16 Вересня 2021

Проблема швидкої адаптації бур’янів до умов зростання

Здатність бур’янів розвиватися в малосприятливих умовах існування забезпечує їм успішне виживання і конкурентну перевагу порівняно з культурними рослинами. Зміна клімату в бік глобального потепління тільки сприяє цьому. В цій статті ми розглянемо 10 способів протистояння бур’янів в умовах мінливого клімату.

Канадські вчені з Університету Британської Колумбії Девід Р. Клементс і Ванесса Л. Джонс опублікували спільну статтю, присвячену проблемі адаптації бур’янів до постійно мінливих умов.

«Люди й бур’яни мають довгу історію спільної еволюції. Найбільш ранні бур’яни з’явилися в історії людства разом із зародженням сільського господарства, і багато видів супроводжували нас всюди, де ми селилися і вирощували культури.

Сьогодні, коли рослинництво досягло глобальних масштабів, ці ж бур’яни переслідують сільськогосподарські культури по всьому світу. Однак, хоча це можуть бути ті ж самі бур’яни, що й таксономічно ідентифіковані види, вони суттєво варіюються в межах їх ареалу.

Бур’яни пристосовуються до будь-якої ситуації, і ця адаптація в усьому світі наразі стимулюється ще одним чинником, породженим людством, – зміною клімату.

У ХХ столітті боротьба з бур’янами досягла величезних успіхів, багато в чому завдяки винаходу синтетичних гербіцидів. Але навіть ці потужні інструменти стримуються адаптацією бур’янів, чому в багатьох випадках сприяє зміна клімату. Еволюція стійкості до гербіцидів часто приводила до недостатньої ефективності наших систем боротьби з бур’янами та нашої надмірної залежності від агрохімії.

Які ж особливості бур’янів дають їм такі незаперечні переваги?

Бур’яни, як правило, є першопрохідцями, поширюючись всюди за допомогою безлічі механізмів. Відтак вони рідко потрапляють до категорії вимираючих за Дарвіном, хоча є деякі види, не здатні адаптуватися до недавніх змін у сільському господарстві, особливо в Європі.

Бур’яни мають генетичний склад, успадкований від видів природного середовища, в якому вони живуть, або від давніх асоціацій з агроекосистемами та іншими антропогенно зміненими середовищами. Дійсно, в міру того, як ми просуваємося далі в антропоцен, небагато середо­вищ залишаються без великого антропогенного впливу, і це само по собі підштовхує нас до «планети бур’янів».

Багато видів бур’янів використовують шляхи інтродукції, щоб вільно переміщатися по більшій частині земної кулі. Деякі види бур’янів, такі як амброзія звичайна (Ambrosia artemisiifolia L.), рейнутрія (Reynoutria spp.) або лобода біла (Chenopodium spp.), мають настільки широкі кліматичні ніші, що проходять через усю смугу помірних поясів.

Точно так само поширюються тропічні бур’яни, наприклад лантана (Lantana camara L.), які поступово оточують земну кулю в тропічних регіонах. Цій консолідації світової бур’янової флори сприяє ефект зміни клімату.

На сьогодні існують ключові прогалини у знаннях, критично важливих для розуміння взаємозв’язку зміни клімату та біології бур’янів. А саме: як зміна клімату вплине на стійкість до гербіцидів – основ­них ворогів бур’янів, а також на поширення бур’янів.

У будь-якому випадку бур’яни мають перевагу перед видами сільськогосподарських культур із точки зору реакції на мінливі умови через їх більш високе фенотипічне і/ або генетичне різноманіття.

Основним поясненням цієї надзвичайної пластичності багатьох видів бур’янів є їх природа як видів-першопрохідців, адаптованих до високих рівнів порушень завдяки наявності безлічі фенотипів, що можуть проявлятися в певному середовищі.

Перевага пристосованості, отримана за рахунок пластичності, дає можливість інвазивним видам краще використовувати ресурси, оскільки вони, як правило, здатні краще реагувати на збільшення доступності ресурсів. Специфічні реакції спостерігалися в різних параметрах росту рослин, таких як біомаса пагонів або коріння, фотосинтез і поглинання поживних речовин.

