Regulácia burinových rastlín v konvenčne hospodáriacich podnikoch je postavená na používaní herbicídov už viac ako 60 rokov. Tieto prípravky sú veľmi obľúbené, regulácia s ich pomocou je rýchla a efektívna. Avšak už od 80. rokov minulého storočia pozorujeme, že pribúda problémov, ktoré súvisia s dlhodobým používaním prípravkov a zaznamenávame stále viac prípadov burinových druhov s herbicídnou rezistenciou.
Ďalším aspektom, ktorý tento jav podporuje sú legislatívne reštrikcie v používaní pesticídov, a to nielen v Európe, ktoré zužujú spektrum prípravkov, a tým často problém rezistencie prehlbujú. Herbicídna rezistencia sa v Európe v porovnaní s ostatnými kontinentmi objavila relatívne neskoro. Presnú príčinu nemožno určiť, čo je možno dané tým, že vzhľadom na geografické rozdiely, je európsky poľnohospodársky sektor pomerne diverzifikovaný. Aj keď nie je jednoduché urobiť si presný obrázok o rozšírení herbicídnej rezistencie, sú krajiny, ktoré sa touto problematikou zaoberajú intenzívne. Patrí medzi ne Veľká Británia, Nemecko, Belgicko, Španielsko, Taliansko, Poľsko, Maďarsko a Česká republika.
Herbicídna rezistencia burín je v celosvetovom meradle fenomén, ktorý sťažuje chemickú ochranu pri všetkých plodinách. Bola popísaná pri takmer 200 burinových druhoch. Mnoho informácií možno nájsť na webovej stránke, ktorá zhromažďuje údaje od vedeckých a výskumných tímov zaoberajúcich sa touto problematikou: International herbicide-resistant weed database http://weedscience.org/Home.aspx.
Pre stručné vysvetlenie herbicídnej rezistencie je potrebné najprv charakterizovať a definovať niektoré pojmy. Podľa HRAC (Herbicide resistance action committee, https://www.hracglobal.com/) je herbicídna rezistencia charakterizovaná ako dedičná vlastnosť burinových rastlín prežívať takú dávku herbicídu, ktorá je pre rastliny za normálnych aplikačných podmienok letálna. Takou dávkou by mala byť dávka registrovaná priamo výrobcom herbicídu. V každej populácii burín sa vyskytujú jedince, ktoré sú k prípravkom menej citlivé a získavajú tak evolučnú výhodu oproti citlivým jedincom. Herbicídna rezistencia je teda evolučná adaptácia selekčnému tlaku herbicídu, ktorý je podporovaný opakovaným používaním účinných látok z rovnakých chemických skupín.
V súvislosti s herbicídnou rezistenciou sa často stretávame s dvoma pojmami, a to krížová a viacnásobná herbicídna rezistencia (graf 1).Podľa aktuálnej klasifikácie herbicídnych prípravkov, sú tieto rozdelené do 35 skupín podľa svojho mechanizmu pôsobenia (graf 2). Veľmi často sa v praxi stáva, že burinové rastliny sú rezistentné na mnohé účinné látky herbicídnych prípravkov, ktoré patria do rovnakej skupiny (napr. sk. HRAC 2 – inhibítory enzýmu acetolaktátsyntázy – ALS) a tento jav označujeme ako krížová rezistencia. Rovnako pozorujeme tzv. viacnásobnú rezistenciu, to znamená, že v niektorých prípadoch sa vyskytujú jedince, ktoré prežívajú aplikácie prípravkov zo skupín s rôznym mechanizmom účinku (napr. sk. HRAC 1, 2 a 5 pri metličke obyčajnej).
Herbicídna rezistencia bola potvrdená ku všetkým známym mechanizmom účinkov herbicídov a v ostatných rokoch nebolo objavené nové miesto pôsobenia herbicídnych prípravkov.
