embargo, ha estimulado a las compañías de agroquímicos a posicionar
productos con antiguos modos de acción alternativos como opciones para el combate de
la resistencia en mezcla con otros herbicidas y hasta con el mismo glifosato o en nuevas
formulaciones o presentaciones. En un afán por descubrir nuevos productos, las
compañías de agroquímicos hacen ahora un mayor uso de las herramientas que provee la
biotecnología y de sistemas de escrutinio de alta capacidad. De su éxito va a depender la
posibilidad de que se ponga a disposición de los agricultores herbicidas con nuevos
modos de acción; pero es en los agricultores en quienes recae la responsabilidad de hacer
un uso racional de los productos existentes y de los nuevos que logren ingresar al
mercado para no agravar aun más los problemas causados por las malezas resistentes.
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32
A EXPERIÊNCIA DOS CULTIVOS TRANGENICOS RESISTENTES AO
GLIFOSATE E SEU IMPACTO NA AGRICULTURA BRASILEIRA
1
P. J. Christoffoleti
ESALQ – Universidade de São Paulo – Brasil, Av. Pádua Dias, 11 – CEP 13.418-900 –
Piracicaba – SP – Brasil. e-mail: [email protected]
Resumo: O cultivo de culturas resistentes ao glifosate (CRG) no Brasil foi feito em 15,8
milhões de hectares com sementes de soja e algodão transgênico em 2008, com um
crescimento de 5,3% em relação ao ano anterior. É bem provável que com a liberação do
milho resistente a glifosate no país, que ocorreu em 2008, a tendência é que o Brasil
ultrapasse em área cultivada com transgênicos a Argentina, ficando apenas atrás dos Estados
Unidos da América do Norte. Apesar dos constantes debates acalorados, os cultivos
denominados “transgênicos” são uma realidade, e não possuem retorno, dada a gama de
vantagens que podem proporcionar aos produtores, consumidores e meio ambiente, desde que
tomados os cuidados inerentes a toda inovação tecnológica. O sistema de produção agrícola
sustentável no Brasil está baseado em sistemas de plantio direto, com CRG sendo o principal
componente. Dentre os benefícios sociais trazidos pelo uso do glifosate nos sistemas de
produção, inclui-se maior uso de cultivo conservacionista que reduz erosão do solo e carga de
pesticidas, nutrientes, e sedimento no ambiente. No entanto, a dependência no glifosate e
sistemas de produção mais simples têm incrementado o risco de seleção de plantas daninhas
tolerantes ao glifosate (PDTG) através da mudança de flora, e de biótipos de PDRG. Delinear
estratégias com herbicidas ou sem herbicidas, que efetivamente retarda e/ou maneja a seleção
de PDRG e de PDTG em sistemas de produção baseados no uso recorrente de glifosate é um
desafio no Brasil. Os objetivos deste trabalho foram de (i) descrever alguns aspectos que
influenciam a seleção de PDRG e PDTG no Brasil; (ii) discutir a viabilidade da rotação de
culturas e/ou culturas de cobertura como medida integrada de sustentabilidade do sistema e
prevenção e manejo da seleção de resistência; (iii) sumarizar os resultados de uma pesquisa
feita sobre a percepção dos produtores brasileiros de soja sobre os problemas de PDRH e
PDTG, e o nível de adoção de boas práticas agrícolas a fim de prevenir ou manejar estas
plantas.
Palavras clave: Glifosate, resistência a herbicidas, mudança da população, culturas resistentes
a herbicidas.
Resumen: La experiencia de los cultivos trangénicos resistentes a glifosato y su impacto en la
agricultura brasileña. En 2008 la superficie con cultivos resistentes a glifosato (CRG) en Brasil
alcanzó a 15.8 millones de hectáreas de soya y algodón, lo que representa un incremento de
5,3% con respecto al año anterior. Es muy probable que con la liberación del maíz resistente a
glifosato, lo que ocurrió en 2008, la superficie cultivada con trangénicos en Brasil sea superior
a la de Argentina, y sólo levemente inferior a la de EE.UU. A pesar de los constantes debates
en torno a los cultivos denominados “trangénicos”, esto es una realidad sin retorno, debido a
las numerosas ventajas que pueden proporcionar a los productores, consumidores y al medio
ambiente, aunque deberían considerarse los cuidados inherentes a cualquier nueva tecnología.
El sistema de producción agrícola sustentable en Brasil se basa en la siembra directa, siendo el
CRG el principal componente. Dentro de los beneficios sociales del uso de glifosato en este
sistema se incluye el mayor uso de la labranza conservacionista, mediante la cual se reduce la
erosión del suelo, cantidad de pesticidas, y se evita la pérdida de nutrientes y sedimentos del
medio ambiente. Por otra parte, la dependencia del glifosato y de sistemas de producción más
simple ha incrementado el riesgo de selección de malezas tolerantes a glifosato (PDTG) y de
biotipos resistente a glifosato (PDRG). El desarrollo de estrategias con o sin uso de herbicidas,
para retardar y/o manejar eficazmente la selección de PDRG y PDTG en sistemas de
producción basados en el uso frecuente de glifosato, es un desafio en Brasil. Los objetivos de
este trabajo fueron: (i) describir algunos aspectos que influencian la selección de PDRG y
PDTG en Brasil; (ii) discutir la viabilidad de rotar de cultivos y/o cultivos de cobertura como
medida integrada de sustentabilidad del sistema, y de prevención y manejo de la resistencia;
(iii) resumir los resultados de una investigación hecha sobre la percepción de los productores
brasileros de soya en relación a los problemas de malezas resistentes a herbicidas (PDRH) y
PDTG, y el nivel de adopción de nuevas prácticas para prevenir o manejar estas plantas.
Palabras clave: glifosato, resistencia a herbicidas, cambio en la población y cultivos resistentes
a herbicidas.
Summary: The experience of cultivation of resistant crop to glyphosate and its impact on the
Brazilian Agriculture. The cultivation of resistant crop to glyphosate in Brazil was 15.8
million of hectares in 2008, with an increase of 5.3% compared to the previous year. It is very
likely that with the release of the permission to cultivate corn resistant to glifosate in 2008, the
tendency is that Brazil will grow more RCG than Argentina. Despite the constant debates, the
“transgenic” are a reality with no return, due to the several advantages that the it can bring to
producers, consumers and environment, but some care must be taken related to all new
innovative technology. The major sustainable agricultural system in Brazil is based on a notillage cropping system with glyphosate-resistant crops (GRCs) predicted as a major
component. Societal benefits of glyphosate in the system include greater use of conservation
tillage which reduces soil erosion and associated loading of pesticides, nutrients, and
sediments into the environment. However, over-reliance on glyphosate and simpler cropping
systems has increase the risk to select tolerant weed species through weed shift (WS) and
herbicide-resistant weed (HRW) biotypes to glyphosate. Designing herbicide and nonherbicide strategies that effectively delay and/or manage HRWs to glyphosate selection and
WS to tolerant weeds to glyphosate in cropping systems based on recurrent glyphosate
application is a challenge in South America. The objectives of this paper are (i) to overview
some aspects that influence of WSs and HRW to glyphosate in South America, especially in
Brazil, Argentina and Paraguay soybean cropped areas; (ii) to discuss the viability of using
crop rotation and/or cover crop that might be integrated with forage crop in a sustainable
economically and environmentally system. (iii) to summarize the results of a survey about the
perceptions of the Brazilian farmers to problems with WSs and HRWs to glyphosate, and the
level of adoptions of good agricultural practices in order to prevent or manage it.
Key words: Glyphosate; herbicide resistance; herbicide tolerance; weed population shifts,
herbicide tolerant crops.
Introdução
As plantas daninhas são organismos evolutivos em resposta a mudanças no ambiente e/ou
stress. Sendo assim, o intenso uso de herbicidas na agricultura, sendo um processo intensivo
de distúrbio, proporciona pressão de seleção nas comunidades de plantas daninhas, resultando
em seleção intra-específica de biótipos de plantas daninhas para produzir plantas daninhas
resistentes aos herbicidas (PDRH) e seleção inter específica para causar mudança de flora
entre espécies, weed shift (WS) devido ao controle efetivo e seletivo. Outras importantes
forças seletivas são a escolha do herbicida, sistemas de cultivo, escolha da cultura, padrões de
mudanças climáticas e a introdução de novas espécies de plantas daninhas (CARDINA et. al.,
2002; SHANER, 2000).
Para a prática de agricultura em plantio direto, o herbicida glifosate é uma ferramenta
fundamental para promover a proteção do solo através da palhada obtida da vegetação nativa
ou de culturas de cobertura cultivada durante o período invernal (TRIGO y CAP, 2003). Esta
prática tem sido adotada por muitos dos produtores brasileiros conscientes da conservação dos
recursos naturais. No entanto, alguns problemas com o uso intensivo e repetitivo do glifosate
têm ocorrido tais como a seleção de PDRG e WS para espécies tolerantes ao glifosate, que
pode impor certas limitações no uso da tecnologia. Portanto, os produtores devem prestar
atenção para fatores que impõe esta pressão de seleção, e delinear estratégias herbicidas e não
herbicidas que efetivamente retarda ou maneja as PDRG e WS na comunidade de planta
daninha.
Pesquisas estão sendo desenvolvidas com o objetivo de melhor entender os fatores que
impõem a seleção para fazer recomendações para retardar a emergência de PDRG e WS
(SEVERINO et al., 2005; JAKELAITIS et al., 2005). Dentre as propostas está a integração
lavoura-pecuária de rotação de cultura e intercalar com culturas forrageiras, aumentando
assim a diversidade do sistema, portanto minimizando as mudanças para espécies tolerantes
ao glifosate e a evolução de biótipos de PDRG, e assim tornando o glifosate e culturas
resistentes ao glifosate viáveis aos produtores por mais tempo.
Existe uma grande preocupação a nível mundial em relação ao uso intensivo do glifosate e de
culturas resistentes ao glifosate (CRG) e seus efeitos na WS e especialmente na evolução de
PDRG (OWEN, 2001). Há preocupação também para os impactos no uso de glifosate além
das CRG. Extensionistas, cosultores agrícolas e produtores estão todos interessados em saber
como será a evolução futura de PDRG pode afetar a sustentabilidade do glifosate na
agricultura brasileira.
Sistemas de produção conservacionistas no Brasil e o glifosate
Atualmente, no Brasil, cerca de 22 milhões de hectares são ocupados pelo sistema de plantio
direto, com expectativa de expansão da área agrícola sob esse sistema (CHRISTOFFOLETI et
al., 2007a). Esse fato deve-se às inúmeras vantagens decorrentes da utilização do plantio
direto, como a sustentabilidade agrícola devido à conservação dos recursos naturais e
preservação da biodiversidade do solo, podendo aumentar a produtividade das culturas, além,
segundo GAJRI et al. (2002), da possibilidade de contribuir para a redução do aquecimento
global mediante o seqüestro de carbono. Entretanto, para o estabelecimento do sistema de
plantio direto são necessários cuidados específicos de gerenciamento, dentre os quais se
destaca o eficiente controle das plantas daninhas.
A avaliação das necessidades de controle das plantas daninhas é função da taxa de emergência
das espécies presentes no banco de sementes do solo, e deve ser estabelecida para cada
sistema de manejo da cultura implantada (VOLL et al., 2003). Além disso, seria praticamente
impossível estabelecer o sistema de plantio direto como uma prática economicamente viável e
ecologicamente correta sem a integração dos métodos de controle das plantas daninhas.
Conforme RUEDELL (1995), o sucesso dessa operação depende principalmente do
planejamento na propriedade, levando-se em conta um sistema de rotação de culturas e não
apenas uma cultura isoladamente.
A conservação dos recursos naturais no Brasil é prioridade nacional nos sistemas de produção
adotado na agricultura, especialmente nas áreas de soja da região sul e central do país. A
sociedade tem influenciado produtores a adotar sistemas de produção conservacionistas, e
assim reduzindo os danos ao ambiente agrícola de produção (agroecossistemas) como um
todo. Estes sistemas são baseados na cobertura do solo com resíduos de culturas (palhada),
com o mínimo possível de distúrbio do horizonte superficial do solo. Estes sistemas, quando
comparado com sistemas convencionais, reduzem variações de temperatura do solo diurna e
noturna, diminui a evaporação de água da superfície do solo, aumenta o conteúdo de matéria
orgânica e atividade dos microrganismos, e na camada superficial de solo, aumenta tanto as
propriedades físicas quanto químicas, proporcionando assim melhor controle da erosão, e
reduzindo a infestação de plantas daninhas.
Uma das discussões inevitáveis na agricultura brasileira está relacionada com o potencial de
aumento de área plantada com CRG (culturas resistentes ao glifosate) no país e o uso do
herbicida glifosate em larga escala (CHRISTOFFOLETI et al., 2005). Esta discussão não se
restringe ao uso de glifosate em áreas com CRG, mas estende se desde o uso intensivo de
glifosate nas áreas de sistemas de plantio direto, até áreas onde o uso de glifosate é feito para
o controle não seletivo de plantas daninhas, tais como em fruticultura e florestas.
Recentemente, o primeiro caso de uma PDRG (planta daninha resistente ao glifosate) no
Brasil foi relatado com a planta daninha azevém (Lolium multiflorum L.)
(CHRISTOFFOLETI e LOPEZ-OVEJERO, 2003; ROMAN et al., 2004). Duas espécies de
buva foram também relatadas como resistente ao glifosate no Brasil. Curvas de dose-resposta
foram publicadas para Conyza canadensis L. Cronq. e C. bonariensis L. Cronq. Selecionadas
em áreas de citrus, foram também conduzidos experimentos para indicar tratamentos
alternativos para estes biótipos (CHRISTOFFOLETI et al., 2007b). Populações de biótipos
resistentes ao glifosate de ambas as espécies foram encontradas, cada uma com diferentes
níveis de resistência.
A adoção de um sistema de cultura de cobertura intercalar à cultura principal é com certeza
uma das práticas de sustentabilidade do sistema, que tem sido adotada no Brasil (Tabela 1). O
objetivo é de reduzir a infestação de plantas daninhas, e aumentar a diversidade da flora
através da redução da pressão de seleção (TSUMANUMA, 2004). O sistema está baseado no
uso de culturas de cobertura intercalares ao milho ou na soja, sendo que a cultura de cobertura
é depois utilizada como forrageira para alimentação do gado, ou como cobertura do solo
depois da dessecação por um herbicida (MERCANTE, 2003). O sistema é viável para as
regiões sudeste e centro-oeste do Brasil, e traz diversos benefícios agronômicos de seu uso: (i)
incremento da material orgânica no sistema, (ii) maior retenção de água no solo, (iii)
supressão e diversificação da infestação de plantas daninhas, (iv) seqüestração do carbono do
ambiente, (v) redução da compactação do solo e (vi) aumento da produtividade e
sustentabilidade do sistema.
Tabela 1. Densidade das plantas daninhas (plantas m-2) na intereação entre os tratamentos
com culturas forrageiras e especies de plantas daninhas, intercalada com a cultura de milho 60
dias após a semeadura. Adaptado de Severino et al. (2006).
Densidade da planta daninha (plantas m-2)
I. grandifolia
A. hybridus
D. horizontalis
18,8 bB
5,6 bC
33,52 aA
Brachiaria decumbens
3,6 cA
4,3 cA
3,4 bA
Brachiaria brizantha
12,4 bA
3,6 cB
4,3 bB
Panicum maximum
36,3 aB
72,2 aA
37,3 aB
No intercropping1
C.V. (%)3
13,08
1
2
Testemunha sem cultura intercalar e plantas daninhas; Números seguidos de letras distintas,
maiúscula nas linhas e minúsculas nas colunas, diferem entre si ao nível de 5% de
significância, de acordo com o teste de Tukey; 3 Coeficiente de variação do experimento.
Gramíneas forrageiras
Percepções dos produtores de soja Brasileiros sobre a influência das CRG na
sustentabilidade do glifosate
Apesar do fato de que o Brasil oficialmente aprovou o cultivo da soja resistente ao glifosate
(CRG) no final de setembro de 2003, logo após o início do período de plantio daquele ano, a
adoção de CRG pelos produtores brasileiros pode sem dúvida aumentar o potencial de seleção
de plantas daninhas tolerantes ao glifosate e/ou populações de PDRG, portanto é importante a
entender como os produtores estão agindo e as percepções sobre PDRG e tolerantes ao
glifosate. Isto é essencial para guiar futuras pesquisas e ações para informar os produtores das
melhores alternativas para controle de plantas daninhas em sistemas de cultivo
conservacionistas. Portanto, foi conduzida uma pesquisa no Brasil durante os meses de
Janeiro e Fevereiro de 2007, baseado em um questionário aplicado para produtores de soja
nos estados do Mato Grosso do Sul e São Paulo. Este levantamento de informações foi
baseado nas questões e resultados obtidos no trabalho desenvolvido com milho e soja no
estado da Indiana, Estados Unidos da América do Norte, durante o inverno de 2003/2004 para
acessar suas percepções sobre a importância de plantas daninhas resistentes ao glifosate e
táticas de manejo para prevenir o desenvolvimento de populações resistentes.
Um questionário de duas páginas foi diretamente preenchido pelos consultores de soja de duas
regiões no Brasil, Naviraí – MS, localizada na região central do país, na área de Cerrado (28
questionários foram preenchidos), e Orlândia – SP, localizada na região Sudeste do Brasil,
estado de São Paulo (96 questionários preenchidos). Nove questões foram perguntadas sobre
aspectos agronômicos que poderiam afetar a seleção de PDRH e espécies tolerantes ao
glifosate, e questões sobre o sistema de produção usado, desenvolvimento e percepção dos
produtores. Algumas das respostas são analisadas neste artigo.
Os resultados mostraram que a maioria dos produtores relataram alto potencial de risco de
seleção de PDRG, e que é variável de acordo com a o tamanho da área do produtor (tamanho
da propriedade), cujos resultados são semelhantes aqueles obtidos no levantamento feito em
Indiana. Os produtores com áreas de soja <100 ha não estão muito preocupados com o
problema de PDRG (50,5%), no entanto em média 94,2% dos produtores com áreas maiores
tem no mínimo algum nível de preocupação sobre PDRG em suas propriedades (Tabela 2). A
partir destes resultados pode ser concluído que os produtores com áreas mais extensivas
podem estar mais conscientizados do impacto que PDRG, e isso é provável ser devido ao
nível de tecnologia e informação que não está disponível para produtores de soja menores.
Tabela 2. Nível de preocupação relatado sobre PDRG de acordo com o tamanho da área de
soja cultivada no Brasil.
Tamanho da area de soja cultivada
(ha)
<100
100 - 200
201 - 500
501 - 1000
>1000
Nível de preocupação sobre PDRG (%)
Alto
Moderado
Baixo
Nenhum
18,2
16,1
15,2
50,5
50,0
27,3
18,2
4,5
52,6
26,3
10,5
10,6
19,3
53,8
23,1
3,8
54,2
33,3
8,3
4,2
As principais razões dos produtores adotarem CRG, independentemente da área de soja
cultivada estão na Tabela 3. A mesma importância foi dada para três fatores que influenciam a
adoção de CRH: experiência com a tecnologia pela primeira vez (21,8%); devido ao manejo
de PDRH (20,2%) com as sulfoniluréias, imidazolinonas e inibidores da ACCase com o
glifosate como herbicida alternativo; redução de custos (36,3%), maior flexibilidade e
simplicidade da tecnologia comparado com o cultivo convencional e poucos por outras razões
foram listadas pelos produtores.
Tabela 3. Principais razões para os produtores adotarem a tecnologia de CRG
independentemente do tamanho das propriedades no Brasil.
Razões
%*
Experimentando a technologia
21,8
Manejo de PDRH
20,2
Redução de custos
36,3
Maior flexibilidade
23,4
Outras razões
5,7
Não cultiva soja resistente ao glifosate
27,4
* % do total de todas as razoes é maior que 100% pois pois foi permitido que os entrevistados
respondessem mais de uma razão.
Um outro fator que influencia a resposta dos produtores de áreas pequenas de soja é a
porcentagem de área na propriedade que é semeada com CRG, que é muito maior em
produtores que cultivam > 1000 ha que pequenos produtores (Tabela 4).
Tabela 4. Área cultivada com CRG de acordo com o tamanho da propriedade no Brasil.
Área de soja cultivada de
% de soja cultivada com CRG
acordo com o tamanho da
0
<10 10-20 20-50 50-70 70-100
propriedade (ha)
<100
54,5
9,1
9,1
0,0
0,0
27,3
100 - 200
50,0
9,1
4,6
9,0
9,1
13,7
201 - 500
48,7
5,1
12,8
15,4
7,7
10,3
501 - 1000
37,1
7,4
14,8
29,7
0,0
11,1
>1000
4,2 16,7
20,8
25,0
12,5
16,7
* Porcentagem de produtores que recusaram a responder o questionário.
Sem
resposta*
0,0
4,4
0,0
0,0
4,1
As plantas daninhas tolerantes ao glifosate selecionadas devido ao uso repetitivo de glifosate
em áreas causando a mudança de flora é também uma preocupação dos produtores que
cultivam mais de áreas extensivas (Tabela 5). Os produtores que cultivam áreas com > 1000
ha com soja tem alta a moderada preocupação neste aspecto. Portanto, no Brasil a seleção de
espécies de plantas daninhas tolerantes pelo glifosate é uma preocupação muito maior para
produtores que plantas PDRH, especialmente para produtores que cultivam a cultura em áreas
extensivas, pois o sistema é baseado mais em herbicidas que nas áreas de pequenos
produtores. As maiores proporções de pequenos produtores que não responderam o
questionário é provavelmente pelo fato de não estarem conscientes do problema e não
compreenderam a diferença entre PDRH e plantas daninhas tolerantes ao glifosate.
Tabela 5. Nível de preocupação relatado sobre plantas daninhas tolerantes ao glifosate de
acorodo com o tamanho da propriedade cultivada no Brasil.
Nível de preocupação sobre plantas daninhas
Sem
tolerantes ao glifosate (%)
respostas*
Alto
Moderado
Baixo
Nenhum
<100
27,3
27,7
18,2
0,0
26,8
100- 200
68,2
22,7
4,6
0,0
4,6
201- 500
64,1
23,1
2,6
5,1
5,1
501 - 1000
44,4
40,8
11,1
0,0
3,7
>1000
75,0
25,0
0,0
0,0
0.0
* Produtores que não responderam o questionário principalmente porque não sabia diferenciar
PDRG de plantas tolerantes ao glifosate.
Tamanho da
propriedade (ha)
Uma outra questão perguntada foi sobre as razões para a medidas de não adoção de prevenção
e manejo de biótipos de PDRH e/ou tolerantes ao glifosate (Tabela 6). Surpreendentemente
pequenos produtores responderam que eles adotam na taxa de 5,6% do total das propriedades,
e que somente 27,3% tem restrições com relação ao custo, e que somente 9,1% não acredita
que em suas propriedades seriam selecionadas PDRG. Nenhum dos grandes produtores
responderam que eles adotam medidas de prevenção ou manejo na propriedade com um todo
sendo que os altos custos a razão para isso, no entanto, surpreendentemente 20,8% dos
produtores que cultivam soja em áreas de > 1000 ha não acreditam na possibilidade de seleção
de PDRG em suas propriedades, e isso evidencia o problema da falta de conscientização que
deveria ser dada a fim de dar suporte aos produtores, e que requer ações efetiva dos serviços
de extensão, consultores agrícolas que trabalham com manejo de plantas daninhas.
Tabela 6. Razões de não adotarem medidas de prevenção em manejo de PDRG de acordo com
o tamanho da propriedade cultivada com soja no Brasil.
