تربية محاصيل الخضر لتحمل مبيدات الحشائش
أهمية التربية لتحمل مبيدات الحشائش
ترجع أهمية التربية لتحمل مبيدات الحشائش إلى الأسباب التالية :
1- ليس من الحكمة إنتاج مبيدات حشائش تناسب أيا من المحاصيل الزراعية التي لا تزرع على نطاق واسع مثل معظم محاصيل الخضر؛ لأن إنتاج أي مبيد جديد أصبح باهظ التكاليف إلى درجة تتطلب استعماله على نطاق واسع جدا؛ ليتسنى تسويقه بسعر مناسب واسترداد رأس المال المستثمر خلال فترة زمنية معقولة.
2- وحتى في حالة المحاصيل الحقلية التي تزرع على نطاق واسع.. فإن إنتاج أصناف جديدة منها تتحمل مبيدات الحشائش المتوفرة أفضل من محاولة إنتاج مبيدات جديدة؛ لأن تكاليف استنباط الصنف الجديد لا تزيد – في أغلب الأحيان – على 1-5٪ من تكاليف إنتاج المبيد الجديد التي تشمل الاختبارات الحقلية ودراسات السمية، وتلوث البيئة، وتكاليف إقامة مصنع الإنتاج.
3- تقوم شركات إنتاج المبيدات - وجميعها مؤسسات ضخمة – بتمويل بحوث استنباط الأصناف المحصولية التي تتحمل مبيدات الحشائش - التي تنتجها تلك الشركات، والتي تكون فعالة ضد مدى واسع من الأعشاب الضارة – بهدف زيادة مبيعاتها من هذه المبيدات.
4- قلة عدد مبيدات الحشائش الجيدة المسجلة للاستعمال مع مختلف المحاصيل الزراعية، وتناقص الأعداد الجديدة - المنتجة منها - سنويًّا.
الأمور التي يجب أخذها في الحسبان عند التربية لتحمل مبيدات الحشائش
يتعين - قبل بدء أي برنامج تربية لتحمل مبيد معين من الحشائش في محصول ما - أخذ الأمور التالية في الحسبان.
1- اختيار المبيد الذي يتميز بخاصية قتل عالية لأكبر عدد من الحشائش الهامة للمحصول بجرعات اقتصادية.
2- ملاحظة أن الجرعة المناسبة من المبيد للاستعمال مع الصنف المزمع استنباطه قد تختلف عن الجرعات الموصى بها من المبيد في حالات أخرى، والحرص على مراعاة الجانب الاقتصادي في ذلك هذا .. إلا أن الجرعة المناسبة للاستعمال مع الصنف الجديد لا تتحدد – عمليا - إلا بعد إنتاج ذلك الصنف.
3- مراعاة مدى تحمل المحصول - وراثيا - للمبيد قبل الشروع في التربية لزيادة قدرته على التحمل؛ فعندما يكون المحصول أكثر تحملاً للمبيد عن غالبية أنواع الأعشاب الضارة التي تنمو معه .. فإن مدى التحسن المطلوب حينئذ – لجعل المبيد مناسبًا للاستعمال مع المحصول - يكون أقل مما لو كان المحصول شديد الحساسية للمبيد - بطبيعته - بدرجة أكبر من الحشائش التي تنمو معه، وقد يتطلب التوصل إلى تلك الحقيقة إجراء بعض التقييم الأولى.
4- إجراء تقييم أولى بين أصناف وسلالات المحصول الواحد في اختيار الآباء المناسبة لبدء برنامج التربية.
5- تجنب اختيار المبيدات التي تكون شديدة الضرر على الإنسان أو البيئة، والمبيدات التي لا تلقى إقبالاً كبيرًا على استعمالها لأي سبب كان؛ لأن مثل هذه المبيدات تكون أكثر عرضة للاندثار لظهور غيرها أفضل منها، أو بسبب تشريعات حماية البيئة التي قد تمنع استخدامها أو تحد منه وتزداد أهمية هذا العامل في ضوء البطء الطبيعي لبرامج التربية التي قد تستغرق عشر سنوات قبل ظهور الصنف الجديد.
