Опрыскивание полей гербицидами выживание растений имеющих гены
Обновлено: 04.07.2024
Да, тема моего канала "Защита от вредителей", и один из разделов этой тематики - это ГЕРБИЦИДЫ (защита культурных растений от вредителей-сорняков). Тема неоднозначная, по сути - защита растений от самих растений.
Химические гербициды вошли в нашу жизнь в середине прошлого века и используются повсеместно во всем мире. Объем потребления - около 4,5 млн. тонн гербицидов ежегодно . . цифра колоссальная.
Многие воспринимают гербициды как безобидные средства для уничтожения одуванчиков, что далеко не так.
В этом материале расскажу о назначении, истории появления гербицидов, ошибках и факторах риска их использования.
Сферы применения гербицидов
- сельское хозяйство;
- озеленение и ландшафтные работы (уничтожение сорной растительности на газонах, в миксбордерах и пр.);
- обработка участков территории вокруг промышленных объектов различного назначения и на путях коммуникации (под линиями электропередач, на дорогах);
- применение в работе службы наркоконтроля (уничтожение обнаруженных плантаций конопли);
- военные цели (применение гербицидов в смеси с дефолиантами для уничтожения листвы деревьев с целью обнаружения местоположение противника в лесах и джунглях.) и мн. др.
Об истории появления гербицидов
До появления химических гербицидов с растительностью боролись и ранее. Так, в древние времена использовали морскую соленую воду. В средневековье для борьбы с растительностью на дорогах и сорняками в посевах использовались соль, шлаки и зола. К сожалению, это часто вызывало одновременную гибель культурных растений.
Но наука не оставалась безучастной. Первые избирательные гербицидные свойства были отмечены у соединений меди — сульфат меди угнетает рост двудольных сорняков. Далее подтвердились гербицидные свойства сульфата железа, нитрата меди, хлорида натрия.
В России первые гербициды начали применять с 30-х годов, использовали авиацию для опрыскивания полей хлоратом натрия, сульфатом железа и др. солями и кислотами.
Ошибки и трагедии применения гербицидов
Неграмотное и бесконтрольное применение гербицидов наносит серьезный вред не только сорным растениям, но угнетает и культурные растения, стерилизует почву. А соединения мышьяка может привести к отравлению людей.
К сожалению, есть и негативная практика использования гербицидов как химического оружия . В период войны с Вьетнамом правительство США использовало вещества - дефолианты для распыления в джунглях, вызывающие опадение листвы. Использовались смеси веществ для уничтожения посевов риса. Это привело к тысячам погибших, а также рожденным впоследствии с серьезными генетическими мутациями. Эти программы имели названия "Агент Оранж", "Агент Блю". Кого эта тема заинтересовала могут найди дополнительную информацию.
BioFamily | Биология | ЕГЭ 2022 запись закреплена
Установи последовательность эволюционных процессов, приводящих к формированию устойчивости растений-вредителей к гербициду.
1) опрыскивание полей гербицидами
2) выживание растений, имеющих гены устойчивости к гербициду
3) размножение устойчивых к гербициду растений
4) гибель большинства растений-вредителей
5) формирование подвида растений, полностью устойчивого к гербициду
Жду твой ответ в комментариях
На протяжении всей истории существования земледелия одной из насущных проблем этой отрасли является засорение посевов культурных растений сорняками. В современной России потери урожая от сорняков достигает по некоторым культурам 20 %. Для борьбы с ними широко применяются гербициды. И хотя на смену прежним экологически опасным гербицидам широкого спектра действия, обладающим токсичностью для млекопитающих и длительно сохраняющимся во внешней среде, приходят новые, более совершенные и безопасные соединения, однако и они обладают недостатком — подавляют рост не только сорняков, но и культурных растений.
Эта проблема заключается в огромном увеличение производства продуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производство увеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. И в мире в связи с этим наблюдается социальный застой, который становится все более настоятельным.
ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ
Картофель, устойчивый к колорадскому жуку, был создан путём введения гена, выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающий белок Cry, представляющий собой протоксин, в кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имагонасекомых, у человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна и соответственно этот белок для человека не токсичен и безопасен. Опрыскивание спорами Bacillus thuringiensis использовалось для защиты растений и до получения первого трансгенного растения, но с низкой эффективностью, продукция эндотоксина внутри тканей растения существенно повысило эффективность защиты, а также повысило экономическую эффективность ввиду того, что растение само начало продуцировать защитный белок. Путём трансформации растения картофеля при помощи Agrobacterium tumefaciens были получены растения, синтезирующие этот белок в мезофилле листа и других тканях растения и соответственно непоражаемые колорадским жуком. Данный подход используется и для создания других сельскохозяйственных растений, резистентных к различным видам насекомых.
