Nachweis einer ALS-resistenten Lolium perenne-Population in Norddeutschland

Confirmation of an ALS-resistant Lolium perenne population in Northern Germany

Die statistische Auswertung der Trockenmasseerträge erfolgte mit der Statistik-Software R (R Development Core Team). Es wurde ein einseitiger multipler Kontrasttest nach Hasler und Hothorn (2008) durchgeführt, in dem alle Varianten gegen den Mittelwert aller Varianten auf die Wirksamkeit der verschiedenen Herbizide sowie Aufwandmengen getestet wurden und somit einer mehrfaktoriellen ANOVA in Bezug auf Aufwandmenge/Dosierung und Herbizidwahl vorgezogen.

Abb. 1. Herbizidwirkung 21 Tage nach Applikation der doppelt maximal zu­gelassenen Aufwand­menge in Winterweizen oder Winterraps in Deutschland im Biotest auf die zwei Biotypen des Deutsches Weidel­grases (oben = sensitiver Standard, unten = resistente Ver­dachtspopulation). 1 = unbehandelte Kontrolle, 2 = Select 240 EC^®, 3 = Focus^® Ultra, 4 = Agil^® S, 5 = Pointer^® SX^®, 6 = Broadway^TM, 7 = At­lantis^® WG, 8 = Hus­ar^® OD, 9 = Axial^® 50, 10 = Traxos^®, 11 = Attribut^®, 12 = Arelon^®.

Auffallend waren die geringen bis ausbleibenden Wirkungsgrade bei allen applizierten ALS-Inhibitoren bei der maximalen und doppelt maximal zugelassenen Aufwandmenge (Tab. 1). Die, zur Ungrasbekämpfung eingesetz­ten
Wirkstoffe Iodo-/Mesosulfuron, Iodosulfuron solo, Propoxycarbazone und Pyroxsulam in Kombination mit Florasulam, zeigten bei der maximal zugelassenen Aufwandmenge keinerlei Wirkung. Beim Vergleich der Versuchsreihe der applizierten doppelt maximal zugelassenen Aufwandmengen konnten nur die Wirkstoffe Iodo-/Mesosulfuron (Atlantis^® WG, 1000,0 g a.i./ha; Bayer CropScience) Wuchsdepressionen mit einem Wirkungsgrad von 5% erreichen und statistisch gegenüber dem mittleren Durchschnitt aller Varianten je Aufwandmenge abgesichert werden (Tab. 2, Abb. 2).

Abb. 2. Darstellung der Troc­kenmasseerträge nach den jeweiligen Herbizi­dapplikationen auf die Verdachtspopulationen des Deutschen Weidel­grases. Trockenmas­seerträge (g) 21 Tage nach Applikation der doppelt maximalen zu­gelassenen Aufwand­menge in Winterweizen oder Winterraps mit ent­sprechend zugelasse­nen Aktivsubstanz (g a.i.) in Deutschland. 1 = unbehandelte Kontrolle, 2 = Select 240 EC^® (241,9), 3 = Focus^® Ul­tra (500,0), 4 = Agil^® S (200,0), 5 = Pointer^® SX^® (60,0), 6 = Broadway^TM (30,06/10,04), 7 = At­lantis^® WG (30,0/6,0), 8 = Husar^® OD (200,0), 9 = Axial^® 50 (120,0), 10 = Traxos^® (60,0/60,0), 11 = Attribut^® (140,0), 12 = Arelon^® (1500,0). Multipler Kontrasttest bei Vari­anzheterongenität; Si­gnifikanzniveau: P*≤0,05; P**≤0,01; P***≤0,001.