Tamanho da area da propriedade
1
2
3
4
5
6
cultivada com soja (ha)
<100
27,3
9,1
18,2
9,1
54,6
18,2
100- 200
22,7
40,9
18,2
0,0
0,0
18,2
201- 500
41,0
15,4
0,0
5,1
0,0
38,5
501 - 1000
51,8
14,8
7,4
3,7
0,0
22,2
>1000
50,0
20,8
8,3
8,3
0,0
12,5
1: Alto custo para a adoção.
2: Produtores não acreditam na possibilidade de seleção de PDRG em áreas cultivadas.
3: Quando PDRG forem selecionadas na area, a indústria de agroquímicos e os services de
extensão encontrarão maneiras para resolver o problema.
4: Já adota medidas em parte para prevernção e manejo em suas áreas de soja.
5: Já adota medidas em toda a propriedade.
6: Marcou mais de uma alternative.
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ESTADO DE LA RESISTENCIA A HERBICIDAS EN TRIGO Y OTROS
CULTIVOS EXTENSIVOS EN EL SUR DE CHILE
N. Espinoza1, J. Díaz1, R. Galdames1, C. Rodríguez1, N. Gaete1 y R. De Prado2
1
INIA Carillanca, Temuco, Chile, email: [email protected]
2
Universidad de Córdoba, Córdoba, España
Resumen: En el sur de Chile, principal zona productora de trigo, cebada, avena, lupino y
canola (36° a 42° lat. Sur), el surgimiento de biotipos de malezas gramíneas resistentes
a herbicidas ha sido un proceso muy frecuente a partir de la década del noventa,
inicialmente la resistencia fue a los inhibidores de ACCasa, posteriormente a los
inhibidores de ALS y más recientemente a glifosato. A la fecha, se han descrito 50
biotipos de malezas gramíneas resistentes a herbicidas, correspondientes a cuatro
especies, específicamente a ballica (Lolium multiflorum y L. rigidum), avenilla (Avena
fatua) y cola de zorro (Cynosurus echinatus). Todos los biotipos se originaron en
campos de agricultores ubicados en diferentes localidades de las regiones Del Bio Bio,
La Araucanía, Los Rios y Los Lagos, cuyo sistema de cultivo se caracteriza por un uso
intensivo del suelo con cultivos anuales, principalmente trigo, siembra con labranza
cero y una alta dependencia del herbicida glifosato antes de la siembra y de los
herbicidas ACCasa y ALS después de la siembra. En los biotipos de A. fatua la
resistencia es a herbicidas ACCasa, mientras que en los bitipos de C. echinatus y L.
rigidum la resistencia es a herbicidas ACCasa y ALS, y en los biotipos de L.
multiflorum la resistencia es a herbicidas ACCasa, ALS y glifosato.
Palabras claves: avenilla, ballica, cola de zorro, resistencia, biotipos.
Summary: Status of herbicide resistance in wheat and others extensive crops in South of
Chile. In the south of Chile, the main area for wheat, oat, barley, lupine and canola
cropping (36° a 42° lat. Sur), the presence of resistant weed to herbicide has become
frequent since de nineties. Initially the resistance was to the herbicides inhibitors of the
ACCasa, then to the inhibitors of the ALS and more recently to glyphosate. Up to day
more than 50 byotipes of gramineae resistant weed, belonging to four species,
specifically to ryegrass (Lolium multiflorum y L. rigidum), wild oat (Avena fatua) and
hedgehog (Cynosurus echinatus). All the biotypes have their origin in farms located in
the regions of Del Bio Bio, La Araucanía, Los Rios y Los Lagos, that have a crop
system characterized by an intensive use of the soil with annual crops mainly wheat,
non-tillage and high dependency of glyphosate before seeding and ACCasa and ALS
herbicides after the seeding. In the biotypes of A. fatua the resistance is to ACCasa
herbicides, while in the biotypes of C. echinatus and L. rigidum the resistance is to
ACCasa and ALS herbicides, and in the biotypes of L. multiflorum the resistance is to
ACCasa, ALS and glyphosate.
Keywords: wild oat, ryegrass, hedgehog dogtail, resistance, biotypes.
1
Introducción
Las malezas son un continuo problema en la agricultura en el mundo. La introducción
de los herbicidas selectivos a fines de la década del 40 facilitó significativamente el
trabajo de los agricultores para controlarlas. Sin embargo, la alta dependencia de los
herbicidas se tradujo en cambios en la flora de malezas y en el surgimiento de biotipos
resistentes (DELYE, 2005). Se entiende por resistencia a la habilidad heredable de una
población o biotipo de maleza para sobrevivir y reproducirse después de la aplicación
de un herbicida en la dosis a la que la población original era sensible (POWLES et al.,
1997; GRESSEL, 2002). Desde que se reportó el primer caso de resistencia a herbicidas
en el mundo (RYAN, 1970), esta se ha expandido con rapidez. Así, a la fecha, se han
confirmado 332 biotipos resistentes pertenecientes a 189 especies de malezas, de las
cuales 113 son dicotiledóneas y 76 monocotiledóneas (HEAP, 2009).
En el sur de Chile, el surgimiento de biotipos resistentes a herbicidas ha sido un proceso
muy frecuente a partir de la década de los noventa. Los primeros casos de resistencia se
confirmaron a los herbicidas ACCasa y en las malezas gramíneas L. rigidum, L.
multiflorum y A. fatua (ESPINOZA y ZAPATA, 2000; ESPINOZA et al., 2003).
Todos estos biotipos fueron colectados en cultivos anuales extensivos, principalmente
trigo, en la zona sur. A partir de esta fecha la resistencia ha sido creciente, ya que se ha
expandido a otras áreas y confirmado en otra especie gramínea como C. echinatus
(ESPINOZA et al., 2005; VALVERDE, 2007) y a otros herbicidas como los ALS y a
glifosato (ESPINOZA et al., 2008). En el presente trabajo se presenta el estado de la
resistencia a herbicidas ACCasa, ALS y glifosato en las 4 especies de malezas
gramíneas antes señalas en el sur de Chile.
Importancia de las especies de malezas gramíneas resistentes
En el sur del país, la evolución de resistencia en avenilla (A. fatua), ballica (L.
multiflorum y L. rigidum) y cola de zorro (C. echinatus) (Figura 1), tiene gran
importancia por diversas razones. Las especies A. fatua y L. rigidum constituyen las
malezas más importantes en muchas áreas de cultivos en el mundo (LORRAINECOLWILL et al., 2001; YU et al., 2009). HEAP (2009) incluye a ambas entre las 10
especies de malezas resistentes a herbicidas más importantes económicamente en el
mundo (Tabla 1). En Canadá, la avenilla es la gramínea anual más nociva en la región
Northern Great Plain (BECKIE y KIRKLAND, 2003). En Australia, L. rigidum es la
que ocasiona los mayores daños económicos en la agricultura (ALEMSEGED et al.,
2001; LLEWELLYN y POWLES, 2001; LORRAINE-COLWILL et al., 2001). En
EE.UU., L. multiflorum es considerada la maleza más problemática en diversas regiones
del país (LIEBEL y WORSHAM, 1987). Cola de zorro (C. echinatus), al contrario de
lo ocurre en Chile, no es una maleza importante en la agricultura en el mundo, lo que
probablemente explica que todos los biotipos de cola de zorro resistentes reportados a
la fecha sean chilenos (HEAP, 2009; VALVERDE, 2007). Sin embargo, de las cuatro
especies, actualmente la más importante en el sur del país es L. multiflorum, debido a su
mayor distribución (MATHEI, 1995), se presenta más frecuentemente y en mayores
densidades en trigo y otros cultivos extensivos (Figura 2) y porque la superficie
comprometida con biotipos resistentes es mayor. Se estima que del total de la superficie
sembrada con trigo, avena, cebada, canola y lupino en el país, aproximadamente 100
2
mil hectáreas se encuentran infestadas con biotipos resistentes de avenilla, ballica y
cola de zorro (ESPINOZA y DÍAZ, 2005).
Ballica (Lolium multiflorum y L. rigidum)
Avenilla (A. fatua)
Cola de zorro (C. echinatus)
Figura 1. Malezas gramíneas que ha desarrollado resistencia a herbicidas en el sur de
Chile.
Las cuatro malezas gramíneas que han desarrollado resistencia en el sur del país,
corresponden a especies anuales de invierno, por lo que su presencia en los cultivos
sembrados en esta época, es casi obligada, presentándose en algunos casos como única
especie de maleza y en otros casos, asociadas, dependiendo de la localidad
(PEDREROS, 2001). Su presencia año tras año en los cultivos, se debe a que la
mayoría producen una gran cantidad de semillas, lo que bajo las condiciones
edafoclimáticas de la zona sur se ha estimado en 1.700 semillas por planta de ballica (L.
multiflorum), 600 semillas por planta de cola de zorro y 330 semillas por planta de
avenilla. La ballica (L. multiflorum y L. rigidum) (BOSQUE et al., 2002) y avenilla
(NAYLOR, 1983) presentan una amplia variabilidad genética, lo que les permite una
mayor capacidad de adaptación y supervivencia. Además, ambas especies de ballica
presentan polinización cruzada (TERRELL, 1968), lo que implica que la resistencia
puede trasmitirse no sólo a través de la semilla sino que también mediante el polen
(WAKELIN, 2004). Esto no ocurre en avenilla (RUNZHI, 2007) y cola de zorro por
tratarse de especies de autofecundación.
3
Tabla 1. Principales especies de malezas resistentes a herbicidas en el mundo. (HEAP,
2009).
Especie
Lolium rigidum
Avena fatua
Amaranthus retroflexus
Chenopodium album
Setaria viridis
Echinochloa crus-galli
Eleusina indica
Kochia scoparia
Conyza canadensis
Amaranthus hybridus
Tipo
Gramínea
Gramínea
Hoja ancha
Hoja ancha
Gramínea
Gramínea
Gramínea
Hoja ancha
Hoja ancha
Hoja ancha
Nº de biotipos
resistentes
36
37
36
42
15
26
14
33
41
23
100
90
80
Frecuencia (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
Figura 2. Frecuencia con que se presentan diversas malezas gramíneas en trigo y otros
cultivos extensivos en el sur de Chile. (DÍAZ y ESPINOZA, 2006). Los datos fueron
obtenidos de una encuesta realizada a agricultores con malezas gramíneas resistentes en
sus campos de las regiones Del Bio Bio, La Araucanía, Los Rios y Los Lagos.
Distribución de los biotipos resistentes
Durante 1998-2007 se colectaron semillas de avenilla (Avena fatua), ballica (Lolium
multiflorum y L. rigidum) y cola de zorro (Cynosurus echinatus), desde campos de
agricultores ubicados en diferentes localidades de las regiones Del Bio Bio, La
Araucanía, Los Rios y Los Lagos, en los que se sospechaba la existencia de resistencia.
Del material colectado, 14 biotipos correspondieron a A. fatua, 17 biotipos a C.
4
echinatus, 15 biotipos a L. multiflorum y 4
biotipos de L. rigidum. Posteriormente, los
biotipos se caracterizaron en términos de
su resistencia a los herbicidas inhibidores
de ACCasa, inhibidores de ALS y a
glifosato, encontrándose que todos todos
los biotipos (50 biotipos) presentaron
resistencia a uno o más herbicidas.
La mayoría de los biotipos provino de las
regiones de La Araucanía (68%) y Del Bío
Bío (22%), lo que sugiere que en estas
regiones la resistencia está más
ampliamente distribuida. Además, ambas
regiones aportaron más diversidad en
cuanto al número de especies de malezas
gramíneas con biotipos resistentes. Así, la
región Del Bio Bio aportó con biotipos de
A. fatua, C. echinatus y L. rigidum,
mientras que la región de La Araucanía
con biotipos de A. fatua, C. echinatus y L.
multiflorum (Tabla 2). En las regiones Del
Bío Bío, La Araucanía y Los Lagos,
respectivamente, la resistencia se concentra
en la Precordillera Andina, Valle Central y
Litoral (Figura 3), áreas que se caracterizan
por el uso intensivo del suelo con cultivos
anuales, principalmente trigo, y siembra
con labranza cero durante un periodo
relativamente largo de tiempo, en algunos
casos, por más de veinte años, lo que
probablemente explica el mayor aporte de
biotipos.
Figura 3. Distribución de los
biotipos resistentes.
Tabla 2. Origen de los biotipos resistentes.
Maleza
gramínea
Del Bio Bio
36° a 38° lat S
La Araucanía
38° a 39° lat S
A. fatua
C. echinatus
L. multiflorum
L. rigidum
Total/región
2
5
0
4
11 (22%)
10
12
12
0
34 (68%)
Los Ríos
39° a 40° lat S
0
0
1
0
1
Los Lagos
40° a 44° lat S
2
0
2
0
4 (8%)
Biotipos/
especie
14
17
15
4
50
5
Resistencia de los biotipos a herbicidas selectivos
Avenilla (A. fatua) y cola de zorro (C. echinatus). En bioensayos realizados en plantas,
con 14 biotipos de avenilla (AF-1, AF-2, AF-3, AF-4, AF-7, AF-8, AF-12, AF-13, AF14, AF-17, AF-18, AF-21, AF-22, AF-23) y aplicando cada herbicida inhibidor de
ACCasa e inhibidor de ALS en una dosis superior al 50% de la recomendada, se
encontró resistencia sólo a los ACCasa. La resistencia a los ACCasa se caracterizó
porque un alto porcentaje de los biotipos de avenilla presentó resistencia a los
herbicidas del grupo químico de los FOP como diclofop, clodinafop y haloxyfop,
mientras que un bajo porcentaje fue resistente a tepraloxydim (grupo químico DIM) y
pinoxaden (grupo químico DEN) (Tabla 3). En bioensayos de dosis respuesta y
utilizando el modelo de regresión log-logística propuesto por SEEFELDT et al. (1995)
y los biotipos de avenilla AF-2, AF-3 y AF-14, se confirmó en todos la resistencia a los
herbicidas ACCasa clodinafop y haloxyfop. Por otra parte, ningún biotipo presentó
resistencia a tepraloxydim y pinoxaden y al herbicida ALS flucarbazone (Tabla 4).
Estos resultados indican la existencia de diferentes patrones de resistencia cruzada a los
herbicidas ACCasa. Respecto a los niveles de resistencia a los ACCasa, se encontró que
los tres biotipos de avenilla exhibieron alta resistencia a clodinafop y baja resistencia a
haloxyfop (Tabla 4). Estos resultado son similares a los obtenidos en A. fatua por
MANSOOJI et al. (1992); SEEFELDT et al. (1994); COCKER et al. (2000); BECKIE
et al. (2002), quienes encontraron que la resistencia fue más generalizada a FOP que a
DIM. En EE.UU., ULUDAG et al. (2008), trabajando con 5 biotipos de A. fatua, tres
herbicidas FOP, tres herbicidas DIM y un DEN, encontraron que todos los biotipos
fueron resistentes a los FOP y sensibles a los DIM y DEN, excepto un biotipo que fue
resistente a todos. Los resultados obtenidos en los biotipos de avenilla provenientes del
sur del país, sugieren que la resistencia ha evolucionado básicamente a los ACCasa del
grupo químico FOP, razón por la que herbicidas ACCasa de grupos químicos distintos
como los DIM y DEN deberían ser herramientas eficaces para controlar los biotipos
resistentes a FOP.
En cola de zorro, trabajando con 17 biotipos (CE-3, CE-4, CE-6, CE-7, CE-10, CE-12,
CE-13, CE-14, CE-15, CE-16, CE-17, CE-18, CE-19, CE-20, CE-21, CE-22, CE-23)
y aplicando también cada herbicida inhibidor de ACCasa e inhibidor de ALS en una
dosis superior al 50% de la recomendada, se encontró resistencia a ambos mecanismos
de acción. La resistencia se caracterizó porque un alto porcentaje de los biotipos de cola
de zorro presentaron resistencia a los tres herbicidas ACCasa evaluados, esto es, a
clodinafop (FOP), haloxyfop (FOP) y a tepraloxydim (DIM), y al herbicida ALS
flucarbazone (Tabla 3). En bioensayos de dosis respuesta en los biotipos de cola de
zorro CE-10, CE-17, CE-18 y CE-19, se confirmó en todos la resistencia a los
herbicidas ACCasa clodinafop haloxyfop y tepraloxydim, y al herbicida ALS
flucarbazone (Tabla 4). Sin embargo, mientras los biotipos exhibieron alta resistencia a
clodinafop y a haloxyfop, el nivel de resistencia a tepraloxydim fue variable según el
biotipo, fluctuando entre baja y alta y la mayoría de los biotipos presentaron una baja
resistencia al herbicida ALS flucarbazone (Tabla 4). Los resultados obtenidos en estos
biotipos de cola de zorro sugieren que la resistencia a herbicidas ACCasa está más
extendida a los FOP que a DIM y que ha evolucionado menos a los ALS. No obstante,
de continuar desarrollándose a los ACCasa y ALS, podría llegar a significar una
disminución importante de los herbicidas disponibles para su control.
6
Tabla 3. Porcentaje de los biotipos de avenilla y cola de zorro resistentes a los
herbicidas inhibidores de ACCasa y ALS.
ACCasa
Maleza
gramínea
A. fatua
C. echinatus
dic
100
n.e
FOP
clo
71
100
hal
64
94
ALS
DIM
tep
7
94
DEN
pin
14
n.e.
SU
ST
iod+mes
0
n.e.
flu
0
94
dic: diclofop; clo: clodinafop; hal: haloxyfop; tep: tepraloxydim; pin: pinoxaden;
iod+mes: iodosulfuron+mesosulfuron; flu: flucarbazone; n.e: indica no evaluado.
Tabla 4. Índices de resistencia de los biotipos de avenilla y cola de zorro a los
herbicidas inhibidores de ACCasa y ALS.
A. fatua
Sensible
AF-2
AF-3
AF-14
C. echinatus
Sensible
CE-10
CE-17
CE-18
CE-19
clodinafop
DL50
IR
11
>216
> 20
>216
> 20
>216
> 20
DL50
IR
12,3
187
15
>216
>18
176
14
>216
>18
ACCasa
haloxyfop
tepraloxydim
DL50
IR
DL50
IR
18,1
9,8
71,4
3,9
42
2,2
84,8
4,7
14
1,4
90,6
5,0
12
1,2
DL50
IR
DL50
IR
18
32
198
11
150
4,7
265
14,7
448
14
252
14
269
8,4
254
14,1
307
9,6
pinoxaden
DL50
IR
11
29
2,6
14
1,3
18
1,6
DL50
IR
-
ALS
Flucarbazone
DL50
IR
7,3
7,7
1,1
6,2
0,8
6,4
0,9
DL50
IR
13,6
27,2
3
65,3
5,8
20,4
2,5
68,4
2,9
DL50: dosis letal media; IR: índice de resistencia
Ballica (L. multiflorum y L. rigidum). En ballica, trabajando con 15 biotipos de L.
multiflorum ( LM-6, LM-16, LM-19, LM-20, LM-22, LM-26, LM-27, LM-28, LM-29,
LM-30, LM-31, LM-33, LM-34, LM-45, LM-54) y 4 de L. rigidum (LR-10, LR-23, LR24, LR-25) y aplicando cada herbicida inhibidor de ACCasa e inhibidor de ALS en una
dosis superior al 50% de la recomendada, se encontró resistencia a ambos grupos de
herbicidas (Tabla 5).
La mayoría de los biotipos de L. multiflorum presentaron resistencia a los herbicidas
ACCasa del grupo FOP diclofop, clodinafop y haloxyfop, aproximadamente la mitad
presentó resistencia a los herbicidas del grupo DIM tepraloxydim y clethodim, mientras
que un bajo porcentaje de biotipos fue resistente a pinoxaden (grupo DEN). Más de la
mitad de los biotipos de L. multiflorum también presentó resistencia a los ALS, aunque
fue más generalizada a los herbicidas iodosulfuron y iodosulfuron+mesosulfurons del
grupo de las sulfonilureas que al herbicida flucarbazone del grupo de las
sulfonilcarbonil-triazolinonas (Tabla 5). En bioensayos de dosis respuesta en los
biotipos de L. multiflorum LM-16, LM-19 y LM-20, se confirmó en todos la resistencia
al herbicida ACCasa clodinafop (FOP), sin embargo todos fueron sensibles a
tepraloxydim (DIM) y sólo uno de los tres biotipos fue resistente a pinoxaden (DEN).
Por otra parte, dos de los tres biotipos fueron resistentes a los herbicidas ALS
flucarbazone y iodosulfuron+mesosulfuron. El nivel de resistencia fue alto a diclofop y
7
flucarbazone y más bajo a iodosulfuron+mesosulfuron, mientras que leve a pinoxaden
(Tabla 6). KUK et al. (2008) trabajando con 25 biotipos de L. multiflorum provenientes
del Sur de EE.UU. encontraron que la mayoría de los biotipos fueron resistentes a los
FOP, un 20% a pinoxaden (DEN) y sensibles a los DIM. Sólo un biotipo fue resistente a
ALS.
En los biotipos de L. rigidum también se encontró resistencia a los ACCasa y ALS. Sin
embargo, los cuatro biotipos fueron resistentes a los herbicidas ALS flucarbazone y
iodosulfuron+mesosulfuron y a los herbicidas ACCasa diclofop (FOP) y haloxifop
(FOP) (Tabla 5). En bioensayos de dosis respuesta en los biotipos de LR-10 y LR-25, se
confirmó en ambos la resistencia a diclofop, flucarbazone y iodosulfuron +
mesosulfuron. Cabe destacar que el biotipo LR-25 presentó un alto nivel de resistencia
a todos los herbicidas ACCAsa y ALS evaluados (Tabla 6). HEAP y KNIGHT (1990)
señalan que una característica de la resistencia en L. rigidum, es la resistencia cruzada a
herbicidas con otro modos de acción. BROSTER y PRATLEY (2006), en la principal
zona productora de trigo en el sur Australia, encontraron que la mayoría de los biotipos
de L. rigidum (77%) fueron resistentes a FOP y un porcentaje menor (22%) resistente a
DIM.
Los resultados obtenidos en los biotipos de L. multiflorum y L. rigidum provenientes de
la zona sur tienen gran importancia, ya que de continuar la evolución de resistencia a
ACCasa y ALS, las opciones de herbicidas disponibles para controlar los biotipos
resistentes podrían llegar a ser muy limitadas en el corto plazo en trigo y otros cultivos
extensivos.
Tabla 5. Porcentaje de los biotipos de ballica resistentes a los herbicidas inhibidores de
ACCasa y ALS.
ACCasa
Maleza
gramínea
L. multiflorum
L. rigidum
dic
85
100
FOPs
clo
92
75
hal
100
100
DIMs
tep
cle
57
60
50
50
DEN
pin
33
50
ALS
Sulfunilureas
iod
iod+mes
80
73
100
100
ST
flu
50
100
dic: diclofop; clo: clodinafop; hal: haloxyfop; tep: tepraloxydim; cle: clethodim; pin:
pinoxaden; iod: iodosulfuron; iod+mes: iodosulfuron+mesosulfuron; flu: flucarbazone.
n.e: indica no evaluado.
8
Tabla 6. Índices de resistencia de los biotipos de ballica a los herbicidas inhibidores de
ACCasa y ALS.