Генетические изменнные растения с устойчивостью к различным классам гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим продуктом. Дело в том, что биотехнология позволила совершить такой прыжок, так как оказалось возможным генетически изменять устойчивость растений к тем или иным гербицидам либо путем введения генов, кодирующих белки, нечувствительные к данному классу гербицидов, либо за счет введения генов, обеспечивающих ускоренный метаболизм гербицидов растений.
МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ГЕБИЦИДАМ
Изучение механизма устойчивости к гербицидам с целью получения методами генетической инженерии культурных растений, обладающих этим признаком, включает следующие этапы:
Выявление биохимических мишеней действия гербицидов в растительной клетке
Отбор устойчивых к данному гербициду организмов в качестве источников генов устойчивости
Клонирование этих генов
Введение их в культурные растения и изучение их функционирования.
Существуют четыре принципиально различных механизма, которые могут обеспечивать устойчивость к тем или иным химическим соединениям, включая гербициды: транспортный, элиминирующий, регуляционный и контактный.
Транспортный механизм устойчивости заключается в невозможности проникновения гербицида в клетку. При действии элиминирующего механизма устойчивости вещества, попавшие внутрь клетки, могут разрушаться с помощью индуцируемых клеточных факторов, чаще всего деградирующих ферментов, а также подвергаться тому или иному виду модификации, образуя неактивные безвредные для клетки продукты. При регуляционной резистентности белок или фермент клетки, инактивирующийся под действием гербицида, начинает усиленно синтезироваться, ликвидируя таким образом дефицит нужного метаболита в клетке.
Контактный механизм устойчивости обеспечивается изменением структуры мишени (белок или фермент), взаимодействием с которым связано повреждающее действие гербицида.
Установлено, что признак гербицидоустойчивости является моногенным, то есть признак детерминируется чаще всего одним-единственным геном. Это очень облегчает возможность использования технологии рекомбинантной ДНК для передачи этого признака. аддиционные методы селекции создания сортов, устойчивых к гербицидам, очень, длительны и малорезультативны. Наиболее широко применяемый за рубежом гербицид глифосат (коммерческое название Roundup) подавляет синтез важнейших ароматических аминокислот, воздействуя на фермент 5-енолпирувилшикимат-З-фосфатсинтазу (ЕПШФ-синтаза). Известные случаи устойчивости к этому гербициду связаны либо с повышением уровня синтеза этого фермента (регуляционный механизм), либо с возникновением мутантного фермента, нечувствительного к глифосфату (контактный механизм). Из устойчивых к глифосфату растений был выделен ген ЕПШФ-синтазы и поставлен под промотор вируса мозаики цветной капусты. С помощью Ti-плазмиды эта генетическая конструкция была введена в клетки петунии. При наличии одной копии гена в регенерированных из трансформированных клеток растениях синтезировалось фермента в 20 - 40 раз больше, чем в исходных растениях, но устойчивость к глифосфату увеличилась только в 10 раз.
К числу наиболее распространенных гербицидов, используемых при обработке зерновых культур, относится атразин. Он подавляет фотосинтез, связываясь с одним из белков фотосистемы II и прекращая транспорт электронов. Устойчивость к гербициду возникает в результате точечных мутаций в этом пластохинон связывающем белке (замена серина на глицин), вследствие чего он теряет способность взаимодействовать с гербицидом. В ряде случаев удалось осуществить перенос гена мутантного белка в чувствительные к атразину растения с помощью Ti-плазмиды. Интегрированный в хромосому растений ген устойчивости был снабжен сигнальной последовательностью, которая обеспечивала транспорт синтезируемого белка в хлоропласты. Химерные растения проявляли значительную устойчивость к таким концентрациям атразина, которые вызывали гибель контрольных растений с геном белка дикого типа. Некоторые растения способны инактивировать атразин путем отщепления остатка хлора ферментом глутатион-S-трансфераза. Этот же фермент инактивирует и другие родственные гербициды триазинового ряда (пропазин, симазин и др.).
Существуют растения, естественная устойчивость которых к гербицидам основанных на детоксикации. Так, устойчивость растений к хлорсульфурону может быть связана с дезактивацией молекулы гербицида путем его гидроксилирования и последующего гликозилирования введенной гидроксильной группы.