Bei der Betrachtung des sensitiven Standards konnten alle applizierten Herbizide, mit Ausnahme der Varianten fünf (Tribenuron-Methyl) und sechs (Pyroxsulam/Flora­sulam), einen Wirkungsgrad von ≥ 95% erreichen (Tab. 1). An dieser Stelle muss darauf verwiesen werden, dass bei der Variante fünf keine Wirkung auf Monokotyle erwartet werden durfte und diese somit auch nicht im direkten Vergleich zu allen anderen ALS-Inhibitoren steht. Die im Anschluss an die Wirksamkeitsprüfungen durchgeführte Analyse des ALS-Gens der Verdachtspopulation zeigte einen Aminosäureaustausch von Tryptophan zu Leucin an Position 574 (Nummerierung standardisiert auf Basis von Arabidopsis thaliana) zu 100%. Keine Mutationen konnten hingegen an den getesteten Positionen Pro-197 und Asp-376 diagnostiziert werden. Bei den Wirkungsbonituren der Versuchsreihen mit der halben maximal zugelassenen Aufwandmenge zeigten jedoch die Wirkstoffe Clethodim (60,48 g a.i./ha), Cycloxydim (125,0 g a.i./ha) und Isoproturon (500,0 g a.i./ha) bereits Unterschiede (Tab. 2). Die Wirkung, auch auf die Verdachtspopulation, konnte zudem durch die verringerten Trockenmasseerträge in allen Dosierungen dokumentiert werden (Tab. 1, 2). Die Ergebnisse der Trockenmasse­erträge konnten zudem bei der doppelt maximal zugelassenen Aufwandmenge im Vergleich zum Variantenmittel als höchst signifikant abgesichert werden (α ≤ 0,001) (Tab. 2, Abb. 2), wobei der Wirkstoff Cycloxydim über alle Dosierungen die geringsten Trockenmasseerträge lieferte. Bei der Analyse des ACCase-Gens an den Positionen Ile-1781, Trp-2027, Ile-2041, Asp-2078 und Gly-2096 konnten keine Mutationen festgestellt werden. Die Minderwirkung von Propaquizafop, Pinoxaden und Clodinafop-propargyl/Pinoxaden kann folglich mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine metabolische Resistenz zurück­geführt werden. Folglich stellt die Kombination beider Resistenzmechanismen (ALS TSR/ACCase NTSR – wirkstoffbasiert) bei dieser Weidelgras-Population die Besonderheit dar.