6- من المعروف أن القدرة التنافسية، والقدرة على البقاء، والقدرة على التأقلم مع الظروف المحيطة تكون أقل في سلالات الفطريات المقاومة للمبيدات الفطرية، وفي سلالات الحشرات المقاومة للمبيدات الحشرية وسلالات مسببات الأمراض والآفات القادرة على كسر مقاومة النباتات لها، (ظاهرة الانتخاب المثبث Stabilizing Selection ؛ يراجع لذلك حسن 2008)، وذلك مقارنة بالسلالات العادية من تلك الكائنات. ولذا.. فمن الممكن أن تكون سلالات النباتات التي تتحمل مبيدات الحشائش أقل قدرة على التكيف والمواءمة مع ظروف الإنتاج العادية؛ بأن يكون للجين أو الجينات المسئولة عن تحمل المبيد تأثيرات أخرى سلبية على المحصول أو صفات الجودة.
ويعزز هذا الاعتقاد رداءة الصفات المحصولية للأقماح الشتوية التي وجدت بها صفة تحمل الأترازين، وكذلك الصفات العادية (غير المتميزة) لأصناف الزوان المعمر الأولى التي وجدت مقاومة للباراكوات.
ولكن يجب ألا يتوقع أن تكون أولى الأصناف المنتخبة لتحمل مبيدات الحشائش من محصول ما مماثلة في جودتها للأصناف الأخرى المتميزة من نفس المحصول التي تنتشر في الزراعة (عن Machado 1982).
طرق التقييم لتحمل مبيدات الحشائش
نالت دراسات طبيعة فعل مبيدات الحشائش وكيفية تحمل النباتات لها قسطاً وافرا من اهتمام المشتغلين في هذا المجال، ولكن - ومن وجهة نظر المربى الخاصة - فإن هذه الأمور لا تفيده كثيرًا في عمليات التقييم لانتخاب النباتات التي تتحمل فعل المبيدات. فبفرض أن صفة التحمل تظهر جيدا تحت ظروف الحقل، ولا تؤثر سلبيًّا على المحصول كما ونوعا .. فإنه لا يهم المربى كون صفة تحمل المبيد ترجع إلى عدم امتصاص النبات له، أم إلى ضعف انتقاله في النبات أم إلى عدم حساسية النبات له، أم إلى سرعة تحلل المبيد أو تغيره - كيميائيا - داخل النبات ... إلخ. ويستثنى من ذلك دراسات الهندسة الوراثية ومزارع الأنسجة التي تكون على المستوى الخلوي.
كذلك لا يفيد المربى ربط صفة التحمل بصفات تشريحية أو مورفولوجية؛ لأن تأثير المبيد على النبات يكون واضحًا جدًّا للعين، وأسهل بكثير من قياس صفات مثل الشمع السطحي وكثافة الشعيرات....إلخ.
ومن أهم طرق التقييم لتحمل مبيدات الحشائش ما يلي:
التقييم الحقلي
يتم التقييم الحقلي بزراعة أعداد كبيرة من النباتات، ثم رشها - تحت ظروف الحقل - بالمبيد الذي يؤدى إلى قتل جميع النباتات الحساسة، حيث تنتخب النباتات المتبقية. تتميز هذه الطريقة بسهولتها ولكن يعيبها ما يلي:
1- عدم تجانس توزيع المبيد بسبب تيارات الهواء، أو لأسباب فنية تتعلق ببشابير (بزابين) الرش
2- عدم تجانس تربة الحقل ؛ وما يترتب على ذلك من اختلافات في قوة نمو النباتات وتأثير ذلك في قدرة النباتات على تحمل المبيد.
3- تأثير العوامل البيئية في فاعلية التركيز المستخدم من المبيد، والحاجة إلى تعديله تبعًا للظروف البيئية السائدة.
4- احتمال تأخر إنبات بعض البذور ؛ الأمر الذى يؤدى إلى زيادة فرصة الإفلات من أضرار المبيد.
5- احتمال عدم وصول المبيد إلى النبات؛ بسبب حمايته بغطاء من النباتات أو الحشائش المجاورة له.
التقييم في البيوت المحمية
يجرى التقييم لتحمل مبيدات الحشائش - في البيوت المحمية (الصوبات) - في طور البادرة؛ حيث يمكن اختبار عدد كبير من النباتات في مساحة صغيرة نسبيًّا. وتوفر الصوبات الجو المناسب الذي يمكن التحكم فيه أيا كان موسم النمو.
