Uvod
V svetovnem kmetijskem gledališču se vsak dan bije neusmiljena in tiha vojna. Za razliko od izbruhov žuželk ali glivičnih epidemij, ki lahko divje nihajo glede na sezonsko vreme, je pritisk plevela matematična gotovost. Od trenutka, ko pridelek poseje, mora tekmovati z zelo agresivnimi, globoko zakoreninjenimi in hitro-rastočimi vrstami plevela za omejene vire: sončno svetlobo, vlago v tleh, prostor in vitalna makro-hranila. Če jih pustimo brez nadzora, napadi plevela hitro zavladajo polju, zadušijo pridelke, zagrabijo stroje za žetev, zmanjšajo donos na nič in onesnažijo požeto žito s strupenimi ali neželenimi semeni plevela.
Da bi preprečili to vegetativno konkurenco, se sodobno kmetovanje v veliki meri zanaša na herbicide-kemične spojine, zasnovane posebej za motenje rasti rastlin in povzročanje smrti rastlin. Ta orodja so revolucionirala proizvodnjo hrane, drastično zmanjšala potrebo po napornem ročnem delu in omogočila široko sprejetje ohranitvenih praks obdelave tal, ki ščitijo strukture tal pred erozijo.
Vendar pa je obdobje zanašanja na eno samo kemično spojino za enostavno čiščenje polja mimo. Pleveli so neverjetno prilagodljivi organizmi in njihova sposobnost, da razvijejo odpornost na kemične vnose, je sodobno zatiranje plevela spremenila v zelo sofisticirano vejo biokemijske znanosti. Za kmete, agronome in maloprodajne svetovalce za pridelke doseganje uspešnega zatiranja plevela ni več odvisno le od izbire izdelka, ki trdi, da ubija plevel. Namesto tega zahteva poglobljeno, operativno razumevanje načinov delovanja herbicidov. Natančno poznavanje interakcije teh kemikalij z biologijo rastlin je glavni predpogoj za oblikovanje učinkovitih programov škropljenja, zaščito varnosti pridelka in ohranitev teh neprecenljivih kemičnih orodij za prihodnost.
Opredelitev terminologije: način delovanja proti mestu delovanja
Za krmarjenje po zapletenem svetu znanosti o plevelu je treba najprej obvladati temeljno terminologijo, ki se uporablja za razvrščanje teh kemičnih orodij. V industrijski literaturi se izraza "način delovanja" in "mesto delovanja" pogosto uporabljata kot sopomenka, vendar opisujeta popolnoma različne biološke dogodke v ciljni rastlini.
Način delovanja v primerjavi s mestom delovanja
Način delovanja se nanaša na celotno zaporedje dogodkov, ki se zgodijo v rastlini od začetne absorpcije kemikalije do končne smrti organizma. Zajema širok mehanizem na makro-ravni, s katerim herbicid moti metabolizem ali rast rastlin. Na primer, način delovanja bi lahko na splošno opisali kot "uravnavanje rasti" ali "zaviranje sinteze aminokislin".
Nasprotno pa je mesto delovanja (ali mehanizem delovanja) zelo specifično. Natančno določi natančno biokemično lokacijo, običajno specifičnega encima, proteina ali receptorske molekule znotraj presnovne poti, na katero se molekula herbicida veže in jo deaktivira. Na primer, medtem ko je širok način delovanja glifosata zaviranje sinteze aminokislin, je njegovo specifično mesto delovanja encim EPSP sintaza. Razumevanje natančnega mesta delovanja je ključnega pomena, ker tvori osnovo mednarodnih klasifikacijskih sistemov, kot sta kodi oštevilčevanja Weed Science Society of America (WSSA) in Herbicide Resistance Action Committee (HRAC).
Mobilnost: kontakt v primerjavi s sistemskimi potmi
Fizično gibanje herbicidov znotraj rastlinskega tkiva močno vpliva na to, kako hitro delujejo in kako temeljito jih je treba nanesti.