L. multiflorum
Sensible
LM-16
LM-19
LM-20
L. rigidum
Sensible
LR-10
LR-25
diclofop
DL50
IR
26,2
>3360
128
>3360
128
2470
94
DL50
IR
28
-
>3360
128
128
>3360
ACCasa
tepraloxydim
DL50
IR
7,08
6,3
0,9
5,6
0,8
4,8
0,7
DL50
IR
pinoxaden
DL50
IR
6,6
12,6
1,9
25,0
3,8
13,6
2,1
DL50
IR
Flucarbazone
DL50
IR
2,6
2,9
1,1
>632
>243
>632
>243
DL50
IR
Iod+mes
DL50
IR
2,5
2,76
1,1
21,4
8,6
96,6
39
DL50
IR
14,5
20,6
740
16,6
18,6
>300
1,2
18
37,2
130
>632
7,2
>144
37
índice
de
resistencia;
DL50:
dosis
letal
media;
iodosulfuron+mesosulfuron.
1,4
51
IR:
ALS
3,5
17
5,1
20
iod+mes:
Resistencia a glifosato
Antes de la siembra de los cultivos, el herbicida más utilizado durante muchos años para
controlar malezas gramíneas y hoja ancha, anuales y perennes, ha sido glifosato, un
inhibidor de la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSFs) introducido a
fines de los setenta. La inhibición de la EPSFs reduce la síntesis de los aminoácidos
aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptófano), lo cual altera la producción de proteínas
y previene la formación de compuestos secundarios. Durante muchos años se pensaba
que la resistencia a glifosato nunca iba a ocurrir, atribuible a sus propiedades únicas,
tales como mecanismo de acción, metabolismo, estructura química y falta de actividad
residual en el suelo (BRADSHAW et al, 1997). Sin embargo, desde que se confirmó el
primer caso de resistencia a glifosato en Lolium rigidum, en Australia (PRATLEY et
al., 1996), se han reportado nuevos casos en 16 especies de malezas en diversos países
(HEAP, 2009). En Chile, se han documentado siete biotipos resistentes a glifosato,
todos en ballica (L. multiflorum). Los primeros biotipos (dos) se detectaron en viñedos
en la zona central (PÉREZ y KOGAN 2003) y en barbecho químico (uno) para cereales
en la zona sur (ESPINOZA et al., 2005). Los otros biotipos (cuatro) se detectaron en
cultivos de trigo en la zona sur (ESPINOZA et al., 2008) (Tabla 7).
En la zona sur, el primer biotipo de L. multiflorum resistente a glifosato fue Vil-1,
detectado en la localidad de Vilcún, Región de La Araucanía, desde un sitio con un
historial de aplicaciones reiteradas de glifosato (12 veces durante el periodo 19892001), antes de sembrar trigo o avena con labranza cero y mínima. En bioensayos de
dosis respuesta este biotipo presentó resistencia a los herbicidas ALS iodosulfuron y
flucarbazone (ESPINOZA et al., 2005; VALVERDE, 2007). Los últimos biotipos de L.
multiflorum resistente a glifosato corresponden al LM-30, LM-33, LM-45 y LM-54
(Tabla 7). En bioensayos de dosis respuesta realizados en LM-30, LM-33, LM-45, se
encontró que los tres biotipos fueron resistentes a haloxyfop, dos biotipos fueron
resistentes a tepraloxydim y un biotipo fue resistente a clethodim. Los tres biotipos
fueron resistentes al ALS iodosulfuron, aunque la resistencia fue baja, excepto en un
biotipo. Ninguno de los biotipos fue resistente a la mezcla de herbicidas ALS
imazamox+imazapyr. La resistencia múltiple a glifosato y a herbicidas con otros
9
mecanismos de acción les confiere a estos biotipos de L. multiflorum chilenos una
característica particular, ya que en el mundo no se ha reportado (HEAP, 2009).
Tabla 7. Biotipos de L. multiflorum resistentes a glifosato en el sur de Chile.
Biotipo
Vil-1
LM-30
LM-33
LM-45
LM-54
Ubicación
Vilcún, Región de La
Araucanía
Purranque, Región de
los Lagos
San Juan de la Costa,
Región de Los Lagos
Perquenco, Región de
La Araucanía
Lautaro, Región de
La Araucanía
Situación
de colecta
Barbecho
químico
Trigo
Año de
colecta
2000
Año de
confirmación
2002
Nivel de
resistencia
4,6
2006
2008
> 68
Trigo
2006
2008
22
Cebada
2007
2008
9
Trigo
2007
2008
9,2
Tabla 8. Índices de resistencia a herbicidas inhibidores de ACCasa y ALS de los
biotipos de ballica (L. multiflorum) resistentes a glifosato.
Biotipo
Sensible
LM-30
LM-33
LM-45
haloxyfop
DL50
IR
13,3
>248
71
>248
>19
5,4
>19
ACCasa
tepraloxydim
DL50
IR
14
63
15
134
4,5
1,1
9,6
ALS
clethodim
DL50
IR
18,4
205
20
140
11
1,1
7,4
iodosulfuron
DL50
IR
3.5
10.1
9.6
21.1
2,9
2,8
6
Imax+imar
DL50
IR
0.2
0.23
0.28
0.2
1,2
1,4
1,1
DL50: dosis letal media; IR: índice de resistencia; imax+imar: imazamox+imazapyr
Principales causas
Sistema de cultivo. El sistema de cultivo practicado por los agricultores durante las dos
últimas décadas, se ha caracterizado fundamentalmente por un uso intensivo de cultivos
anuales, tendencia al monocultivo de cereales principalmente trigo y siembra con
labranza cero (Figura 5). Esto ha implicado una dependencia absoluta del herbicida
glifosato para controlar malezas antes de la siembra y de los herbicidas ACCasa y ALS
después de la siembra. Lo anterior ha significado incrementar la frecuencia de uso de
los mismos herbicidas o con igual modo de acción para controlar malezas gramíneas.
En Chile, el trigo es el cultivo anual más importante, sin embargo la superficie
sembrada se concentra entre las regiones del Bio Bio y La Araucanía (Figura 6),
cultivándose casi en su totalidad bajo condiciones de secano. En la actualidad, la
superficie sembrada alcanza las 280.00 ha (ODEPA, 2009).
10
100
90
80
Frecuencia (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
Labranza
Cero labranza
Mixto
Figura 5. Sistema de siembra más utilizada en los últimos 5-10 años en el sur de Chile.
(DÍAZ y ESPINOZA, 2006). Los datos fueron obtenidos de una encuesta realizada a
agricultores con malezas gramíneas resistentes en sus campos de las regiones Del Bio
Bio, La Araucanía, Los Rios y Los Lagos.
Trigo
Avena
Cebada
Raps
Lupino
Superficie con cultivos anuales (Hectáreas)
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Del Bío Bío
La Araucanía
Los Rios
Los Lagos
Figura 6. Superficie sembrada con cultivos anuales en la zona sur. Cifras obtenidas del
VII Censo nacional agropecuario.
11
Características de los herbicidas ACCasa y ALS. En muchos casos, las malezas han
evolucionado resistencia a los herbicidas inhibidores de la enzima acetil-CoA
carboxilasa (ACCasa) e inhibidores de la enzima acetolactato sintasa (ALS), después
de cinco e incluso menos años de uso (MALLORY-SMITH et al., 1990; TARDIF,
1993). Durante los últimos 27 años se han reportado 36 especies de malezas gramíneas
resistentes a herbicidas ACCasa en el mundo (HEAP, 2009). Por otra parte, en sólo 22
años, 102 especies desarrollaron resistencia a ALS, de las cuales 21 son gramíneas. El
gran número de especies y la velocidad con que se ha desarrollado resistencia a los
ACCasa y ALS explican que estos herbicidas sean considerados de alto riesgo para el
desarrollo de resistencia (MOSS, 2007). Según FISHER et al. (2008) la resistencia a
ACCasa y ALS es frecuente y rápida de seleccionar debido a que son posibles muchas
mutaciones.
Desde su introducción, a fines de los 70, los herbicidas ACCasa se han utilizado
ampliamente para el control pos-emergente de malezas gramíneas en trigo, cebada,
lupino y canola en el país (Tabla 9). Antes de que se confirmara la resistencia a ellos,
los más utilizados en trigo fueron diclofop y clodinafof, y en cultivos de dicotiledóneas
como canola y lupino fueron haloxyfop y fluazifop butil, entre otros ACCasa. Los
herbicidas ALS con acción de control de malezas gramíneas en pos-emergencia y
recomendados en trigo y otros cereales, son de reciente introducción, ya que el primero
fue iodosulfuron, introducido recién en 2001 (Tabla 10). Los ALS también se han
empleado masivamente desde su introducción al país debido a que representan una
alternativa para el control eficaz de biotipos de malezas gramíneas resistentes a los
ACCasa. Lamentablemente, las malezas gramíneas no sólo han evolucionado resistencia
a ALS sino que también más rápidamente. Al respecto, es importante señalar que en el
sur del país tardó aproximadamente 10 años de uso continuado para que se desarrollara
resistencia a ACCasa en ballica y avenilla. Por el contrario, antes de la comercialización
del ALS iodosulfuron, ya existian algunos biotipos de ballica resistentes a él.
Tabla 9. Herbicidas ACCasa utilizados en cereales y otros cultivos.
Nombre
común
diclofop
haloxyfop
fluazifop
clodinafop
clethodim
tepraloxydim
pinoxaden
Nombre comercial
Cascabel 28 EC, Iloxan 28 EC
Galan Plus
Hache Uno 2000 175 EC
Topik 240 EC, Hummer 240 EC
Centurión 240 EC
Aramo
Axial 050 EC
Grupo
químico
FOP
FOP
FOP
FOP
DIM
DIM
DEN
Año de
introducción
1978
1985
1987
1990
1998
2005
2007
12
Tabla 10. Herbicidas ALS utilizados en cereales.
Nombre
Nombre
Grupo químico
común
comercial
iodosulfuron metil sodio Hussar 20 WG,
Sulfunilureas (SU)
Ovassion 5.26 WP
flucarbazone
Vulcano 70% WG Sulfonil-aminocarboniltriazolinona
iodosulfuron metil sodio Cossack 150 WG Sulfunilureas (SU)
+ mesosulfuron
imazamox+Imazapyr
Eurolightning
Imidazolinonas (IMI)
pyroxulam
Admitte
Triazolopirimidinas
Año de
introducción
2001
2002
2004
2008
2008
Características de las malezas. Las caracteristicas inherentes a cada especie de msaleza
gramínea (A. fatua, L. multiflorum, L. rigidum y L. multiflorum), las que ya fueron
analisadas, han contribuido también de modo importante en la evolución de resistencia.
Agradecimientos
Parte de los trabajos realizados fueron financiados por el Proyecto FONDEF D04i1022.
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16
MECANISMOS DE RESISTENCIA DE LAS MALEZAS A LOS HERBICIDAS
J. L. De Prado, H. Cruz-Hipolito y R. De Prado
Universidad de Córdoba, Campus de Rabanales, Córdoba, España [email protected]
Resumen: La introducción de las auxinas sintéticas fue una revolución en la agricultura
mundial para controlar las malas hierbas dicotiledóneas en cereales. A partir de ese
momento las compañías de agroquímicos invirtieron cuantiosas sumas en producir
nuevos herbicidas para controlar diferentes especies de malas hierbas en distintos
cultivos. Sin embargo, una de las desventajas del uso de estos productos es la evolución
de malas hierbas resistentes a herbicidas. La última revisión realizada por el Dr. Ian
Heap (2009) señala 331 biotipos resistentes pertenecientes a 189 especies, de las cuales
113 son dicotiledóneas y 76 monocotiledóneas, distribuidas en más de 300.000 campos.
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 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. La resistencia a herbicidas
puede deberse a dos mecanismos básicos, aquellos referidos al sitio de acción por
pérdida de afinidad entre la proteína de enlace y el herbicida o por una sobreexpresión
de esa proteína. El segundo grupo de mecanismos básicos pertenecen a aquellos donde
no está involucrado el sitio de acción, también llamados mecanismos por exclusión del
herbicida, principalmente debido a un incremento de la detoxificación metabólica del
herbicida en productos no tóxicos y en una falta de absorción / penetración del herbicida
y posterior pérdida de transporte vía xilema / floema del herbicida a la proteína de
enlace. En el presente capitulo se realiza una revisión de los mecanismos involucrados
en la resistencia de las plantas a los herbicidas, haciendo mayor referencia a aquellos
que no están involucrado al sitio de acción.
Palabras clave: Resistencia, herbicidas, malezas, mecanismos, sitio de acción.
Summary: Mechanism of herbicide resistance in weeds. The introduction of synthetic
auxins caused a revolution in the agricultural world in the effective and economic
control of broad-leaved weeds in cereals. From that moment on, agrochemical
companies invested huge sums in producing new herbicides to control different weed
species in different crops. However, one of the disadvantages of the continued use of
these products was the evolution/selection of weeds tolerant/resistant to herbicides. The
last review made by Dr. Ian Heap (2009) pointed to 331 resistant biotypes belonging to
189 species, 113 of which are dicotyledons and 76 monocotyledons, distributed over
more than 300,000 places in the world. Knowledge of the biological processes
responsible for resistance to herbicides in a specific weed is fundamental for the design
of a control strategy. Depending on the type of resistance mechanism detected, the
weed will present a certain pattern in its tolerance to herbicides, which may vary from a
high degree of resistance to specific compounds of a chemical family to a moderate
resistance to a wide spectrum of herbicides. Herbicide resistance may be due to two
basic mechanisms; those referring to the target site, either from a loss of affinity
1
between the linking protein and the herbicide, or from an overexpression of that protein.
The second group of basic mechanisms belong to those in which the target site is not
involved, also called herbicide exclusion mechanisms, mainly because of an increase in
the metabolic detoxification of the herbicide in non toxic products and of a lack of
absorption/penetration of the herbicide and a subsequent loss of transport via the
xylem/phloem of the herbicide at the linking protein. In this chapter a review of the
mechanisms involved in the resistance of plants to herbicides is made, making a greater
reference to those not involved in the target site.
Key words: Resistance, herbicides, weeds, mechanisms, target sites.
Introducción
Durante la década de 1940, la introducción de los herbicidas auxínicos, mostró a los
agricultores el potencial de los herbicidas para controlar las malas hierbas de hoja ancha
en cultivos herbáceos. El uso de estas auxinas sintéticas indujo a las compañías de
agroquímicos, a invertir en investigación para sintetizar nuevas moléculas para distintos
cultivos y malas hierbas. La comprobada eficacia de los herbicidas modernos les
permite a los agricultores producir sus cultivos de forma reiterada y rentable en los
mismos terrenos y optimizar sus ingresos. Sin embargo, una de las desventajas del uso
de estos productos es la evolución de malas hierbas resistentes a herbicidas.
Aunque existen un número de herbicidas generales o totales que resultan activos frente
a cualquier tipo de planta, 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 Committee) 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 puede
darse de forma intraespecífica. 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 como 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 sí, presenta el problema de que se
asume que la resistencia está asociada únicamente a factores de tipo fisiológico y/o
morfológico (MAXWELL y MORTIMER, 1994). A diferencia de las plantas tolerantes,
2
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 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 tolerancia (HOLT y
LEBARON, 1990) o considerando la tolerancia un mecanismo poligénico y la
resistencia uno monogénico (GRESSEL, 1985).
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.
La resistencia cruzada negativa se refiere a aquellos casos en que un biotipo resistente
a un herbicida exhibe un aumento en la sensibilidad a otros herbicidas con distinto
modo de acción o de degradación (DE PRADO et al., 1992). Por último, los cultivos
resistentes a herbicidas, son cultivos que poseen genes insertos que les confieren
resistencia a cierto herbicida al que habían sido previamente sensibles.
Las características de las malas hierbas y del herbicida influyen en la tasa de evolución
de la resistencia. En el caso de la mala hierba, las características más importantes son la
frecuencia de genes, el tamaño y la viabilidad del banco de semillas del suelo y la
adaptabilidad al medio. En el herbicida se deben considerar factores como eficacia,
dosis, frecuencia de aplicación y persistencia en el suelo. La importancia relativa de
estos factores se ha tratado de determinar mediante el uso de modelos (GRESSEL y
SEGEL, 1990; MORRISON y FRIESEN, 1996). Estos modelos y la experiencia
práctica indican que el factor principal en la evolución de la resistencia es la presión de
selección impuesta por el herbicida. En la práctica, la presión de selección depende de la
dosis de herbicida utilizada, su eficacia y la frecuencia de aplicación. Por lo tanto, se
puede disminuir la presión de selección mediante la aplicación de mezclas de herbicidas
con distintos mecanismos de acción y degradación que sean eficaces contra el mismo
espectro de malas hierbas (WRUBEL y GRESSEL, 1999). La rotación de herbicidas
basados en estos mismos criterios también atenúa la presión de selección. Los
herbicidas persistentes imponen una mayor presión de selección que los no persistentes.
La disminución de la dosis de herbicida puede agravar los problemas en vez de
disminuirlos porque puede propiciar la selección de resistencia poligénica, es decir la
resistencia que depende de más de un gen y se manifiesta como un incremento
progresivo en el grado de resistencia de la planta de una generación a la siguiente
(COUSENS y MORTIMER, 1995).
3
Cada especie tiene una constitución genética particular y se considera que los genes de
resistencia están presentes en las poblaciones silvestres, aunque en una proporción muy
baja. Si la presión de selección asociada a la frecuencia de uso es la misma para dos
herbicidas, entonces la frecuencia inicial de genes influirá sobre el tiempo requerido
para que se detecten individuos resistentes. Se estima que la frecuencia de genes de
resistencia a las triazinas, que se heredan a través del genoma de los plástidos, es de
aproximadamente 10-8 (GRESSEL, 1991), mientras que la de las sulfonilureas es de
alrededor 10-6 (CHALEFF y DAY, 1984). Esta proporción se incrementa conforme la
presión de selección aumenta por el uso continuado del mismo herbicida o de
compuestos que pertenecen a la misma familia química o que comparten el mismo
modo de acción, o de herbicidas que son metabolizados de manera similar en la planta.
A medida que aumenta la tasa de mortalidad obtenida con el herbicida, aumenta
también la presión de selección. El tiempo requerido para que se reconociera la
resistencia a clorsulfurón y simazina en el campo fue de 3-5 años y 10 años,
respectivamente, lo que refleja la estimación inicial de la frecuencia de genes
(MAXWELL y MORTIMER, 1994).
La última revisión realizada por HEAP (2009) (www.weedscience.com) señala 331
biotipos resistentes pertenecientes a 189 especies, de las cuales 113 son dicotiledóneas y
76 monocotiledóneas distribuidas en más de 300.000 campos (Tabla 1).
Tabla 1. Resumen de malezas resistentes a herbicidas (HEAP, 2009).
Grupo de herbicidas
Modo de Acción
Inhibidores de la ALS
Inhibición de la acetolactato
sintetasa ALS (acetohidroxiácido
sintetasa AHAS)
Inhibición de la fotosíntesis en el
fotosistema II
Inhibición de la acetil coenzima
carboxilasa (ACCasa)
Auxinas sintéticas (como la acción
del ácido indolacético AIA)
Desviación del flujo electrónico en
el fotosistema I
Inhibición de la fotosíntesis en el
fotosistema II
Inhibición de la EPSP sintasa
Inhibición de la unión de los
microtúbulos en la mitosis
Inhibición de la síntesis de los
lípidos (no ACCasa)
Decoloración: inhibición de la
síntesis de los carotenoides (punto
desconocido)
Inhibición de la protoporfirinógeno
oxidasa (PPO)
Inhibición de la división celular
Inhibidores del
Fotosistema II
Inhibidores de la
ACCasa
Auxinas Sintéticas
Bipiridilos
Ureas y Amidas
Glicinas
Dinitroanilinas y
otros
Tiocarbamatos y
otros
Triazoles, Ureas,
Isoxazolidionas
Inhibidores de la PPO
Cloroacetamidas y
otros
Grupo
HRAC
B
Ejemplo de
Herbicidas
Clorsulfuron
Total
101
C1
Atrazina
68
A
36
O
Diclofopmetil
2,4-D
D
Paraquat
24
C2
Clorotoluron
21
G
K1
Glifosato
Trifluralina
16
10
N
Trialato
8
F3
Amitrol
4
E
Oxifluorfen
3
Butaclor
3
K3
28
4
Inhibidores de la
biosíntesis de
Carotenoides
Acidos
arilaminopropiónicos
Nitrilos y otros
Inhibidores de la
Mitosis
Inhibidores de
celulosa
Desconocido
Decoloración: inhibición de la
síntesis de los carotenoides a nivel
de la fitoeno desaturasa (PDS)
Desconocido
F1
Flurtamon
2
Z
2
Inhibición de la fotosíntesis en el
fotosistema II
Inhibición de la mitosis
C3
Flampropmetil
Bromoxinil
K2
Profam
1
L
Diclobenil
1
Z
(cloro) flurenol
MSMA
1
Inhibición de la síntesis de la pared
celular (celulosa)
Desconocido
Organoarsenicales
Desconocido
Número total de biotipos resistentes.
Z
1
1
331
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 de
control (FISCHER, 2008; POWLES, 2009). 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. Asimismo el conocimiento de estos mecanismos nos permitirá
prever la posible respuesta de la población resistente al conjunto de mecanismos
químicos/mecánicos/culturales seleccionados para su control, la efectividad a corto y
largo plazo de los mismos y la posible aparición de nuevos problemas. Actualmente hay
más de 900 plaguicidas y casi 600 ingredientes activos en el mercado (HALL et al.,
2001). Millones de toneladas de plaguicidas se aplican anualmente, se ha estimado que
un pequeño porcentaje de estos productos alcanzan el organismo diana depositando el
resto en el suelo y en otros organismos, así como a la atmósfera y al agua (PIMENTAL
y LEVITAN, 1986).
La degradación abiótica es debida a una transformación química y física del plaguicida
por procesos como la fotólisis, hidrólisis, oxidación y reducción. Además, los
plaguicidas pueden no estar disponibles biológicamente debido a la
compartimentalización que ocurre como resultado de una adsorción del plaguicida al
suelo y a los coloides sin alterar la estructura original de la molécula plaguicida.
Sin embargo, las reacciones enzimáticas que son principalmente el resultado de
procesos bióticos mediados por plantas y microorganismos es la ruta de detoxificación
más importante. Existen al menos cinco mecanismos generales, no necesariamente
excluyentes que podrían justificar la resistencia a herbicidas (SHERMAN et al., 1996).
De todos los mecanismos detectados en malezas el/los cambio/s aminoacidico/s que
conlleva un cambio estructural en el sitio de acción (proteína) y una perdida de afinidad
por el herbicida, es el mecanismo más determinante en malezas resistentes (Figura 1).
La sobreexpresion de esta proteína no es un mecanismo bien conocido y de forma
natural no ha sido detectado en malezas. Sin embargo si ha sido utilizado en OMG
(Organismos Modificados Genéticamente), en cultivos resistentes a glifosato.
5
Figura 1. Mecanismos de resistencia de las plantas a los herbicidas dependiente del
sitio de acción. En la figura:
representa la proteína diana,
la proteína diana
modificada y
la molécula herbicida.
La figura 2 muestra el diferente comportamiento de un herbicida entre una planta
sensible y una resistente (R), pudiéndose observar que en la maleza R cambios
fisiológicos (cambios en la cutícula y/o menor movimiento del herbicida vía xilema o
floema) y/o una mayor actividad enzimática capaz de inactivar el herbicida hacen que la
maleza sobreviva al herbicida.
Figura 2. Mecanismos de resistencia de las plantas a los herbicidas independiente del
sitio de acción.
