Impact of multiple resistance mechanisms in black-grass (<em>Alopecurus myosuroides</em> Huds.) populations on the activity of cereal herbicides

Abstract

Herbicide resistance to different modes of action is spreading not only in the intensive winter wheat producing areas of Northern Germany, but also in other regions. In this investigation, four selected biotypes of black-grass (Alopecurus myosuroides Huds.) from Lower Saxony, Schleswig-Holstein and Baden-Württemberg were tested for resistance to different herbicides in greenhouse monitoring trials. Using the Pyrosequencing™ technology, leaf material of the different biotypes was screened for ACCase and ALS target-site mutations. The resistance mechanism profiles of the tested biotypes were first completed with metabolism studies of selected herbicides. Finally, the effectiveness of different ACCase and ALS herbicides was investigated in dose response studies under controlled conditions. The results of the analysis showed the occurrence of multiple resistance mechanisms – target-site and non-target site – in the different black-grass biotypes. The calculated resistance factors for the herbicides varied between biotypes and occurring resistance mechanisms. Independent of the range of the resistance factors, low levels already caused decreased effectiveness under real field conditions. Despite confirmed target-site and enhanced metabolic resistances, most of the tested herbicide mixtures and sequence applications provided useful efficacy levels. Soil-acting herbicides have become the backbone for controlling heavy infestations of black-grass populations in practice. Especially flufenacet and its mixtures provide high efficacy levels for the reduction of the first grass weed flush. Within the herbicide strategy study, Atlantis WG^® appeared as the most effective post emergence applied product, especially on biotypes with metabolic resistances. With regard to missing alternative solutions in the near future, a mid to long-term sustainable crop-production can only be assured with mixtures and sequence applications of different herbicides and modes of action combined with integrated weed management tools.

Keywords: ACCase inhibitors, ALS inhibitors, enhanced metabolic resistance, herbicide management strategies, target-site resistance

Einfluss von multiplen Resistenzmechanismen in Ackerfuchsschwanz (Alopecurus myosuroides Huds.)-Populationen auf die Wirksamkeit von Getreideherbiziden

Herbizidresistenzen sind nicht mehr nur ein Problem der Winterweizenanbaugebiete in Norddeutschland, sondern kommen vermehrt auch in anderen Getreideanbaugebieten in Deutschland vor. In den vorliegenden Untersuchungen wurden vier ausgesuchte Ackerfuchsschwanzherkünfte aus Niedersachsen, Schleswig-Holstein und Baden-Württemberg auf Herbizidresistenz gegenüber verschiedenen Herbiziden in Gewächshausversuchen getestet. Die Ungrassamen und das Pflanzenmaterial wurden mittels Pyrosequencing™ auf ACCase und ALS Target-Site Mutationen untersucht. Das Resistenzprofil der Herkünfte wurde zusätzlich mit Metabolismusstudien zu ausgesuchten Wirkstoffen vervollständigt. Schließlich wurde die Wirksamkeit der Herbizide in Dosis-Wirkungsuntersuchungen unter kontrollierten Bedingungen überprüft. Die Ergebnisse der Analysen zeigten das Vorkommen von multiplen Resistenzmechanismen, sowohl Target-Site als auch Nicht- Target-Site Resistenzmechanismen, in allen untersuchten Herkünften. Die berechneten Resistenzfaktoren für die einzelnen Herbizide variierten zwischen den Herkünften und den nachgewiesenen Resistenzmechanismen. Unter realen Feldbedingungen wurde bereits mit niedrigen Resistenzfaktoren eine unzureichende Wirkung erzielt. Trotzdem konnten durch Mischungen und Sequenzapplikationen von unterschiedlichen grasaktiven Produkten hohe Wirkungsgrade erzielt werden. Bodenwirksame Herbizide sind ein wichtiger Bestandteil der Herbizidmanagementmaßnahmen geworden. Besonders Flufenacet und dessen Mischungsprodukte haben sich als sehr wirksame Bodenwirkstoffe zur Bekämpfung der ersten Auflaufwelle von Ackerfuchsschwanz herausgestellt. In den Untersuchungen zur Herbizidstrategie erwies sich Atlantis WG^®, besonders auf Biotypen mit metabolischer Resistenz, als wirkungsstärkstes Nachauflaufherbizid. Dennoch kann eine mittel- bis langfristig nachhaltige Pflanzenproduktion, mit Hinsicht auf kurzfristig fehlende alternative Lösungen, nur durch eine integrierte Anwendung von Mischungen und Sequenzapplikation von unterschiedlichen Herbiziden und Maßnahmen der Produktionstechnik erfolgreich sein.

Stichwörter: ACCase Inhibitoren, ALS Inhibitoren, Herbizidmanagement Strategien, metabolische Resistenz, target-site Resistenz