Kontaktne kemikalije poškodujejo samo določeno rastlinsko tkivo, ki se ga fizično dotaknejo. Ne premikajo se po žilnem sistemu rastline. Če kapljica kontaktnega pršila pade na list, bo ta list opekla, ne bo pa vplivala na korenine ali sosednje liste. Zaradi tega kontaktni izdelki zahtevajo izjemno pokritost s pršenjem in so najučinkovitejši proti majhnim enoletnim plevelom.
Sistemične herbicide, nasprotno, absorbirajo korenine ali listi in se prenesejo po vaskularnem omrežju rastline (ksilem in floem). Potujejo od mesta uporabe neposredno do aktivnih rastnih točk-apikalnih meristemov-tako v poganjkih kot v koreninah. Zaradi te mobilnosti so sistemski izdelki edinstveno sposobni uničiti velike plevele in žilave trajnice z globokimi koreninskimi sistemi, ki prezimijo.
Selektivnost: ciljno uničevanje
Druga pomembna razlika je kemična selektivnost. Selektivni herbicidi izkoriščajo razlike v fiziologiji, anatomiji ali presnovnih stopnjah med rastlinskimi vrstami. To jim omogoča, da uničijo določene vrste plevela, ne da bi pri tem poškodovali spremljevalni posevek, ki raste v isti vrsti. Klasičen primer je selektivni širokolistni herbicid, ki ga je mogoče razpršiti neposredno po polju s travnatimi posevki, kot sta koruza ali pšenica, pri čemer uniči plevel, kot je žametnica, medtem ko pusti posevek popolnoma zdrav.
Po drugi strani so ne{0}}selektivni izdelki ubijalci širokega{1}}spektra. Imajo način delovanja, ki cilja na biološke procese, temeljne za skoraj vso zeleno vegetacijo. Posledično bodo poškodovali ali uničili vsako rastlino, s katero pridejo v stik, zaradi česar so idealni za-postopke sežiganja-pred sajenjem ali ciljno industrijsko čiščenje.
Primarni načini delovanja herbicidov in njihovi vizualni simptomi
Za diagnosticiranje težav na polju, prepoznavanje kemičnega zanašanja ali oceno, ali je bilo škropljenje uspešno, se morajo kmetijski strokovnjaki seznaniti s primarnimi kemičnimi razredi in edinstvenimi vizualnimi simptomi, ki jih povzročajo v ciljnih rastlinah.
Inhibitorji sinteze aminokislin
Rastline morajo sintetizirati lastne esencialne aminokisline za gradnjo beljakovin in ohranjanje življenja. Več večjih družin herbicidov deluje tako, da selektivno onesposobi encime, odgovorne za te poti.
Klasični primeri so zaviralci acetolaktatne sintaze (ALS) (WSSA skupina 2) in zaviralci EPSP sintaze (WSSA skupina 9, ki vključuje glifosat). Ko se plevel tretira z zaviralcem aminokislin, se proizvodnja novih beljakovin takoj ustavi. Ker mora rastlina izčrpati svoje obstoječe rezerve beljakovin, preden pride do strukturnega kolapsa, se vizualni simptomi razvijajo zelo počasi, pogosto traja od enega do treh tednov, da se pojavijo.
Začetni simptom je izrazito porumenelost najmlajših listov, znana kot kloroza, medtem ko starejši listi začasno ostanejo zeleni. Ko rastna točka strada, se rast popolnoma ustavi, žile v listih se lahko obarvajo globoko rdeče ali vijolično, rastlina pa počasi popolnoma odmre in odmre.
Motilci fotosinteze in celične membrane
Nekateri kemijski razredi zadajo veliko hitrejši in silovitejši udarec rastlinski biologiji s ciljanjem na celični stroj, ki ga poganja sončna svetloba.
Zaviralci fotosistema II (PSII) (WSSA skupina 5, kot je atrazin) se vežejo na specifične proteine v kloroplastih in blokirajo transportno verigo elektronov, potrebno za fotosintezo. Ta blokada povzroči nevarno kopičenje visoko-energijskih molekul, ki uničujejo celične membrane.
Zaviralci protoporfirinogen oksidaze (PPO) (WSSA skupina 14) zmotijo ključni encim v sintezi klorofila, kar vodi do katastrofalnega kopičenja spojin, ki, ko so izpostavljene svetlobi, raztrgajo celične stene.