V európskom kontexte z dostupných informácií vyplýva, že najčastejšie sú rezistentnými burinami zamorené obilniny a že prevládajú burinové druhy z čeľade lipnicovitých. V oblastiach strednej a severnej Európy sú najčastejšie potvrdzované rezistentné psiarky roľné a mätonohy voči ALS a ACCasám. V strednej a východnej Európe je číslo jedna metlička obyčajná, a tiež sa v niektorých oblastiach bez ohľadu na geografickú preferenciu rozširuje ovos hluchý.
Testovaním a skúšaním príčin vzniku herbicídnej rezistencie sa v súčasnej dobe zaoberá mnoho pracovísk. Jedným z nich je aj Katedra agroekológie a rastlinnej produkcie na Českej poľnohospodárskej univerzite v Prahe. Znalosťami o mechanizme, vzniku a šírení rezistencie možno dosiahnuť jej spomalenie či zabránenie ďalšiemu rozvoju rezistencie. V širšom slova zmysle sa uvádza, že existujú dva mechanizmy herbicídnej rezistencie. Prvý je označovaný ako rezistencia v mieste účinku, tá je podmienená mutáciou v mieste účinku, zvýšenou expresiou alebo napríklad amplifikáciou cieľového génu. Druhý mechanizmus herbicídnej rezistencie súvisí so zmenami fyziologických procesov, napr. absorpcia a translokácia účinnej látky a jej metabolizmu.
Tento mechanizmus je komplexnejší ako prvý spomínaný a často vedie k tzv. viacnásobnej rezistencii. S rozvojom pokročilých analytických metód je zrejmé, že sa oba mechanizmy – v mieste účinku aj mimo neho – môžu uplatniť aj v rámci populácie či jedinca spoločne. Pôvodne sa predpokladalo, že potom, čo bude známy mechanizmus rezistencie, budeme môcť ľahko predikovať, ako sa rastlina bude správať po aplikácii herbicídu. Avšak s rozvojom nových metód a prístupov skúmania herbicídnej rezistencie sa ukazuje, že tieto predikcie nie je možné uskutočňovať.
V súčasnej dobe sa zdá byť dôležité určiť to, aký druh bude v blízkej dobe poľnohospodársky významný. Niektoré druhy sú na to predurčené svojou veľkou genetickou variabilitou, iné aspekty sa týkajú veľkosti populácie a produkcie semien a zároveň nemôžeme zabudnúť na vplyv agrotechniky a okolitého prostredia. Do značnej miery možno predpokladať, že sa rezistencia bude vyvíjať pri tých druhoch, ktoré sú aktuálne na poliach problematické a je nutné ich riešiť pomocou herbicídov. Navyše problém bude eskalovať aj pri tých, kde je väčšia pravdepodobnosť vzniku viacnásobnej herbicídnej rezistencie (napr. psiarka, ježatka, mätonohy, cirok a bolo popísané aj niekoľko dvojklíčnolistových – láskavce a kochia). Vo väčšine štúdií sú popisované iba genetické faktory, ktoré ovplyvňujú herbicídnu rezistenciu, avšak rozvoj rezistencie ovplyvňujú aj ďalšie faktory. Medzi tie významné celkom určite patrí teplota, ktorá pôsobí na fyziologické procesy v rastlinách. Vzhľadom na prebiehajúce klimatické zmeny možno teda predpokladať, že interakcie medzi prostredím a genetickým základom rastlín môžu významne ovplyvniť evolúciu herbicídnej rezistencie.
Ak by sme sa na herbicídnu rezistenciu pozreli veľmi zjednodušeným pohľadom, môžeme ju charakterizovať ako evolučný proces, ktorý je urýchlený intenzívnym používaním účinných látok s rovnakým mechanizmom účinku. Z tohto pohľadu je teda predchádzanie jej vzniku priamočiare – a síce diverzifikovať osevný postup a metódy ochrany proti burinám. Je však zrejmé, že vždy nie je možné tieto postupy v praxi aplikovať. Navyše vo väčšine prípadov je problém riešený tzv. reaktívne, teda až v prípade, že je rezistencia potvrdená. Predchádzanie vzniku herbicídnej rezistencie (proaktívne riešenie) je skôr výnimkou. Zostáva teda otázkou, aká stratégia je najlepšia na to, aby bola rezistencia prinajmenšom oddialená. Zdá sa, že veľmi účinné je používanie tank-mixov s rôznymi účinnými látkami alebo aplikácie prípravkov, ktoré sú zmesou dvoch a viacerých účinných látok, ideálne s rozdielnym mechanizmom účinku.
