Modelling the development of herbicide resistance

Abstract

A population dynamic and genetic model was used to simulate the genetic evolution in an Apera spica-venti (L.) P. Beauv. population. The basis of the model is a life cycle of an annual weed population which is divided into five development stages. These are the seed bank, the seedlings, young plants, the seed producing plants and the produced seeds. The stages are linked through transition probabilities. The interaction between resistant and susceptible genotypes is mediated by a genetic submodel. The model supports the development of management strategies to prevent, reduce or at least retard the development of resistance. Through an embedment into a cellular automaton the dispersal of genetic information is simulated at field scale. Three simulations with different herbicide treatments are compared regarding the resistance evolution.

Keywords: Apera spica-venti, cellular automaton, evolution, genetic model, population dynamics, resistance management

Modellierung der Entwicklung von Herbizidresistenz

Ein populationsdynamisches und genetisches Modell wurden verwendet um die genetische Entwicklung in einer Apera spica-venti (L.) P. Beauv. Population zu simulieren. Die Grundlage des Modells ist der Lebenszyklus einer einjährigen Ungraspopulation, welche in fünf Entwicklungsstufen unterteilt ist. Diese sind die Samenbank, die Keimlinge, die Jungpflanzen, die samenbildenden Pflanzen und die gebildeten Samen. Die Stufen sind über Übergangswahrscheinlichkeiten verbunden. Die Interaktion zwischen resistenten und sensitiven Genotypen wird durch ein genetisches Submodell vermittelt. Das Modell unterstützt die Entwicklung von Managementstrategien, um die Entwicklung von Resistenzen zu verhindern, rückgängig zu machen oder wenigstens zu verlangsamen. Durch die Einbindung in einen Zellularen Automaten wird die Ausbreitung der genetischen Information simuliert. Drei Simulationen mit unterschiedlichen Herbizidanwendungen werden bezüglich der Resistenzentwicklung verglichen.

Stichwörter: Apera spica-venti, Evolution, genetisches Modell, Populationsdynamik, Resistenzmanagement, Zellularer Automat