Eine Resistenz gegenüber ACCase-Inhibitoren (Clodinafop-Propargyl und Diclofop-Methyl) konnte bereits 2001 in Chile nachgewiesen werden (Heap, 2015). In den USA sind seit 1989 erste resistente Populationen von Lolium spp. gegenüber ALS-Inhibitoren, Sulfometuron-Methyl (HRAC-Gruppe: B) bekannt, die allerdings an Straßenrändern und Eisenbahnlinien gefunden wurden (Heap, 2015). In Deutschland wurde eine erste multi-resistente Population Deutschen Weidelgrases im Jahr 2008 entdeckt, die gegenüber den Wirkstoffen Iodosulfuron-Methyl-Natrium (HRAC-Gruppe: B), Pinoxaden (HRAC-Gruppe: A) und Pyroxsulam (HRAC-Gruppe: B) eine Resistenz aufwies (Heap, 2015). Aus Hinweisen in der Literatur auf bereits vorherrschende Resistenzen sowie häufig in der Praxis angewandte Herbizide wurde das Versuchsdesign zusammengestellt (Heap, 2015). Im Anschluss an den Biotest wurde eine molekulargenetische Untersuchung zur Absicherung der erhobenen Wirkungsverluste durchgeführt. Da Chandi et al. (2011) von häufig auftretenden Kreuzresistenzen (u.a. auch bei den applizierten Wirkstoffen Pyroxsulam und Mesosulfuron) ausgehen, wurden häufig verwendete Vertreter verschiedener chemischer Stoffklassen (Sulfonylharnstoffe, Triazolpyrimidine, Sulfonyl-amino-carbonyl-triazolinone) in das Versuchsdesign aufgenommen. Daher wurde auch der Wirkstoff Iodosulfuron in zwei Varianten, in Kombination mit und ohne Mesosulfuron, getestet. Literaturangaben belegen, dass Aufwandmengen von 100 bis 200 g/ha von Atlantis^® WG (6 g/kg Iodosulfuron-Methyl-Na, 30 g/kg Mesosulfuron-Methyl; Bayer CropScience) ausreichen, um verschiedene Populationen von Weidelgras-Arten zu bekämpfen (Abdullah et al., 2013). Zusätzlich wurde eine Applikationsvariante mit dem Wirkstoff Tribenuron-Methyl (Pointer^® SX^®) implementiert, obgleich dieses Präparat keine ausgewiesene Ungraswirkung aufweist, die Praxis zumindest aber von einer Teilwirkung ausgeht. Des Weiteren wurden im Biotest ACCase-Inhibitoren mit Wirkstoffen der Cyclohexandione (DIMs), Aryloxyphenoxypropionate (FOPs) und Phenylpyrazoline (DENs) untersucht. Sie spielen häufig in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle bei Ungräser-Nachauflaufbehandlungen (Michitte et al., 2003). Unter norddeutschen Praxis­bedingungen werden besonders die Wirkstoffe Cycloxydim, Clethodim, Propaquizafop und Isoproturon angewendet und daher ebenfalls in den Biotest implementiert. Isoproturonhaltige Präparate dürfen, um eine Vorwinterentwicklung von Ungräsern zu reduzieren, jedoch nur auf nicht dränierten Flächen appliziert werden. Im Versuchsdesign soll die Applikation von Isoproturon als Harnstoffderivat lediglich als Bodenkomponente verstanden werden. Etwaige Rückschlüsse der analysierten Positionen in den Genen dürfen somit nicht in Verbindung auf eine Resistenz bei PSII-Inhibitoren gebracht werden. Für die Beurteilung einer vorliegenden Wirk­ort-Resistenz gegenüber ACCase-Inhibitoren, sind für Ungräser einzelne Gen-Positionen bekannt, die diese auch eindeutig bestätigen (Délye, 2005; Powles und Yu, 2010; Kaundun, 2014). Studien zur Genetik haben gezeigt, dass sich die Wirkort-Resistenz in der Regel unabhängig voneinander entwickelt und vor allem schnell an spezifischen Mutationen (Target-site-Mutationen) an den ACCase-Codonpositionen 1781, 1999, 2027, 2041, 2078, 2088 und 2096 zu erkennen ist (Kaundun, 2014). Die Analyse der Blattproben ergab jedoch keine Mutation der entsprechenden Positionen. Folglich kann auch geschlussfolgert werden, dass bei der fehlenden Wirksamkeit der applizierten ACCase-Inhibitoren von einer Nicht-Wirkort-Resistenz (NTSR – Non-Target-Site Resis­tance) ausgegangen werden kann, wobei die metabolische Resistenz als, die in Deutschland, am häufigsten auftretende NTSR-Wirkmechanismus anzusehen ist. Während Cycloxydim, als in Ungräsern metabolisch stabiler Wirkstoff, weiterhin eine sehr gute Wirkung gegenüber der resistenten Population zeigte, wurde bei Clethodim bereits ein deutlicher Wirkungsabfall beobachtet. Um eine ALS-Wirkort-Resistenz diagnostizieren zu können, müssten Positionen im ALS-Gen verändert sein. Dazu gehören vor allem die aussagekräftigen Codonpositionen Alanin 122 (Ala-122), Prolin 197 (Pro-197), Alanin 205 (Ala-205), Asparaginsäure 376 (Asp-376), Arginin 377 (Arg-377), Tryptophan 574 (Trp-574), Serin 653 (Ser-653) und Glycin 654 (Gly-654) (Tranel und Wright, 2002; Yu und Powles, 2014). Eine Analyse der Position Trp-574 erwies sich als zutreffend und bestätigte den Verdacht einer ALS-TSR. Abschließend kann davon ausgegangen werden, dass die untersuchte Population von L. perenne neben einer ausgeprägten ALS-TSR aller untersuchten Pflanzen an der Position Trp-574 (100%) zusätzlich wahrscheinlich eine metabolische Kreuzresistenz zu Wirkstoffen aus den Stoffklassen der Arylphenoxypropionate und Phenylpyrazolinone aufweist. Zunehmend scheinen sich also auch in Norddeutschland wei­tere bereits weltweit potentiell resistenzgefährdete Arten den agronomischen Bedingungen anzupassen. Bereits Baker (1974) und Vigueira et al. (2013) gingen davon aus, dass sich insbesondere nicht überall vorkommende Unkräuter erfolgreich anpassen könnten und durch ihre Kurzlebigkeit häufig übersehen werden. Grundsätzlich können resistente Unkräuter nur effektiv kontrolliert werden, wenn sie frühzeitig erkannt werden (Lebaron, 1984). Ein etwaiger Sensitivitätsverlust infolge einer Resistenz­bildung sollte somit auch in Deutschland stets in Erwägung gezogen werden. Insgesamt kann eine sorgsam geführte Ackerschlagkartei im Nachhinein oftmals helfen, wenn es um die Klärung geht, ob in einzelnen Jahren wiederkehrend Schadspezies auftraten und Herbizidbehandlungen durch nicht geklärte Umstände überlebt haben. Ferner müsste bei einer nachgewiesenen Herbizidresistenz bei Lolium-Arten bedacht werden, dass bei einem großen Teil dieser Gattung ein Gentransfer und damit eine etwaige Resistenzauskreuzung möglich ist. Eine Unterteilung der Lolium-Arten in zwei Gruppen kann bei der Einordnung helfen. Eine Gruppe (L. perenne, L. multiflorum, L. rigidum GAUD. und L. canariense STEUD.GAUD.) ist selbstinkompatibel (selbststeril) und besitzt damit Fremdbefruchtereigenschaften (Hayman, 1992). Zu der zweiten Gruppe zählen die selbstkom­patiblen und somit selbstbefruchtenden Arten, wie L. temulentum, L. remotum SCHRANK, L. persicum BOISS. & HOH.BOTH und Lolium subulatum VIS. (Kubik et al., 1999; Bennett, 1997; Jauhar, 1993). Die erste und zweite Gruppe der Lolium-Arten unterscheiden sich dahingehend, dass in der ersten Gruppe (interfertil) grundsätzlich ein möglicher Genaustausch stattfinden kann und bei den Arten ein hoher Verwandtschaftsgrad durch natürliche Hybridisierung nachweisbar ist (Bennett, 1997). In der zweiten Gruppe hingegen ist ein solcher Austausch nicht möglich. Bei einem etwaigen Anbau von Grasuntersaaten in Maisbeständen müsste diese Thematik gesondert begutachtet werden, da sich die Resistenz bei ungenauer Sortenwahl auskreuzen könnte. Zusätzlich muss noch summiert werden, wie sich betroffene Betriebe aus Gesichtspunkten des Resistenzmanagements verhalten könnten. Um Ackerschläge mit vorhandenen resistenten Populationen weiter nutzen zu können, erfordert es ein Umdenken aus Sicht einer rein monetären und produktbasierten Nahrungsmittelproduktion mit entsprechenden Konsequenzen. Dabei sollte die Anwendung von vorbeugenden Maßnahmen im Ackerbau wie Frucht­folgegestaltung, Bodenbearbeitungssysteme, Saat- und Pflanzzeiten sowie die Sortenwahl zwingend berücksichtigt werden (Peters et al., 2015). Ebenso gewährleisten homogene Pflanzenbestände (ausreichenden Pflanzendichte mit optimierter räumlicher Verteilung), angepasste oder optimierte Saattermine sowie eine angepasste Düngung mit entsprechender Ausbringtechnik bzw. Platzierung einen positiven Einfluss auf die Unkrautunter­drückung (Blackshaw et al., 2007). Fruchtfolgen leisten dabei einen erheblichen Beitrag als vorbeugende Maßnahme zur Unkrautregulierung und zur Erhaltung der Biodiversität in Agrarsystemen (Liebman und Dyck, 1993; Altieri, 1999). Weiter gilt es vor allem die Unkraut- und Ungrasprobleme (Pallutt, 2000; Bartels, 2002) bei pflugloser Bodenbearbeitung in Verbindung mit einsei­tiger Fruchtfolge zu minimieren. Eine etwaige Anwendung nicht chemischer Bekämpfungsmaßnahmen, wie die mechanische Unkrautregulierung, könnte ebenso in Betracht gezogen werden, um nachhaltig resistente Populationen zu bekämpfen ohne einen Selektivitätsdruck durch bestimmte Wirkstoffklassen auszuüben (Peters et al., 2015). Auf Grund von teilweise ungenügenden Wirkungsgraden, des hohen Arbeitsaufwandes, etwaiger zusätzlicher Anschaffungskosten sowie der Kosten für zusätzlichen Treibstoff müsste dies hier jedoch als eher als kritisch angesehen werden (Böhm, 2014; Peters et al., 2015).