6
Resistencia de sitio de acción
Pérdida de afinidad por el sitio de acción. Los herbicidas resultan letales para las
plantas debido a su actuación sobre un sitio de acción primario, generalmente una
proteína, de especial relevancia biológica (Figura 3 y 5). Este sitio primario suele ser
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 (CORBETT et al., 1994). Una o varias
mutaciones en la secuencia aminoacídica del sitio primario de acción pueden resultar en
una pérdida de afinidad del herbicida por éste, imposibilitando la unión efectiva de
ambos e impidiendo así la continuidad del proceso vital mediado por dicho sitio
(GRONWALD, 1994, DÉLYE et al., 2005, WHALEY et al., 2007). Este tipo de
mecanismo, caracterizado en la mayoría de los biotipos resistentes descritos hasta el
momento, se caracteriza por conferir un alto grado de resistencia al herbicida empleado,
pudiéndose extender ésta a otras moléculas pertenecientes a la misma familia química
(CRUZ-HIPOLITO et al., 2009a).
Resistencia fuera del sitio de acción
Metabolización a compuestos no tóxicas. La degradación de los herbicidas a
compuestos no fitotóxicos es la base de la selectividad que presentan muchas materias
activas en cultivos tolerantes frente a las malas hierbas sensibles (Figura 3). En los
procesos de detoxificación metabólica, entendido como aquellos procesos biológicos en
los que las moléculas fitotóxicas son metabolizadas a compuestos inocuos o menos
tóxicos, 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 y las
condiciones climáticas.
7
Figura 3. Esquema de secuencias de la entrada de un herbicida desde su absorción /
penetración hasta la unión a la proteína de enlace y posterior muerte de la planta
(Adaptado de DEVINE et al., 1993).
Los procesos de detoxificación metabólica de herbicidas en tejidos vegetales pueden
dividirse en tres fases (SHIMABUKURO, 1985; HATZIOS, 1991) (Tabla 2). En la fase
I (conversión) las propiedades iniciales del plaguicida de partida son transformadas a
través de reacciones de oxidación, reducción o hidrólisis para producir un compuesto
más soluble en agua y menos tóxico. La segunda fase implica la conjugación del
herbicida o sus metabolitos con un azúcar, aminoácido o glutatión, incrementando su
solubilidad en agua y reduciendo la toxicidad del compuesto. Generalmente, los
metabolitos formados en la fase II tienen poca o nula fitotoxicidad y pueden ser
almacenados en orgánulos celulares. La fase III implica la transformación de los
metabolitos de la fase anterior a conjugados secundarios con nula fitotoxicidad
(HATZIOS, 1991). Esta división no constituye una regla general dado que alguna de las
fases puede no estar presente en los procesos de detoxificación; o la molécula herbicida
puede ser un pro-herbicida inactivo que debe ser enzimáticamente convertido en un
compuesto activo; o a veces ciertos procesos de conjugación son de carácter reversible,
por lo que sólo afectan de manera parcial a la cantidad de herbicida libre intracelular.
8
Tabla 2. Resumen de las tres fases del metabolismo de plaguicidas (Adaptado de
SHIMABUKURO, 1985; DE PRADO et al., 2004)
Características
Fase I
Fase II
Fase III
Reacciones
Propiedades
iniciales
Compuesto inicial
Oxidación,
hidrólisis,
reducción
Conjugación
Conjugación
secundaria o
incorporación a
biopolímeros
Solubilidad
Lipofílico
Anfofílico
Hidrofílico
Hidrofílico o
insoluble
Fototoxicidad
Tóxico
Modificado o
menos tóxico
Muy reducida o
no tóxico
No tóxico
Movilidad
Selectiva
Modificada o
reducida
Limitada o
inmóvil
Inmóvil
Fase I o conversión. Si bien algunos herbicidas pueden ser conjugados directamente,
muchos otros no poseen sustituyentes disponibles en sus moléculas (grupos amino,
hidroxilo, sulfihidrilo, etc.) que pueden reaccionar para formar conjugados con
constituyentes celulares. Dichos herbicidas deberán ser convertidos en metabolitos
mediante algunas de las siguientes reacciones:
1. Hidrólisis: Estas reacciones están catalizadas por enzimas hidrolíticas
(esterasas, fosfatasas o amidasas, dependiendo del sustrato). En las transformaciones
hidrolíticas se rompen los enlaces de un sustrato por adición a cada producto de H u OH
proveniente del H2O. Hay muchas enzimas hidrolíticas capaces de metabolizar una gran
variedad de sustratos particularmente aquellos que contienen grupos funcionales amida,
carbamatos o éster. Estas enzimas pueden estar compartimentalizadas o ser
extracelulares y las reacciones pueden ocurrir tanto en condiciones aerobias como
anaerobias. La hidrólisis de enlaces éster de herbicidas han sido ampliamente estudiadas
y revisadas en plantas y microorganismos (INCLEDON y HALL, 1997; HOAGLAND
y ZABLOTOWICZ, 2001). La hidrólisis del enlace éster es llevada a cabo por esterasas
y en menor medida por lipasas y proteasas. Con respecto a la hidrólisis de enlaces
amida el propanil es el herbicida más estudiado. La base de la selectividad del arroz
(Oryza sativa L.) es debida a los altos niveles que posee de la enzima aril acilamidasa,
las cuales rompen el enlace amida formando ácido propiónico y 3,4-dicloroanilina
(FREAR Y STILL, 1968).
2. Reducciones: La metabolización reductora de herbicidas es un proceso que
raramente se da en plantas, pudiéndose destacar únicamente la desaminación reductora
de las s-triazinonas (metamitrona y metribuzina), en cultivos tolerantes y malas hierbas
resistentes (FEDTKE, 1983).
3. Oxidaciones, oxigenaciones e hidroxilaciones: Todas ellas se pueden incluir
dentro del grupo denominado transformaciones oxidativas. La oxigenación es el primer
paso más frecuente en la biotransformación de herbicidas siendo las hidroxilaciones las
más observadas en plantas. La detoxificación por hidroxilación y la posterior formación
9
de un conjugado glicósido son especialmente importantes como mecanismo de
selectividad y resistencia a herbicidas en monocotiledóneas. Muchas de estas reacciones
están mediadas por enzimas oxidativas por ejemplo. citocromo P450, que son las
enzimas más importantes en la primera fase del metabolismo de un herbicida
(BARRETT, 2000) (Figura 4). La regulación y expresión de P450 no se conocen bien en
plantas, principalmente porque en las células que no están expuestas a ningún tipo de
estrés fisicoquímico, fisiológico o xenobiótico las cantidades que se encuentran de esta
enzima son muy pequeñas. Los agroquímicos pueden influir en los sistemas citocromo
P450 actuando como efectores, modificando o regulando así el metabolismo de los
herbicidas en una planta.
Figura 4. Ruta metabólica de detoxificación de isoproturon en Lolium rigidum.
Además de las enzimas citocromo P450 las plantas producen otras enzimas oxidativas
(peroxidasas, polifenoloxidasas, lacasas y tirosinasas) las cuales catalizan la
polimerización de varias anilinas y fenoles (DEC y BOLLAG, 2001). Por ejemplo, las
peroxidasas que median el metabolismo de herbicidas que funcionan de manera similar
a las P450 incluye descarboxilaciones, oxidaciones sulfúricas, N-desmetilaciones,
hidroxilaciones del anillo y oxidaciones aromáticas del grupo metilo (LAMOUREUX y
FREAR, 1979). En plantas, a menudo las enzimas peroxidasas funcionan en la tercera
fase del metabolismo por ejemplo. formación de residuos ligados. Amorocia
lapathifolia Gilib. contiene en las raíces gran cantidad de peroxidasas.
Fase II ó conjugación. Los conjugados suelen ser los metabolitos finales en los procesos
de detoxificación de herbicidas. La naturaleza de estos conjugados suele ser muy
diversa, con azúcares, aminoácidos, péptidos y lignina como grupos orgánicos y enlaces
de tipo éster, éter, tioéter, amida o glicosídico.
1. Conjugación con glutatión: Constituye un mecanismo de detoxificación de
gran importancia en muchos tejidos vegetales. Se trata de una sustitución nucleofílica en
el que el anión glutatión GS- sirve de nucleófilo, actuando los grupos cloro, p-nitrofenol
o alquil-sulfóxido como posibles grupos a sustituir en la molécula herbicida
(LAMOUREUX y FREAR, 1987).
10
La conjugación con glutatión está catalizada por una familia de enzimas glutatión-Stransferasas más o menos específicas que se encuentran de manera constitutiva o
inducible en muchos tejidos vegetales (DEVINE et al., 1993) (Figura 5).
Figura 5. Ruta metabólica de detoxificación de fenoxaprop-etilo en Lolium rigidum.
2. Conjugación con aminoácidos: De forma general, la hidrólisis del glutatión
en este tipo de conjugados suele producir un conjugado de cisteína, el cual puede ser
posteriormente malonizado. Sin embargo, en el caso del herbicida clorfemprop sólo el
conjugado de cisteína y no el de glutatión ha sido descrito en trigo (PONT Y COLLET,
1980), siendo posible que la císteína pueda actuar como nucleófilo en una reacción de
conjugación similar a la descrita en el glutatión.
3. Conjugación con azúcares: Los conjugados glicósidos más frecuentemente
encontrados en plantas son los ß-D-glucopiranósidos, junto con los N-glicósidos, Oglicósidos y ésteres de glucosa (Fig. 6). Este tipo de reacciones está catalizada por
glucosil-transferasas que utilizan UDP-glucosa como donante de glucosa (MANSAGER
et al., 1983). De todas estas reacciones, la formación de O-glucósidos es la más común,
la cual sigue normalmente a la introducción de grupos hidroxilo en la molécula
herbicida por monooxigenación.
11
Figura 6. Ruta metabólica de detoxificación de pendimetalina en Lolium rigidum
resistente a dinitroanilinas.
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
glicósidos 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 (PILLMOOR et
al., 1984) (Figura 7). Si bien estos procesos de deposición no son completamente
irreversibles, la reentrada de los aglicones herbicidas o sus productos de conversión en
el pool de herbicida activo intracelular es muy lenta (DEVINE et al., 1993). Como
puede observarse en la figura el herbicida una vez que entra en la planta puede ser
metabolizado (activando o desactivando el herbicida) y posteriormente pasar a la
vacuola como material de deshecho o bien directamente pasar a la vacuola donde queda
secuestrado y lentamente degradado.
La resistencia a herbicidas por detoxificación es un proceso muy frecuente. Sin
embargo, este mecanismo suele venir asociado a fenómenos de resistencia cruzada, lo
que implica que un mismo individuo tiene la capacidad de metabolizar moléculas muy
diferentes pertenecientes a diversas familias químicas. Esta moderada resistencia a un
amplio espectro de productos hace extremadamente difícil el control de estos biotipos
de malas hierbas mediante el sólo uso de métodos químicos.
Resistencia asociada a procesos de secuestración o compartimentación. Los
fenómenos de compartimentación entendidos como la secuestración del herbicida o sus
metabolitos en un lugar específico de la célula, son mecanismos de
resistencia/tolerancia poco conocidos debido a que las evidencias que los apoyan son en
muchos casos circunstanciales (COUPLAND, 1991; OWEN, 1991). Los escasos casos
en la bibliografía relacionan este tipo de mecanismos de resistencia con herbicidas de
acción hormonal e inhibidores del fotosistema I, 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 (Figura 7). Sin embargo, los procesos subyacentes a estos
mecanismos de secuestración son todavía desconocidos.
12
Figura 7. Rutas metabólicas de detoxificación de herbicidas en malezas (Adaptado de
DE PRADO y FRANCO, 2004). A: reacciones no sintéticas (oxidación, reducción,
hidrólisis); B: reacciones sintéticas (naturaliza química del herbicida se modifica); C:
secuestración del herbicida. Cyt P450: Citocromo P450; GT: glicosil transferasas; GST:
glutatión-S-transferasas;
: Molécula herbicida.
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 posibilitará 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
más o menos translocables. La falta de absorción/penetración/translocación de
herbicidas es básicamente un mecanismo de tolerancia existente en numerosos cultivos
y algunas malas hierbas (HESS, 1985; DE PRADO et al., 2001; MICHITTE et al.,
2004; RUIZ-SANTAELLA et al., 2006; CRUZ-HIPOLITO et al., 2009b) (Tabla 2 y
Figura 8). Aun cuando pueden estudiarse por separado, estos mecanismos resultan
difíciles de diferenciar entre sí, dado que una absorción diferencial suele implicar una
translocación diferencial, y una translocación diferencial puede derivar de la diferente
degradación del herbicida en el sitio de absorción, la cual resulta en metabolitos más o
menos translocables.
13
Figura 8. Penetración y translocación de 14C-glifosato en plantas sensibles (izquierda) y
tolerantes (derecha) a glifosato (CRUZ-HIPOLITO et al., 2009b). Las zonas coloreadas
en rojo indican el movimiento de 14C-glifosato.
Reparación de efectos fitotóxicos. Algunos herbicidas ariloxifenoxipropanoatos
(inhibidores de la enzima acetil coenzima A carboxilasa), como diclofop-metil y
haloxifop, despolarizan el potencial de la membrana plasmática en células
parenquimáticas de Avena sativa, Triticum aestivium, Lolium rigidum, etc. La capacidad
despolarizadora del diclofop-metil se atribuye al flujo específico de protones que este
compuesto produce hacia el interior de la célula (SHIMABUKURO y HOFFER, 1997)
(Figura 9). Recientemente han sido identificados biotipos de malas hierbas cuyo
mecanismo de resistencia al diclofop-metil parece ser debido a la capacidad de recobrar
el potencial de membrana una vez que se ha retirado el herbicida causante de la
despolarización (DE PRADO et al., 1999).
14
Figura 9. Representación grafica de los múltiples efectos ocurridos en gramíneas
tratadas con diclofop-metil (Adaptado de SHIMABUKURO y HOFFER, 1997).
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por el M.E.C (proyecto AGL2007-0835). Parte de este
capitulo pertenece a la Tesis Doctoral de Don José L. De Prado Ruiz-Santaella.
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¿SE RELACIONA LA EVOLUCIÓN DE LOS MECANISMOS MULTIFACTORIALES
DE RESISTENCIA A HERBICIDAS CON LA TOLERANCIA AL ESTRÉS?
Albert J. Fischer1; Danijela Pavlovic2; Hagai Yasuor1; Aldo Merotto Jr3.
1
University of California, Davis - Department of Plant Sciences, One Shields Ave., Davis, CA
95616, [email protected]
2
Institute for Plant Protection and Environment, Teodora Drajzera 9, Belgrade;
3
UFRGS - Faculdade de Agronomia. Av. Bento Gonçalves, 7712. Cep 90501-970. Porto Alegre,
RS.
Resumen: La Echinochloa phyllopogon es una de las principales malezas resistentes a herbicidas en
cultivos de arroz en Califórnia. Esta resistencia ocurre simultáneamente para diferentes herbicidas
tiocarbamatos e inhibidores de la ACCasa y ALS. Los biotipos resistentes también presentan
elevada tolerancia a la inundación, resistencia baja a clomazone y menor susceptibilidad a paraquat.
Un biotipo de Chenopodium album sobrevivente a atrazina en campos de maíz de Serbia expresa
tolerancia al estrés hídrico y resistencia baja a atrazina. Ambos tipos de estrés causan daño
fotooxidativo en plantas. La resistencia a herbicidas en estos biotipos es causada por mecanismos
multifatoriales ajenos al sitio activo (ASA) que confieren elevada capacidad de detoxificación de
herbicidas y posiblemente por otros mecanismos. Los sistemas cloroplásticos de fotoprotección y
las enzimas detoxificadoras pueden conferir protección cruzada a estreses causados por el ambiente
y por compuestos xenobióticos fotooxidativos. Por esto se hipotetiza que estos complejos
mecanismos de resistencia ASA pueden representar una sobre regulación de las respuestas a estrés
en biotipos adaptados a diversos ambientes estresados. Esta tolerancia cruzada puede estar sujeta a
un control genético complejo, y bajos niveles de resistencia en plantas individuales pueden
incrementarse por acumulación de genes menores o amplificación génica bajo selección recurrente
a dosis subletales de herbicida. El manejo de malezas en ambientes estresados debe contemplar
estrategias a priori a fin de contener la evolución de la resistencia causada por mecanismos ASA y
para evitar que se evolucione de resistencias de bajo nivel hacia elevados niveles de resistencia
ASA a herbicidas.
Palabras clave: Echinochloa phyllopogon, Chenopodium album, tolerancia a la inundación,
detoxificación, bajo nível de resistencia.
Summary: Can the evolution of multifactorial herbicide resistance relate to stress tolerance?
Echinochloa phyllopogon represents one of the worst herbicide resistance cases in a major crop
weed and seriously compromises rice production in California. Resistance occurs simultaneously
for several thiocarbamate, ACCase and ALS inhibitors. These R biotypes also exhibit enhanced
submergence tolerance, low-level clomazone resistance, and low paraquat sensitivity. Moisture
stress tolerance and low atrazine sensitivity was documented in a Chenopodium album biotype
surviving in Serbian atrazine-treated corn fields. Both types of stresses cause photooxidation
damage to plants. These multifactorial non target-site (NTS) herbicide resistances result from
enhanced detoxification and possibly other mechanisms. Chloroplast photoprotective systems and
stress-inducible detoxifying enzymes can confer cross-protection to both environmental and
xenobiotic photooxidative stresses. Therefore, it could be hypothesized that these complex NTS
resistances may represent a general up-regulation of stress tolerance responses in biotypes adapted
to various environmental stresses. These cross tolerances may involve complex genetic control,
and low level-resistance endowed by multiple genes can evolve higher resistance levels under
repeated treatment with sub-lethal herbicide rates. Weed management in stressful environments
should a priori contemplate strategies to delay NTS resistance evolution and to avoid low-level
resistance evolution into higher NTS resistance levels.
1
Keywords: Echinochloa phyllopogon, Chenopodium album, submergence tolerance, enhanced
detoxification, low-level resistance.
Introducción
Setenta años de monocultivo continuo en California ha llevado a serias infestaciones de ciertas
malezas muy dañinas de las cuales la Echinochloa phyllopogon (Stapf) Koss, E. oryzoides (Ard.)
Fritsch y E. crus-galli (L.) Beauv. var. crus-galli son las más competitivas y difíciles de controlar.
El control de malezas en arroz ha dependido fuertemente en el empleo repetido de los pocos
ingredientes activos disponibles, lo cual ha llevado a la evolución de resistencia en la mayoría de
las especies problemáticas. La resistencia de E. phyllopogon hacia la mayoría de los herbicidas que
la pueden controlar representa uno de los problemas más graves para la producción de arroz en
California (FISCHER et al., 2000). Varios niveles de resistencia son observables y bajos niveles de
resistencia son frecuentes con clomazone que mata a las plantas al exponer a los cloroplastos a
daño fotoactivo (tal como el que causan las formas de oxígeno reactivo, FOR) (FERHATOGLU y
BARRETT, 2006). Recientemente se ha documentado resistencia de bajo nivel a la atrazina (cuya
toxicidad es generada por daño de FOR) en Chenopodium album L. (PAVLOVIC et al., 2008), lo
cual podría sugerir elementos en común con el caso de E. phyllopogon. Discutiremos aquí (a)
mecanismos de resistencia ajenos al sitio activo (ASA) en E. phyllopogon proveniente de arrozales
de California b) resistencia a herbicidas generadores de FOR en E. phyllopogon y C. album, y c) la
hipótesis de que la resistencia tipo ASA y la tolerancia a estreses ambientales puede estar
relacionada y tener implicancias para el manejo de la resistencia a herbicidas.
Generación de la información
Se investigaron mecanismos de resistencia en E. phyllopogon mientras se realizaban estudios
paralelos relacionando características morfo-fisiológicas con sensibilidad a la atrazina en un biotipo
de Chenopodium album con tolerancia a atrazina colectado en campos de maíz en Serbia. Estos
trabajos involucraron estudios de análisis de crecimiento, cuantificación de absorción y
translocación de herbicidas marcados con 14C, estudios de respuesta a dosis en plantas, ensayos
enzimáticos de sensibilidad en el sitio activo (ALS, ACCasa) y de metabolismo de herbicidas
(actividad y contenido de citocromo P450, perfiles metabolómicos). La diseminación de biotipos de
E. phyllopogon con resistencia a múltiples herbicidas en California se estudió usando marcadores
AFLP. Para estudiar la resistencia a herbicidas fotooxidativos se cuantificaron niveles de pigmentos
foliares y la emisión de fluorescencia clorofílica (Fv/Fm). Los procedimientos detallados de estos
estudios aparecen en la bibliografía oportunamente citada en este trabajo.
Principales resultados y sus implicaciones
Resistencia en Echinochloa phyllopogon. Varios niveles de resistencia simultánea a tiocarbamatos
(molinato, tiobencarbo), inhibidores de ACCasa (cihalofop y fenoxaprop), inhibidores de ALS
(bispiribac, penoxsulam, bensulfuron, orthosulfamuron), y clomazone están presentes en biotipos
de E. phyllopogon (FISCHER et al., 2000). Propanil controla a la E. phyllopogon resistente (R)
con menor eficacia que a los biotipos susceptible (S). Elevadas tasas de detoxificación mediatizadas por actividad P450- le confieren resistencia a bispiribac-sódico (la cual se detectó
incluso antes de que el herbicida estuviera disponible en California) así como también bajos niveles
de resistencia a penoxsulam. Tasas metabólicas incrementadas (P450, conjugación con glutatión y
cisteína), así como quizás también bajas tasas de absorción foliar, confieren resistencia a R-E.
phyllopogon (E. phyllopogon resistente) contra herbicidas inhibidores de la ACCasa (BAKKALI et
2
al., 2007; RUIZ-SANTAELLA et al., 2006). Resistencia a nivel del sitio de acción (SA) aún no se
había encontrado, pero recientes estudios con quinclorac sugieren que R-E. phyllopogon tiene poca
elevación de la biosíntesis de etileno en respuesta a quinclorac. Esto puede estar relacionado con
alteración de la percepción y transducción de la señal auxínica de este herbicida; R-E phyllopogon
también tiene elevada actividad de la enzima β-cianoalanina sintetasa encargada de detoxificar al
cianuro resultante de la biosíntesis de etileno y también una elevada capacidad de detoxificar
quinclorac via P450. Es decir R-E. phyllopogon exhibe una verdadera resistencia multifactorial tipo
ASA hacia este herbicida (MILAN et al., 2009). El metabolismo de tiocarbamatos involucra
bioactivación mediatizada por P450 hacia una forma más tóxica previa detoxificación final de este
herbicida via conjugación (USUI, 2001). Estudios metabolómicos sugieren importantes diferencias
fisiológicas entre biotipos R y S (Figura 1) (YASUOR y FISCHER, 2008). Dado que los biotipos
R-E. phyllopogon se habrían originado de una única introducción fundacional de acuerdo a un
estudio efectuado usando marcadores AFLP (TSUJI et al., 2003), todas esas plantas exhiben los
mismos patrones de resistencia conferidos por esos diversos mecanismos enzimáticos
mencionados, entre las que se destaca la actividad inducible de diversas isoenzimas P450 altamente
activas y con especificidad hacia múltiples sustratos que son capaces de detoxificar a diversos
herbicidas (YUN et al., 2005) (Tabla 1). Los bajos niveles de resistencia a clomazone en R-E.
phyllopogon (Figura 2) reflejan de forma similar su baja sensibilidad al paraquat ( Figura 3) lo que
resultaba en menores daños cloroplásticos en plantas R comparadas con plantas S (YASUOR et al.,
2008). La presumible falta de metabolismo de paraquat en plantas no puede explicar estas
respuestas. La adición de glutatión aliviaba el daño de paraquat en las plantas S mucho más que en
las R, lo cual sugería que protección contra fotooxidación por FOR lograda a través del ciclo
acorbato/glutatión podría estar involucrada en la baja sensibilidad al paraquat del biotipo R
(FISCHER et al., 2008). La menor efectividad del propanil sobre R-E. phyllopogon ciertamente
involucra mayor actividad P450 dado su participación en el metabolismo parcial de este herbicida y
sería lógico también pensar que los sistemas de protección elevada contra FOR podrían estar
también operando en este caso también.