Устойчивость растений к тем или иным патогенам чаще всего является сложным мультигенным признаком.
Одновременная передача нескольких локусов трудна даже методами генной инженерии, не говоря о классических методах селекции. Более простым является другой путь. Известно, что у устойчивых растений при атаке патогенов изменяется метаболизм. Накапливаются такие соединения, как Н2О2, салициловая кислота, фитоаллексины. Повышенный уровень этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами. Вот один из примеров, доказывающий роль салициловой кислоты в иммунном ответе растений. Трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилат гидролазы (этот фермент разрушает салициловую кислоту), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно-инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки в растениях в ответ на патоген Н2О2 может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.
В фитовирусологии широко известен феномен индуцированной перекрестной устойчивости растений к вирусным инфекциям. Сущность этого явления состоит в том, что заражение растения одним штаммом вируса предотвращает последующую инфекцию этих растений другим вирусным штаммом. Молекулярный механизм подавления вирусной инфекции пока неясен. Показано, что для иммунизации растений достаточно введения отдельных вирусных генов, например генов капсидных белков. Так, ген белка оболочки вируса табачной мозаики перенесли в клетки табака и получили трансгенные растения, у которых 0,1% всех белков листьев был представлен вирусным белком. Значительная часть этих растений при инфицировании вирусом не проявляла никаких симптомов заболевания. Возможно, что синтезирующийся в клетках белок оболочки вируса мешает вирусной РНК нормально функционировать и формировать полноценные вирусные частицы. Установлено, что экспрессия капсидного белка вируса табачной мозаики, вируса мозаики люцерны, вируса огуречной мозаики, Х-вируса картофеля в соответствующих трансгенных растениях (табак, томаты, картофель, огурцы, перцы) обеспечивает высокий уровень их защиты от последующей вирусной инфекции. Причем у трансформированных растений не отмечалось снижения фертильности, нежелательного изменения ростовых и физиологических характеристик исходных экземпляров и их потомства. Полагают, что индуцированная устойчивость растений к вирусам обусловлена особым антивирусным белком, очень похожим на интерферон животных. Представляется возможным методом генетической инженерии усилить экспрессию гена, кодирующего этот белок, путем его амплификации или подстановки под более сильный промотор.
СОВРЕМЕННЫЕ ТРАНСГЕННЫЕ И ГЕРБИЦИДОУСТОЙЧИВЫЕ РАСТЕНИЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Численность населения планеты составляет 7,3 млрд (на 2016 г.), в год увеличиваясь примерно на 80 млн. По прогнозам ООН, к 2020 г. Население Земли к 2050 г. превысит 9 млрд чел. Уже сейчас продовольствия не хватает (около 800 млн чел. в мире голодают), а в дальнейшем эта проблема только обострится, так как увеличение производства продуктов питания стало отставать от прироста населения. Все возможные территории для землепользования уже освоены, традиционные способы повышения продуктивности сельскохозяйственного производства себя уже исчерпали, а дефицит продовольствия продолжает нарастать. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Эрнст Л. К. Современное состояние и перспективы использования трансгенных технологий в животноводстве. – М.: РАСХН, 2002. Зиновьева Н. А.
Трансгенные животные и возможности их использования. – Б. м., 2001. Власова З.А. Справочник по биологии. – М., 1998.
Гербициды убивают сорняки разнообразными способами. Некоторые гербициды разрушают гормональный баланс в растениях, другие — вмешиваются в процесс фотосинтеза, а третьи — не дают возможность растениям образовывать специфические аминокислоты, необходимые для выработки протеина. Понимание механизмов воздействия гербицидов крайне важно в организации обращения с ними, чтобы избежать формирования устойчивости к ним со стороны сорняков.
Устойчивость к гербицидам
Устойчивость к гербицидам определяется как унаследованная способность растения выживать и воспроизводиться после воздействия дозы гербицида, которая обычно является смертельной для растений этого вида. В растении сопротивляемость может быть природной или вызванной такими технологиями, как генная инженерия или отбор вариантов, полученных культурой клеток ткани или мутагенезом. Устойчивость к гербицидам нужно отличать от переносимости гербицидов, которая является унаследованной способностью видов выживать и репродуцироваться после обработки гербицидом. Это подразумевает то, что у растения появилась переносимость без какой бы то ни было генетической или селекционной работы. Например, все гибриды кукурузы являются терпимыми к атрацину, в то время, как только некоторые гибриды кукурузы проявляют устойчивость по отношению к глифосату.