Vizualni simptomi teh membranskih motilcev so hitri in nezamenljivi. V nekaj urah izpostavljenosti sončni svetlobi tretirani listi dobijo-vodo namočen, temen videz. Tkivo hitro porjavi, se posuši in hrustljavo zažge. Ker so ti izdelki pogosto v stiku ali imajo omejeno sistemsko mobilnost, puščajo izrazite, lokalizirane opeklinske lise povsod, kjer je kapljica pršila prišla v stik.
Regulatorji rasti in oponašalci avksina
Sintetični avksini (WSSA skupina 4, vključno z 2,4-D in dikambo) predstavljajo nekaj najstarejših in najbolj razširjenih selektivnih herbicidov v zgodovini. Te spojine posnemajo naravne rastne hormone rastlin, vendar so zasnovane tako, da so zelo stabilne, kar pomeni, da jih rastlina ne more zlahka razgraditi.
Ko širokolistni plevel absorbira imitator avksina, postane njegovo notranje signaliziranje rasti popolnoma neusklajeno. Celice v steblih in listnih žilah se začnejo hitro in neenakomerno podaljševati, drugi celični procesi pa zastajajo.
Posledični vidni simptomi so dramatični in se imenujejo epinastija. Stebla se zvijejo v obliko zamaška, listi se obrnejo navzgor ali navzdol, celotna rastlina pa se zvije v popačene mutacije. V nekaj dneh ta kaotična, nenadzorovana rast poruši žilni sistem rastline, prepreči transport vode in povzroči smrt.
Zaviralci rasti sadik in sinteze lipidov
Določeni izdelki ciljajo na plevel, še preden lahko vznikne s površine tal. Zaviralci mitoze (skupina 3 WSSA) in zaviralci maščobnih kislin z zelo dolgo{2}}verigo (VLCFA) (skupina 15 WSSA) ciljajo na kaleča semena plevela. Motijo delitev celic ali blokirajo sintezo lipidov, ki so bistveni za gradnjo novih celičnih povrhnjic in membran v nastajajočih poganjkih in koreninah.
Pleveli, prizadeti zaradi teh-proizvodov pred vznikom, pogosto umrejo pod zemljo in nikoli ne pridejo na površje. Če jim vendarle uspe prodreti v zemljo, so močno zaostali v rasti. Trave se morda ne odvijejo iz kolobarja in dobijo čebulo-podoben videz, medtem ko imajo širokolistne sadike nagubane liste in močno skrajšane koreninske-podobne korenine.
Povečanje učinkovitosti s strateško uporabo
Izbira molekule s popolnim načinom delovanja je zgolj strukturni načrt; doseganje izjemnega zatiranja plevela na polju zahteva uskladitev te kemije z natančnimi strategijami uporabe in ugodnimi okoljskimi okni.
Čas pred-pojavom v primerjavi s-časom po pojavu
Temeljna strateška odločitev je, ali uporabiti talno -pregrado-pred vznikom ali foliarno -naneseno -pršilo po-po vzniku.
-Tretiranja pred vznikom se nanesejo neposredno na golo zemljo, preden pridelek in plevel vzklijeta. teherbicidisedijo v zgornji plasti matrice prsti in tvorijo kemično oviro. Ko semena plevela absorbirajo vlago v tleh, da vzklijejo, hkrati zaužijejo kemikalijo, ki jih ubije, preden lahko vzklijejo in tekmujejo s pridelkom. Da izdelki pred vznikom delujejo, potrebujejo aktiviranje padavin ali namakanje kmalu po nanosu, da se kemikalija enakomerno premakne v zgornjih nekaj centimetrov zemlje, kjer se nahajajo semena plevela.
-Nanosi po vzniku se izvedejo, potem ko pridelek in plevel poženeta iz tal. Ta strategija omogoča pridelovalcu, da identificira točno prisotno vrsto plevela in izbere ciljno kemično recepturo. Vendar pa uspeh po-vzniku eksponentno upada, ko plevel raste več. Kemikalija, ki zagotavlja 99-odstotni nadzor nad dva-palčnim plevelom, lahko zagotovi manj kot 50-odstotni nadzor nad šest-palčnim plevelom, saj imajo večje rastline večje presnovne rezerve za razgradnjo toksina.
