Matemática contra ervas daninhas: Modelo de dinâmica populacional e evolução da resistência a herbicidas em ervas daninhas perenes

18 de agosto de 2023

Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

verificado

publicação revisada por pares

fonte confiável

revisar

por Julius Maximilians Universidade de Würzburg

As ervas daninhas sempre foram um problema significativo para a agricultura. Eles competem com as culturas por recursos como luz, água e nutrientes, o que pode resultar em graves perdas de rendimento.

Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Evolutiva em Plön e da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), juntamente com o professor de biologia de Würzburg Chaitanya S. Gokhale, desenvolveram um modelo matemático sobre dinâmica populacional e evolução da resistência a herbicidas em ervas daninhas perenes que permite previsões para uma erva específica. O estudo foi publicado recentemente na Nature Plants.

A introdução de herbicidas na segunda metade do século passado foi um grande avanço para o controle de ervas daninhas na agricultura convencional. Os herbicidas permitem a remoção eficiente de ervas daninhas com uma necessidade de mão-de-obra particularmente baixa e substituíram em grande parte a remoção manual ou puramente mecânica.

No entanto, ao longo dos anos, várias espécies desenvolveram resistência a vários herbicidas, o que representa um grande desafio para a agricultura e pode, em última análise, ameaçar a segurança alimentar. A resistência aos herbicidas ocorre espontaneamente e pode já estar presente em baixas frequências em populações de ervas daninhas que nunca foram tratadas com os herbicidas. Quando os herbicidas são aplicados, as plantas resistentes têm uma vantagem competitiva e a sua participação na população aumenta rapidamente. Uma vez que a proporção de plantas resistentes seja suficientemente elevada, a população de ervas daninhas não é mais suprimida pelo herbicida.

Ervas daninhas perenes como o capim Johnson (Sorghum halepense) são particularmente difíceis de controlar e podem levar a imensas perdas de rendimento. A razão para isto é que eles se reproduzem sexualmente através de sementes, mas também podem reproduzir-se vegetativamente através de eixos de rebentos que crescem horizontalmente no subsolo, os chamados rizomas. Um fornecimento inativo de sementes no solo garante que a população de ervas daninhas crescerá novamente na próxima estação. Um melhor controle pode ser alcançado aqui por meio de preparo adicional e rotações de culturas apropriadas. Semelhante ao uso de antibióticos, uma combinação de diferentes herbicidas ou sua rotação pode retardar o surgimento de resistência.

Métodos de controle de ervas daninhas podem ser investigados em estudos de campo. No entanto, estes são naturalmente limitados em duração e número. A modelagem matemática tem se mostrado extremamente valiosa para prever a dinâmica populacional e a evolução da resistência em ervas daninhas. No entanto, a maioria dos modelos trata apenas de plantas anuais, pois o ciclo de vida das ervas daninhas perenes é muito complexo.

O modelo agora apresentado permite prever a dinâmica populacional e a evolução da resistência aos herbicidas no capim-johnson. Ele mapeia o complexo ciclo de vida da planta e o efeito dos herbicidas e do preparo do solo. Isto também permite investigar o impacto de características específicas do ciclo de vida no controle de ervas daninhas perenes e no surgimento de resistência. Usando simulações computacionais, os pesquisadores descobriram, entre outras coisas, quais estratégias de controle são eficazes para retardar a evolução da resistência aos herbicidas e manter pequena a população de ervas daninhas.

Combinações de vários herbicidas com diferentes modos de ação são claramente superiores às rotações e ao monotratamento no controle das populações de capim-johnson e da resistência aos herbicidas. Eles reduzem o risco de resistência a herbicidas e falha no controle de ervas daninhas. Neste contexto, porém, os cientistas também discutem um potencial aumento dos impactos ambientais devido ao uso de mais herbicidas.