A GYOMNÖVÉNYEK BIOLÓGIAI SAJÁTOSSÁGAI ÉS A HATÉKONY GYOMSZABÁLYOZÁSI ELJÁRÁSOK ÖSSZEFÜGGÉSEI

Átírás

1 A GYOMNÖVÉNYEK BIOLÓGIAI SAJÁTOSSÁGAI ÉS A HATÉKONY GYOMSZABÁLYOZÁSI ELJÁRÁSOK ÖSSZEFÜGGÉSEI KAZINCZI GABRIELLA 1 és BÉRES IMRE 2 1 KE Agrár-és Környezettudományi Kar, Növénytudományi Intézet, Kaposvár 2 PE Georgikon Kar, Növényvédelmi Intézet, Keszthely 61.Növényvédelmi Tudományos Napok Budapest, február

2 Hunyadi Károly ( ) A hazai kísérletes gyombiológia-és ökológia megalapítója A herbológiatudományág hazai megteremtője

3 Humán, állatgyógyászatban a kórokozó ismerete, a pontos diagnózis az eredményes terápia alapfeltétele és fél siker a gyógyulás útján Növényvédelmi diagnosztika (kártevők, kórokozók, gyomnövények ismerete)

4 A gyomnövények elleni sikeres védekezés feltétele Gyomnövények faji szintű (fajon belüli biotípusok) ismerete (1967-től gyomspecialisták képzése Vácrátót, Dr. Ujvárosi Miklós és tanítványai) biológiai tulajdonságok ismerete

5 Nehézség és szépség A szántóföldi gyompopuláció heterogenitása, faji és fajon belüli diverzitása, biológiai sokszínűsége, genetikai variabilitása Minden ember más Biológiai sajátosságok genetikai determináltságát a környezeti tényezők jelentősen befolyásolják

6

7 Édes és mostohagyerek Kultúrnövény és gyomnövény A kultúrnövény érdekében az ember harcol A gyomnövénynek magának kell harcolni a túlélésért Sikeresen kijátszanak bennünket Herbicid rezisztens gyombiotípusok

8 A mi feladatunk: A túlélési stratégiák és biológiai sajátosságok megismerése és kijátszása Csatát megnyerhetjük (nem a háborút!), mindaddig, amíg új kihívásoknak, új taktika kidolgozásával nem kell eleget tennünk (pl. mandulapalka)

9 GYOMBIOLÓGIA 1.Szaporodásbiológia (generatív, vegetatív) 2.Magasabb rendű növények közötti kölcsönhatások (interferencia) allelopátia kompetíció

10 Gyomnövény (Hunyadi 1974) Bármely fejlődési stádiumban lévő növényt, vagy növényi részt (tarack, rizóma, hagyma), ami ott fordul elő, ahol jelenléte nem kívánatos A gyomnövények a növények változó csoportját alkotják Minden növény lehet gyom (napraforgó árvakelés, kultúrgyom!) Nemcsak mezőgazdasági fogalom Fotó: Máté Sándor

11 A Földön 200 ezer növényfaj 6700 faj gyom 200 faj világviszonylatban is jelentős (0.1%) 76: World s Worst Weeds 18 top! Hazánk: 5 országos szántóföldi gyomfelvételezés ( ) Szőlő-és gyümölcsösök I. Országos Gyomfelvételezése ( ) Dirty dozen ( ) Veszélyes 24 (1998) Veszélyes 48 (2005) Inváziós fajok felmérése

12 A gyomnövények tulajdonságai Jó alkalmazkodóképesség Gyors növekedés és korai fejlődés, nagy fotoszintetikus produkció C 4 :disznóparéj, muhar fajok; transp. e.h. Reproduktív fázis biztosítása stresszhelyzetben is (neoténia) Túlélési stratégia (dormancia, apikális dominancia) Crop mimikri (rizs - kakaslábfű, gabonagyomok) herbicidrezisztencia