Okoljska dinamika
Vremenske razmere močno narekujejo, kako učinkovito rastlina absorbira in presnavlja nanos herbicida. Rastline so zelo dinamični organizmi; ko so vremenske razmere tople, sončne in je v tleh veliko vlage, rastline aktivno prehajajo in rastejo. V teh optimalnih pogojih pleveli hitro absorbirajo foliarna škropiva in hitro prenesejo sistemske produkte do svojih korenin, kar poveča učinkovitost.
Nasprotno, ko je plevel izpostavljen hudemu okoljskemu stresu-, kot je dolgotrajna suša, ekstremna vročina ali neobičajno nizke temperature-preide v obrambni način preživetja. Da bi ohranili vlago, zaprejo želodce in odebelijo voskasto povrhnjico na listih. Poleg tega se njihova vaskularna translokacija upočasni do plazenja. Če sistemski herbicid po vzniku uporabimo med sušo, bo kemikalija težko prodrla skozi odebeljeno listno površino in tisto malo, kar vstopi, bo stagniralo, namesto da bi doseglo točke rasti, kar ima za posledico slab nadzor.
Kakovost vode in dodatki
Voda v rezervoarju škropilnice predstavlja več kot 99 % končne raztopine škropiva, zaradi česar je kakovost vode bistvena spremenljivka. Trda voda vsebuje visoke koncentracije magnezijevih in kalcijevih kationov. Ti pozitivno nabiti ioni se tesno vežejo na negativno nabite molekule herbicida (kot sta glifosat ali glufosinat) in jih nevtralizirajo, preden sploh zapustijo pršilno šobo. Za boj proti temu morajo pridelovalci dodati sredstva za izboljšanje vode, kot je amonijev sulfat (AMS), da vežejo minerale trde vode, preden primešajo kemikalijo.
Poleg tega, ker je veliko listov plevela pokritih z visoko hidrofobno, voskasto povrhnjico, ki je zasnovana tako, da odbija vodo, o dodajanju posebnih adjuvansov ni-mogoče pogajati. Površinsko aktivne snovi zmanjšajo površinsko napetost vodne kapljice, zaradi česar se splošči in prekrije list, namesto da se odkotali. Koncentrati rastlinskega olja (COC) in metilirana semenska olja (MSO) gredo še korak dlje, saj aktivno mehčajo in prodirajo v voskasto povrhnjico, da prenesejo aktivne molekule herbicida neposredno v rastlinske celice.
Obvladovanje odpornosti in trajnostno zatiranje plevela
Hiter in razširjen razvoj odpornosti na herbicide je verjetno najhujši agronomski izziv enaindvajsetega-stoletja. Ko se kmetje leto za letom zanašajo izključno na eno samo mesto delovanja, na polje izvajajo močan evolucijski pritisk. Med populacijo milijard plevelov bo majhen delček imel naravno, genetsko mutacijo, ki jim bo omogočila preživetje te specifične kemikalije. Če to isto kemikalijo uporabimo večkrat, se občutljivi pleveli uničijo, mutirani preživeli pustijo, da se navzkrižno-oprašijo, razmnožijo in popolnoma zavzamejo pokrajino.
Dekodiranje kode: moč kemične rotacije
Da bi preprečili širjenje teh "superplevelov", se morajo pridelovalci odmakniti od ocenjevanja izdelkov po njihovih komercialnih blagovnih znamkah in se strogo osredotočiti na menjavanje različnih mest delovanja. Za poenostavitev tega postopka mednarodni regulativni organi zahtevajo, da je na vsej komercialni embalaži jasno prikazana številka skupine WSSA ali črka skupine HRAC na sprednji nalepki.
Pravo kemično kolobarjenje pomeni zagotavljanje, da so zaporedne aplikacije v celotnem ciklu pridelka-in med leti kolobarjenja-odvisne od popolnoma različnih številk skupin. Če se zaviralec ALS (skupina 2) uporablja spomladi, mora -nadaljnja aplikacija uporabiti drugačen mehanizem, kot je zaviralec PPO (skupina 14) ali glufosinat (skupina 10).