3
Figura 1. Gráfico de análisis canónico discriminante resultante del análisis RP-LC-MS/MS de
plantas de Echinochloa phyllopogon tratadas con clomazone (50µM) mostrando la clara separación
del metaboloma de un biotipo susceptible (S) y otro resistente (R) a clomazone y a múltiples
herbicidas (YASUOR y FISCHER, 2008).
4
Tabla 1. Metabolismo incrementado e inducido por pre-tratamiento con herbicidas: actividad de
monooxigenasas P450 en fracciones microsomales aisladas de tallos de plantas E. phyllopogon
susceptibles y resistentes a múltiples que fueran previamente tratadas con bispiribac-sódico, o
fenoxaprop-etilo, o con tiobencarbo. (Adaptado de YUN et al., 2005).
Actividad P450 c
Sustrato
(pmol mg-1 protein min-1) (±SE)
plantas R
plantas S
Bispiribac-sódico *
33.3 ± 0.5b
11.0 ± 0.2a
BispiribacFenoxaprop-etilo
0.0a
0.0a
sódico
Tiobencarbo
0.0a
0.0a
Bispiribac-sódico
0.0a
0.0a
FenoxapropFenoxaprop-etilo *
246.7 ± 5.7d
143.3 ± 14.9b
etilo
Tiobencarbo *
37.5 ± 1.1b
22.7 ± 5.3a
Bispiribac-sódico
0.0a
0.0a
Tiobencarbo
Fenoxaprop-etilo
0.0a
0.0a
Tiobencarbo *
297.1 ± 5.5e
245.2 ± 2.6c
a
Las plantas fueron pre-tratadas con 1µM de cada herbicida durante 24h antes de ser muestreadas.
b
Bispiribac-sódico, fenoxaprop-etilo y tiobencarbo (0.1, 0.25 and 0.25 mM, respectivamente)
fueron agregados al medio como sustratos de hidroxilación. Asteriscos (*) indican significancia
estadística entre un par de medias R y S dentro de una hilera según la mínima diferencia
significativa protegida de Fisher para P < 0.05.
c
Dentro de cada column alas medias seguidas por una misma letra no difieren estadísticamente
según la diferencia honestamente significativa de Tukey–Kramer para P < 0.05.
Pre-tratmiento
Herbicida a
b
5
Figura 2. Respuesta a dosis de clomazone por una accesión de Echinochloa phyllopogon
susceptible y otra resistente a múltiples herbicidas. Cada punto representa una media ± ES (n =
10). Líneas punteadas representan el índice de confianza al 95% de las ecuaciones de regresión.
6
Figura 3. Respuesta a dosis de paraquat en un biotipo de Echinochloa phyllopogon susceptible
(S) y otro resistente (R) a multiples herbicidas que fueran tratados hidropónicamente con el
herbicida al estado de 2-3 hojas (YASUOR et al., 2008)
Baja sensibilidad a la atrazina y tolerancia al estrés hídrico en Chenopodium album. La atrazina
era capaz de suprimir sustancialmente a este biotipo de C. album colectado en Serbia (VC), no
obstante su altura, emisión Fv/Fm, y su transpiración sólo se reducían en un 60% comparado con
0% y 100% para los testigos S y R, respectivamente (PAVLOVIC et al., 2008). El fuerte
decrecimiento inicial de la emisión del cociente de fluorescencia clorofílica Fv/Fm cesó en el
biotipo VC tres días después del tratamiento con atrazina (Figura 4), lo cual sugería que el proceso
de detoxificación de atrazina o de protección contra FOR facilitaría la sobrevivencia del biotipo VC
en campos de maíz tratados con atrazina. A su vez, esta mitigación de la fotoinhibición por atrazina
se aunaba a una adaptación al estrés hídrico, que seguramente este biotipo debía sufrir bajo la
competencia del maíz, mediante la limitación del área foliar expuesta a la demanda
evapotranspiratoria, bajas tasas transpiratorias, y un mayor control del cierre estomático (Tabla 2).
La evolución de resistencia a múltiples herbicidas en E. phyllopogon se asocia a un uso prolongado
de herbicidas tiocarbamato bajo estrés de submergencia dadas las condiciones del cultivo de arroz
en California, donde la inundación permanente se implementa para suprimir malezas. Estos
biotipos resistentes también presentan baja sensibilidad o resistencia hacia ciertos herbicidas
fototóxicos (paraquat, clomazone). Se sabe que la resistencia a paraquat puede conferir a ciertas
7
plantas una tolerancia cruzada al estrés fotooxidativo proveniente de la acción de herbicidas o de
efectos ambientales; sistemas enzimáticos protectores o activos transportadores de membrana
pudieran estar implicados en esta tolerancia cruzada (GRESSEL, 2002). La baja sensibilidad a
atrazina observada en C. album, que recién comentamos, también coincidía con una adaptación al
estrés ambiental evolucionada como adaptación a condiciones cálidas con probables limitaciones
de humedad. E. phyllopogon ha co-evolucionado en Asia con el arroz bajo estrés de inundación
por muchos años y posee un elevado nivel de tolerancia a la anoxia por sumersión comparado con
otras especies del mismo género u otras malezas del arroz; recientemente hemos observado también
que biotipos R de esta maleza tienen mayor tolerancia a la submersión que plantas S (FISCHER,
datos sin publicar). Ambos tipos de estrés (sumersión y sequía) exponen a las plantas al daño por
fotooxidación (SANTOSA et al., 2007). Sistemas enzimáticos inducidos por estrés para detoxificar
FOR, transportadores de membrana, enzimas P450 y de conjugación pueden estar involucrados en
conferir protección cruzada hacia estrés fotooxidativo, tanto el que proviene del ambiente como el
que es causado por ciertos herbicidas (WERCK-REICHHART et al., 2000; TAKEZAWA et al.,
2002). Por esta razón puede ser lógico plantearse la hipótesis de que estas resistencias tipo ASA a
herbicidas comentadas puedan representar una situación de sobre-regulación general de respuestas
al estrés en biotipos que han evolucionado adaptación a determinados estreses ambientales.
Transportadores de membrana (como los cassettes ligados al ATP o transportadores ABC) pueden
incluso conferir tolerancia a múltiples herbicidas tal como se observa en E. phyllopogon
(GRESSEL, 2002). Es posible que estos mecanismos puedan estar bajo el control de varios genes.
Dosis sub-letales de herbicidas aplicados recurrentemente pueden seleccionar por resistencia tipo
ASA cuando individuos que sobreviven al tratamiento merced a un nivel bajo de resistencia son
portadores de genes menores de resistencia, los cuales se acumulan en sus progenies gracias a la
segregación y recombinación genética que ocurre cuando plantas vecinas logran hibridar (NEVE y
POWLES, 2005; BUSI y POWLES, 2009). De forma similar, la resistencia multifactorial ASA
puede ocurrir en especies autógamas como consecuencia de duplicaciones y amplificación génica a
lo largo del tiempo (GRESSEL, 2002).
Los mecanismos existentes de resistencia cruzada entre agentes xenobióticos y estreses
ambientales sugieren que el manejo de malezas en ambientes estresados debe contemplar medidas
para retardar la evolución de resistencia ASA de tipo multifactorial. La resistencia de bajo nivel es
ignorada con frecuencia y es posible de evolucionar hacia niveles más elevados de resistencia ASA
bajo el efecto de recurrentes dosis herbicídicas subletales, tal como puede ocurrir cuando se omite
el control de especies de emergencia tardía al tiempo que los residuos de herbicida (pre-emergente)
en el suelo han declinado, cuando se aplican herbicidas fuera de tiempo sobre plantas ya demasiado
grandes (equivale a aplicar una dosis subletal), cuando no se calibran bien los equipos aspersores, o
cuando se implementas programas de control a baja dosis. Por otra parte, ¿sería válido preguntarse
si la selección hacia resistencia a herbicidas (por uso recurrente de herbicidas) podría favorecer al
mismo tiempo la evolución de biotipos altamente tolerantes a los estreses ambientales y por
consiguiente con mayor efecto nocivo de maleza? Estudios metabolómicos podrían permitirnos
descubrir relevantes rutas metabólicas que estuvieran involucradas en la tolerancia a estreses y en la
resistencia a herbicidas y, así, sugerir nuevas estrategias de manejo de malezas y también conducir
al desarrollo de nuevos y más efectivos herbicidas. El conocimiento adicional sobre los
mecanismos de resistencia ASA podría guiarnos hacia mejores formas de manejar la resistencia
mediante la rotación de herbicidas, buscando aquellos que no sólo difieran en su modo de acción
sino que también se detoxifiquen o sean “secuestrados” en la planta por mecanismos diferentes. A
su vez, este conocimiento también podría ser útil para el desarrollo de cultivos con amplio espectro
de resistencia a herbicidas, o para modificar plantas para uso en bioremediación y detoxificación
ambiental de sustancias xenobióticas (MORANT et al., 2003; INUI y OHKAWA, 2005; YAZAKI ,
2006). La gran complejidad de la resistencia tipo ASA en plantas (YAZAKI, 2006; YUAN et al.,
2007) y en animales (HIGGINS, 2007) revela el rol esencial que cumple el manejo integrado de
8
malezas, con menor dependencia en herbicidas, para retrasar la evolución de biotipos de malezas
con resistencia a herbicidas.
Figura 4. Máximo rendimiento cuántico de fluoredescencia clorofílica (Fv/Fm) medido en tres
biotipos de Chenopodium album (S = susceptible a atrazina, R = resistente a atrazina, y VC =
proveniente de Veliki Crljeni, Serbia) varios días posteriores a un tratamiento con 2 kg i.a. ha-1 de
atrazina. Las barras verticales en cada punto son ± error estándar de la media. (Adaptado de
PAVLOVIC et al., 2008).
Tabla 2. Análisis de varianza y contrastes ortogonales para variables de crecimiento, mínima
resistencia estomática a la difusión del vapor de agua (MRD) y tasas transpiratorias medidas 22
días después de plantar tres biotipos de Chenopodium album (S = susceptible a atrazina, R =
resistente a atrazina, y VC = proveniente de Veliki Crljeni, Serbia).
Biotipo
N° de hojas
planta-1
Área foliar
(cm2 plant-1)
MRD
(s cm-1)
Tasa de traspiración
(micro g cm-2 s-1)
S
VC
R
8.25±0.96 a a
6.50±0.58 b
7.50±0.31 ab
24.50±2.52 a
18.00±1.63 b
23.00±1.18 a
0.63±0.14 b
2.82±1.26 a
0.67±0.04 b
8.77±1.67 b
5.98±1.32 c
17.15±0.63 a
P>F
0.038
0.011
0.003
<0.0001
Error estándar
0.400
1.230
0.367
0.767
G.L. del error= 9
a
Medias (±ES) seguidas por una misma letra no difieren estadísticamente según contrastes
ortogonales efectuados para P = 0.05, los cuales se condujeron solamente cuando el efecto del
factor biotipo resultó significativo (P ≤ 0.05) en la prueba del análisis de varianza.
9
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1
ESTRATEGIAS DE MANEJO DE MALEZAS GRAMÍNEAS RESISTENTES A
HERBICIDAS EN TRIGO Y OTROS CULTIVOS EXTENSIVOS EN EL SUR
DE CHILE
1
N. Espinoza1, J. Díaz1, R. Galdames1 y C. Rodríguez1
INIA Carillanca, Temuco, Chile, email: [email protected]
Resumen: En el sur de Chile, principal zona productora de trigo (Triticum aestivum),
avena (Avena sativa), cebada (Hordeum vulgare), raps canola (Brassica napus) y
lupino (Lupinus angustifolius), el desarrollo de resistencia en malezas gramíneas como
ballica (Lolium multiflorum y L. rigidum), avenilla (Avena fatua) y cola de zorro
(Cynosurus echinatus) hacia los herbicidas ACCasa y ALS ha sido creciente a partir de
la década del 90. La resistencia a glifosato en L. multiflorum es más reciente, sin
embargo está aumentando rápidamente. Es muy probable que la resistencia continúe
incrementándose, de no existir cambios que signifiquen uso de rotaciones adecuadas de
cultivos, rotaciones o mezclas de herbicidas con diferentes mecanismos de acción, pero
principalmente una menor dependencia de los herbicidas antes y después de la siembra.
Para esto es fundamental que los agricultores no sigan considerando la labranza cero
como algo absoluto, que nunca puede modificarse, crean más en las bondades de los
herbicidas pre-emergentes para controlar malezas gramíneas como ballica y cola de
zorro, incluyendo los biotipos resistentes, y que los agricultores estén realmente
dispuestos a implementar programas de prevención y control integrado de malezas en
sus campos.
Palabras claves: avenilla, ballica, cola zorro, herbicidas, resistencia.
Summary: management strategies of weeds grasses resistant to herbicides in wheat and
others extensive crops in south of Chile. In the south of Chile, the main area for wheat
(Triticum aestivum), oat (Avena sativa), barley (Hordeum vulgare), canola (Brassica
napus) and lupine (Lupinus angustifolius), the resistance development of grass weed
like ryegrass (Lolium multiflorum y L. rigidum), wild oat (Avena fatua) and hedgehog
dogtai (Cynosurus echinatus) toward the herbicides ACCasa and ALS has been frequent
since the nineties. In recent years, the development of L. multiflorum resistant to
glifosato is acquiring a growing importance. It is very likely that the resistance continue
to rise in the absence changes mean that use of appropriate rotations crop rotations, or
mixtures of herbicides with different mechanisms of action, but mainly less dependence
on the herbicides before and after seeding. It is also essential that farmers do not
continue considering the zero tillage as something absolute, which can never be
amended, create more in the virtues of herbicides pre-emerging to control weeds grasses
and ryegrass and hedgehog, including biotypes resistant and farmers are really willing
to implement prevention programs and integrated control of weeds in their fields.
Keywords: wild oat, ryegrass, hedgehog dogtail, herbicides, resistance.
1
Introducción
En los sistemas de cultivos de altos insumos alrededor del mundo, generalmente los
agricultores no adoptan medidas preventivas para evitar o retrasar el desarrollo de
resistencia a herbicidas. Comúnmente, éstas son adoptadas sólo después que la
resistencia se ha desarrollado (BECKIE y GILL, 2006). Lo anterior es debido a que los
costos y esfuerzos para prevenir o retrasar el desarrollo de la resistencia a herbicidas son
percibidos como similares a los relacionados con el manejo de una resistencia ya
confirmada. También puede deberse al interés por parte de los agricultores de optimizar
en el corto plazo el retorno económico o simplemente por la incapacidad para evaluar
los riesgos asociados con las malezas resistentes (ROTTEVEEL et al., 1997). La baja
adopción de prácticas de manejo también puede deberse a la ausencia de herbicidas
alternativos o con diferente mecanismo de acción o de diferentes grupos químicos, para
controlar las malezas problemas o por expectativas poco realistas en el sentido de que
nuevas tecnologías de herbicidas podrían estar disponibles en el futuro (LLEWELLYN
et al., 2002). El costo de prevenir la resistencia es significativamente menor al costo de
manejarla una vez que se ha desarrollado totalmente, principalmente cuando la
resistencia se presenta a diferentes grupos de herbicidas o cuando quedan pocos
herbicidas disponibles para controlar las malezas resistentes (ORSON, 1999). El
principal costo directo de la resistencia puede ocurrir durante el primer año de
detección, debido al deficiente control de la maleza resistente y la consecuente pérdida
de rendimiento del cultivo (PETERSON, 1999). Malezas con alto potencial para
producir semillas como ballica (L. rigidum, L. multiflorum) (BOSQUE et. al., 2002),
pueden incrementarse rápidamente en el campo como consecuencia de un deficiente
control debido a la resistencia y, por lo tanto, ocasionar pérdidas importantes en el
rendimiento de trigo. La resistencia dificulta el manejo adecuado de las malezas y
además de incrementar los costos de producción, aumenta la carga ambiental de
herbicidas cuando el deficiente control de la maleza resistente obliga a usar dosis más
altas o repetir la aplicación.
En el sur de Chile, principal zona productora de trigo, avena, cebada, raps canola y
lupino, el desarrollo de resistencia en malezas gramíneas como ballica (Lolium
multiflorum y L. rigidum), avenilla (Avena fatua) y cola de zorro (Cynosurus echinatus)
hacia los herbicidas ACCasa y ALS ha sido creciente a partir de la década del 90. Por
otra parte, en los últimos años también se ha confirmado la resistencia en L. multiflorum
al herbicida glifosato (Espinoza et al 2005; Espinoza et al 2008). En el presente trabajo
se analizan los factores de riesgo para el desarrollo de resistencia a herbicidas y las
estrategias para prevenirla o atrasarla, con énfasis en el manejo de herbicidas para la
agricultura con cultivos extensivos del sur del país.
Factores que determinan un rápido desarrollo de la resistencia a los herbicidas
El factor más importante en la evolución de resistencia de las malezas a los herbicidas
es un sistema de manejo en el cual el uso repetido de un solo herbicida o de varios
herbicidas con el mismo sitio de acción, proporcionan una continua presión de selección
(JASIENIUK et al., 1996). Por lo tanto, para evitar o retrasar la evolución de
resistencia, es necesario limitar la presión de selección, controlar las plantas resistentes
antes que ellos se dispersen y disminuir la proporción de individuos resistentes del
banco de semillas del suelo. Otros factores, tales como las características de los
2
herbicidas y la biología de las malezas también juegan un importante rol en determinar
la rapidez de la resistencia.
Características de los herbicidas
Herbicidas con un solo sitio de acción. Los herbicidas que tienen un solo sitio de acción
tienen más probabilidades de que se genere resistencia a ellos en relación a aquellos que
afectan a varios procesos. Por ejemplo, en muchos casos las malezas han evolucionado
resistencia a los herbicidas inhibidores de ACCasa e inhibidores de ALS después de
cinco e incluso menos años de uso (MALLORY-SMITH et al., 1990). Esto contrasta
con los antiguos herbicidas reguladores del crecimiento tipo auxinas con sitios de
acción menos específicos, lo que se ha traducido en poca resistencia a ellos, después de
un uso prolongado (HEAP, 2009).
Herbicidas muy eficaces para controlar las malezas. Cuando el nivel de control de las
malezas susceptibles es alto, la presión de selección también aumenta y, por lo tanto, la
probabilidad de que escapen individuos resistentes. Por ejemplo, al aplicar un herbicida
que controla un 95% de las plantas susceptible mantendrá pocas de ellas para la
siguiente generación, en comparación con un herbicida que controla un 70%. Esto
mismo ocurre con herbicidas que tienen un largo efecto residual (POWLES et al.,
1997).
Aplicación frecuente. El riesgo de resistencia es mayor cuando se emplea el mismo
herbicida repetidamente en el mismo cultivo, mismo potrero y las mismas malezas por
un largo tiempo (GRESSEL y SEGEL, 1990). La pérdida de los beneficios normales de
la labranza del suelo favorece el desarrollo de malezas resistentes, debido a que la
labranza elimina a las malezas resistentes que escapan a las aplicaciones de herbicidas y
proporciona un mecanismo para mezclar y diluir semillas resistentes con la población
original de malezas (susceptibles) (VILA-AIUB et al., 2005).
Biología de la maleza
Ciclo de vida. La resistencia de los herbicidas aparece más frecuentemente en malezas
anuales. Debido a que las malezas anuales sólo se reproducen por semillas el potencial
para transferir la resistencia a la próxima generación es relativamente alta (OWEN,
2001). Las malezas anuales se caracterizan también por producir un elevado número de
semillas por planta, lo que aumenta el material genético que está presente en el banco de
semillas y, por lo tanto, la probabilidad a que aparezca un gen mutado).
Longevidad de la semilla. Si el suelo es cultivado, las semillas de vida larga de
poblaciones susceptibles que estaban enterradas diluirán la población de semillas
resistentes y la resistencia podrá ser atrasada. Por otra parte, las semillas que
permanecen en la superficie del suelo y tienen una vida corta (con o sin dormancia)
morirán o germinarán dentro de unos pocos años. Por esta razón, en los sistemas con
cero labranza que dejan semillas de malezas en la superficie del suelo, estas
corresponden principalmente a semillas resistentes, ya que las susceptibles germinan y
son controladas con el herbicida.
3
Practicas de manejo para prevenir o minimizar la selección de malezas resistentes
a herbicidas
Las prácticas de manejo siguientes ayudaran a reducir la presión de selección ejercida
por la aplicación de un solo herbicida o de herbicidas con el mismo mecanismo de
acción:
Alternando métodos no químicos de control de malezas con herbicidas. Ayuda a
reducir la presión de selección de los herbicidas. Sin embargo, las prácticas de control
no químicas de malezas pueden ser limitadas en número y/o traducirse en resultados
poco eficaces de control de malezas.
Mezclando herbicidas con diferentes mecanismo de acción. Las mezclas de herbicidas
en el estanque del aspersor o el tratamiento secuencial (el mismo año) de herbicidas con
diferentes mecanismo de acción retarda el desarrollo de resistencia (DIGGLE et al.,
2003). Las plantas que escapan a un herbicida será controlado por el otro herbicida. Para
implementar esta práctica se asume que ambos herbicidas tienen acción de control sobre
la maleza objetivo.
Rotando herbicidas con diferentes mecanismos de acción. La rotación de herbicidas
con diferente mecanismo de acción año a año puede retrasar la resistencia. Sin embargo,
esta técnica puede ser menos eficaz que el uso de mezclas en el estanque y/o las
aplicaciones secuenciales en el mismo año, ya que parte la población sobrevivirá el año
en la que se usa el otro herbicida con diferente mecanismo de acción (DIGGLE et al.,
2003; POWLES et al., 1997).
Rotando cultivos. Puede retrazar la resistencia siempre y cuando los herbicidas usados
tengan diferentes mecanismos de acción y los otros métodos de control difieran para
cada cultivo (POWLES et al., 1997).
Conteniendo la infestación resistente en cuanto aparezca. Una maleza resistente
presenta la misma amenaza que una maleza nueva e invasora y al no ser controlada se
favorece su diseminación. Las prácticas de control diferentes a la aplicación estándar
del herbicida, como por ejemplo arrancar a mano y aplicar en manchas (forma
localizada) con otros herbicidas ayudarán a eliminar las plantas que escaparon.
Otras prácticas. Las siguientes prácticas culturales también pueden hacer muy útiles
para prevenir o atrasar la resistencia. Incluye el: uso de semilla certificada; limpieza de
todo tipo de maquinaria agrícola, tanto de preparación del suelo como de cosecha, para
evitar el transporte y dispersión de las semillas de malezas de un campo a otro; retraso
en la siembra para que puedan emerger las malezas y poder controlarlas en una o más
oportunidades, ya sea con herbicidas y/o mecánicamente; quema de rastrojo, donde sea
recomendable y permitido, para reducir la viabilidad de las semillas de malezas
existentes en el suelo.
Un resumen de los principales factores que afectan la evolución de resistencia de las
malezas a los herbicidas, se incluyen en la Tabla 1.
4
Tabla 1. Prácticas agrícolas y su relación con los riesgos de desarrollo de resistencia a
los herbicidas. Espinoza, N. Adaptado y traducido de HRAC. (Comité Acción de
Resistencia a Herbicidas. 2002.