Takýto prístup je však efektívny iba v prípade, že herbicídy majú podobný účinok na cieľovú burinovú rastlinu. Navyše, často ak už sa herbicídna rezistencia vyvinula k jednej účinnej látke, ktorá je v prípravku obsiahnutá, býva tiež znížená účinnosť daného prípravku na cieľový burinový druh. K prospechu rezistencie prispieva aj trend ostatných rokov, a síce ústup od pôdnych herbicídov aplikovaných v jesennom období. Je to dané najmä priebehom počasia, kedy dlhé suché periódy významne znižujú herbicídnu účinnosť. Následné opravy v jarnom období sa jednoznačne spoliehajú na herbicídy na báze inhibítorov ALS, čo s ohľadom na ich početnosť používania vedie k veľmi rýchlej selekcii populácií s herbicídnou rezistenciou. Vzhľadom k dobrému ekotoxikologickému profilu, k nízkym aplikačným dávkam, širokému spektru účinku na burinové druhy a väčšinou aj k priaznivej cene sú prípravky zo skupiny acetolaktátsyntázy registrované pre použitie v mnohých plodinách (napr. obilniny, olejniny, kukurica, repa cukrová, slnečnica). Je teda zrejmé, že ich aplikácia na pozemkoch je častá a vplyv selekčného tlaku je silný, čo vedie k rýchlejšej selekcii rezistentných populácií burín.
S ohľadom na tieto informácie býva tiež kritizované zavádzanie transgénnych či tolerantných odrôd plodín s rezistenciou voči herbicídom. V Európe sa pestovanie transgénnych plodín nepresadilo, naopak, pestovatelia si obľúbili odrody s toleranciou voči herbicídom. Tieto technológie sú však väčšinou založené na tolerancii voči inhibítorom acetolaktátsyntázy (HRAC skupina 2), pri ktorej sa herbicídna rezistencia vyvíja veľmi ľahko a rýchlo. Boli pozorované prípady, keď k selekcii silne rezistentnej burinovej populácie došlo už za 3 roky.
V ostatných rokoch tento trend pozorujeme najmä pri dvojklíčnolistových neskorých jarných druhov burín, ktoré sa vyskytujú najmä v širokoriadkových plodinách pestovaných v systéme HT (herbicídne tolerantný). Typicky sú to láskavce a mrlíky rezistentné na účinné látky foramsulfuron, thiencarbazone a imazamox.
Základom potvrdenia alebo vyvrátenia herbicídnej rezistencie sú biologické eseje, ktoré spočívajú vo výseve burinového druhu s podozrením na rezistenciu do nádob a tieto sú ošetrené prípravkom v odporúčanej (a často aj v dvojnásobnej) dávke, ktorá je registrovaná pre daný burinový druh (obr. 1). Rovnako rastová fáza buriny musí zodpovedať odporúčaniam výrobcu herbicídneho prípravku. Zároveň vždy musí byť spolu s populáciou, pri ktorej je podozrenie na herbicídnu rezistenciu, do pokusu zaradená aj populácia, ktorá je citlivá voči testovaným účinným látkam. Pokiaľ je v tomto skríningu herbicídna rezistencia potvrdená, obvykle sa pomocou tzv. dose-response testov (aplikujeme násobky registrovanej dávky prípravku) stanovuje tzv. faktor rezistencie – teda teoretická hodnota, ktorá udáva, koľkokrát vyššiu dávku by sme museli aplikovať na populáciu, aby sme dosiahli rovnaké účinnosti ako na citlivú populáciu. V ďalších krokoch potom využívame analytické metódy, molekulárne genetické metódy, plynovú chromatografiu a ďalšie. Tieto metódy nám pomáhajú presne určiť, o aký mechanizmus účinku u daného burinového druhu ide a či je rastlina rezistentná k širšiemu spektru účinných látok.