Чинники, пов’язані зі зміною клімату, такі як підвищення температури, збільшення викидів CO2 в атмосферу або зміна режиму вологості, викликають аналогічні високопластичні реакції в інвазивних бур’янів. І навпаки, неінвазивні рослини, адаптовані до більш стабільних умов навколишнього середовища, не можуть так швидко адаптуватися до різких змін в умовах вирощування.

Наприклад, Alternanthera philo­xeroides (Mart.) Griseb. (альтернантера філоксероідна, або бур’ян-алігатор) здатна рости як в наземному, так і у водному середовищі, де вона має дуже різну морфологію. При тестуванні різних популяцій A. philoxeroides, які ростуть в Китаї, вчені виявили, що навіть дуже різні морфології наземних і водних форм були обумовлені фенотипічною пластичністю, а не генетичними відмінностями. Lythrum salicaria L. (плакун верболистий) – ще одна інвазивна рослина, яке може змінювати свою морфологію, щоб адаптуватися до різних середовищ існування водно-болотних угідь, значною мірою за рахунок фенотипічної пластичності.

Агроекосистеми створюють ідеальне середовище для росту бур’янів із пластичними фенотипами через відносно високий рівень порушень, що створюються агрономічною практикою.

Читати по темі: Совки, молі, білан, стебловий метелик – боротьба з ними під силу не лише хлорпірифосу

Навіть заходи боротьби з бур’я­на­ми, що застосовуються в таких системах, є порушеннями, якими можуть скористатися певні бур’яни, особливо якщо ці заходи не є конкретною метою.

Крім того, відомо про зростання опору до гербіцидів, коли стійкі генотипи можуть утворювати великі ділянки на полях, частково завдяки відсутності конкуренції з боку інших чутливих видів або генотипів бур’янів.

Культурні ж рослини часто мають більш жорстку генетичну структуру. Культури, як правило, розводять для отримання однорідності, щоб забезпечити стабільну врожайність.

Проблема швидкої адаптації бур’янів до умов зростання2Селекціонери створюють сорти сільськогосподарських культур, адаптовані до умов конкретного довкілля, але абсолютно очевидно, що пластичні бур’яни краще пристосовуються до екстремальних кліматичних умов. Таким чином, в роки посухи або інших екстремальних явищ проблеми з бур’янами будуть посилюватися.

Розглянемо 10 основних способів, якими відбувається адаптація бур’янів до умов навколишнього середовища.

1. УНІВЕРСАЛЬНИЙ ГЕНОТИП

Із 38 досліджень реакції бур’янів на зміну клімату 26 зафіксували наявність як пластичних, так і еволюційних змін. Таким чином, ці дві категорії не виключають одна одної.

2. СТРАТЕГІЇ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ

Бур’яни демонструють широкий спектр стратегій життєвого циклу, тому в міру зміни систем управління бур’яни, які раніше не становили серйозної проблеми в цій системі землеробства, показують себе з несподіваного боку. Наприклад, скорочення системи обробітку ґрунту порівняно із традиційною сприяє розвитку бур’янів (особливо багаторічників) з різними стратегіями життєвого циклу.

Точно так само зміна клімату має викликати появу нових ніш для видів або генотипів бур’янів, історія життя яких краще пристосована до мінливих умов. Крім того, як відповідь на збільшення CO2, бур’яни стануть вищими і крупнішими, а отже, зможуть виробляти більше насіння і поширювати їх далі від більш високих рослин через аеродинамічні чинники.

3. ШВИДКА ЕВОЛЮЦІЯ

Підвищена здатність до розсіювання насіння і супутнє розосередження загрожує стати одним із найжахливіших наслідків через масштабні змін клімату. Наприклад, дослідження прогнозованого збільшення чисельності Ambrosia artemisiifolia L. (амброзія звичайна) в Європі, засвідчило, що, за оцінками, до 2050 року рівні пилку амброзії будуть в 4 рази вищими, ніж у 2015 році, на додаток до агрономічного збитку, викликаного значно більшим поширенням A. Artemissifolia.

4. ЕПІГЕНЕТИКА

Крім швидкої еволюції, багато інвазивних рослин мають здатність швидко реагувати на абіотичні чинники довкілля, змінюючи експресію своїх генів. У постійно мінливому середовищі рослинам необхідно бути гнучкими, щоб витримувати такі стреси, як коливання світла, температури, води та рівня солоності ґрунтів. Щоб бути гнучкими, рослини виробили здатність до самостійної епігенетичної модифікації, що становить собою зміну хроматину без зміни послідовності ДНК.