Abschließend soll hier die geplante Vorgangsweise des betroffenen Ackerbaubetriebes beschrieben werden. In der Vergangenheit wurden häufig Wirkstoffe einer Wirkstoffklasse in aufeinanderfolgenden Jahren angewandt, wie aus der Ackerschlaghistorie der vergangenen fünf Jahre zu entnehmen ist (Tab. 3). Ein Umdenken erscheint hier zwingend notwendig, um die betroffene Ackerfläche und angrenzenden Strukturen vor einer Ausbreitung der resis­tenten Population zu schützen. Direkt nach der Winterweizenernte wurde mit ersten ackerbaulichen Maßnahmen reagiert. Die nach der Ernte verbliebenen Weidelgraspflanzen wurden durch eine Behandlung mit einem glyphosathaltigen Herbizid (1200 g a.i./ha) abgetötet. Zusätzlich wurden zwei flache Bodenbearbeitungsgänge in einem Abstand von drei Wochen ab Glyphosatbehandlung durchgeführt, die erstens weitere Schadpflanzen zum Auflauf bringen und gleichzeitig andere bereits keimende oder aufgelaufene Ungräser eliminieren sollten. Die Fruchtfolge soll auf der betroffenen Acker­fläche in Zukunft von drei auf sechs Fruchtfolgeglieder, kombiniert aus Sommer- und Winterkulturen (Winterraps, Silomais, Ackerbohne, Winterweizen, Sommerweizen, Zuckerrübe), erweitert werden. Insgesamt soll in dieser Weise die Wirkung, der noch nicht durch eine Resistenz betroffenen Wirkstoffe, möglichst lange erhalten werden und eine weitere Ausbreitung der resistenten Population verhindert werden.