Burinové trávy patria v ostatných rokoch k rozširujúcim sa druhom a počet rezistentných populácií u nich významne narastá a z pohľadu botanického je v čeľadi Poaceae zaznamenaných najviac prípadov. Nie inak je tomu v krajinách Európy. V západnej Európe je na prvých miestach rebríčka psiarka roľná, ktorá preferuje vlhšie podmienky a často rastie aj na ťažších pôdach. Jej obilky vytvárajú v pôde veľkú zásobu a perzistencia v týchto podmienkach môže dosahovať až niekoľko rokov.
V Českej republike patrí medzi plošne najrozšírenejší burinový druh, pri ktorom bola potvrdená rezistencia viac ako 1000 populácií, metlička obyčajná. U nej boli popísané prípady viacnásobnej rezistencie voči ALS, ACCaze a PSII inhibítorom. Avšak je treba tiež poznamenať, že stále ešte máme k dispozícii prípravky s iným mechanizmom účinku a regulácia metličky je možná. Z celosvetového pohľadu je tento druh významný iba v podmienkach strednej Európy, inde vo svete je jeho význam lokálny. Do určitej miery je možné problém herbicídnej rezistencie riešiť striedaním herbicídnych prípravkov s rôznym mechanizmom účinku. V prípade metličky je stále k dispozícii pomerne široké spektrum ďalších účinných látok, napr. prosulfocarb (inhibícia syntézy lipidov), flufenacet (inhibícia delenia buniek v koreňových a meristematických pletivách) a ďalších.
Stratégie na minimalizáciu vzniku a šírenia herbicídnej rezistencie sú založené na odporúčaniach týkajúcich sa aplikácií herbicídov. Tieto odporúčania sú: i) aplikovať prípravky s rôznym mechanizmom účinku v tank-mixoch alebo také, ktoré už zohľadňujú antirezistentnú stratégiu a kombinujú dve alebo viac účinných látok; ii) delené aplikácie v priebehu jednej sezóny, ktoré budú reflektovať reálnu situáciu na pozemku alebo iii) striedať prípravky s rozdielnym mechanizmom účinku.
Avšak, pretože často pozorujeme krížovú rezistenciu, zvládnutie problému nemôže byť založené iba na aplikácii prípravkov s rôznym mechanizmom účinku, ale aj na herbicídoch, ktoré nie sú rastlinami ľahko degradované na netoxické zlúčeniny. V neposlednom rade je možné a často nutné uplatniť aj celý rad ďalších opatrení – zmeny v osevných postupoch, využitie mechanických metód atď.
Bohužiaľ, stále máme málo informácií o tom, aká by bola účinnosť jednotlivých opatrení zabraňujúcich vzniku rezistencie v reálnych podmienkach, pretože takéto dlhoročné poľné pokusy je ťažké vykonávať. Častejšie sú teda využívané rôzne simulácie alebo modelové organizmy napr. zelená riasa Chlamydomonas reinhardtii. S ohľadom na jej krátky životný cyklus a veľký počet generácií do roka je možné s jej pomocou jednoducho simulovať rôzne prístupy. Je zaujímavé, že tieto štúdie dokazujú, že striedanie herbicídov nemusí spomaľovať vývoj rezistencie, ale že môže v niektorých prípadoch viesť k selekcii fenotypov burín, ktoré sú rezistentné k širokému spektru herbicídnych prípravkov.
Na záver možno konštatovať, že bez komplexného prístupu k problematike herbicídnej rezistencie nie je možné pristupovať a že riešenia nie sú jednoduché a priamočiare. Mnohé informácie nám stále chýbajú, ale otvárajú sa nové oblasti výskumu s využitím epigenetiky, proteomiky, transkriptomiky a ďalších vedných odborov, ktoré môžu pomôcť zodpovedať niektoré otázky o burinových druhoch a ich rezistencii.
Autor: Ing. Kateřina Hamouzová, Ph.D., ČZU Praha, Katedra agroekologie a rostlinné produkce