5. ГІБРИДИЗАЦІЯ

Гібридні види бур’янів часто виявляють гібридну силу, також відому як гетерозис, коли потомство демонструє поліпшену біологічну функцію порівняно з обома батьківськими видами. Як правило, гібрид демонструє більш агресивний ріст із поліпшеною здатністю поширюватися на нові території й конкурувати в їх межах, а також має більшу біомасу та вищу фертильність.

6. СТІЙКІСТЬ ДО ГЕРБІЦИДІВ

За останніх кілька десятиліть відзначено різке зростання випадків стійкості бур’янів до гербіцидів, причому стійкість спостерігалася до 23 із 26 способів дії гербіцидів, застосованих щодо широкого спектра бур’янів у 71 країні.

7. ТОЛЕРАНТНІСТЬ ДО ГЕРБІЦИДІВ

Оскільки багато чинників навколишнього середовища, такі як температура, вуглекислий газ і рівень вологості, впливають на ефективність гербіцидів, абсолютно очевидно, що зміна клімату сьогодні впливає і надалі чинитиме вплив на дію гербіцидів, в цілому знижуючи їх ефективність. Підвищення температури може знизити ефективність гербіциду через більш швидкий метаболізм рослин при вищих температурах і/ або підвищене випаровування із ґрунту, хоча ці ефекти розрізняються залежно від ділянки та конкретних видів бур’янів.

8. ВРАЗЛИВІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ СИСТЕМ

Існують побоювання, що розвиток різноманітності агросистем не встигне за швидкими змінами клімату, і частково проблема полягає у збільшенні непередбачуваності боротьби зі шкідливими організмами в сучасних системах землеробства в умовах зміни клімату.

У регіонах із помірним кліматом прогнозується подальше поширення бур’янів до полюса, оскільки клімат у цих регіонах стає теплішим. І це вже відбувається, підтвердженням чого є численні приклади поширення бур’янів далі на північ у Північній Америці та Європі.

9. СПІЛЬНА ЕВОЛЮЦІЯ БУР’ЯНІВ ІЗ КОНТРОЛЕМ ЛЮДИНИ

Наразі світ потрапив у епіцентр мимовільного великого експерименту, що досліджує вплив нашої боротьби з бур’янами на їх еволюцію.

Джон Харпер, якого називають батьком сучасної екології бур’янів, сказав у 1956 році: «Орні бур’яни утворюють екологічну групу, відібрану за допомогою тих методів, які спочатку було розроблено для їх придушення».

Ми також експериментуємо із кліматичними чинниками, своїми діями викликаючи зміну клімату й тим самим підвищуючи температуру в глобальному експерименті. Фактично, ми поміщаємо агрономічні поля, вже порушені конкуренцією бур’янів, в теплицю за допомогою «парникового ефекту». Створюючи величезну світову теплицю, ми даємо бур’янам чудовий шанс.

10. ЗДАТНІСТЬ БУР’ЯНІВ ВИКОРИСТОВУВАТИ КЛІМАТИЧНІ ЗМІНИ, СТВОРЕНІ ЛЮДЬМИ

Зміну клімату часто порівнюють зі штормом, що переміщається по земній кулі, впливаючи на всю флору і фауну на своєму шляху. Але і в дійсності погодні катаклізми виникають дедалі частіше – і грають на користь бур’янів. Адже бур’яни та інші інвазивні види з високою стійкістю із більшою ймовірністю переживуть природні катастрофи. Наведемо лише один приклад. Після тропічної бурі Ірен у 2011 році бур’ян Reynoutria japonica (рейнутрія японська) збільшив своє поширення в Вермонті за рахунок фрагментів, рознесених сильним буревієм. Отже, Земля, яка вже відчутно постраждала від зміни клімату, цілком може стати «планетою бур’янів» у доступному для огляду майбутньому».

Юрій Гринько, за матеріалами MDPI

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Погода

Kyiv
чисте небо
14.3 ° C
16.2 °
14 °
72 %
2kmh
0 %
Чт
16 °
Пт
20 °
Сб
17 °
Нд
17 °
Пн
10 °