Prácticas Agrícolas
Rotación de herbicidas o
mezclas de herbicidas
empleadas
Riesgo de resistencia
Bajo
Moderado
Alto
Con más de 2
Con 2
Con 1
mecanismos de mecanismos de mecanismo de
acción
acción
acción
Métodos de control de malezas
utilizados
Cultural*,
mecánico y
químico
Cultural y
químico
Solamente
químico
Frecuencia de uso de herbicidas
con el mismo mecanismo de
acción por temporada
Una vez
Más de una vez
Varias veces
Rotación de cultivos utilizada
Rotación
amplia
Rotación
limitada
Monocultivo
Referencia sobre la resistencia a Desconocida
ese mecanismo de acción
Limitada
Frecuente
Nivel de infestación de malezas Bajo
en los potreros o cultivos
Moderado
Alto
Control en los últimos 3 años
Disminuyendo
Deficiente
Bueno
* El control cultural puede implicar labranza del suelo, quema de restrojos, cultivos competitivos, semilla
certificada, etc.
Detección de malezas resistentes en el campo
Para verificar la presencia de malezas resistentes en campo, debe ponerse especial
atención a las posibles fallas ocurridas durante la aplicación del herbicida, ya que
normalmente tienen un patrón definido. Es lo que ocurre cuando no hay un cubrimiento
completo del objetivo entre una pasada y la siguiente del equipo aspersor (Figura 1) o
por la ausencia de traslape entre los abanicos de aspersión entre boquillas como
consecuencia del atascamiento de las boquillas, barra porta boquillas demasiado baja o
boquillas con un ángulo muy pequeño. Por otra parte, debe conocerse el espectro de
control y la eficacia del herbicida, ya que el deficiente control podría deberse a que la
maleza es tolerante. Si hay escapes, es importante observar si algunas plantas de la
misma especie están afectadas y otras que están alrededor no. Cuando la resistencia esta
comenzando es común encontrar entre plantas vecinas de la misma especie algunas
severamente afectadas por el herbicida y otras no (Figura 2). La resistencia también
puede manifestarse como la capacidad de rebrote de las plantas moderadamente
5
afectadas, por lo tanto, es importante que la visita al campo se haga en el momento
oportuno.
Figura 2. Plantas de ballicas sensible
(color café) y resistente (color verde).
Figura 1. Franja de avenilla en trigo debido a la falta
de traslape durante la aplicación del herbicida
Herbicidas selectivos disponibles para controlar malezas gramíneas en trigo y
otros cultivos clasificados según su mecanismo de acción
La rotación de herbicidas como estrategia para manejar la resistencia, se basa en que no
deben usarse todos los años en el mismo campo o potrero, herbicidas con igual
mecanismo de acción para controlar las mismas malezas. Por lo tanto, esta estrategia es
altamente dependiente de que exista disponibilidad y diversidad de herbicidas para los
agricultores. En Chile los herbicidas recomendados para controlar malezas gramíneas en
trigo, cebada, avena, triticale, lupino y raps canola, agrupados según su mecanismo de
acción, se indican en el Tabla 2. Esta clasificación es la propuesta por el HRAC
(Herbicide Resistance Action Committee). Algunos herbicidas como los del grupo A
(herbicidas ACCasa) controlan solamente malezas gramíneas, mientras que los
herbicidas del grupo B (herbicidas ALS), grupo N (inhibidores de la síntesis de ácidos
grasos, no ACCasa), grupo C1 (inhibidores de la fotosíntesis en el fotosistema II), grupo
C2 (inhibidores de la fotosíntesis en el fotosistema II), grupo K1 (inhibidores de la unión
de los microtúbulos en la mitosis) y grupo K3 (inhibidores de la división celular)
controlan malezas gramíneas y de hoja ancha.
De acuerdo a la información contenida en la Tabla 2, en trigo hay más posibilidades de
rotar herbicidas con diferentes mecanismos de acción para controlar malezas gramíneas
que en el resto de los cereales, ya que en trigo hay seis grupos de herbicidas de los
cuales elegir, mientras que en cebada y triticale hay cuatro grupos de herbicidas, y en
avena sólo un grupo. Es importante señalar que, exceptuando los grupos A (ACCasa) y
B (ALS) que corresponde a herbicidas pos-emergentes, el resto de los grupos (N, C1,
C2, K1 y K3) corresponde a herbicidas pre-emergentes. Otro aspecto importante es que
los grupos A y B están representados por numerosos herbicidas, por el contrario el
grupo N por sólo prosulfocarb, el grupo C1 por simazina, el grupo C2 por diuron e
isoproturon, el grupo K1 por trifluralina y pendimetalina y el grupo K3 por flufenacet.
En avena, al contrario del resto de los cereales, no se recomiendan herbicidas del grupo
6
A y B o pos-emergentes, y el único herbicida recomendado con acción en malezas
gramíneas es diuron del grupo C2.
En cultivos de hoja ancha o dicotiledóneas como raps canola y lupino, hay dos y tres
grupos de herbicidas disponibles, respectivamente (Tabla 2). Específicamente en raps
canola pueden utilizarse herbicidas de los grupos A, K1 y K3. El grupo K1 está
representado por trifluralina, empleado de presiembra e incorporado en el suelo y de
pre-emergencia, mientras que el grupo K3 está representado por metazachlor,
recomendado en pre y pos-emergencia temprano. En lupino pueden utilizarse herbicidas
del grupo A y C1. El grupo C1 está representado por simazina recomendado en preemergencia.
En la zona sur, la resistencia de malezas gramíneas a los ACCasa es más generalizada a
los herbicidas del grupo químico FOP que a los DIM y DEN. Por esta razón, la
alternancia de herbicidas de grupos químicos distintos también podría ser una estrategia
útil para prevenir o atrasar la resistencia. En la Tabla 3, se incluye la clasificación de los
herbicidas ACCasa y ALS según su grupo químico.
7
Tabla 2. Herbicidas disponibles para controlar malezas gramíneas en trigo y otros cultivos extensivos agrupados según mecanismo de acción.
TRIGO
diclofop metil
clodinafop propargil
pinoxaden
CEBADA
AVENA
TRITICALE
GRUPO A (ACCasa). Pos-emergentes
diclofop metil
diclofop metil
pinoxaden
LUPINO
Clethodim
fluazifop-p-butil
haloxyfop metil
propaquizafop
quizalofop-p-etil
trepaloxydim
RAPS CANOLA
clethodim
fluazifop-p-butil
haloxyfop metil
propaquizafop
quizalofop-p-etil
trepaloxydim
GRUPO B (ALS). Pos-emergentes
idosulfuron metal-Na
idosulfuron metil-Na
idosulfuron metil-Na
idosulfuron metal-Na+
mesosulfuron metil
idosulfuron metil-Na+
mesosulfuron metil
flucarbazone sódico
imazamox + imazapyr
pyroxulam
GRUPO N (Pre-emergentes)
prosulfocarb
prosulfocarb+(metribuzina, C1)
prosulfocarb
GRUPO C1 (Pre-emergentes)
simazina
GRUPO C2 (Pre-emergentes)
diuron
isoproturon
diuron
diuron
GRUPO K1 (Pre-emergentes)
trifluralina (pre)
pendimetalina
GRUPO K3 (Pre-emergentes)
flufenacet+(metribuzina, C1)
flufenacet+(metribuzina, C1)
pre: recomendado en pre-emergencia; pos: recomendado en pos-emergencia; psi: recomendado en pre-siembra e incorporado en el suelo.
trifluralina (pre)
pendimetalina
trifluralina (pre y psi)
metazachlor (pos)
8
Tabla 3. Clasificación de los herbicidas ACCasa y ALS según grupo químico.
Mecanismo
de Acción
Grupo
químico
Nombre común
Nombre comercial
Cultivo
Clodinafop-propargil
Topik 240 EC
Trigo
Clodinafop-propargil
Hummer 240 EC
Trigso, cebada
Diclofop-metil
Cascabel 28 EC
Trigo, cebada
Diclofop-metil
Iloxan 28 EC
Trigo, cebada
Fluazifop -p-butil
Hache Uno 2000 175
EC
Canola, lupino
Haloxyfop-metil
Galant Plus
Canol, lupino
Propaquizafop
Agil 100 EC
Canola, lupino
Clethodim
Centurión 240 EC
Canola, lupino
Clethodim
Centurión Super
Canola, lupino
Tepraloxydim
Aramo
Canola, lupino
Pinoxaden
Axial 050 EC
Trigo
Iodosulfuron metil-Na
Hussar 20 WG
Trigo, cebada, triticale
Iodosulfuron metil-Na
Ovassion 5.26 WP
Trigo, cebada, triticale
Iodosulfuron metil-Na+
mesosulfuron metil
Cossack 150 WG
Trigo, triticale
Flucarbazone
Vulcano 70% WG
Trigo
Flucarbazone
Everest
Trigo
IMI
Imazamox + Imazapyr
Eurolightning
Trigo, raps clearfield
TP
Pyroxulam
Admitt
Trigo, cebada
FOP
ACCasa
DIM
DEN
SU
ALS
SCT
FOP: ariloxifenoxipropionatos; DIM: ciclohexanodionas; DEN: fenilpirazolines; SU: sulfonilureas;
SCT: sulfonil-aminocarbonil-triazolinona; IMI: imidazolinonas; TP: triazolopirimidinas.
Eficacia y espectro de control de malezas gramíneas de los herbicidas disponibles
Un aspecto que conviene destacar es que en un mismo grupo de herbicidas, por ejemplo
ACCasa (igual mecanismo de acción) o entre grupos de herbicidas, por ejemplo
ACCasa y ALS (diferente mecanismo de acción), pueden existir diferencias importantes
en el número de especies de malezas gramíneas que controlan (espectro de control) y en
el nivel de control de cada una (eficacia). Por otra parte, estas diferencias tambien
pueden darse entre los herbicidas pre-emergentes o aplicados al suelo antes de la
emergencia de las malezas y los cultivos.
9
Herbicidas ACCasa y ALS. Se observa que todos los herbicidas ACCasa controlan
eficazmente la avenilla y ballica, y la mayoría controla eficazmente cola de zorro y
tembladerilla (Tabla 4). Por otra parte, la mayoría de los herbicidas ACCasa no
controlan vulpia. Respecto a los ALS (Tabla 5), todos controlan eficazmente avenilla y
ballica, sin embargo, sólo algunos herbicidas controlan eficazmente cola de zorro y
vulpia.
Tabla 4. Eficacia de algunos herbicidas ACCasa en distintas malezas gramíneas.
Herbicidas ACCasa
Maleza
gramínea
FOP
DIM
DEN
clod
dicl
flua
halo
prop
clet
tepr
pino
Avenilla
S
S
S
S
S
S
S
S
Ballica
MS-S
S
S
S
S
S
S
S
Cola zorro
S
T
S
S
S
S
S
T
Vulpia
T
T
T
T
T
MSS
MS-S
T
Tembladerilla
T
MS
S
S
S
S
S
MS-S
clod: clodinafop; dicl: diclofop; flua: fluazifop; halo: haloxyfop; prop: propaquizafop; clet: clethodim;
tepr: tepraloxydim; pino: pinoxaden; FOP: ariloxifenoxipropionatos; DIM: ciclohexanodionas; DEN:
fenilpirazolines.
S = susceptible, 91 a 100% control.
MS = moderadamente susceptible, 71 a 90% de control.
MT = moderadamente tolerante, 50 a 70% de control.
T = tolerante, control inferior a 50% o sin control.
Tabla 5. Eficacia de algunos herbicidas ALS en distintas malezas gramíneas.
Herbicidas ALS
Maleza
gramínea
SU
ST
IMI
TP
iodo
iodo+meso
flua
imaz+imar
pyro
Avenilla
MS-S
S
S
S
S
Ballica
S
S
MS-S
S
S
Cola zorro
T
T-MT
MS-S
MS-S
MS-S
Vulpia
T-MT
MS-S
MT
S
MT-MS
Tembladerilla
MS
S
MT-MS
S
MS
iodo: iodosulfuron; iodo+meso: iodosulfuron+mesosulfuron; flua: flucarbazone; imaz+imar:
imazamox+imazapyr; pyr: pyroxulam; SU: sulfonilureas; ST: sulfonil-aminocarbonil-triazolinona IMI:
imidazolinonas; TP: triazolopirimidinas.
S = susceptible, 91 a 100% control.
MS = moderadamente susceptible, 71 a 90% de control.
MT = moderadamente tolerante, 50 a 70% de control.
T = tolerante, control inferior a 50% o sin control.
Herbicidass pre-emergentes. Ninguno de los herbicidas pre-emergentes controla
satisfactoriamente avenilla, excepto matazachlor, el cual es recomendado en raps
canola. Por el contrario, la mayoría de los herbicidas pre-emergentes se destacan por su
alta eficacia en ballica, cola de zorro y vulpia (Tabla 6). Es una excepción el herbicida
diuron, cuya eficacia en ballica y cola de zorro es baja.
10
Tabla 6. Eficacia de algunos herbicidas pre-emergentes en distintas malezas gramíneas.
Herbicidas pre-emergentes
Maleza
gramínea
diur
isop
fluf+
metr
meta
pend
pros
pros+
meto
sima
trif
T
T
T
MT-MS
T
T
T
T
T
Ballica
T-MT
S
MS
S
MT-MS
MS
MS-S
MT-MS
MS-S
Cola zorro
T-MT
S
MS
S
MT-MS
S
S
MT-T
MT-MS
MT-MS
S
S
S
MS-S
S
S
MS-S
MS-S
Avenilla
Vulpia
diur: diuron; isop: isoproturon; fluf+metr: flufenacet+metribuzina; meta: metazaclor; pend:
pendimetalina; pros: prosulfocarb; pros+meto: prosulfocarb+metolacloro; sima: simazina; trif:
trifluralina.
S = susceptible, 91 a 100% control.
MS = moderadamente susceptible, 71 a 90% de control.
MT = moderadamente tolerante, 50 a 70% de control.
T = tolerante, control inferior a 50% o sin control.
Estrategias de manejo de los biotipos resistentes a glifosato
En el sur de Chile, la única especie de maleza en que se ha confirmado resistencia a
glifosato es ballica (L. multiflorum). La resistencia de ballica a glifosato está
significando el uso de otros herbicidas previo a la siembra para controlar las plantas
resistentes, además de glifosato, lo que implica un aumento de los costos del control de
malezas. En la zona sur, normalmente las plantas de ballica maduran antes que la de los
cultivos de creales, por lo que gran parte de las semillas provenientes de las plantas que
no son controladas caen al suelo y permanecen en la superficie durante el verano y
otoño (aproximadamente tres meses), para comenzar a germinar con las primeras lluvias
de otoño. Por lo tanto, antes, durante o después de la germinación de las semillas de
ballica sensibles y resistentes a glifosato, se pueden realizar diversas prácticas de
control mecánico o químico, las que en su mayoría están siendo adoptadas por los
agricultores.
Antes de la siembra
Uso de glifosato. Por las características de glifosato y el amplio uso de la labranza cero,
aún existiendo resistencia de ballica a este herbicida, su aplicación antes de la siembra
es una práctica obligada para poder controlar las plantas de ballica sensibles y otras
especies de malezas.
Uso de clethodim y tepraloxydim. A la fecha, los biotipos de ballica resistentes a
glifosato son sensibles a los herbicidas ACCasa clethodim y tepraloxydim. Esto ha
significado que en campos con resistencia a glifosato clethodim y tepraloxydim sean
usados en barbecho químico y principalmente en mezcla de estanque con glifosato. El
uso de clethodim y tepraloxydim permite controlar las plantas resistentes a glifosato y
decrecer la evolución de resistencia a él.
Uso de paraquat. Los biotipos de ballica resistentes a glifosato son sensibles a paraquat.
Sin embargo, por tratarse de un producto de contacto las plantas de ballica deben quedar
11
bien mojadas con el producto y ser tratadas preferentemente antes del estado de
macolla, de lo contrario el control de las plantas no es total.
El grupo de trabajo para la continuidad de glifosato de Australia (GSWG) recomienda la
rotación de glifosato y paraquat antes de la siembra de los cultivos o el uso de la técnica
del doble golpe, es decir, la aplicación en secuencia de glifosato primero y paraquat
después, durante la misma temporada. Lo anterior ha permitido controlar eficazmente
malezas resistentes a glifosato en Australia y a otros herbicidas comúnmente utilizados
(WEERSINK et al., 2005).
Retraso en la siembra. El retraso en la fecha de siembra hace posible que exista más
tiempo para la emergencia de plantas de ballica resistentes y poder controlar más de una
vez, ya sea con herbicidas y/o mecánicamente.
Cultivación el suelo. Permite una mayor y más rápida emergencia de las malezas y por
lo tanto, aumenta la posibilidad de poder controlarlas antes de la siembra.
Después de la siembra
Herbicidas pre-emergentes. En los últimos años, este tipo de herbicidas ha tenido una
amplia aceptación entre los agricultores. Los resultados de trabajos recientes indican
que todos los herbicidas pre-emergentes recomendados en trigo y otros cultivos
extensivos y, que naturalmente poseen acción de control de Lolium, pueden controlar
los biotipos resistentes a glifosato (Tabla 7). En esta investigación, se utilizaron los
biotipos de L. multiflorum resistentes aglifosato LM-30, LM-33 y LM-45 y diversos
herbicidas pre-emergentes recomendados en trigo, tales como diuron, isoproturon,
flufenacet+metribuzina y prosulfocarb, cada uno aplicado en la dosis técnica y en otra
dosis un 50% más alta. Se encontró que todos los herbicidas disminuyeron
significativamente el peso verde de la parte aérea de los diferentes biotipos de ballica en
relación al tratamiento testigo sin herbicida, exceptuando diuron. El deficiente control
de los biotipos con diuron, no debería atribuirse a resistencia, ya que también controló
deficientemente el biotipo sensible incluido como referencia.
Tabla 7. Disminución (%) del peso verde de los biotipos LM-30, LM-33 y LM-45 con
herbicidas aplicados en pre-emergencia en la dosis técnica y otra dosis un 50% mayor.
Diuron
Isoproturon
Flufenacet +
Prosulfocarb
Metribuzina
Biotipo de
1.000
g ha-1
1.500
g ha-1
2.000
g ha-1
3.000
g ha-1
120+88
g ha-1
180+132
g ha-1
4.000
g ha-1
6.000
g ha-1
Sensible
29
28
100
96
72
85
79
76
LM-30
4
30
100
100
80
90
69
65
LM-33
15
33
96
100
64
96
74
76
LM-45
24
74
99
100
81
89
87
92
ballica
Agradecimientos
Parte de los trabajos realizados fueron financiados por el Proyecto FONDEF D04i1022.
12
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14
TEST DE GERMINACIÓN in vitro PARA DETECTAR MALEZAS RESISTENTES
A HERBICIDAS.
Jorge Díaz S. , N. Espinoza N. y R. Galdames G.
INIA-Carillanca, Casilla 58-D, Temuco, Chile. e-mail: [email protected]
Resumen:
Los herbicidas constituyen la principal herramienta de control de malezas en los cultivos
extensivos, sin embargo, la variabilidad genética y presión de selección por la continua
aplicación tiene como consecuencia el desarrollo de malezas resistentes (biotipos R). Este
fenómeno de características evolutivas, estaría afectando en diferentes magnitudes a unas
100.000 ha en Chile con biotipos R de ballicas (Lolium multiflorum Lam., L. rigidum
Gaudin), avenilla (Avena fatua L.) y cola de zorro (Cynosurus echinatus L.). Los
herbicidas a los que se está generando resistencia son a diclofop y clodinafop (inhibidores
de ACCasa), iodosulfuron y flucarbazone (inhibidores de ALS) y glifosato (inhibidor de
EPSFs). La prevención mediante una precisa y oportuna detección es el primer y más
importante paso en el manejo de los biotipos R, orientando las estrategias de control y
evitando su diseminación. Diversas metodologías han sido desarrolladas, las que
consideran evaluaciones de la planta entera, pasando por determinadas estructuras
vegetativas y reproductivas, midiendo la actividad de la enzima blanco del herbicida hasta
modernas técnicas biotecnológicas, todas ellas con el fin de agilizar el diagnóstico de
biotipos R. En este trabajo, se discuten y comparan las principales bondades de cada uno
de los métodos, prestando especial atención a bioensayos que utilizan semilla. Este último
ha permitido detectar respuestas diferenciales entre biotipos sensibles y resistentes en un
período corto para varios grupos de herbicidas. Se describen los principales aspectos en el
desarrollo y puesta punto de un test de germinación in vitro para ballicas, avenilla y cola de
zorro. Los factores considerados fueron viabilidad, dormancia, condiciones de germinación
de la semilla, y su respuesta a concentraciones de herbicidas y su correlación con la
respuesta en planta. Finalmente, se concluye que el test cumple con ser preciso, rápido,
simple de ejecutar y evaluar, características apropiadas para constituirse como un servicio
de detección de biotipos R en un número importante de herbicidas inhibidores de ACCasa,
ALS y EPSFs.
Palabras clave: bioensayo, biotipos R, ballica, avenilla, cola de zorro.
Summary: Seed testing for detect weeds resistant to herbicides.
Herbicide constitutes the main tool of weed control in the cereal crops, nevertheless, the
genetic variability and pressure of selection by the continuous application has consequently
developed resistant weeds (biotypes R). This phenomenon of evolutionary characteristics,
is affecting in different magnitudes around 100,000 has in Chile with biotypes R of
ryegrass (Lolium multiflorum Lam., L. rigidum Gaudin), wildoat (Avena fatua L.) and
crested dogtailgrass (Cynosurus echinatus L.). The herbicides to which resistance is being
generated are diclofop and clodinafop (inhibiting of ACCasa), iodosulfuron and
flucarbazone (inhibiting of ALS) and glyphosate (inhibiting of EPSFs). The prevention by
early detection is the first and more important stage of biotypes R management, orienting
the control strategies and avoiding its dissemination. Diverse methodologies to detect its
presence have been developed, those that consider evaluations of the whole plant,
vegetative and reproductive structures; others that determined the activity of target enzyme
of herbicide up to biotechnological techniques, all of them with the purpose of making
make agile the diagnosis of biotypes R. In this work, characteristics of the methods is
discussed and compared, rendering special attention to seed bio-tests. This last one has
allowed the detection of differentials answers between susceptible and resistant biotypes in
a short time for several herbicides groups. The main aspects in the development of
germination test for ryegrass, wildoat and crested dogtailgrass are described. The factors
considered were viability, dormancy, conditions of seed germination, and their answer to
concentrations of herbicides and their correlation with plant response. Finally, it is
concluded that the test fulfills the following attribute precise, fast, simple to execute and to
evaluate, and appropriate to be used in a routine service for biotypes R detection in
important number of ACCase, ALS and EPSPs inhibitors herbicides.
Key words: bioassay, biotype R, ryegrass, wildoat, crested dogtailgrass.
Introducción
Para los agricultores es trascendente el oportuno y adecuado control de las malezas, siendo
los herbicidas una de las principales herramientas por su eficacia, fácil aplicación, bajo
costo y flexibilidad agronómica. Sin embargo, un inadecuado manejo de esta herramienta
esta favoreciendo el desarrollo de malezas resistentes a los herbicidas (biotipos R),
particularmente a malezas gramíneas (DÍAZ et al., 2006; ESPINOZA et al., 2006).
Trabajos realizados por INIA Carillanca han constatado una cantidad próxima a 50
biotipos de malezas gramíneas resistentes a diversos herbicidas inhibidores de ACCasa,
ALS y EPSFs (DÍAZ et al., 2005; DÍAZ et al., 2008a; DÍAZ et al., 2008), y que están
afectando una superficie agrícola en torno a las 100.000 ha dedicadas principalmente al
cultivo de trigo (ESPINOZA & DÍAZ, 2005). En este contexto, la detección es considerada
un paso fundamental en el manejo de los biotipos R para adoptar medidas preventivas y
correctivas en el uso y manejo de los herbicidas, pero también como una herramienta de
monitoreo en la distribución y propagación geográfica del problema.