تسمح هذه الطريقة بالتمييز بين النباتات أو السلالات التي تظهر مستويات مختلفة من تحمل المبيد. وقد يكون من المرغوب فيه الإبقاء على أفضل 1 % من النباتات، لكن يكون من الصعب المعاملة بالتركيز الذي يقضى على 99٪ من النباتات. ولذا .. يفضل تعديل الهدف إلى التخلص من 95٪ من النباتات. وبذا.. تكون أمامنا فرصة لانتخاب أفضل النباتات من بين المتبقية من المعاملة.
وبرغم أن استجابة النباتات لفعل المبيد – وهي في طور البادرة – قد تختلف عن استجابتها له في أطوار النمو الأكثر تقدماً، إلا أن هذا لا يهم إلا في الحالات القليلة التي تتم فيها المعاملة بالمبيد في مرحلة متقدمة من النمو النباتي.
وإذا أجريت المعاملة بالمبيد في مرحلة أكثر تقدما من النمو النباتي.. فإنه يجب عدم الاعتماد على انتخاب كل النباتات التي لا يقضى عليها حينئذ، ولا يجب قياس أطوال النباتات أو وزنها الجاف.. فتلك أمور يمكن أن تتأثر كثيرا بعوامل أخرى.. ويتعين - بدلاً من ذلك - إجراء فحص عيني للنباتات التي تحملت المبيد لاستبعاد جميع النباتات التي كانت أكثر تضررا منه (عن Falker 1982).
التقييم في مزارع الأنسجة
يكون الهدف من التقييم في مزارع الأنسجة - بطبيعة الحال - هو انتخاب خلايا مطفرة - قادرة على تحمل تركيز معين من المبيد - وإكثارها لتصبح سلالة خلية Cell clone، ثم توفير الظروف اللازمة لتمييز نباتات كاملة منها.
ويتعين قبل البدء في اختبار كهذا الإلمام بطبيعة فعل المبيد. ويهم أيضا التحكم التام في مرحلة نمو مزرعة الخلايا. فمثلاً .. تكون مزارع خلايا الطماطم المحتوية على الكلوروفيل شديدة التأثر بتركيزات من الدايرون diuron والسيمازين simazine أقل بكثير من التركيزات المؤثرة في مزارع الخلايا غير المحتوية على الكلوروفيل، علما بأن كلا من المبيدين مثبط لعملية البناء الضوئي. وعلى العكس من ذلك.. فإن مزارع خلايا الطماطم البيضاء تتأثر بتركيزات من مبيد نابروباميد napropamide أقل من تلك التي تؤثر في مزارع الخلايا الخضراء .
وقد استخدمت تقنية دمج البرتوبلازم لنقل صفة تحمل الترايازين – التي تورث سيتوبلازميا وتتوفر في عديد من أنواع الحشائش - إلى الأنواع المحصولية القريبة منها. ويبين جدول (1) مصادر تحمل الترايازين في مختلف الحشائش والأنواع المحصولية التي يمكن نقل تلك الصفة إليها.
جدول (1): أنواع الحشائش القادرة على تحمل الترايازين والأنواع المحصولية التي يمكن نقل تلك الصفة إليها.
ولا يتطلب الأمر - في جميع الحالات المبينة في جدول (1) – أكثر من نقل البلاستيدات الخضراء من نوع الحشائش المتحمل للمبيد إلى النوع المحصولي القريب منه ؛ لأن صفة تحمل مبيد الترايازين تحمل في البلاستيدات الخضراء. ويفيد تعريض خلايا الحشيشة المقاومة - لأشعة X أو جاما - في منع أنويتها من الانقسام، بينما تبقى بلاستيداتها سليمة.
ومن بين المحاصيل التي نجحت فيها هذه الطريقة التبغ والصليبيات (عن Gressel وآخرين 1982).
طبيعة صفة تحمل مبيدات الحشائش
تتحقق صفة التحمل الوراثي لمبيدات الحشائش من خلال عدة مسارات، منها ما يلى :
1- كثرة إنتاج الخلايا لبروتينات معينة من تلك التي تتأثر بالمبيد؛ فلا يؤثر المبيد على كل الكمية المنتجة منها ويبقى جزء منها يكفي لأداء وظائفه الطبيعية في النبات، ومن أمثلتها الإنزيمات التي تتأثر بالجليفوسيت Glyphosate.