13 Fotók: Takács András

14 A gyomnövények kártétele Közvetlen kártétel Tápanyag, víz, fény elvonás Vízpazarlók: Kukorica: 349, parlagfű: 714g 1-4 C-kalcsökkentik a talaj hőmérsékletét, a hideg talaj fiziológiailag száraz Termés mennyiségi és minőségi csökkenése (30-40%-os gyomborítás 10-15%-os termésveszteség; fehérje, cukortartalom csökken) Térprazitizmus(kultúrnövény etiolálthajtást fejleszt, évelők föld alatti szaporítóképletei átszövik a talajt, homogén állományt alkotnak) Mérgező gyomok (egynyári szélfű, csattanó maszlag) Pollenallergia (3-8 milliárd pollen/parlagfű egyed) özönnövények biológiai diverzitás veszélyeztetése

15

16 Fotó: Torma Mária Fotó: Hódi László

17

18 Bíró Krisztina rajzai, szerzői jogvédelem alatt

19 Selyemkóró (Asclepias syriaca) Régen többféleképpen is hasznosították; pl. a mag szőrfüggelékét mentőmellények kitömésére használták fel Gyógyászati, élelmezési célokra is Jelentős vegetatív és generatív szaporodása és allelopátiája miatt homogén állományokat képez Kecskemét környéki homokos talajokon tömeges Jelentős szántóföldi, erdészeti özönfaj, ültetvényekben is Méhcsalogató Foto: Bagi István

20

21 A gyomnövények kártétele Közvetett kártétel Kártevők, kórokozók alternatív gazdái Betakarítás nehezítése Gyommaggal fertőzött vetőmag értéke kisebb, tisztítás többletköltség

22 A gyomnövények közvetett kártétele virológiai szempontból Negatív hatás Átvitel Vektorok (levéltetvek, nematódák) tápnövényei Pollen, mag, vegetatív szaporítóképletek Primér fertőzési forrás Rezervoár Pozitív hatás Biológiai értékcsökkenés

23 MTA Növényvirológiai TKCS ( ) 27 új mesterséges, 35 új természetes gyomgazda-vírus kapcsolat (Takács és mtsai 2006, Kazinczi és mtsai 2006)

24 A lucerna mozaik vírus (Alfalfamosaicvirus) tünete fehér libatop növényen

25 A gyomnövények túlélési stratégiái I. EGYÉVESEK Magnyugalmi állapot (dormancia) inaktív biológiai csomagok (Béres I.,CzimberGy, Szabó L. GY., Kazinczi G., Magyar L., NádasyE.)) ÉVELŐK Apikális dominancia v. korrelatív gátlás (Hunyadi K., Mikulás J., Lukács D., Novák R., Dobszai-Tóth V.)

26 Generatív szaporodás 10-20% Vegetatív szaporodás Csírázás szezonális menete (terofiták csoportosítása) Periodicitás Vegetatív szervek aktivitásának szezonális változása (herbicidek transzlokálódása és a regenerálódás aktivitása között pozitív az összefüggés) Talajherbicidek (kiv. mélyről kelő gyomok, pl. szerbtövis-félék); kontakt és szisztémikus levélherbicidek Jól ismert (hőmérséklet fény, hormonok, anesztetikumok, műtrágyák, növényvédő szerek, ultrahang, elektromágneses tér stb.) Magbank kiürülését fokozza Talaj gyommaggal történő újra feltöltődésének megakadályozása kulcsfontosságú feladat a hosszútávú stratégia szempontjából! Herbicidek Környezeti tényezők Talajművelés Csak levélherbicdek (szisztémikus szerek) Kevéssé ismert Vegetatív szaporítóképletek feldarabolásával serkenti a járulékos rügyek kihajtását, és az apikális dominancia feloldását

27 Gyomfertőzöttség felmérése Gyomfelvételezéssel (aktuális fertőzöttség) Talajok gyommagkészletének meghatározása out of sight, out of mind (potenciális fertőzöttség) Aktuális fertőzöttség + potenciális fertőzöttség Tényleges fertőzöttség Kazinczi Novák (2012)