Poleg tega je uporaba več{0}}mešanic rezervoarjev izjemna obrambna strategija. Z nanosom raztopine za pršenje, ki združuje dve ali več različnih številk skupin, ki ciljajo na različne encime hkrati, je vsaka različica plevela, ki je naravno odporna na skupino A, hitro izločena s skupino B, kar preprečuje, da bi se gen za odpornost prenesel na naslednjo generacijo.
Integrirano zatiranje plevela (IWM)
Kemikalije nikoli ne smejo biti edina obrambna linija pred vdorom plevela. Končna evolucija sodobne zaščite pridelkov je integrirano zatiranje plevela (IWM)-holističen okvir, ki združuje kemično natančnost s kulturnimi, mehanskimi in biološkimi taktikami za zmanjšanje splošne odvisnosti od sintetičnih vložkov.
Pokrivni posevki: sajenje gostih jesenskih pokrovnih posevkov, kot je žitna rž, da fizično prekrijejo zemljo, preprečijo sončni svetlobi, da bi dosegla semena plevela, in zavirajo zgodnje-pomladansko kalitev.
Ozka razdalja med vrstami: Prilagoditev konfiguracij sadilnikov na ožje vrste omogoča, da se krošnja pridelkov za prodajo hitro zapre, kar zasenči plevel in onemogoči njihov dostop do sončne svetlobe.
Mehansko obdelovanje: z uporabo natančnosti,-GPS vodenih med-kultivatorjev za fizično motenje koreninskih sistemov med vrstami posevkov, ne da bi motili zdravje tal neposredno pod pridelkom.
Uničevalci semen: uporaba sodobnih udarnih mlinov-za seme, ki zmeljejo semena plevela, ko gredo skozi žetveni kombajn, in jim preprečijo vrnitev v semensko banko v tleh.
Z uporabo raznolike palete nekemičnih taktik pridelovalci zmanjšajo skupno gostoto semena plevela, kar zmanjša pogostost in intenzivnost kemičnih posegov. Ta uravnotežen pristop blaži evolucijski selekcijski pritisk na naše obstoječe kemične vložke in zagotavlja njihovo sposobnost preživetja za prihodnje generacije.
Zaključek
Sodobna kmetijska industrija ima monumentalen cilj: nahraniti hitro naraščajoče svetovno prebivalstvo, hkrati pa dejavno zmanjševati svoj okoljski odtis in ohranjati ekonomsko sposobnost preživetja. Znotraj te občutljive enačbe herbicidi ostajajo temeljni steber varnosti preskrbe s hrano, saj služijo kot nenadomestljiva zaščita pred uničujočim-potencialom ropanja pridelka zaradi konkurence plevela.
Vendar pa so dnevi nezapletenega, -kemičnega zatiranja plevela s širokim spektrom trdno v preteklosti. Doseganje doslednega,-stroškovno učinkovitega in varnega zatiranja plevela zahteva prehod z osnovne uporabe na napredno biokemično upravljanje. Zahteva, da kmetijski strokovnjaki temeljito razumejo subtilne nianse med načini delovanja in mesti delovanja, prepoznajo vizualne podpise različnih družin kemikalij in natančno upoštevajo časovni razpored uporabe, pripravo vode in spremenljivke okoljskega stresa.
Konec koncev je prihodnost trajnostnega zatiranja plevela v ohranjanju kemije z variacijami. Z aktivnim menjavanjem številk skupin WSSA/HRAC, načrtovanjem mešanic v rezervoarjih za več-lokacij in namestitev teh kemičnih aplikacij v robustnem, več{2}}plastnem okviru integriranega zatiranja plevela lahko svetovna kmetijska skupnost uspešno premaga grožnjo odpornosti. Ta uravnotežen, znanstveno utemeljen pristop zagotavlja, da naša polja ostanejo čista, naše zaloge hrane ostanejo obilne in naši kmetijski ekosistemi ostanejo odporni v prihodnjih desetletjih.