En la actualidad se han desarrollado diversos bioensayos basados en el estudio de planta
entera, órganos vegetativos, parte de tejidos, semilla, polen, actividad y mutación de la
enzima blanco de los herbicidas. Cada uno de estos métodos muestran ventajas para
determinadas situaciones, pero lo más importante es que deben ser precisos, rápidos y de
bajo costo. En este trabajo se revisan y comparan los diversos métodos de diagnósticos, y
se presenta los principales aspectos en el desarrollo de un test rápido con semilla para
detectar biotipos R de malezas gramíneas.
Métodos de Detección
Uno de los métodos más empleado consiste en medir las diferencias en el desarrollo de las
plantas sometidas a diferentes dosis de herbicidas. Estos estudios de dosis-respuesta han
representado, en muchos casos, el paso inicial en la determinación de biotipos resistentes.
El estudio se inicia con la colecta de semilla, para luego obtener plantas que se hacen
crecer bajo condiciones de invernadero o campo, cuantificando el efecto del herbicida
varias semanas después de su aplicación (MOSS, 1995; BECKIE et al., 2000). Si bien es
un método preciso tiene como principales desventajas el largo tiempo de respuesta, altos
requerimientos de espacio físico, muy demandante en mano de obra, y consecuentemente
de alto costo.
También se han desarrollado métodos a partir de plantas enteras o de órganos vegetativos
que han sobrevivido al tratamiento de control en campo, las que son trasplantadas a
macetas para luego ser sometidas a evaluación con diferentes herbicidas (VALVERDE et
al. 2000; BOUTSALIS, 2001). Si bien son métodos que requieren un equipamiento simple,
son laboriosos y demoran aproximadamente unas 4 semanas en la respuesta.
Otras técnicas están basadas en determinadas estructuras de la planta como el polen y hoja.
El polen, para lo cual se debe esperar a la floración de las plantas, se hace germinar en un
medio de cultivo que contiene herbicida (LETOUZÉ & GAZQUEZ, 2000). Es un método
que requiere de tiempo y de personal con mayores habilidades técnicas en comparación a
los anteriores. El bioensayo que utiliza tejido foliar sólo detecta resistencia al herbicida
glifosato (SHANER et al., 2005), teniendo como principales limitaciones el ser aplicable a
un tipo de herbicida, requiere de personal altamente calificado y de un equipamiento más
sofisticado que las técnicas mencionadas anteriormente.
De forma paralela se han desarrollado bioensayos que miden la sensibilidad de la enzima
blanco de los herbicidas. Los herbicidas resultan letales para las plantas debido a que
actúan sobre un sitio de acción primario, generalmente una enzima de especial relevancia
biológica para el desarrollo y crecimiento de la maleza. En esta relación tan específica
entre enzima y herbicida, cualquier modificación en la estructura de la enzima (mutación),
resulta en una pérdida de afinidad por su sitio de acción y consecuentemente una
disminución en la eficacia del herbicida. En estos bioensayos se considera la extracción y
evaluación in vitro de la actividad de enzimas como la acetolactato sintasa (ALS) y la
enolpiruvil shiquimato sintasa (EPSFs) (SIMPSON et al., 1995; LOVELL et al., 1996;
SINGH & SHANER, 1998). La aplicabilidad de estos bioensayos con fines prácticos tiene
la desventaja de ser muy específico en el análisis del mecanismo de resistencia.
Últimamente se está desarrollando mediante marcadores moleculares la detección de
mutaciones en la enzima blanco de los herbicidas, técnica que se describe en otro capítulo
del libro.
Bioensayos con semilla para detectar biotipos R.
Como alternativa a los métodos y técnicas anteriores se han desarrollado bioensayos con
semilla que se caracterizan por su relativa rapidez y bajo costo operativo. La semilla se
dispone sobre un sustrato inerte impregnado del herbicida, y se determina la respuesta
midiendo parámetros como longitud de coleoptilo (HEAP & KNIGHT, 1986; BOURGOIS
et al., 1997; SIXTO et al., 1997; DÍAZ et al., 2005), longitud de raíz (BECKIE et al.;
1990; COLLAVO et al., 2008), longitud del primordio foliar o de hoja (DE LA
CARRERA et al., 1999; LETOUZÉ & GAZQUEZ, 1999; PÉREZ & KOGAN, 2002;
DÍAZ et al., 2005), combinación de parámetros (TAL et al., 2000); sobrevivencia o
germinación (MURRAY et al., 1996; PÉREZ-JONES et al., 2007). Estos bioensayos han
demostrado ser una importante herramienta para un numeroso grupo de malezas y
herbicidas, considerándose su alto potencial para utilizarse como un servicio de detección
de malezas resistentes (DÍAZ et al., 2005).
En los Cuadros 1, 2 y 3 se presenta una revisión a nivel mundial de bioensayos con semilla
en malezas gramíneas, para detectar biotipos resistentes a herbicidas inhibidores de
ACCasa, ALS y EPSFs. Para los inhibidores de ACCasa existe información para unos 7
herbicidas de un total de 16 productos técnicos (HRAC, 2000) en especies del género
Avena y Lolium, dando cuenta de las concentraciones que permiten discriminar entre un
biotipo sensible (S) del biotipo R, de los parámetros de medición y tiempos de respuesta
que no superan las dos semanas (Cuadro 1). En el caso de los inhibidores de ALS, grupo
conformado por 47 productos técnicos (HRAC, 2000), la información para especies del
género Lolium, indican las concentraciones que permiten discriminar entre biotipo S y R
para 3 productos, los parámetros de medición, y tiempos de respuesta que no superan los
10 días (Cuadro 2). Para L. multiflorum y el herbicida glifosato (Cuadro 3), también se
cuenta con antecedentes de las concentraciones del herbicida, parámetros y tiempos de
respuesta que permiten discriminar entre un biotipo R del S. Es importante destacar que en
relación a los tiempos de respuesta, no está señalado o considerado tratamientos para la
ruptura de dormancia de la semilla.
Cuadro 1. Principales características de bioensayos con semilla para detectar resistencia de
malezas gramíneas a herbicidas inhibidores de la ACCasa
HERBICIDA
Fenoxaprop-p
Setoxidim
Clethodim
Clodinafop
Tralkoxidim
Clodinafop
Pinoxadem
Clethodim
Fenoxaprop-p
Diclofopácido.
MALEZA
A. fatua
A. fatua
A. fatua
A. fatua
A. fatua
A. sterilis
A. sterilis
A. sterilis
Avena spp
L. rigidum
CONCENTRACIÓN
DISCRIMINATORIA
Cantidad
Basado en
(μM)
10
DL biotipo S
5
DL biotipo S
1,5
>80% inh. biotipo S
3
>80% inh. biotipo S
5
>80% inh. biotipo S
1
CL50
0,5
CL50
0,25
CL50
21
No indica
31
Umbral de 20 mm
Parámetro
Tiempo
respuesta
Sobrevivencia
Coleoptilo
Coleoptilo
Coleoptilo
Coleoptilo
Raíz
Raíz
Raíz
Brote
Coleoptilo
S/I
S/I
S/I
S/I
S/I
13 días
13 días
13 días
14 días
S/I
L. rigidum
29,1mg/L CL50
Raíz y brote
Diclofopácido.
L. rigidum
0,06 mg/L CL50
Raíz y brote
Clodinafopácido
L. rigidum
1,15 mg/L CL50
Raíz y brote
tralkoxidim
L.
multiflorum
32
No
especifica
Brote > 1 cm
Diclofop
Lolium
spp
1
CL
Sobrevivencia
Clodinafop
50
Lolium spp
0,2
CL50
Sobrevivencia
Pinoxadem
Lolium
spp
0,05
CL
Sobrevivencia
Clethodim
50
DL: Dosis Letal; CL50: Concentración Letal media; S/I: sin información
REFERENCIA
S/I
Murray et al, 1996
Bourgois et al, 1997
Bourgois et al, 1997
Bourgois et al, 1997
Bourgois et al, 1997
Collavo et al. 2008
Collavo et al. 2008
Collavo et al. 2008
Moss, 2000.
Letouzé et al, 1997
Letouzé & Gasquez
1999
Tal et al., 2000
S/I
Tal et al., 2000
S/I
14 días
10 días
10 días
10 días
Tal et al., 2000
Moss, 2000
Collavo et al., 2008
Collavo et al., 2008
Collavo et al., 2008
Cuadro 2. Principales características de bioensayos con semilla para detectar ballicas
resistentes a herbicidas inhibidores de ALS.
HERBICIDA
MALEZA
CONCENTRACIÓN
DISCRIMINATORIA
Cantidad (μM)
Sulfometuron
L. rigidum
Iodosulfuron
Flucarbazone
L. multiflorum
L. multiflorum
0,027
0,9 mg /L
3,6 mg /L
Parámetro
Tiempo
respuesta
hoja > 1cm
No indica
Coleoptilo
Coleoptilo
6-10 días
6-10 días
REFERENCIA
Basado en
>DL biotipo
S
CL50
CL50
Burnet et al.,
1994.
Díaz et al, 2005
Díaz et al, 2005
Cuadro 3. Principales características de bioensayos con semilla para detectar resistencia en
L. multiflorum al herbicida glifosato (EPSFs).
CONCENTRACIÓN
DISCRIMINATORIA
Cantidad (mg /L)
Basado en
31,56 – 39,4
CL50
84,1
CL50
73,8 – 160,3
CL50
PARÁMETRO
Tiempo
respuesta
Longitud Brote
Longitud hoja
Germinación
8 días
6-10 días
7 días
REFERENCIA
Pérez y Kogan, 2002
Díaz et al, 2005
Pérez-Jones et al, 2007
Estudios realizados para desarrollar un test de germinación in vitro.
En la puesta a punto del método se debieron considerar varios aspectos críticos
relacionados con la semilla, tales como la viabilidad, dormancia, condiciones de
germinación, y relacionar la respuesta en semilla a los herbicidas con estudios en planta.
Estudios en planta. Primeramente se caracterizó la respuesta de un amplio número de
biotipos sospechosos de resistencia en ballicas, avenilla y cola de zorro colectados entre la
VIII y X Regiones. Estos estudios se realizaron en invernadero con herbicidas inhibidores
de ACCasa (diclofop y clodinafop), inhibidores de ALS (iodosulfuron y flucarbazone) e
inhibidor de EPSFs (glifosato). Los herbicidas se aplicaron en una cabina de aplicación
experimental a dosis crecientes de 0, X/2, X, 2X, 4X y 8X (X = dosis técnica de campo).
La respuesta se evaluó entre los 18 a 21 días (Figura 1), determinándose el peso seco de la
parte aérea (60° C durante 72 h). Los datos se analizaron con el modelo log-logístico
(SEEFELDT et al., 1995), para determinar los valores de DL50 (Dosis Letal media) para el
biotipo resistente y sensible, y los factores de resistencia (FR = DL50 R/ DL50 S). Los
resultados (Cuadros 4, 5 y 6) arrojaron un total de 8 biotipos R en ballicas al herbicida
diclofop, 7 a clodinafop, 8 a idosulfuron, y 4 a glifosato. En avenilla se determinaron 2
biotipos R a diclofop y clodinafop. En cola de zorro 3 biotipos R a diclofop y clodinafop y
1 a flucarbazone. Con estos biotipos caracterizados se procedió a la ejecución de los
estudios de germinación en semilla.
Figura 1. Curvas de dosis-respuesta del biotipo R de ballica (LM-20) y sensible (cv. Tama).
Estudios en semilla. Para estos estudios se requiere de semilla viable y sin dormancia.
Una semilla es dormante cuando no tiene la capacidad para germinar en un periodo
específico de tiempo bajo cualquier combinación de factores físicos ambientales normales
que sean favorables para su germinación. La semilla de malezas no escapan a esta
situación y es conocida la dormancia innata de duración variable en especies del género
Avena y Lolium. En la literatura se describe varios tipos de dormancia, como fisiológica,
morfológica, morfofisiológica y física (FINCH-SAVAGE & LEUBNER-METZGER,
2006), y para lo cual existen diversos tratamientos químicos y físicos con el fin de
incrementar la germinación (ISTA, 1976; ELLIS et al., 1985; CFIA, 1997; DÍAZ et al.,
2007).
La viabilidad de la semilla se determinó mediante el test de tetrazolium (ISTA, 1976;
AOSA, 2000). Los resultados indicaron índices de viabilidad de 92 a 100% para la semilla
de ballica, avenilla y cola de zorro. La Figura 2 presenta una semilla de avenilla viable
(embrión coloreado) y otra inviable (embrión no coloreado). Posteriormente, se evaluó la
germinación, determinándose que en semilla colectada durante la temporada fue la que
presentó los mayores porcentajes de dormancia. Para la ruptura de la dormancia de la
semilla se evaluaron diferentes tratamientos físicos (frío y descascarado) y químicos
(KNO3 y ácido giberélico) (ISTA, 1976; ELLIS et al., 1985; CFIA, 1997). Se lograron
adecuadas respuestas para todas las especies, cuando se utilizó una combinación óptima en
base a un pre-tratamiento físico seguido de otro químico que fue coaplicado durante la
prueba de germinación. Estos ensayos se realizaron en una cámara de germinación
calibrada con ciclos térmicos, fotoperiodo y humedad, descritos en la literatura para
ballicas y avenilla; y para cola de zorro se utilizaron los de ballica (ISTA, 1976; CFIA,
1997).
Figura 2. Test de tetrazolium en avenilla, mostrando semilla (cariópside) viable con embrión de
color rojizo (izquierda) e inviable con embrión sin coloración (derecha).
Resuelto los aspectos más críticos de la germinación, se procedió a la ejecución de los
bioensayos, evaluándose una amplia gama de concentraciones (8 a 10 en progresión
geométrica) de los herbicidas diclofop, clodinafop, iodosulfuron, flucarbazone y glifosato.
Las evaluaciones se realizaron en dos momentos, 6 y 10 días en ballica, 10 y 15 días en
avenilla, y 10 y 21 días en cola de zorro. De cada semilla se evaluaron la longitud del
coleoptilo y raíz, ajustándose los datos al modelo de regresión log-logística (SEEFELDT et
al., 1995), cuya expresión matemática es Y=C+((D-C)/1+(x/ CL50)b). Para estimar los
parámetros del modelo, los datos se sometieron a un análisis de regresión no lineal con un
intervalo de confianza de 95% que incluía al cero y los coeficientes de determinación (R2)
de cada regresión (programa SigmaPlot 8.0). El factor de resistencia se calculó mediante el
cuociente de la concentración requerida para lograr una reducción del 50% (CL50) del
parámetro evaluado versus la requerida para lograr este mismo efecto en el biotipo sensible
(FR = CL50R/ CL50S). Se estableció como limite un valor igual o superior a 1,5 en el factor
de resistencia para designar a un biotipo como resistente. En los Cuadros 4, 5 y 6 se
presentan los factores de resistencia obtenidos en planta y semilla, comprobándose la
concordancia entre ambos tipos de estudio para detectar biotipos R.
Los resultados obtenidos indican que las condiciones que se dieron para el manejo de la
dormancia (4 días con un pre-tratamiento de frío), y posteriormente durante la germinación
con un tratamiento químico para ruptura de dormancia junto a condiciones de temperatura,
humedad y fotoperiodo, permitieron detectar biotipos R frente a determinadas
concentraciones de herbicidas. El tiempo requerido por el test en ballica fue de 14 días para
los herbicidas diclofop, clodinafop, iodosulfuron y glifosato; en avenilla el tiempo de
respuesta alcanzó a 19 días para los herbicidas diclofop y clodinafop, y de 25 día en cola
de zorro para los herbicidas diclofop, clodinafop y flucarbazone. En la Figura 3 se presenta
un flujo con las principales etapas del test de germinación in vitro.
Figura 3. Flujo del test de germinación in vitro: pre-tratamiento de frío (1); cámara de germinación
con semilla de biotipo R y S en placas petri (2); evaluación (H: hoja; C: coleoptilo) (3) y análisis
estadístico (4).
Cuadro 4. Factores de resistencia (FR = DL50(R)/DL50(S)) en ballicas (LM: L. multiflorum
y LR: L. rigidum) con herbicidas ACCasa, ALS y EPSFs.
Biotipo
LM-16
LM-19
LM-20
LM-22
LM-26
LM-30
LM-32
LM-33
LM-34
LM-45
LM-54
LR-25
Diclofop
FR (P) FR (S)
7,3
1,6
14,5
2,4
20,6
3,6
7,2
11,2
20,6
4,0
2,1
2,1
5,0
4,9
5,3
27,6
Clodinafop
FR (P)
FR (S)
28,5
8,9
88,2
7,7
20,7
7,7
33,8
7,7
3,8
8,3
5,9
3,9
2,7
188,0
Iodosulfuron
FR (P) FR (S)
1,5
1,6
21,0
3,4
22,4
4,4
6,0
4,7
2,0
9,5
2,3
2,1
1,5
1,8
5,7
2,0
Glifosato
FR (P)
FR (S)
17,0
68,0
102,0
22,0
1.680
9,0
1.520
9,2
-
FR (P): factor de resistencia en planta; FR(S): factor de resistencia en semilla.
Cuadro 5. Factores de resistencia (FR = DL50(R)/DL50(S)) en avenilla (AF) con herbicidas
ACCasa.
Biotipo
AF-1
AF-2
Diclofop
FR (P)
10,6
8,2
Clodinafop
FR (S)
2,7
3,3
FR (P)
2,7
2,2
FR (S)
14,9
10,7
FR (P): factor de resistencia en planta; FR(S): factor de resistencia en semilla.
Cuadro 6. Factores de resistencia (FR = DL50(R)/DL50(S)) en cola de zorro (CE) con
herbicidas ACCasa y ALS.
Biotipo
CE-3
CE-4
CE-10
Diclofop
FR (P)
FR (S)
17,2
14,9
12,9
17,4
9,2
6,8
Clodinafop
FR (P)
FR (S)
1,8
11,9
7,8
81,0
3,2
71,0
Flucarbazone
FR (P)
FR (S)
1,5
1,8
FR (P): factor de resistencia en planta; FR(S): factor de resistencia en semilla.
Conclusiones
Para los biotipos de ballicas, avenilla y cola de zorro y herbicidas evaluados, se comprobó
que existe una buena correlación entre la respuesta de germinación in vitro con la
respuesta en planta para la identificación de resistencia. El test con semilla tiene un
adecuado nivel de sensibilidad, dado que detecta biotipos con bajos niveles de resistencia
en planta. También se comprobó la rapidez de respuesta, ya que se pudo identificar la
resistencia en un plazo de 14, 19 y 25 días para ballicas, avenilla y cola de zorro,
respectivamente. En consecuencia, se considera que este test cumple con las características
de precisión, rapidez, simplicidad de ejecución y evaluación, y bajo requerimiento de
espacio físico en comparación al bioensayo con planta. Todo lo anterior revela que este test
incorpora características apropiadas para implementarse como servicio rutinario en la
detección de ballicas, avenilla y cola de zorro resistentes a un número importante de
herbicidas inhibidores de ACCasa, ALS y EPSFs.
Agradecimiento
Este trabajo fue financiado por el Proyecto FONDEF D04I1022.
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BASES MOLECULARES DE LA RESISTENCIA A HERBICIDAS Y TEST
MOLECULAR PARA DETECTAR RESISTENCIA A HERBICIDAS EN BALLICAS
(Lolium multiflorum y L. rigidum)
R. Galdames, J. Díaz y N. Espinoza.
INIA, CRI-Carillanca –Temuco - Chile. e-mail: [email protected]
Resumen. La agricultura moderna se ha hecho dependiente de los herbicidas trayendo
consigo la aparición de biotipos R de malezas. Alrededor de un 31 % y un 11% de los
biotipos R conocidos a nivel mundial, que alcanzan a 332, han sido descritos para dos
importantes grupos de herbicidas; los inhibidores de la ALS y ACCasa, respetivamente. En
Chile esta situación pareciera no ser muy distinta, ya que recientemente se ha confirmado
la presencia de 47 biotipos R. Hoy en día, importante conocimiento se ha acumulado
respecto de los mecanismos involucrados en el fenómeno de la resistencia, especialmente a
nivel molecular. A pesar que diversos mecanismos pueden estar asociados a la resistencia
de una planta a un herbicida, aquí se describen aquellos conocidos como asociados al sitio
activo, donde ciertos polimorfismos o mutaciones existentes en regiones críticas de los
genes que codifican para la ALS o ACCasa explican mayoritariamente el fenotipo de
resistencia. Mediante el empleo de herramientas basadas en la tecnología del ADN y
particularmente mediante la técnica conocida como PCR (reacción en cadena de la
polimerasa) es posible diagnosticar rápidamente la presencia de biotipos R, lo cual se
considera fundamental para diseñar y/o implementar adecuadas estrategias de manejo de la
resistencia. Un test de diagnóstico es descrito con ese fin.
Palabras clave: Resistencia, herbicidas, malezas, mutaciones, ACCasa, ALS, sitio de
acción.
Summary: Modern agriculture has become depend of herbicides and thus have appeared the
resistant biotype of weeds. About 31% and 11% of the resistant biotypes known worldwide,
have been described for two important groups of herbicides: ALS- inhibitors and ACCase
inhibitors, respectively. In Chile this situation seems not to be very different, as recently
confirmed the presence of 47 resistant biotypes. Nowadays, important knowledge has been
accumulated regarding the mechanisms involved in the phenomenon of resistance,
especially at the molecular level. Although various mechanisms may be involved in the
resistance of plants to herbicides, here are described those known as associated with the
target site, where polymorphisms or mutations in critical regions of the genes coding for
ALS or ACCasa, largely explain the resistance phenotype. Through the use of tools based
on DNA technology, particularly using the technique known as PCR(polymerase chain
reaction) can rapidly diagnose the presence of resistant, which are considered essential to
design and / or implement appropriate strategies resistance management. A diagnostic test
is described for this purpose.
Keywords: Resistance, herbicides, weeds, mutations, mechanisms, ALS-Inhibitors,
ACCase-inhibitors, target sites.
Introducción
La agricultura moderna se ha hecho dependiente de los herbicidas por las reconocidas y
diversas ventajas que ofrecen. Sin embargo, el uso continuo a través de los años, propio de
una condición de monocultivo, se traduce normalmente en la aparición de biotipos
resistentes (biotipos R). Lo anterior se considera particularmente cierto, para aquellos
herbicidas en que su selectividad depende de un blanco único en la planta, como aquellos
que inhiben la enzima Acetilcoenzima A carboxilasa (ACCasa) y la enzima acetolactato
sintasa o ácido acetohidroxi sintasa (ALS o AHAS). Herbicidas graminicídas
comercialmente muy importantes y muy efectivos se caracterizan por ser potentes
inhibidores de la ACCasa y ALS.
La aparición de biotipos R ha tenido un crecimiento exponencial durante estas últimas
décadas. Del total de biotipos R descritos a la fecha, que alcanza a 332 (HEAP, 2009,
http://www.weedscience.com), alrededor de un 31 % presentan resistencia a herbicidas
inhibidores de la ALS y un 11% a inhibidores de la ACCasa. Estos biotipos se encuentran
distribuidos en 60 países, concentrándose mayoritariamente en Estados Unidos, Australia,
Canadá, Francia y España (HEAP, 2009). La situación en Chile pareciera no ser diferente.
Datos generados estos últimos 3 años han permitido confirmar, la existencia de al menos
47 biotipos R de gramíneas (ballicas, avenilla y cola de zorro) a herbicidas empleados
normalmente en el control de malezas en trigo.