Существуют две основные категории сопротивляемости гербицидам: 1) культуры, устойчивые к гербицидам и 2) сорняки, устойчивые к гербицидам.
Культуры, устойчивые к гербицидам
Выведение культур с сопротивляемостью к отдельным гербицидам представляет собой новую мощную технологию, направленную на контроль над сорняками. Впервые культура с устойчивостью против гербицидов была использована в 1994 году, когда были представлены гибриды кукурузы с сопротивляемостью к имидазолинону (IMI) и разновидности сои с сопротивляемостью к сульфонилурии (STS). Гены сопротивляемости к нескольким другим гербицидам или методам воздействия гербицидов были введены в генетику кукурузы и сои и в настоящее время представлены на рынке. К ним относятся кукуруза и соя, устойчивые к глифосату, глю-фосинату.
Наличие устойчивых к воздействию гербицидов гибридов кукурузы и разновидностей сои расширяет возможности контроля над сорняками. Эта методика также изменяет процесс принятия решений по применению гербицидов. При наличии такой особенности, как устойчивость к воздействию гербицидов, фермеры определяют свой выбор гербицидов еще при покупке семенного материала. Эта методика требует более внимательного планирования и работы, чтобы избежать проблем с появлением устойчивых к воздействию гербицидов сорняков, устойчивых самосевных растений, сносом распыляемого вещества, засорением разбрызгивателя и случаями ошибочной обработки поля неправильным гербицидом.
Сорняки, устойчивые к водействию гербицидов
В настоящее время популяции нескольких видов сорняков, которые некогда можно было легко контролировать определенными гербицидами, развили к ним сопротивляемость.
Устойчивость к гербициду развивается в ответ на селекционное давление. Если в поле есть растение с сопротивляемостью, которое не подвергается контролю, оно выживет и произведет семена. В следующем году несколько растений с сопротивляемостью вырастают из семян, которые были произведены растением с сопротивляемостью. Если из года в год применяются гербициды с одинаковым методом воздействия, популяция стойкого биотипа увеличивается и, в конечном итоге, становится доминирующей на поле. Этот процесс может занять не более двух лет, а может длиться значительно дольше. Все зависит от нескольких факторов.
Устойчивость сорняков к гербициду — это серьезная опасность. Устойчивые к гербициду сорняки не могут им контролироваться. Кроме того, сорняк, устойчивый к какому - то гербициду, часто оказывается устойчивым к другим гербицидам с таким же способом действия. Это называется перекрестной устойчивостью. Устойчивость сорняков к действию гербицида осложняет борьбу с ними, уменьшает для фермеров возможность выбора гербицидов и увеличивает расходы на борьбу с сорняками.
Гербициды различаются по степени риска возникновения популяций сорняков, устойчивых к гербицидам. Появление устойчивых к гербицидам сорняков стало широко распространенной проблемой для гербицидов следующих трех групп: 1) ALS ингибиторов, 2) ACCase ингибиторов и 3) ингибиторов фотосистем II (табл. 1).
Риск образования популяций устойчивых к гербицидам сорняков может быть в значительной степени смягчен путем снижения давления отбора со стороны способа воздействия каждого отдельного гербицида. Специальные рекомендации акцентируют внимание на двух подходах: 1) разработке интегрированной стратегии борьбы с сорняками, которая снижает зависимость от гербицидов путем включения методов воздействия со стороны агротехнической практики, механических и (возможно) биологических методов наряду с химическими методами, и 2) включении в процессе чередования сельскохозяйственных культур нескольких гербицидов с различными объектами воздействия. Основной момент заключается в том, чтобы не возлагать надежду на один объект приложения действия гербицида для борьбы с разными видами в течение нескольких лет подряд. Конкретные рекомендации, направленные на снижение риска возникновения устойчивых к гербицидам сорняков и для борьбы с такими сорняками в случае их появления, можно найти в рекомендациях по борьбе с сорняками и на этикетках гербицидов.
Смена видов
Для каждой сельскохозяйственной культуры, чередования культур, системы обработки почвы и гербицида существуют виды сорняков, легко поддающиеся контролю, и другие, с которыми значительно сложнее или невозможно бороться. Когда гербицид при использовании оказывается неэффективным к определенным видам сорняков, эти сорняки производят семена, и популяция их становится все более многочисленной. Если на одном и том же поле часто применяются одни и те же гербициды, виды сорняков, трудно поддающиеся контролю, продолжают увеличивать популяцию и, в конце концов, превращаются в доминирующие сорняки на поле. Этот процесс называется сменой видов.