28 Magbank vizsgálatok (több éves, évtizedes tartamkísérletek) tranzit perzisztens Bíró Krisztina rajzai, szerzői jogvédelem alatt POLIMORFIZMUS

29 1. Talajba temetett magtételek csírázás-és életképesség vizsgálata (Beal-féletartamkísérlet, Duvel, Stoneville, Kozma, Csontos, HALT Ambrosia) Fotók: Máté Sándor

30 2. Talajmintákból a gyommagkészlet meghatározása Csíráztatási, kimosási, szitálási módszerek

31 Szántóföldi talajaink parlagfű mag készlete Béres 1981: szántóföldön megyénként 184 község határában: mag/m 2 Lehoczky 2009,2010: Pannon régió tarló mag/m 2 tarlóhántás előtt Botta-Dukát2009, 2010: természetes -és természetközelitársulásokban (64 mintahely) ebből 11 helyen volt parlagfű mag (másodlagos nyílt-és zárt gyep, akácos) Kazinczi 2013, 2014: szántóföld Dunántúli régió: megyénként település határában: mag/m 2 34 év alatt több mint kilencszeresére nőtt a szántóföldi talajok parlagfűmag készlete? több adat, részletesebb adatbázis elemzés

32 Talaj magbank kiürülésének mértéke (20%/év) mag/m Adatsor évek mag/m Adatsor évek A talajok magkészletének éves csökkenése újrafertőződés nélkül (tíz év után 100 magból 10, 1000 magból 100 ottmarad) Kazinczi Novák (2012)

33 életképesség % ABUTH AMBAR ASCSY CYPES PHYAM DATST XANIT A szobahőmérsékleten, száraz körülmények között történő tárolás hatása a magvak életképességére (Kazinczi és mtsai 2011, Növényvédelem) Életképesség vizsgálatok (TTC teszt) Az elszíneződés mértékéből következtetünk a magvak életképességére

34 A gyomnövények túlélési stratégiái II. Kompetíció (versengés a természeti erőforrásokért) Allelopátia (a növények közötti kémiai kölcsönhatás) Fotó:Máté Sándor

35 KOMPETÍCIÓ Tolerálható gyomversengés hossza (hetek) Vetés Betakarítás Kritikus kompetíciós periódus=szükséges gyommentes periódus (hetek) Gyomirtás

36 Kritikus kompetíciósperiódus kezdetének meghatározása Kultúrnövény fenofázisa (vadzab - gabona 4 leveles) Növekedési index (cukorrépa LAI: 0,5-1,4) Kultúrnövény vetéstől/keléstől eltelt hetek száma (kukorica -A. retroflexuskelés után 4-6. héten; kukorica E. crus-galli kelés után 6-8. héten)

37 termés (t/ha) kezelések A kukorica kritikus kompetíciósperiódusa leveles korában van (jún9-jún 23; két hét) (Kazinczi és mtsai 2008, Magyar Gyomkutatás és Technológia)

38 Gyomnövény-kultúrnövények közötti versengés (kompetíció) tanulmányozási módszerei Hajtás-, gyökér- és teljes kompetíció Additív kísérletek Helyettesítési kísérletek Növekedésanalízis

39

40 ABUTH AMBAR SZD5% t/ha) t/ha) XANTIT SZD5% SZD5% 1,gyomos kontroll; 2,gyommentes kontroll; 3, 1 db/m 2 ; 4, 2 db/m 2 ; 5, 5db/m 2 ; 6, 10 db/m 2 ) Kukorica (Kovács és mtsai 2006, Kazinczi és mtsai 2007, 2009a,b, 2011)

41 A gyomsűrűség és a termésveszteség kapcsolata egyedsűrűség selyemmályva< parlagfű< olasz szerbtövis < kultúrnövény db/m Kukorica Napraforgó átl. termésveszteség (%) Kukorica Napraforgó A napraforgó jobb gyomelnyomó képességű, mint a kukorica A legagresszívebb gyom az olasz szerbtövis Kazinczi és mtsai(2014)

42

43 Fotó: Béres Imre Fotó: Béres Imre

44 NÖVEKEDÉSANALÍZIS

45 Növekedési indexek Abszolút növekedési sebességek (AGR) Relatív növekedési sebességek (RGR, RLGR) Egyszerű arányok HI (hasznos termés/biológiai hozam) Összetett növekedési ráták (NAR, CGR) Integrál mutatók (LAD, BMD) Berzsenyi (2000)

46 Néhány gyomfaj levélterülete Néhány gyomfaj száraz-anyag tömege cm2/egyed g/egyed AMBEL PAPRH MATIN APESV GALAP fajok BAYER kódjai 0 AMBEL PAPRH MATIN APESV GALAP a fajok BAYER kódjai Az RGR(relatív növekedési sebesség; Relative Growth Rate) maximuma a vegetációs periódus kezdetén van, ami kezdeti gyors növekedésre utal RGRmax (g/g/nap) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 Néhány gyomfaj RGRmax értéke (Grime és Hunt 1975, Béres 1981, Kazinczi 1993 nyomán) RGR= ln(w 2 /W 1 ) t 2 -t 1 (W, száraztömeg; t, idő) 0,05 0 AMBEL PAPRH MATIN GALAP APESV CHEAL CONAR a fajok BAYER kódjai

47 Ragadós galaj (Galium aparine) NAR x 10 3 ( g/cm 2 /nap) 4 3,5 CENCY 3 GALAP 2,5 2 1,5 1 0, RGR (g/g/nap) 0,4 0,35 0,3 GALAP 0,25 CENCY 0,2 0,15 0,1 0, RLGR (cm 2 /cm 2 /nap) LAR (cm 2 /g) 0,25 0,2 0,15 GALAP CENCY GALAP 0,1 200 CENCY 0, A vegetációs periódus végén is magas RGR és NAR érték arra utal, hogy a csökkenő asszimilációs levélfelület ellenére a fotoszintézis hatékonyan működik, intenzív a kései nagymérvű szárazanyag felhalmozás (LAR, RLGR minimális) (Kazinczi 1993)

48 ALLELOPÁTIA Molish (1937) Növények közötti kölcsönhatás (interferencia) egyik formája: a növények kémiai eszközök segítségével is befolyásolják egymás fejlődését A környezet gazdagodik Kompetíció (a környezet szegényedik )

49 Bioassay Üvegházi tenyészedényes kísérletek Szabadföldi kísérletek

50 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 kontr HELANh HELANgy CONARh CONARgy ABUTHh ABUTHgy Parlagfű mint recipiens (tesztfaj) (Kazinczi és mtsai 2008, 2013) AMBARh AMBARgy csírázási % vizes Parlagfű mint donor faj alkoholos Béres et al. (2002) acetonos kontroll szója kukorica napraforgó

51 Természetes társulások (szukcesszióban, növénytársulások kialakulásában játszott szerep)

52 Agrároköszisztémák (gyom-gyom, gyom-kultúrnövény, kultúrnövény-kultúrnövény kölcsönhatások, nitrogénmegkötés, nitrifikáció gátlás, talajuntság) Fotó: Béres Imre

53 Szabadföldi vonatkozások nehéz a kompetícióés az allelopátiaelkülönítése, mikrobiológiai degradáció Allelopátiás kultúrfajoktermesztése (árpa gyökérexudátuma gátolja a tyúkhúr és a pásztortáska csírázását és fejlődését, de a búzára nincs hatással) Vetésforgó, monokultúra(kultúrnövény talajba forgatott maradványai a betakarítás után gátolhatják a következő évi gyomosodást. Köztestermesztés (mexikói farmerek kukoricába tök) Takarónövények(szőlőbe pirók ujjasmuhar) Fitotoxikus mulchréteghasználata (szudánifű mulch réteg kora tavasszal 90%-ban csökkentette a gyombiomasszát alma ültetvényben)

54 Kazinczi és mtsai(2007) Az apró szulák hajtásmaradványok a kukorica zöldtömegének 44 %-os csökkenését okozták

55 Az apró szulák hajtásmaradványok hatása az őszi káposztarepce növekedésére Kazinczi és mtsai(2007)

56 Jelentősége a gyomszabályozásban Az allelokemikáliákmint természetes anyagok herbicidként való felhasználása (biológiai gyomszabályozás) Előny Hátrány Jelentős tartalékok

57 Integrált gyomszabályozás Nem törekszik a gyomnövényzet elpusztítására (gazdasági kártételi küszöbszint) Kultúrnövényt előnybe juttatni a gyomnövényhez képest Környezetszennyezés csökkentése, biológiai diverzitás megőrzése

58

59

60 Elemei Agrotechnikai (vetésforgó, trágyázás, jó versenyképességű fajták, takarónövények, vetés időpontja, növények térállása) Mechanikai(kézi gyomlálás, kapálás, kaszálás, talajművelő eszközök (tarlóhántás, őszi mélyszántás, kultivátorozás, boronák, gyomfésű, gyomkefe stb.), no tillage talajtakarás (mulch), tűz- és hőkezelés) Biológiai(gyomok természetes ellenségei, allelopátia, mikoherbicidek(devine - Phytophthora spórák; COLLEGO - Colletotrichum spórák) Kémiai (gyomirtó szerek herbicidek) ~80 h.a. ~ 300 herbicid; peszticidek fele herbicid Kombinált eljárások

61 mechanikai mechanikai + kémiai fotó: Reisinger Péter

62

63 16 csoport A: zsírsav bioszintézis-gátlók (ACC-áz gátlás; fop, dim) B:ALS gátlók C. PS-II ben gátlók D: PS-I-ben gátlók E: protox-gátlók F:Pigment bioszintézisgátlók G: EPSP szintetáz gátlás H: glutamin szintetáz gátlás I: DHP gátlás K: sejtosztódás gátlók L:cellulóz bioszintézis gátlók M: légzési anyagcsere szétkapcsolás N:zsírsav bioszintézis gátlók (nem ACC-áz gátlás) O:szintetikus auxinok P:auxin transzport gátlás Z: ismeretlen antidótumok

64 Helyspecifikus(precíziós) gyomszabályozás (21-50 %-os herbicid megtakarítás) (Reisinger Péter és mtsai) Alapja a táblák gyomborítottságának heterogenitása Gyompopuláció térbeni variabilitásának jellemzése és a herbicid szelektív alkalmazása a táblán belül Talajherbicideknéla talaj fizikai és kémiai tulajdonságainak figyelembe vétele a kijuttatásnál Gyommonitoringés permetezés egyidejűleg történik (alapja a talaj és növényzet eltérő fényvisszaverődése; kultúrnövények sorközeiben ill. kultúrnövény nélküli Gyomfelvételezési térképek és ökonómiai küszöbérték modellek készítése a permetezést megelőzően (globális helymeghatározó rendszerek (GPS) és geográfiai információs rendszerek (GIS) felhasználása). A gyomtérképek alapján szoftverek segítségével utasítást kap a permetező automatika

65 Aktuális herbológiai kutatások - WEED RESEARCH ( ) Gyombiológia (csírázás- és regenerálódás biológia, interferenciák) 108 (35%) 2.Integrált gyomszabályozás 45(15%) 3.Gyomflóra összetétel 30(10%) 4.Biológiai gyomszabályozás 29(10%) 5Molekuláris biológia 25(8%) 6.Herbicidrezisztencia 24(8%) 7.Gyompopuláció dinamikai modellek 23(7%) 8.Herbicid kísérletek 17(6%) 9.Gyomdetektálás modern módszerei 3(1%) Klímaváltozás hatásai, invázióbiológia

66 REZISZTENCIA Inszekticidekelés fungicidekkelszemben sokkal korábban, mint a herbicidekkel szemben (1960-as évek vége) Senecio vulgaris(közönséges aggófű) 1968:triazinrezisztencia Fotó:Novák Róbert Pálcika alakú, bordázott kaszat, szárnyasan osztott, vagy szeldelt levelek, fűrészfogasak, sárga, csöves virágok, csapadékos, tápanyagban gazdag helyeken, kertészeti kultúrákban, N-jelző Fotó:Torma Mária

67 HERBICIDREZISZTENCIA Nem tévesztendő össze a helytelen kijuttatási technológiából pl. gyom túlfejlett állapota stb. -adódó hatástalansággal! Herbicidrezisztens gyomok nemzetközi felmérése International Survey of Herbicide Resistant Weeds rezisztens gyombiotípus(174 kétszikű; 186 egyszikű) 110 ALS gátlókkal szemben (~30%) Heap(2011) nyomán Évente több mint 10 új rezisztens gyombiotípus leírása a világon Berzsenyi (2011) Labant-Hoffmann(2014)

68 TOP TEN Lolium rigidum Avena fatua Amaranthus retroflexus Chenopodium album Setaria viridis Echinochloa crus-galli Eleusine indica Kochia scoparia Conyza canadensis Amaranthus hybridus búza> kukorica > rizs > szója Poaceae > Asteraceae > Brassicaceae > Amaranthaceae Forrás: Dr. Ian Heap, WeedScience.org

69 Kialakulása Intenzív mezőgazdasági rendszerekben egyoldalú herbicidhasználat Monokultúra Minimum tillage, no tillage rendszerek

70 Triazin rezisztencia ALS gátló rezisztencia kialakulása miért gyorsabb? célgénje a psba gén a kloroplasztisz genomban konzervatív gén nem rekombinálódik mutáció ritkán csak maggal terjed ALS gén a sejtmagban található nagy rekombinációs gyakoriság ALS gén rendkívül variábilis pollennel is terjed Forrás: Mátyás, K., Kolics, B., Csép, A., Nagy, E., Taller, J Isolation and preliminary analysis of the variability of ALS (Acetolactate synthase) gene from common ragweed (Ambrosia artemisiifolia L.). 20 th Youth Scientific Forum. University of Pannonia, Georgikon Faculty, MátyásK.,Taller,J.,Cseh,A.,Poczai,P.,Cernák,I:2011.Developmentofasimple PCR-basedassay forthe identification of triazine resistance in the noxious plant common ragweed (Ambrosia artemisiifolia) and its applicability in higher plants. Biotechnol Lett 33: Cseh, A., Cernák, I., Taller, J Molecular characterization of atrazine resistance in common ragweed (Ambrosia artemisiifolia L.). J Appl Gen 50(4): Cseh A a parlagfű gyombiológiai valamint egészségügyi szempontból leglényegesebb tulajdonságainak molekuláris genetikai vizsgálata. PhD értekezés, Keszthely

71 VÉDEKEZÉS A HERBICIDREZISZTENS GYOMOK ELLEN gyors felismerés és azonnali intézkedés a védekezésre országos monitoring ALTERNATÍV HERBICIDEK(negatív keresztrezisztencia: pl. triazinrezisztensbiotípusokérzékenyebbek a bromoxinilre) HERBICIDKOMBINÁCIÓK(szelekciós nyomás csökkenthető) VETÉSFORGÓ (nemcsak a növények, a herbicidek rotációját is jelenti) TALAJMŰVELÉS(mélyszántás, kultivátorozás stb.) INTEGRÁLT GYOMSZABÁLYOZÁS! Berzsenyi (2011) nyomán

72 Köszönjük a figyelmet! Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMOP A/2-11/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program hazai hallgatói illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.