Spatial and temporal development of ACCase and ALS resistant Black-grass (<em>Alopecurus myosuroides</em> Huds.) populations in neighboring fields in Germany

Abstract

The repetitive use of herbicides of a given mode of action as primary tools to control weeds in simplified cropping systems has led to the development of resistant populations.

This study reports preliminary results of the infestation level and the herbicide resistance structure of blackgrass (Alopecurus myosuroides Huds.) in circa 40 neighboring fields in each of three locations in Southern Germany during 2010-2012. In each location one field with confirmed field resistance served as a starting point to survey the surrounding fields. Field infestation was assessed at the end of the season where seeds were harvested. Based on greenhouse biotests nearly all tested fields showed resistance to ACCase, but the pattern of ACCase mutations and metabolic resistance to fenoxaprop-ethyl showed differences according to space and time. High resistance to ALS was found in several fields in two locations where ALS-resistance was previously confirmed in a single field only leading to severe crop failure. Interestingly, either Pro197 or Trp574 seemed to dominate in these two locations, while almost no ALS target-site mutations were found in the third location. Target-site mutations appear to be the major mechanism for these early cases of ALS-resistance. A few fields also showed non-target site resistant plants to mesosulfuron-methyl. This unique data set provides new insights into the structure and development of 1) an established resistance (ACCase-inhibitors) and 2) a developing resistance (ALS-inhibitors). Multivariate analysis including greenhouse biotests data and target-site analyses corresponding to mutations conferring resistance showed that even spatially closely related fields develop different herbicide resistance patterns. This suggests that weed control measures have a major impact within each field and that resistance can evolve independently. In the current situation black-grass infestations can still be controlled in most of the fields. Integrated Weed Management tools can contribute to keep the selection pressure low and slow down resistance development.

Keywords: ACCase inhibitors, ALS inhibitors, blackgrass, enhanced metabolic resistance, Germany, non-targetsite resistance, target-site resistance

Räumliche und zeitliche Ausbreitung ACCase und ALS resistenter Ackerfuchsschwanzpopulationen in benachbarten Feldern Deutschlands

Zusammenfassung

Der übermäßige Einsatz von Herbiziden mit gleichen Wirkmechanismen zur primären Unkrautkontrolle in intensiven Fruchtfolgen hat zur Entstehung resistenter Unkrautpopulationen geführt.

Diese Arbeit stellt erste Ergebnisse eines dreijährigen Versuches zum Ackerfuchsschwanz-Befall (Alopecurus myosuroides Huds.) und seiner Resistenzstruktur in 3 Regionen Süddeutschlands mit jeweils ca. 40 Feldern vor. Als Ausgangspunkt diente dabei ein Feld mit bekannter Resistenz. Zusätzlich wurden benachbarte Felder beprobt. Die Beprobung und Bestimmung der Befallsintensität wurde jeweils zum Erntezeitpunkt der Kultur vorgenommen. In Gewächshausversuchen konnte in fast allen beprobten Feldern eine ACCase Resistenz in Ackerfuchsschwanz nachgewiesen werden. Das Verhältnis zwischen verschiedenen ACCase-Target-Site Mutationen und metabolischer Resistenz variierte jedoch sowohl in den unterschiedlichen Jahren, sowie zwischen benachbarten Feldern sehr stark. Eine ausgeprägte und agronomisch relevante ALS Resistenz basierend auf den Target-Site Mutationen Pro197 oder Trp574 wurde in einigen Feldern von zwei der drei beprobten Regionen nachgewiesen. In der dritten Region dagegen gab es kaum Pflanzen mit einer ALS Target-Site Resistenz. Target-Site Resistenz scheint daher in diesen frühen Stadien die Hauptursache für ALSResistenz zu sein, während einige Proben auch Non Target-Site Resistenz zeigten. Diese Daten geben neue Einblicke in die Struktur und Entwicklung einer 1) etablierten Resistenz (ACCase-Inhibitoren) und 2) einer sich entwickelnden Resistenz (ALS-Inhibitoren). Multivariate Datenanalyse von Gewächshaus- und Target-site-Analysen der resistenzbedingenden Mutationen zeigen, dass nahe beieinander liegende Felder unterschiedliche Herbizidresistenzstrukturen ausbilden. Dies legt nahe, dass unterschiedliche Unkrautbekämpfungsstrategien, basierend auf unterschiedlichen Fruchtfolgen unterschiedliche Resistenzstrukturen fördern. Zurzeit ist eine erfolgreiche Ackerfuchsschwanz Bekämpfung mit ALS-Inhibitoren in den meisten Fällen noch möglich, benachbarte Felder zeigen aber das alle Möglichkeiten des integrierten Pflanzenschutzes ausgenutzt werden müssen um den Selektionsdruck niedrig zu halten und die weitere Resistenzentwicklung zu verlangsamen.

Stichwörter: ACCase-Inhibitoren, Acker-Fuchsschwanz, ALS-Inhibitoren, Deutschland, metabolische Resistenz, Nicht-Zielortresistenz, Zielortresistenz