“برنج هرز در حال ربودن مقاومت علف‌کش از برنج کشت‌شده”

بررسی مقاومت علف‌های هرز به علف‌کش‌ها در برنج

علف‌های هرز برنج، خویشاوند نزدیک برنج کشت‌شده، در مزارع برنج در سرتاسر جهان رشد می‌کنند و به شدت موجب کاهش محصول می‌شوند. برای مقابله با این آفت کشاورزی، کشاورزان برنج در جنوب شرقی ایالات متحده اقدام به کشت ارقام برنجی کردند که به‌گونه‌ای تغییر یافته بودند تا بتوانند علف‌کش‌هایی را اعمال کنند که علف‌های هرز برنج را هدف قرار می‌دهند، بدون اینکه به محصول آسیب برسانند. اما تنها چند سال پس از معرفی برنج مقاوم به علف‌کش در اوایل دهه ۲۰۰۰، کشاورزان آرکانزاس گزارش دادند که علف‌های هرز در مزارعشان نیز در حال مقاوم شدن به علف‌کش‌ها هستند.

تحلیل‌های آزمایشگاهی این گزارش‌ها را تأیید کردند: دانشمندان شواهدی مشاهده کردند که علف‌های هرز با برنج کشت‌شده تلاقی می‌کنند و نسل‌های بعدی علف‌های هرز هیبرید، دارای سطحی از مقاومت ژنتیکی به علف‌کش‌ها هستند. اکنون یک مطالعه جدید از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس نشان می‌دهد که بیش از نیمی از علف‌های هرز برنج نمونه‌برداری شده در منطقه کشت برنج جنوب شرقی ایالات متحده، به علف‌کش‌ها مقاوم شده‌اند.

دانشمندان واشنگتن دریافتند که ۵۷٪ از ۲۰۱ نمونه علف هرز برنج که در سال ۲۰۲۲ از مزارع نه شهرستان یا پارش در میسوری، آرکانزاس و لوئیزیانا جمع‌آوری شده بودند، به خانواده علف‌کش‌های ایمیدازولینون (IMI) مقاوم بودند. علاوه بر این، ۳.۵٪ از نمونه‌ها به کلاس جدیدتری از علف‌کش‌ها که از سال ۲۰۱۸ تنها در مزارع برنج جنوب شرقی ایالات متحده استفاده شده‌اند، مقاوم بودند.

مارشال ودجر، پژوهشگر فوق دکتری در رشته زیست‌شناسی در دانشکده هنر و علوم، سال‌هاست که روندهای مقاومت علف‌های هرز برنج به علف‌کش‌ها را مستند می‌کند. در تحقیقات قبلی، ودجر دریافت که ۹۸٪ از علف‌های هرز برنجی که در مزارع آرکانزاس در سال ۲۰۱۸ نمونه‌برداری کرده بود، نشانگرهای ژنتیکی برای سطحی از مقاومت به علف‌کش‌ها داشتند. برای مطالعه جدید در نشریه اکولوژی مولکولی، ودجر دامنه تحقیق خود را گسترش داد تا شامل علف‌های هرز برنج نمونه‌برداری شده از ایالت‌های همجوار شود و همچنین به تنوع‌های ژنتیکی در جمعیت‌های مختلف علف‌های هرز برنج در منطقه مطالعه‌اش توجه کند.

ودجر در این باره گفت: «کلیرفیلد (یک بذر برنج تجاری ثبت‌شده) برای کشاورزان برنجی که مجبور به تحمل علف‌های هرز بودند، معجزه‌آسا عمل کرده است. این صنعت را متحول کرد.» او به برنج مقاوم به علف‌کش اشاره کرد که کشاورزان از اوایل دهه ۲۰۰۰ شروع به کشت آن کردند. «با افزایش مقاومت به IMI در علف‌های هرز، کشاورزان مشتاق بودند که ارقام بعدی مقاوم به علف‌کش را پیدا کنند.»

مقاومت برنج پروویسیا و مکس-ایس در برابر علف‌کش‌ها

برنج‌های پروویسیا و مکس-ایس (دیگر بذرهای تجاری برنج) در برابر QPE مقاوم هستند، که متعلق به خانواده‌ای کاملاً متفاوت از علف‌کش‌هاست. این بدان معناست که مقاومت متقابل بسیار کمی وجود دارد. بنابراین، این یک ابزار دیگر در اختیار کشاورزان است. ویدجر می‌گوید: “این موضوع شبیه به آنتی‌بیوتیک‌ها در پزشکی است. وقتی مقاومت به طور گسترده‌ای گسترش می‌یابد، ما به آنتی‌بیوتیک دیگری روی می‌آوریم. این کمتر به معنای شکست Clearfield است و بیشتر به این دلیل است که عمر آن به پایان رسیده است.”

چالش‌های برنج علفی

برنج علفی یک معضل برای تولید برنج کشت‌شده در سراسر جهان است. علف‌های هرز کشاورزی که خویشاوندان نزدیک محصولات هستند، چالشی برای کشاورزان به شمار می‌روند زیرا شباهت‌های فیزیکی آن‌ها به محصولات، شناسایی و از بین بردن علف‌های هرز را دشوار می‌کند. در این میان، این علف‌های هرز با محصولات برای آب، مواد مغذی و فضا رقابت می‌کنند و اغلب باعث کاهش عملکرد محصولات می‌شوند.

تا اوایل دهه ۲۰۰۰، برنج علفی به ندرت با انواع برنج‌هایی که به طور معمول در ایالات متحده کشت می‌شدند، تلاقی می‌کرد. ویدجر می‌گوید: “پذیرش گسترده برنج‌های مقاوم به علف‌کش همزمان با افزایش وابستگی به ارقام برنج هیبریدی بود.” برنج هیبریدی عملکرد بالاتری نسبت به انواع سنتی برنج دارد، اما همچنین بیشتر در معرض شکستن دانه‌ها در مزرعه است. این دانه‌ها می‌توانند در زمستان زنده بمانند و در سال‌های بعد به عنوان برنج داوطلب دوباره ظاهر شوند.

رقابت با برنج علفی

برنج‌های داوطلب در یک بازه زمانی وسیع‌تر گل می‌دهند و این فرصت‌های جدیدی برای تلاقی با آفت برنج علفی فراهم می‌کند. این یکی از راه‌هایی است که ژن‌ها از محصول به آفت منتقل می‌شوند. ویدجر می‌گوید: “ما متوجه می‌شویم که حداقل در حال حاضر، هر مزرعه ترکیب‌های خاص خود را از برنج علفی از نظر نوع و مقاومت به علف‌کش دارد که مدیریت آن را دشوارتر می‌کند.”

تأثیر اقتصادی برنج علفی

آلودگی به برنج علفی اهمیت زیادی دارد زیرا تأثیر اقتصادی قابل توجهی دارد. برنج علفی سالانه حدود ۴۵ میلیون دلار خسارت اقتصادی در ایالات متحده ایجاد می‌کند و خسارت‌های اضافی در سطح جهانی به صدها میلیون دلار می‌رسد. کنت اولسن، استاد زیست‌شناسی در دانشگاه جورج ویلیام و آیرین کچیک فریبرگ، نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: “این یافته‌ها نشان‌دهنده سازگاری فوق‌العاده برنج علفی و دیگر علف‌های هرز کشاورزی است و توانایی آن‌ها برای زنده ماندن با وجود بهترین تلاش‌های ما برای کنترل آن‌ها.”

او ادامه می‌دهد: “در این مورد، آن‌ها بهترین دفاع ما در برابر خودشان – یعنی مقاومت به علف‌کش – را از ارقام برنج با عملکرد بالا گرفته‌اند.”

تأمین مالی

این مطالعه به‌طور جزئی از طریق برنامه تحقیقاتی ژنوم گیاهی بنیاد ملی علوم (NSF) با شماره IOS-1947609 تأمین مالی شده است.