2- حدوث طفرات في بروتينات معينة من تلك التي تتأثر بالمبيد، تقلل من ارتباط المبيد بها ومن أمثلتها حالات المقاومة للمبيدات :
3- حدوث طفرات في بروتينات معينة من تلك التي تتأثر بالمبيد، تقلل من ارتباط المبيد بها، ومن أمثلتها حالات المقاومة للمبيدات :
glyphosate
atrazine
chlorsulfuron
asulam
sulfonylurea
4- نقل جينات قادرة على إلغاء سمية المبيد detoxification genes)) من البكتيريا إلى النبات بطرق الهندسة الوراثية، مثل حالات المقاومة لكل من :
bilanafos
phenoxyactic acid
bromoxynil
وفي هذا الصدد. درس على نطاق واسع نظام الـ glutathione-S-transferase System فيما يتعلق بإنتاج نباتات ذرة - بطريق الهندسة الوراثية – قادرة على تحمل مبيدات الأترازين atrazine ، والميتولاكلور metolachlor، والألأكلور alachlor (عن 1992 Mullineaux ).
جهود التربية لتحمل مبيدات الحشائش
بذلت جهود كبيرة لزيادة القدرة على تحمل مبيدات الحشائش في عدد من محاصيل الخضر، نذكر منها ما يلي :
الطماطم
أجريت دراسات استهدفت التربية لمقاومة مبيد الحشائش متریبوزین Metribuzin الذي يستخدم في حقول الطماطم ؛ إما قبل الزراعة وإما بعد الإنبات، ولكن المعاملة الأخيرة تُحدث - أحيانًا - أضراراً كبيرة بالطماطم خاصة في الجو الملبد بالغيوم. وقد قیم hatak & Jaworski 1985) 293 صنفا من الطماطم، و1986 سلالة من سبعة أنواع من الجنس Solanum ، ووجدا أن أكثرها قدرة على تحمل المبيد كانت هي سلالتي الطماطم UG 113MT و UGA 1160 MT اللتين تحملتا تركيزات بلغت 16 ضعف التركيز الموصى به (وهو 1,12 كجم / هكتار) حتى في الجو الملبد بالغيوم .
وكان Machado وآخرون (1982) قد ذكروا أن صنفي الطماطم Vision ، وFireball يتحملان مبيد المتريبوزين واستخدماهما في دراسة وراثية الصنف مع الحساس 1706 Heinz استدلا منها على أن القدرة على تحمل المبيد (معبرا عنها بغياب أعراض التسمم، وطول البادرات ووزنها الجاف) صفة بسيطة سائدة، تتأثر بجينات أخرى محورة ذات درجة توريث عالية قدرت على النطاق العريض بنحو 58 % إلى 72 %.
البطاطس
وجد ) De Jong1983) أن الحساسية لمبيد الحشائش متريبوزين Metribuzin - في الطرز الثنائية - يتحكم فيها جين واحد متنح أعطى الرمز me. وقد أوضح الباحث أهمية استخدام هذا الجين كجين معلم Marker gene في الدراسات الوراثية.
الفلفل
يتوفر مدى واسع من القدرة على تحمل مبيد الحشائش بنتازون bentazon بين أصناف الفلفل. وكان قد اكتشف مستوى عال من القدرة على تحمل المبيد في الصنف Bohemian Chili ، الذي صنف على أساس أنه يتبع النوع C. chinense ، ولكن يتبع النوع C. annuum ، ثم اكتشف مستوى مماثل من القدرة على تحمل
يعتقد أنه
المبيد في صنف الفلفل Santaka ، وفى ثلاث سلالات هي : 127445.P. I و P. I 163187 و P.I 246123.
وقد أوضحت الدراسات الوراثية أن مقاومة الصنف الأخير يتحكم فيها جين واحد سائد أعطى الرمز Bzt ، نسبة إلى صفة تحمل البنتازونHarrison & Fery ) Bentazon tolerance 1990)، مع وجود بعض الجينات المحورة (Wolff وآخرون 1992).
الخيار
اكتشفت القدرة على تحمل مبيد الحشائش کلورامبین Chloramben في بعض سلالات الخيار. وأوضح Miller وآخرون (1973) أن جينات المقاومة للمبيد – في سلالتين من الخيار - تراوحت من 1- 5 جينات ؛ تبعًا لطريقة التقييم التي اتبعها، ه وطريقة تقدير عدد الجينات. وكان تفاعل الجينات إضافيا أساسا، سيادة جزئية للقدرة على تحمل المبيد، وظهر واضحا أن الجينات المسئولة عن تحمل المبيد تختلف في السلالتين، ويدل على ذلك اختلاف درجة توريث الصفة في السلالتين، وظهور انعزال فائق الحدود عند تهجينهما معًا. وقد تراوحت درجة التوريث على النطاق العريض من 0,49 - 0,93 وعلى النطاق الضيق من 0.36 - 0.87.
وفى دراسة تالية .. قيم Staub & Crubaugh (1989) 753 سلالة من الخيار للقدرة على تحمل نفس المبيد، ووجدا أن تسع سلالات منها كانت أكثر من غيرها تحملاً للمبيد.
الكوسة
توصل Adenniji & Coyne (1981) - من دراستهما على تحمل مبيد الحشائش ترفلورالین Trifluralin - إلى أن الصفة المقاومة يتحكم فيها جين واحد سائد أعطياه الرمز T ، وأن فعل هذا الجين يثبط بفعل جين آخر هو I - T .
الصليبيات
نقلت صفة تحمل الترايازين Triazine من حشيشة تابعة للنوع Brassica ampestris إلى B. napus الذي يتبعه كل من لفت الزيت والروتاباجا. وكانت صفة تحمل المبيد قد وجدت – في B. campestris - في حقل من الذرة سبقت معاملته كثيرا بالأترازين. تورّث هذه الصفة سيتوبلازميا وقد تم نقلها إلى B. napus بطريق التهجين الرجعي مع الانتخاب في وجود الترايازين (عن Gressel وآخرين 1982).
ولا تنتشر زراعة الأصناف التي تتحمل السيمازين - كثيرًا – بسبب انخفاض محصولها: ربما لتسبب تغيرات أغشية البلاستيدات الخضراء في نقص معدل البناء الضوئي.
وقد وجد Guire & Thurling (1992) اختلافات كبيرة في تحمل السيمازين في عشيرة لتلقيح مركب complex من B. campestris. وأمكن انتخاب سلالات ذات قدرة أكبر على تحمل السيمازين عن عشائر B. campestris التي تحمل المقاومة السيتوبلازمية للمبيد.
البنجر
يستعمل مبيد بيرازون Prazon (وهو: H)2) 3-amino4 chloro-2-phenyl-5 pyridazione في حقول بنجر المائدة تمتص النباتات هذا المبيد. ولكنه يتحد مع الجلوكوز - في الجذور الحمراء - ليتحول إلى مركب آخر غير سام للنبات؛ هو : N- glucosy pyrazon وقد أوضحت دراسات Stephenson وآخرين (1971) أن هذا التحول الكيميائي لا يتم في ثمانية أنواع نباتية حساسة للمبيد. كما تبين – لدى دراسة تسعة أصناف من البنجر - أن التحول يتم بمعدل 44 - 76% خلال ظرف 10 ساعات من معاملة أجزاء ورقية بالمبيد وأن العلاقة كانت مباشرة بين معدل التحسن الكيميائي للمبيد وحساسية الصنف له.
البصل
وجد Hiller & Weigle (1970) اختلافات بين سلالات البصل في قدرتها على تحمل مبيد الحشائش isopropyl N-(3-chlorophenyl) carbamate (اختصارا : CIPC)، وكانت أكثر السلالات مقاومة هي المتحصل عليها من صنف البصل Iowa Yellow Globe.
استخدامات الهندسة الوراثية في التربية لتحمل مبيدات الحشائش
يمكن أن تؤثر مبيدات الحشائش في النباتات من خلال تأثيرها في البلاستيدات الخضراء، أو الميتوكوندريات، أو أيض الأحماض النووية، أو تمثيل البروتين، أو خصائص الأغشية الخلوية... إلخ. ويتطلب إنتاج نباتات تتحمل مبيدات الحشائش بطريق الهندسة الوراثية - الإلمام بالأساس الجزيئي لكيفية إحداث هذه المبيدات لتأثيراتها.
ونجد في أعداد كبيرة من المبيدات الفعالة أن المبيد يؤثر على خطوة إنزيمية واحدة - من مسار حيوي معين – تلعب دورا أساسيا في أيض الخلية. فمثلاً.. نجد أن كلاً من مبيدي الحشائش Glean و Oust يؤثران في فعل الإنزيم acetolactate synthase ، أول الإنزيمات الخاصة بمسار تمثيل الأحماض الأمينية المتشعبة isoleucine و valine و leucine .
وعندما تعرف الخطوة الحيوية التي يؤثر فيها مبيد الحشائش.. فإن العمل على إنتاج نباتات مقاومة لهذا المبيد - بطرق الهندسة الوراثية - يمكن أن يتقدم بعد ذلك.
ومن الحالات التي حدث فيها تقدم في هذا المجال ما يلي:
1 - تحمل الجلايفوسیت Glyphosate :
يعد الجلايفوسيت المادة الفعالة في المبيدين Roundup و Tumbleweed المؤثرين في عدد كبير من النباتات. وتتميز هذه المادة الفعالة كذلك بسرعة امتصاص النباتات لها وبأنها مقبولة بيئيا وسريعة التحلل بواسطة كائنات التربة الدقيقة. وتتخصص هذه المادة في التأثير على إنزيم 5-enol-pyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase وهو إنزيم رئيسي في الـ shikimate pathway ؛ حيث يلعب دوره في تمثيل الأحماض الأمينية الأروماتية، ويكون نشاطه - أساسا - في البلاستيدات الخضراء .
وفى بداية محاولات هندسة نباتات مقاومة للجلايفوسيت.. أمكن عزل سلالة خلايا من البيتونيا Petunia hybrida قادرة على تحمل هذا المركب ، وتبين أنها تحتوي على كميات كبيرة من الإنزيم EPSP ؛ بحيث ظهر تأثيره وأحدث مفعوله حتى في وجود الجلايفوسيت وتلا ذلك عزل الـ DNA المسئول عن تمثيل الإنزيم، ثم نقله إلى نباتات بيتونيا بطرق الهندسة الوراثية.
وفى محاولة أخرى أمكن عزل الجين المسئول عن تمثيل الإنزيم EPSP من Salmonella typhimurium المقاوم للجلايفوسيت ، ثم نقله – بطرق الهندسة الوراثية - إلى نباتات التبغ والطماطم والحور، وكانت النباتات الناتجة قادرة على تحمل تركيزات من الجلايفوسيت بلغت 0,84 كجم / هكتار .
2 - تحمل الفوسفينوثريسين Phosphinothricin (اختصارا PPT ):
يعد الـ PPT المادة الفعالة لمبيدي الحشائش Basta و Herbiace، وهو يثبط إنزيم glutamine synthase (اختصارًا GS)، الذي يلعب دورا هاما في تمثيل الأمونيا. وقد أمكن عزل سلالة خلايا برسيم حجازي قادرة على تحمل الـ PPT، وتبين أنها تحتوى على كميات كبيرة من الإنزيم GS وبذا .. تبين أن إنتاج كميات كبيرة من هذا الإنزيم في الخلايا النباتية يفيد في تحمل المبيد ( Walden 1988).
تحمل الحشائش للمبيدات
تتوفر صفة تحمل الحشائش للمبيدات في كل من العشائر الطبيعية، وعشائر الحشائش التي تعرضت كثيرًا لمبيد معين أو مبيدات معينة. وبينما تكون صفة التحمل في الحالة الأولى في العشائر الطبيعية من الخصائص الطبيعية للنوع النباتي، فإن الصفة في الحالة الثانية تظهر كطفرة تجد فرصتها للبقاء والتكاثر في غياب المنافسة من بقية العشيرة في ظروف المعاملة الدائمة بالمبيد. وتفيد دراسة صفة التحمل هذه في تربية أصناف محصولية أكثر تحملاً للمبيد، وربما في نقل تلك الصفة – بطرق الهندسة الوراثية - إلى الأنواع المحصولية الهامة.