Существует несколько гербицидов, приведших к значительной смене видов, когда их использовали часто на одном и том же поле. Заметными примерами гербицидов, вызвавших образование больших популяций сорняков, являются атразин — и осеннее просо, Pursuit® — и амброзия полыннолистная обыкновенная, а также Accent® — и росичка или африканское просо.
Отбор в развитии устойчивости к воздействию гербицидов начинается тогда, когда биотип, устойчивый к воздействию гербицида, выживает после его применения. Устойчивый биотип выживает, созревает и образует семена. Если продолжает использоваться одно и то же место приложения действия, и устойчивые сорняки воспроизводятся, в конце концов, устойчивым станет большинство сорняков.
Точно так же использование одной и той же системы обработки почвы может благоприятствовать определенным видам сорняков: notill — и хвощ, чизелирование — и молочаи, отвальный плуг — и дурнишник.
Смена видов может быть уменьшена путем использования интегрированной стратегии контроля над сорняками, включающей механические и агротехнические методы, чередование и сочетание гербицидов. Фермеры также должны проводить тщательную разведку в полях, чтобы обнаруживать смену видов сорняков и затем соответствующим образом корректировать стратегию борьбы с ними.
Принципы успешной борьбы с сорняками с помощью гербицидов
Распознавание сорняков
Для разработки надежной стратегии обращения с сорняками в кукурузе и сое важно знать, какие виды сорняков присутствуют на полях. Решения в отношении выбора гербицидов, нормы внесения, время применения и т.д. принимаются, исходя из предположения, что виды сорняков на полях правильно идентифицированы.
Существует множество идентификационных справочников, в том числе книг, бюллетеней, компьютерных дисков и веб-страниц. Фермерам и их консультантам для точного распознавания сорняков необходимо иметь несколько идентификационных справочников по сорнякам. Такое издание также является ценным помощником в идентификации сорняков.
Выбор гербицида
Выбрать гербицид очень непросто. Некоторые факторы, которые необходимо учитывать, перечислены в табл. 2. Здравые решения в отношении выбора гербицида требуют внимательного рассмотрения этих факторов.
Ярлыки на упаковках гербицидов содержат подробное описание норм и сроков внесения, смесей в резервуарах, добавок, ограничений в чередовании и многих других ограничений. Для безопасного применения любого гербицида необходимо строго соблюдать инструкцию на ярлыках. Всегда внимательно читайте и соблюдайте указания на ярлыках гербицидов.
Внесение гербицидов
Если программа применения гербицида была выбрана, обработка должна быть проведена с применением правильной нормы равномерно по всему участку. Задачей распылителя является перемещение гербицида из резервуара к объекту (почве или листьям). Проблемы с неисправным оборудованием могут привести к недостаточному воздействию на сорняки или поражению сельскохозяйственной культуры. Распылители необходимо периодически калибровать для гарантии того, что они обеспечивают правильную норму внесения гербицида. Патрубки распылителя и экраны необходимо осматривать и изношенные патрубки заменять.
Непреднамеренное повреждение культуры является частой проблемой, связанной с ошибками при внесении гербицида. Во-первых, если оборудование работает при ветреной погоде, частички раствора могут дрейфовать на соседние поля по ручьям, придорожным канавам и т.д. и вызвать повреждение сельскохозяйственной культуры или другие осложнения.
Риск переноса распыления увеличивается с усилением скорости ветра и уменьшением капелек в распыляемом растворе. Более высокое давление распыляемого раствора и меньший объем аэрозоля вызывает уменьшение капелек распыления. Риск непреднамеренного повреждения от дрейфа аэрозоля особенно высок, когда используются гербициды с высокой силой воздействия на листья.
Еще одним источником беспричинного повреждения является загрязнение распылителя. Очень малые количества гербицида листового применения, оставшиеся в резервуаре распылителя, могут загрязнить распыляемый раствор, когда распылитель применяется на другой культуре. В результате это вызывает серьезное повреждение культуры. Чрезвычайно важно, чтобы вся система распыления (резервуар, отверстия, экраны, насос и т.д.) была тщательно прочищена при переходе от одного гербицида к другому.
Читайте также: