Padrão de ocorrência de plantas daninhas resistentes a herbicidas no campo 1- Definições é a capacidade herdável de uma planta sobreviver e reproduzir após à exposição a um herbicida, que normalmente seria letal para a população original (suscetível) Plantas resistentes ocorrem naturalmente em baixa freqüência A pressão de seleção exercida pelo herbicida aumenta a freqüência das plantas resistentes Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 1 Falha do herbicida devida a resistência: manchas com alta densidade no centro diminuindo para fora escapes em diferentes direções sem padrão definido na gleba sempre se tratando da mesma planta daninha. Picão-preto resistente aos herbicidas inibidores da ALS em soja Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 2 Planta resistente x planta suscetível ao herbicida glyphosate Exemplo de evolução da resistência de picão-preto aos inibidores da ALS Planta suscetível Bidens pilosa picão-preto Azevém Lolium multiflorum Chlorimuron 50 g/ha População suscetível Chlorimuron 50 g/ha 6 anos de seleção Chlorimuron 50 g/ha 10 anos de seleção Planta resistente Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 3 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 4 1
Resistência da buva ao glyphosate Resistência da buva ao glyphosate Café Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 5 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 6 Sintomas de glyphosate em plantas resistentes de buva Outras definições importantes Sítio de ação (SDA) e Mecanismo de Ação (MDA) de um herbicida Processo metabólico ou fisiológico específico da reação principal de atuação na morte da planta Onde e como um herbicida atua na morte da planta Resistência cruzada da planta daninha resistência a herbicidas com o mesmo SDA, mesmo que o segundo herbicida nunca tenha sido utilizado Resistência múltipla da planta daninha resistência a mais de um herbicida com diferentes MDA/SDA Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 7 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 8 2
Biótipos de plantas resistente (n.) Número de biótipos resistentes N. de biótipos resistentes a herbicidas 5/24/2011 2- Ocorrência Aumento cronológico de casos de plantas daninhas resistentes a herbicidas no mundo por mecanismo de ação Aumento cronológico de casos de plantas daninhas resistentes a herbicidas no mundo Inibidores da ACCase Inibidores da ALS Dinitroanilinas Triazinas Auxinas sintéticas Uréias e Amidas Bipiridiliuns Derivados da Glicina Ano Fonte: www.weedscience.com Ian Heap Ano Fonte: www.weedscience.com Ian Heap Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 9 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 10 Biótipos resistentes a inibidores da ALS x triazinas x glyphosate, expresso em número de anos após a introdução do grupo de herbicidas no mercado Registro de casos de resistência de plantas daninhas no Brasil Heap 2007 - www.weedscience.org Inibidores da ALS Triazinas (Heap, 2004) Glyphosate Tempo depois da introdução do herbicida (anos) Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 11 n. Espécies Nome vulgar Ano Mecanismo de ação Cultura 1 Bidens pilosa 1993 Soja Picão-preto 2 Bidens subalternans 1996 Soja Inibidores da ALS 3 Cyperus difornis Junquinho 2000 Arroz 4 Euphorbia heterophylla 1992 Soja Amendoim-bravo Inibidores da ALS e 5 Euphorbia heterophylla 2004 Soja Inibidores da Protox 6 Fimbristilis miliacea Fimbristilis 2001 Arroz 7 Parthenium hysterophorus Losna-branca 2004 Soja Inibidores da ALS 8 Raphanus sativus Nabiça 2001 Soja 9 Sagitaria montevidensis Sagitária 1999 Arroz 10 Conyza bonariensis 2005 Soja 11 Conyza bonariensis 2005 Citrus Buva 12 Conyza canadensis 2005 Soja Inibidores da EPSPs 13 Conyza canadensis 2006 Citrus 14 Euphorbia heterophylla Amendoim-bravo 2005 Soja 15 Lolium multiflorum Azevém 2003 Soja/Maçã 16 Echinochloa crus-galli 1999 Arroz Capim-arroz Hormonais 17 Echinochloa crus-pavonis 1999 Arroz 18 Eleusine indica Capim-pé-de-galinha 2003 Soja 19 Brachiaria plantaginea Capim-marmelada 1997 Inibidores da ACCase Soja Christoffoleti 20 Digitaria ciliaris Capim-colchão pjchrist@esalq.usp.br 2002 Soja Pedro J. 12 3
Comparação entre o número de casos de resistência no Brasil e no mundo Heap 2007 - www.weedscience.org N. de espécies resistentes Mecanismos de Ação No Brasil No mundo Inibidores da ALS 9 95 Inibidores da ACCase 3 35 Hormonais 2 25 Inibidores da Protox 1 3 Inibidores da EPSPs 4 12 3- Análise de risco de seleção de plantas daninhas resistentes Fatores ligados a biologia e genética da planta daninha selecionada Densidade populacional da planta daninha Freqüência natural da população resistente Potencial de dormência das sementes de plantas daninhas Fatores ligados ao sistema de produção adotado Uso freqüente do mesmo mecanismo de ação Uso exclusivo de herbicidas como método de controle Ausência de rotação de culturas ou diversidade de cultivos Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 13 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 14 Sistemas de produção x seleção de resistência Opções de manejo Misturas ou rotação de herbicidas > 2 mecanismos de ação Métodos de controle utilizados Mesmo mecanismo de ação/cultivo Risco de Resistência Baixo Moderado Alto Cultural, mecânico e químico 2 mecanismos de ação Cultural e químico 1 mecanismo de ação Químico apenas Uma vez Duas vezes > duas vezes Tipo de sistema de produção Rotação plena Rotação limitada Monocultivo Relatos de resistência para o herbicida Desconhecido Limitado Comum Infestação da planta daninha baixa Moderada Alta Controle nos últimos três anos Mantém-se satisfatório Vem Declinando Não controla mais 4- Confirmação de uma suspeita de resistência Glyphosate 3,0 Lp.c./ha Glyphosate 3,0 Lp.c./ha + Clethodin 0,3 Lp.c./ha Testes preliminares no campo para excluir as outras possibilidades de falha Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 15 Pedro J. Christoffoleti 16 4
Detectando resistência de plantas daninhas Observação de padrões de ocorrência de plantas daninhas resistentes a herbicidas no campo Fator mais importante é o grau de resistência na planta Quando a resistência é absoluta e o herbicida não tem nenhum efeito na dose recomendada é mais fácil de detectar Plantas mortas ao lado de vivas após a aplicação Exemplo de glifosato em citrus Observações no campo (falhas) Eliminar outras causas Observar nível de controle das outras espécies Plantas adjacentes mortas ao lado de plantas vivas A planta daninha era controlado no passado Histórico do uso do herbicida suspeito na área Relatos de casos de resistência com a pl. daninha Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 17 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 18 Diferentes graus de resistência ao glyphosate em populações de azevém na cultura da maçã Procedimentos de coleta de sementes no campo de uma população suspeita de resistência I H Coletar as sementes das plantas escapes Colocar no mínimo 1000 sementes por amostra Registrar as informações R S Coletar sementes de área adjacente sem resistência Etiquetar devidamente as amostras coletadas Enviar as amostras para testes Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 19 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 20 5
Biomassa (g/planta) 5/24/2011 Procedimentos de confirmação da resistência Exemplo de ensaio em casa-de-vegetação - curva de doseresposta para o glyphosate em Conyza canadensis Coletando as sementes suspeitas Coletar as sementes maduras Coletar de forma aleatórias sementes das plantas escapes de uma área de 100 x 50 m na reboleira Qualidade de coleta é melhor que quantidade, amostras de pelo menos 1.000 sementes beneficiar as sementes e guardar em condições adequadas R1 - Matão SP Curvas de dose-resposta Casa-de-vegetação ou câmara de crescimento Necessidade de uma população suscetível Métodos estatísticos apropriados devem ser utilizados para que as conclusões sejam seguras Testemunha S Piracicaba - SP 1/8 D ¼ D ½ D D 720 g a.e./ha 2 D 4 D 8 D Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 21 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 22 Curva de dose-resposta para população susceptível (S) e resistente (R) 10,0 S Fator de Resistência (R/S) R = GR 50 (res.) GR 50 (sus.) = 10 1 = 10 5- Resistência aos inibidores da ALS glicose treonina Herbicida (2) piruvato piruvato + cetobutirato 5,0 acetolactato Acetolactato Sintase (ALS) aceto-hidroxibutarato 0,0 0,1 1,0 10,0 100,0 Dose do herbicida (g/ha) escala logarítmica Valina Leucina Isoleucina Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 23 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 24 6
Seqüência de aminoácidos na ALS Porquê alto risco de seleção de populações resistentes aos inibidores da ALS? 24/05/2011 CTP A122 P197 A205 W574 S653 0 100 200 300 400 500 600 Número do aminoácido Em todos os casos de resistência estudados até o momento tem sido atribuída a mudanças na seqüência dos aminoácidos. (Sathasivan et al. 1990) pjchrist@esalq.usp.br 25 Pedro J. Christoffoleti 25 uso repetitivo na agricultura alta eficácia de controle das plantas daninhas atividade residual no solo resistência determinada geneticamente por locus simples semidominante (alta freqüência inicial) efeitos mínimos do alelo R sobre a adaptabilidade do biótipo R na ausência do herbicida mutações pontuais que podem conferir resistência a um ou mais herbicidas inibidores da ALS 24/05/2011 Pedro J. Christoffoleti 26 Resistência aos inibidores da ACCase 5- Resistência aos inibidores da ACCase Ariloxi-fenoxi-propionatos fluazifop-p-butil (Fusilade) Acetil-CoA + CO 2 Acetil-CoA Carboxilase (ACCase) Malonil-CoA Lipídios Membranas Celulares Herbicida Espécies Brachiaria plantaginea Digitaria horizontalis No Mundo 33 biótipos Ciclohexanodionas sethoxydim (Poast) Características: mutações nas enzimas = diferentes tipos e níveis de resistência cruzada relatos sobre metabolismo em algumas espécies não foram encontradas diferenças quanto à adaptabilidade ecológica Pedro J. Christoffoleti Pedro J. Christoffoleti 7
Plantas daninhas resistentes ao glyphosate nos EUA 5- Resistência ao glyphosate Conyza, Ambrosia, Lolium, Amaranthus EUA Conyza, Lolium, Digitaria Brasil Lolium Chile Sorghum halepense Argentina Pedro J. Christoffoleti Lolium - Espanha, França Conyza Espanha, Israel Lolium, Conyza, P.lanceolata África do Sul pjchrist@esalq.usp.br Conyza, Calystegia China Eleusine indica Taiwan Malásia Lolium rigidum, E. crus-galli Austrália 29 Espécie Ano N. de espécie relatados Lolium rigidum 1998 1 Conyza canadensis 2000 17 Ambrosia artemisiifolia 2004 3 Abrosia trifida 2004 3 Lolium multiflorum 2004 2 Amaranthus palmerii 2005 5 Amaranthus rudis 2005 2 (VanGessel, 2007) 5/24/2011 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 30 Buva resistente x buva suscetível ao glyphosate 31 32 Pedro J. Christoffoleti 5/24/2011 Pedro J. Christoffoleti 5/24/2011 8
Número 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 % de área tratada 1990 1991 Número de aplicações por ano 1992 1993 1990 1994 1991 1995 1992 1996 1993 1997 1994 1998 1995 1999 1996 2000 1997 2001 1998 2002 1999 2003 2000 2005 2001 2002 2003 2004 2005 2006 5/24/2011 Razões da presença de plantas daninhas resistentes a herbicidas nos EUA milho, soja e algodão Uso de Glyphosate número de aplicações por ano Atitude dos produtores e percepção da resistência Menos ingredientes ativos estão sendo utilizados Adoção do plantio direto em larga escala Uso de culturas RR em larga escala Troca de herbicidas residuais para herbicidas pós-emergentes Sistemas de produção sem rotação de culturas Onde tem rotação de culturas, utilização de herbicidas com o mesmo MDA (VanGessel, 2007) 33 Pedro J. Christoffoleti 5/24/2011 pjchrist@esalq.usp.br 2.4 soja algodão milho 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 ano USDA, NASS Soja RR Milho RR Estatística baseada nos 8 a 19 estados mais produtores nos EUA Algodão RR Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 34 Ingredientes ativos e sítios de ação dos herbicidas aplicados na cultura da Soja em pelo menos 5% da área Tendência de utilização de herbicidas residuais (pré-emergentes) na cultura do algodão 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Ingrediente ativo 5% Sítios de ação 5% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Graminicidas Latifolicidas Latifolicidas: flumeturon, clomazone, prometryn Graminicidas: pendimethalin, trifluralin, metolachlor USDA, NASS Estatística baseada nos 8 a 9 estados mais produtores nos EUA Ano Ano Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 35 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 36 9
Mecanismo de ação do herbicida glyphosate Relação dos mecanismos de resistência estudados no mundo (Powles et al. 2006) glicose PEP + DAH7P E4P fenilalanina tirosina triptofano shiquimato + PEP EPSP corismato EPSPs Espécies de pl. daninha País Mecanismo de resistência identificado Ambrosia artemisiifolia EUA --- Conyza bonariensis África do Sul Espanha --- --- Conyza canadensis EUA Translocação reduzida Eleusine indica Malásia Modificação do SDA Lolium multiflorum Lolium rigidum Brasil Chile EUA Austrália EUA África do Sul --- Modificação do SDA --- Translocação reduzida Modificação do SDA Modificação do SDA --- Plantago lanceolata África do Sul --- Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 37 Pedro J. Christoffoleti 5/24/2011 pjchrist@esalq.usp.br Modificação do sítio de ação (SAD) do herbicida (EPSPs) em Eleusine indica - Malásia Retenção foliar, absorção e translocação de 14 Cglyphosate em biótipos R e S de buva - dose sub-letal de 13 g e.a./ha. Número do aminoácido 106 Aminoácido Pro Seqüência de bases CCA Resposta ao Glyphosate Retenção do 14C kbq % absorção Relação parte áerea/raíz (Ng, 2002) Pedro J. Christoffoleti 5/24/2011 pjchrist@esalq.usp.br 39 Translocação reduzida para as raízes em sub-dose Feng et al., 2004 Weed Sci. v.54, p.498-505 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 40 10
Distribuição de glyphosate % da dose aplicada % de Controle 5/24/2011 Translocação diferencial do glyphosate em plantas R de buva comparada com plantas S 6- Tolerância ao glyphosate S R Corda de viola Folha Tratada Folhas Caule Raízes Trapoeraba Translocação diferenciada glyphosate Feng et al., 2004 Weed Sci. v.54, p.498-505 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 41 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 42 Seleção de espécies de plantas daninhas tolerantes ao glyphosate Controle de trapoeraba com glyphosate em aplicação única e aplicação sequencial Poaia-branca (Richardia brasiliensis) Trapoeraba - Avaliação 28 DAT Erva-quente (Borreria alata) Guanxuma (Sida rombifolia) Trapoeraba (Commelina benghalensis) Maria-mole (Senecio brasiliensis) Corda-de-viola (Ipomoea grandifolia) 100 90 80 70 60 50 40 95 92 85 seqüencial 98 59 41 93 81 única 0 Rup Wg 1,0/1,5 Rup Wg 1,5/1,5 Rup Wg 2,0 /1,5 Rup Wg 2,5/1,5 Rup Wg 1,5 Rup Wg 3,0 Rup Wg 1,5+2,4D 0,5 Rup Or 3,0+2,4-D 0,8 Testemunha Pedro J. Christoffoleti 43 Pedro J. Christoffoleti pjchrist@esalq.usp.br 44 11
% glyphosate 14 C absorvido 5/24/2011 Absorção de 14 C-glyphosate por trapoeraba, corda-de-viola, caruru-roxo e soja R e S ao glyphosate. Microscopia eletrônica da superfície foliar estômato cutícula Trapoeraba 100 % 14 C-glyphosate absorption 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2.00 4.00 8.00 12.00 24.00 48.00 72.00 I. grandifolia C. benghalensis C. benghalensis I. grandifolia A. hybridus R G. max L. S. G. max L. estômato estômato cutícula cutícula Corda-de-viola Caruru-roxo Horas Hours após after tratamento treatment Monquero et al (2002) Pedro J. Christoffoleti Pedro J. Christoffoleti Considerações finais Seleção de populações de plantas daninhas resistentes ao glyphosate é de baixa probabilidade Seleção de biótipos resistentes aos inibidores da ALS e ACCase são facilmente selecionados no campo Os biótipos R podem restringir ou inviabilizar a utilização futura dos herbicidas, principalmente do glyphosate que é o principal herbicida na agricultura atual e futura Plantas daninhas resistentes em densidades que limitam a produção das culturas agrícolas, exige mudanças nas práticas de manejo. Seleção de espécies de plantas daninhas x práticas agrícolas x uso de herbicidas Dinâmica do banco de sementes influi diretamente no potencial de infestação de plantas daninhas resistentes O controle de plantas daninhas em uma propriedade deve ser levado em consideração a longo prazo, através de um sistema integrado de controle em sistemas de produção que envolva métodos culturais, físicos, mecânicos, químicos além de outros. Pedro J. Christoffoleti 47 12