Використання хімічних сполук для регулювання чисельності сегетальної рослинності ініціювало процеси біологічної адаптації біотипів бур’янів. Резистентність визначається як успадкована здатність окремих рослин виживати після обробки гербіцидом у дозі, яка є летальною для нормальної популяції того самого виду. Цей феномен є результатом інтенсивного селективного тиску, що виникає при систематичному застосуванні препаратів з ідентичним механізмом дії. Проблема резистентності має кумулятивний характер: станом на поточний період зафіксовано понад 500 унікальних випадків стійкості у більш ніж 260 видів бур’янів до діючих речовин із більшості відомих хімічних класів.
Історичні етапи формування та поширення резистентності
Перші випадки зниження ефективності хімічного контролю були зафіксовані у 1957 році стосовно синтетичних ауксинів (група 2,4-Д) у популяціях дикої моркви та жовтозілля. Проте масштабного характеру проблема набула у 1970-х роках після масового впровадження тріазинів. Історичний аналіз дозволяє виділити три ключові механізми, за якими відбувалася фізико-хімічна адаптація бур’янів до діючих речовин:
- Модифікація мішені дії (Target Site Resistance — TSR). Зміна структури ферменту або білка, з яким зв’язується молекула гербіциду. Це відбувається внаслідок однонуклеотидних мутацій у генах, що кодують білки-мішені. Наприклад, зміна однієї амінокислоти в білку D1 фотосистеми II призводить до повної втрати чутливості рослини до дії атразину та інших тріазинів. Аналогічні процеси відбуваються з ферментом ацетолактатсинтазою (ALS), де мутація блокує доступ сульфонілсечовин до активного центру ферменту.
- Посилення метаболічної деградації (Non-Target Site Resistance — NTSR). Активація ендогенних ферментативних систем, які розщеплюють діючу речовину до нетоксичних метаболітів. Основними каталізаторами цього процесу є монооксигенази цитохрому P450 та глутатіон-S-трансферази (GST). Цей тип резистентності є найбільш складним для діагностики та контролю, оскільки він часто забезпечує перехресну стійкість до гербіцидів з різними механізмами дії, які рослина здатна детоксикувати за допомогою ідентичних біохімічних шляхів.
- Обмеження транслокації та секвестрація. Фізіологічна ізоляція молекул гербіциду у вакуолях або апопласті клітини. Це перешкоджає переміщенню речовини через флоемну та ксилемну системи до меристемних тканин (точок росту). Такий механізм є характерним для біотипів, стійких до гліфосатів, де рослина активно транспортує діючу речовину у клітинні органели, де вона не може впливати на синтез ароматичних амінокислот.
Еволюція резистентності пройшла шлях від стійкості до одного препарату до виникнення мультирезистентних популяцій, здатних виживати після обробки сумішами препаратів із трьох-чотирьох різних груп за класифікацією HRAC.
Специфіка застосування гербіцидів у рослинництві України
Сучасні системи захисту в Україні базуються на використанні селективних та тотальних препаратів для забезпечення чистоти посівів протягом усього періоду вегетації. Висока концентрація окремих культур у сівозмінах створює постійний селективний тиск на бур’яни, що прискорює накопичення стійких генів у популяціях. Нижче наведено перелік популярних культур в Україні, для яких систематично та інтенсивно застосовуються засоби хімічного контролю:
- пшениця озима та яра (контроль падалиці та зимуючих дводольних видів);
- ячмінь (використання грамініцидів та протидводольних сумішей);
- соняшник (застосування ґрунтових екранів та страхових гербіцидів для стійких гібридів);
- кукурудза (використовуючи гербіциди на кукурудзу для контролю злакових та широколистих об’єктів);
- соя та інші зернобобові (висока потреба у селективних діючих речовинах через низьку конкурентоспроможність культури);
- ріпак озимий (контроль падалиці зернових та хрестоцвітих бур’янів).
Систематичне вирощування цих культур вимагає від агровиробників впровадження програм управління резистентністю, оскільки ігнорування факторів адаптації бур’янів призводить до експоненціального зростання витрат на захист гектара ріллі.
Роль міжнародних інституцій та класифікація HRAC
З метою систематизації знань про механізми впливу хімічних сполук на рослини було створено Міжнародний комітет з питань резистентності до гербіцидів (HRAC). Головним досягненням цієї організації стала розробка єдиної класифікації гербіцидів за механізмом дії (Mechanism of Action — MOA). Це дозволило агрономам ідентифікувати препарати не за торговою назвою чи хімічним класом, а за конкретною біохімічною точкою впливу в організмі рослини.
Класифікація включає такі групи, як інгібітори ацетил-КоА-карбоксилази (ACCase), інгібітори ацетолактатсинтази (ALS), інгібітори фотосинтезу у фотосистемі II, інгібітори протопорфіриногеноксидази (PPO) та інші. Розуміння цієї структури є обов’язковим для побудови сівозміни, оскільки заміна одного препарату на інший з тієї самої групи HRAC не вирішує проблему резистентності, а лише посилює селекцію стійких біотипів.
Стратегії запобігання селекції стійких біотипів бур’янів
Для мінімізації ризиків формування резистентності та збереження біологічної ефективності наявних діючих речовин розроблено концепцію інтегрованого управління забур’яненістю (IWM). Основні методи цієї стратегії включають:
- Ротацію гербіцидів з різними механізмами дії (MOA). Це передбачає використання протягом одного сезону або в межах сівозміни препаратів, що впливають на різні ферментні системи бур’янів. Такий підхід унеможливлює виживання рослин, які мають мутацію лише в одному гені-мішені.
- Застосування багатокомпонентних бакових сумішей. Поєднання в одному розчині діючих речовин з різних груп за класифікацією HRAC забезпечує перехресний контроль. Якщо бур’ян має стійкість до одного компонента суміші, його розвиток буде інгібовано іншим компонентом з альтернативним механізмом дії.
- Інтеграцію агротехнічних та механічних методів. Використання глибокої оранки для переміщення насіння бур’янів у нижні горизонти ґрунту, дотримання оптимальних термінів посіву для забезпечення конкурентної переваги культури, а також механічний міжрядний обробіток.
Системний підхід до управління процесами адаптації сегетальної флори дозволяє суттєво подовжити термін експлуатації ефективних діючих речовин. Впровадження науково обґрунтованих регламентів внесення засобів захисту рослин є необхідною умовою стабільності врожайності в умовах зростаючого антропогенного тиску на агробіоценози та постійної еволюції механізмів виживання бур’янів.