A nivel mundial y de manera simultánea a la aparición de biotipos R, se ha ido acumulando
conocimiento de los diversos mecanismos bioquímicos y moleculares asociados al
fenómeno de la resistencia. Entendiendo que los mecanismos que gobiernan la resistencia
pueden ser múltiples, aquí se revisa y describen aquellos conocidos como asociados al sitio
activo, para diferentes malezas gramineas a nivel mundial y lo que se ha logrado determinar
en Chile en torno a biotipos R de ballicas en trigo. Simultáneamente, se describe un test
molecular que está diseñado para identificar rápidamente los biotipos R de ballicas respecto
a los sensibles, de tal forma de apoyar al agricultor, idealmente dentro de la misma
temporada del cultivo para minimizar su impacto y reducir su dispersión.
Resistencia a herbicidas inhibidores de la acetil-CoA carboxilasa (ACCasa).
Los herbicidas Ariloxifenoxipropionatos (FOPs) y Ciclohexanodionas (DIMs), son fuertes
inhibidores de la enzima acetyl-CoA carboxilasa (ACCasa) y se reconocen como excelentes
graminicidas postemergentes. La ACCasa cumple un rol esencial en la síntesis y
metabolismo de ácidos grasos y en la síntesis de importantes metabolitos secundarios, por
lo que la inhibición de su actividad conduce eventualmente a la muerte de la planta. La
actividad de la enzima en la planta, ocurre tanto en plástidos (se realiza la síntesis primaria
de ácidos grasos) como en el citosol (síntesis de cadenas largas de ácidos grasos y de
flavonoides). La selectividad a estos herbicidas se debe a los diferentes tipos de ACCasa
plastídicas. Las del tipo multidominio encontrada en el citosol de todas las plantas, y la del
tipo multisubunidad encontrada en plástidos de dicotiledóneas, son resistentes a los
herbicidas FOPs y DIMs. Por el contratio, la ACCasa plastídica de los pastos son sensibles
a estos herbicidas. Aún cuando esto se considera la base primaria de la selectividad entre
gramíneas y dicotiledoneas (Devine and Shukla,2000), algunas gramíneas dentro de las que
se incluyen cereales, como el trigo, son tolerantes a estos herbicidas debido a su capacidad
de metabolizar estos herbicidas a compuestos inactivos (Devine and Shimabukuro,1994).
La información disponible indica, que la región que comprende el dominio carboxil
transferasa (CT) de la ACCasa plastídica posee los principales determinantes de
sensibilidad a herbicidas FOPs y DIMs (NIKOLSKAYA et a.l, 1999). Evidencias
adicionales señalan que estas moléculas herbicidas se unen al dominio CT de la ACCasa,
lo cual ha sido inferido de la estructura tridimensional del complejo ACCasa de levadura
con haloxyfop (ZHANG et al, 2004). Recientemente, fue modelada la estructura 3D del
dominio CT de plantas normales y mutantes de A. myosuroides acomplejada con
clodinafop, indicando que la sustitución de algunos residuos aminoacidicos normales
resulta en una disminución por la afinidad del herbicida con su sitio de unión (ZHU et al.,
2009)
Desde principio del año 2000, diferentes sustituciones aminoacidicas en el dominio CT de
la ACCasa plastídica, han sido implicadas en la resistencia a herbicidas FOPs y DIMs en
distintas especies de malezas gramíneas, las que incluyen: Lolium rigidum (ZAGNITKO et
al., 2001; DELYE et al., 2002; BROWN et al., 2002; TAL & RUBIN, 2004; ZHANG
AND POWLES, 2006; DELYE et al.,2003; ZHANG AND POWLES,2006 ), L.
multiflorum (WHITE et al., 2005); Avena fatua (CHRISTOFFERS et al.,2002), A. sterilis
(LIU et al.,2007), Setaria viridis (DELYE et al., 2002) y Alopecurus myosuroides
(DELYE et al., 2002, 2002; BROWN et al.,2002; DELYE et al.,2003; DELYE et al.,2005).
Algunas de las mutaciones identificadas correlacionan directamente con resistencia para
herbicidas FOPs y DIMs y en otros casos sólo con resistencia a representantes de algunos
de ellos (Cuadro 1).
En biotipos R de ballicas (L. multiflorum y L. rigidum) detectados en Chile, se ha logrado
confirmar la presencia de 7 diferentes mutaciones, sin embargo, dos no han sido descritas
previamente (GALDAMES et al., 2008), por lo que su implicancia en conferir resistencia a
diversos herbicidas FOP y DIM aún no ha sido determinada. Biotipos que muestras
elevados niveles de resistencia a herbicidas FOPs, muestran una reducida sensibilidad al
herbicidas diclofop, lo cual correlaciona directamente con la presencia de mutaciones
(DÍAZ et al., 2008).
Cuadro 1.
Sustituciones aminoacidicas en la ACCasa plastídica, descritas a nivel
mundial en diferentes malezas gramíneas y que están asociadas a resistencia para uno o
más herbicidas inhibidores de la ACCasa, determinadas mediantes bioensayos con plantas
completas.
Aminoácido
y posición1
Sustitución
Especies de
maleza
Herbicidas
Gln-1756
Leu
L. rigidum
FOP y DIM
ZHANG & POWLES, 2006
Leu
A. myosuroides
FOP y DIM
BROWN et al, 2002; DELYE et al.,
2002 ;MOSS et al.,2003
Leu
A. fatua
FOP y DIM
CHRISTOFFERS et al, 2002
Leu
S. viridis
FOP y DIM
L. rigidum
FOP y DIM
Asn
Asn
L. multiflorum
A. sterilis
A. myosuroides
L. rigidum
A. sterilis
A. myosuroides
A. sterilis
Asn
L. rigidum
FOP y DIM
FOP
FOP
DIM
FOP
FOP
FOP
FOP
ZHANG AND DEVINE, 2000; DELYE et
al., 2002
ZAGNITKO et al. 2001; DELYE et al.,
2002; ZHANG AND POWLES. 2006
WHITE et al., 2005
LIU et al., 2007
DÉLYE et al.,2005
QIN YU et al., 2007
LIU et al., 2007
DÉLYE et al.,2005
LIU et al., 2007
DÉLYE et al.,2003; ZHANG AND
POWLES, 2006
DÉLYE et al.,2003
QIN YU et al., 2007
LIU et al., 2007
DÉLYE et al.,2005
QIN YU et al,.2007
QIN YU et al.,2007
DÉLYE et al.,2005
ILe-1781
Trp-1999
Trp-2027
ILe-2041
Val
L. rigidum
FOP
Gly
L. rigidum
DIM
Gly
A. sterilis
FOP y DIM
Gly
A. myosuroides
FOPs y DIMs
Gly
L. rigidum
DIM
Cys-2088
Arg
L. rigidum
DIM
Gly-2096
Ala
A. myosuroides
FOPs
Posición aminoacidica de acuerdo a la secuencia de A. myosuroides
Asp-2078
1
Leu
Leu
Cys
Cys
Cys
Referencias
Resistencia a herbicidas inhibidores de la enzima acetolactato sintasa o ácido
acetohidroxi sintasa (ALS o AHAS).
La enzima ALS o AHAS cataliza el primer paso en la síntesis de aminoácidos ramificados
en las plantas (valina, leucina e isoleucina), y es el blanco de herbicidas como las
Sulfonilureas e Imidazolinonas, los cuales actúan como potentes y específicos inhibidores
(DUGGLEBY et al., 2003).
Diversas características de los herbicidas inhibidores de la ALS han determinado que estén
dentro de los más ampliamente empleados en el mundo. Lamentablemente, se han
caracterizado además, por su habilidad para seleccionar biotipos R de malezas (TRANEL
& WRIGHT.,2002). Los casos de resistencia a este tipo de herbicidas se han incrementado
en forma alarmante estos últimos años, correspondiendo mayoritariamente a malezas
dicotiledóneas (TRANEL et al., 2009).
Varias mutaciones o cambios nucleotídicos en el gen que codifica para la ALS han sido
asociadas a resistencia a herbicidas inhibidores de la ALS. Hasta ahora, mutaciones que
conducen a sustituciones en una de 7 posiciones aminoácidicas (Ala-122, Pro-197, Ala205, Asp-376, Trp-574, Ser-653 y Gly-654), han sido implicadas en el fenotipo de
resistencia en distintas malezas (TRANEL et al, 2009).
A nivel mundial se han descrito biotipos R para 6 especies de gramíneas, las que incluyen:
Bromus tectorum (PARK AND MALLORY.,2004), Scirpus juncoides (UCHINO et
al.,2007), Hordeum leporinum (YU et al.,2007), Lolium rigidum (YU et al.,2008; TAN et
al.,2007), Alopecurus myosuroides (DÉLYE Y BOUCANSAUD.,2008) y Setaria viridis
(TAN et al.,2007; LAPLANTE et al.,2009). En estas especies, se han detectado
sustituciones aminoacidicas en 4 posiciones, de las cuales cambios en Pro-197 y Trp-574
son los únicos descritos en L. rigidum.
En gramíneas, las mutaciones correlacionan mayoritaramente con resistencia a
sulfonilureas y en menor grado con imidazolinonas, pyrimidinyl-(thio)-benzoatos y
sulfonylamino-carbonyl-triazolinona (Cuadro 2).
En una población resistente de L. rigidum encontrada en Australia, se identificaron cinco
mutaciones que conducen a sustituciones en Pro-197 y una en Trp-574; todas aquellas
asociadas a Pro-197 confirieron resistencia a herbicidas sulfonylurea, en cambio la de Trp574 confirió resistencia tanto a sulfonylurea como a imidazolinonas (YU et al, 2008).
En biotipos R de ballicas (L. multiflorum y L. rigidum) detectados en Chile, se han logrado
determinar la presencia de tres diferentes mutaciones, todas ellas conducen a sustituciones
en Pro-197, de las cuales una no ha sido descrita previamente. No todos lo biotipos R
estudiados presentan mutaciones en el gen de la ALS, lo cual sugiere la existencia de otro
mecanismo involucrado. (GALDAMES et al., 2008).
Cuadro 2.
Sustituciones aminoacidicas descritas a nivel mundial en diferentes malezas
gramíneas y que conducen a un fenotipo de resistencia en uno o más herbicidas inhibidores de
la ALS.
Aminoácido
y posición1
Pro 197
Trp 574
Ser 653
Gly 654
Sustitución
Especie de maleza
SU
IMI
PTB
SC
T
Ser
His
Ser
Leu
Ser
Ser
Ala
Leu
Gln
Thr
Arg
Leu
Leu
Leu
Ile
Asn
Thr
Bromus tectorum
Scirpus juncoides
Scirpus juncoides
Scirpus juncoides
Hordeum leporinum
Lolium rigidum
Lolium rigidum
Lolium rigidum
Lolium rigidum
Alopecurus myosuroides
Lolium rigidum
Lolium rigidum
Scirpus juncoides
Alopecurus myosuroides
Setaria viridis
Setaria viridis
Setaria viridis
Setaria viridis
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
r
r
r
r
S
S
S
S
S
S
S
S
S
ND
S
R
R
ND
R
R
R
R
ND
S
S
S
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
R
ND
R
R
S
S
R
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
r
r
r
r
Referencia
PARK AND MALLORY
UCHINO et al.,2007
UCHINO et al.,2007
UCHINO et al. ,2007
YU et al.,2007
YU et al.,2008
YU et al.,2008
YU et al.,2008
YU et al.,2008.
DÉLYE AND BOUCANSAUD.,2008
YU et al.,2008
TAN et al.,2007
UCHINO et al.,2007
DÉLYE AND BOUCANSAUD.,2008
LAPLANTE et al.,2009
LAPLANTE et al.,2009
LAPLANTE et al.,2009
TAN et al.,2007
1. Posición aminoacidica de acuerdo a la secuencia de Arabidopsis thaliana ; S = Biotipo susceptible; r =
Resistencia moderada (< 10 veces respecto al biótipo sensible); R = Resistencia alta (> 10 veces); ND =
No determinada; SU = Sulfonylureas; IMI = Imidazolinones; PTB= Pyrimidinylthiobenzoates; TP=
Triazolopyrimidines; SCT=Sulfonylaminocarbonyltriazolinone
Test molecular para el diagnóstico de biotipos R.
Muchas técnicas de diagnóstico han sido desarrolladas para detectar y/o confirmar la
presencia de biotipos R, con la finalidad de implementar adecuadas estrategias de manejo
de la resistencia. Normalmente los bioensayos con plántulas o pruebas in vitro que miden
actividad enzimática, arrogan resultados confiables, pero son laboriosos y /o extenuantes
por lo que normalmente no permiten ofrecer respuestas en la misma temporada de
desarrollo del cultivo.
Dado que un número importante de casos de resistencia son debidos a mutaciones o
polimorfismos nucleotídicos conocidos, hoy en día es posible, mediante el empleo de
herramientas basadas en la tecnología del ADN y particularmente mediante la técnica
conocida como PCR (reacción en cadena de la polimerasa) identificar rápidamente biotipos
R. De hecho, usando esta herramienta han sido identificados biotipos R para herbicidas
inhibidores de la ALS (DÉLYE AND BOUCANSAUD,2007) como para herbicidas
inhibidores de la ACCasa (DÉLYE et al.,2002; KAUNDUN AND WINDASS,2006; LIU
et al., 2007).
Para fines de diagnóstico molecular existen muchas variantes de la técnica PCR, que
permiten discriminar entre un alelo mutado y el normal, las que incluyen: PCR-alelo
especifico (discrimina mediante el diseño de partidores específicos), RFLP- PCR o CAPPCR (amplificación del fragmento de ADN donde está presenta la mutación y luego se
corta con enzimas restricción) y dCAPS-PCR (variante del método anterior donde se crea
artificialmente un sitio de reconocimiento para una enzima para luego cortar).
La reproducibilidad, robustez y rapidez son atributos básicos requeridos en el método de
diagnóstico a aplicar. De acuerdo a los alelos identificados y que son predominantes en
biotipos R de Lolium (L. multiflorum y L. rigidum) en el sur de Chile, se ha implementado
una variante de la técnica dCAPS-PCR, que consta de cuatro pasos principales: 1)
Amplificación por PCR de la (s) región (es) que abarcan los sitios que incluyen las
mutaciones conocidas, 2) PCR semi-anidado con partidores dCAPS, 3) Digestión con
enzima de restricción, y 4) Revelado de alelos normales y/o mutados en gel de agarosa.
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Descripción de un servicio de detección de malezas gramíneas resistentes a
herbicidas (SEDBIR).
Jorge Díaz S., Rafael Galdames G. y Nelson Espinoza N.
INIA-Carillanca, Casilla 58-D, Temuco, Chile. e-mail: [email protected]
Resumen
Se describen las principales etapas de los test de detección molecular y de germinación in
vitro, y una base de datos con herbicidas alternativos para el control de biotipos R, los
cuales conforman un servicio de detección de malezas gramíneas resistentes a herbicidas
(SEDBIR).
Palabras claves: test molecular, test de germinación in vitro, ballica, avenilla, cola de zorro.
Summary
It describes the main steps of molecular and in vitro germination test, and a database of
alternative herbicides to control biotypes R, which form a detection service of resistant
grass weeds (SEDBIR).
Key words: molecular test, in vitro germination test, ryegrass, wildoat, crested
dogtailgrass.
Introducción.
La resistencia a herbicidas es un problema cada vez más creciente, estimándose que del
total de la superficie sembrada con trigo, cebada, avena, lupino y raps en el país,
aproximadamente 75 mil hectáreas están infestadas con biotipos resistentes (biotipos R) de
ballicas, 40 mil ha con biotipos R de avenilla y 25 mil ha con biotipos R de cola de zorro.
Enfrentar el problema de la resistencia exige de herramientas que permitan detectar
biotipos R en forma rápida y precisa, de manera de implementar medidas oportunas de
control. Las herramientas que conforman un Servicio de Detección de Biotipos R
(SEDBIR) son un test molecular, que en un plazo no mayor a 48 horas entregará
información sobre la existencia o no de ballicas resistentes, un test de germinación in vitro
para ballicas, avenilla y cola de zorro, con un tiempo de respuesta de 2 a 4 semanas, y una
base de recomendación con herbicidas alternativos para el control de biotipos R
detectados. Los usuarios directos de este servicio serán los productores de trigo y de otros
cultivos extensivos, técnicos, profesionales y empresas que proveen de insumos a estos
rubros productivos.
Descripción de los test.
Test molecular. La aplicación de este test, diseñado hasta el momento sólo para ballicas
(L. muliflorum y L. rigidum), incluye las siguientes etapas: colecta de plantas en campo,
envío a laboratorio, recepción de la muestra para su procesamiento, análisis molecular e
informe final.
Colecta de plantas: Dos procedimientos de colecta son sugeridos. Para una situación de
campo donde existen focos o manchones de plantas sobreviviendo a una aplicación, se
recomienda la toma directa en ese sector (Figura 1A). En una situación previa a un
tratamiento de control donde existe una distribución amplia de malezas, se sugiere realizar
un muestreo aleatorio y que sea representativo del potrero. Se recomienda tomar plantas
frescas individuales. Se requieren 100 plantas/ha, las que deben ser colectadas en grupos
110
de 10. Una vez realizada la colecta se recomienda enviar la muestra lo más pronto posible
y dentro de bolsas de papel. Si no es posible su envío inmediato, almacenar a 4 0C hasta su
despacho.
Envío a laboratorio: La muestra debe ir acompañada con una hoja de ingreso que contenga
información básica como el historial de manejo del potrero (cultivos, herbicidas usados,
frecuencia, dosis, niveles de control) y breve opinión del agricultor sobre la eficacia de los
tratamientos en temporadas anteriores (Figura 1B).
Recepción y análisis: Una vez en el laboratorio, las plantas se someterán a extracción de su
ADN (Figura 1C), para efectuar los rondas de amplificación PCR, digestión con enzimas
de restricción y revelado en gel de agarosa de mutaciones específicas asociadas a
resistencia a herbicidas inhibidores de la ACCasa y ALS (Figura 2).
Informe final: Se entregarán los resultados de presencia de mutaciones específicas y su
frecuencia, indicando una recomendación de control con herbicidas alternativos dentro de
48 h de recibida la muestra.
A
B
C
Figura 1. Colecta de plantas (A), envío a laboratorio (B) y extracción de ADN (C).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Figura 2. Reacción PCR, digestión con enzimas, corrida electroforética y revelado en gel
de agarosa (planta 3, 7 y 8 presentan una mutación específica).
111
Test de germinación in vitro. El procedimiento general de este test para malezas
gramíneas (avenilla, ballicas y cola de zorro), considera las etapas de colecta de la semilla
en campo, despacho a laboratorio, recepción y preparación de la semilla, análisis e
interpretación de resultados y entrega de informe final.
Colecta de semilla: Recorrer el sitio (Figura 3A) y seleccionar puntos de muestreo (Figura
3B) en sectores donde se tenga sospecha de la presencia de malezas resistentes (muestreo
dirigido). Se debe evitar aquellos sectores que no han sido pulverizados, también los
deslindes, orillas de camino y en general cualquiera que no sea representativo del
problema. La calidad de la muestra es esencial, para lo cual la semilla debe estar madura, y
colectarse desde plantas que estén en pie. La remoción debe ser directa desde la
inflorescencia a una bolsa (Figura 3C). El tamaño de la muestra para una superficie de 1 a
10 ha es de 1.000 a 3.000 semillas (20-60 g avenilla, 4-12 g ballica y 2-8 g cola de zorro)
(Figura 4). Se debe evitar la colecta en momentos de alta humedad por que puede afectar a
la calidad de la semilla, y enviarse lo más pronto posible al laboratorio. Si requiere ser
almacenada por un periodo prolongado, utilizar bolsas de papel y en condiciones de
refrigeración (4 – 5 °C).
Envió a laboratorio: La muestra debe ir acompañada con una hoja de ingreso (Figura 5)
que contenga información básica como el historial de manejo del potrero (cultivos,
herbicidas usados, frecuencia, dosis, niveles de control) y breve opinión del agricultor
sobre la eficacia de los tratamientos en temporadas anteriores.
Recepción y preparación de la muestra: La muestra se limpia descartando restos o residuos
vegetales y se selecciona la semilla eliminándose toda las dañadas y vana. Previo al
análisis, la semilla se desinfecta y se le somete a un tratamiento de frío.
Preparación y ejecución del test: Un aspecto esencial es contar con semilla sensible a
herbicida (biotipo S). El test se inicia con la aplicación del herbicida y de un tratamiento
químico para la ruptura de la dormancia. Las muestras del biotipo R y S se hacen germinar
bajo condiciones reguladas de temperatura y fotoperiodo según especie de maleza. Los
herbicidas que se utiliza son diclofop y clodinafop (inhibidores de ACCasa), iodosulfuron
y flucarbazone (inhibidores de ALS) y glifosato (inhibidor de EPSFs).
Evaluación e interpretación de resultados: Se mide la respuesta de la semilla, se procesan
los datos y se someten a un análisis computacional (Figura 6).
Informe final: El resultado de presencia o ausencia de resistencia demora entre 2 a 4
semanas según la especie de maleza (14 días para ballicas, 19 días para avenilla y 25 días
para cola de zorro), y se entregará acompañándolo de una recomendación de control con
herbicidas alternativos.
A
B
C
Figura 3. Recorrido del sitio (A); punto de muestreo (B) y toma de muestra (C).
112
Figura 4. Semilla de ballicas (a y
b); cola de zorro (c) y avenilla (d).
Figura 5. Hoja de envío a laboratorio.
Figura 6. Evaluación e interpretación de resultados.
Base de datos con opciones de control.
Es un catálogo de uso de herbicidas como pauta para prevenir y controlar biotipos R. Esta
base de datos contiene un listado de los biotipos R asociados al cultivo de trigo y a otros
cultivos extensivos importantes en la zona sur, tales como raps y lupino, avena y triticale
confrontado con un listado de herbicidas a los cuales se ha generado resistencia y con un
listado de herbicidas alternativos para su control. El listado de biotipos R contiene una
descripción de las principales características como el área geográfica (región), cultivo en
que se colecto, sistema de siembra, rotación de cultivos y herbicidas a los que se ha
generado resistencia, y sensibilidad a herbicidas alternativos (Tabla 1). Los biotipos R
identificados por los test de detección, se confrontan con la base de datos para obtener las
opciones o alternativas de herbicidas para su control.
113
Tabla 1. Ejemplo de base de datos con las principales características del biotipo resistente
(X) y las alternativas de control.
Biotipo
X
Año
Detección
2006
Región
La Araucanía
Situación de
colecta
Trigo
Sistema de
siembra
Cero labranza
Rotación de
cultivos
Trigo-avena
Continuación Tabla 1.
Biotipo
X
Resistente a
ACCasa
ALS
diclofop,
flucarbazone
clodinafop,
Sensible a
ACCasa:
tepraloxydim
EPSFs: glifosato
Otras alternativas de
control
ALS: iodosulfuron +
mesosulfuron, imazamox +
imazapyr
Flujo general del SEDBIR.
En la Figura 7 se presenta el flujo del SEDBIR destacándose los pasos generales y tiempos
de respuesta de cada test. Los resultados generados por los test se confrontan con una base
de datos que contiene un listado de herbicidas alternativos para el control de biotipos R,
incluyéndose en el informe final la(s) alternativa(s) más adecuada(s) para el control del
biotipo R detectado.
Figura 7. Flujo que describe el SEDBIR.
Agradecimiento
Este trabajo fue financiado por el Proyecto FONDEF D04I1022.
114