Chương 1 TONG QUAN TÀI LIEU 1.1 Dinh nghĩa về có dai và khả năng kháng thuốc của cỏ dại 1.1 Định nghĩa về có dại Cỏ dại được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, mỗi nhà khoa học có một định nghĩa riêng biệt. Theo Hà Thị Hiến (2003) cỏ dai là loài thực vật mọc tự nhiên, có anh hưởng xau đến quá trình sinh trưởng, năng suất va phâm chat của cây trồng, gây tốn kém chi phí sản xuất. Cỏ dại còn là loài thực vật có nhiều khả năng thích ứng với điều kiện ngoại cảnh, có tính chống chịu cao với điều kiện khắc nghiệt của khí hậu và thổ nhưỡng. Theo Nguyễn Hữu Trúc (201 1) cỏ đại là những cây mọc không theo ý muốn trên diện tích canh tác mà con người tác động lên bên cạnh những cây trồng nông nghiệp.
Theo Đỗ Thị Kiều An (2010) định nghĩa cỏ dại là những loài thực vật bản địa hay ngoại lai sinh trưởng, phát triển ngoài ý muốn của con người. Sự hiện diện của cỏ dai gây khó chịu, can trở các hoạt động và gay bat loi đến lợi ich của con người. Tóm lại, cỏ dại là những loài thực vật mọc cạnh những cây trồng mang lại kinh tế cho con người, nhằm cạnh tranh dinh dưỡng và môi trường sống, làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng.2 Tính kháng thuốc của cỏ dại Kiểm soát cỏ đại là một việc quan trọng đối với bất kỳ hệ thống sản xuất cây trồng ở các quốc gia trên thế giới. Có nhiều phương pháp đề quản lý cỏ dại bao gồm làm cỏ cơ học làm bằng tay, dụng cụ, máy hoặc máy phát laser để đốt cỏ.
Sử dụng hóa chất là thuốc diét cỏ, sử dụng mô hình cạnh tranh cây trồng (Allelopathy) và kiểm soát sinh học như côn trùng, ký sinh, nâm, chăn thả gia súc hoặc động vật ăn cỏ khác. Đôi với sản xuất cây trồng ở quy mô lớn, phương pháp hóa học vẫn là giải pháp hiệu quả nhất dé quản lý cỏ dại (Harker va O’ donovan, 2013). Sau khi thuốc diệt cỏ được giới thiệu trên thị trường, sự phát triển tính kháng thuốc của cỏ dại đã được Blackman (1950) dự đoán. Trường hợp đầu tiên về cỏ đại kháng thuốc Atrazine và Simazine được tìm thấy vào năm 1968 và lần đầu tiên được báo cáo ở Hoa Kỳ.
WSSA (1998) cũng phân biệt kháng thuốc diệt cỏ và khả năng chống chịu thuốc diệt cỏ: kháng thuốc diệt cỏ là khả năng di truyền của một cây dé sinh tồn và hồi phục sau khi tiếp xúc với một liều lượng thuốc diệt cỏ thường gây chết cho các loài hoang dã. Đối với cây trồng, sự kháng thuốc có thé xảy ra một cách tự nhiên hoặc được gây ra bởi kỹ thuật di truyền, lựa chọn các biến thé được tạo ra từ nuôi cay mô hoặc gây đột biến. Một số yếu tố góp phần vào sự tiến hoá của tinh kháng thuốc diệt cỏ ở bat kỳ loài cỏ đại nào, bao gồm tần số alen kháng trong quân thẻ, số lượng và phương thức sử dụng thuốc diệt cỏ, hiệu quả của liều lượng sử dụng, hạt giống trong đất và các yếu tố sinh học khác.2 Cơ chế kháng thuốc diệt cỏ 1.1 Tính kháng tại vị trí mục tiêu Cơ chế kháng thuốc ức chế ACCase: Mỗi loại thuốc diét cỏ có một vị trí tác dụng cụ thé, thường là enzym hoặc protein trong tế bào thực vật. Nếu có thay đôi trong các vi trí mục tiêu có thé dẫn đến tình trạng kháng thuốc (kháng tại chỗ mục tiêu) và những thay đổi này sẽ làm giảm sự liên kết của thuốc điệt cỏ với enzyme hoặc protein mục tiêu ( McGillion và Storrie, 2006).
ACCase là enzyme tông hợp axit béo đầu tiên trong plastid tế bào. Có hai dạng ACCase ở thực vật bậc cao là eukaryotic và prokaryotic, trong đó dạng tế bào nhân thực chủ yếu kháng thuốc diệt cỏ và dạng plastidic prokaryotic dễ bị nhiễm thuốc diệt cỏ (Konishi va ctv, 1996). Enzym plastidic được phân chia thành hai dạng đồng phân của dạng dimeric và dạng đa miễn bat thường, dang dimeric được tim thấy trong hầu hết các monocot và tat cả các dicots. Hình thức đa miền chỉ được tìm thấy trong các monocase gramin và nó là mục tiêu chính cho ACCase ức chê thuôc diệt cỏ.
Sự ức chê của ACCase sẽ làm gián đoạn quá trình tổng hop phospholipid cần thiết cho việc xây thành tế bào và phát triển tế bào. Cơ chế kháng thuốc ức chế ALS: Thuốc diệt cỏ nhóm B hoặc chất ức chế ALS là nhóm thuốc diệt cỏ lớn nhất hiện nay. Nhóm thuốc diệt cỏ này được thiết kế dé nhắm mục tiêu Acetolactate synthase (ALS) hoặc Acetohydroxyacid synthase (AHAS), với AHAS là enzyme chính trong tổng hợp nhiều axit amin trong tế bào thực vật, bao gồm isoleucine, leucine, valine và Rossa. Sự gián đoạn tông hợp axit amin sẽ ảnh hưởng đến việc sản xuất protein và làm chết thực vật.
Có nghĩa là sự thay đổi mã hóa axit amin cho ALS là một trong những cơ chế quan trọng nhất của tính kháng thuốc ức chế ALS trong cỏ dại (Heap, 2022). Cơ chế kháng thuốc ức chế quang hợp: Nhiều loại thuốc điệt cỏ có tác dụng ức chế PSII bằng cách can thiệp vào quá trình vận chuyên điện tử trong phản ứng sáng của quang hợp, thông qua cạnh tranh với phân tử Plastoquinone tại vị trí QB. Kháng thuốc diệt cỏ ức chế quang hợp có liên quan đến gen DI mã hóa protein D1 trong DNA của diép luc. Phân tích di truyền cho thay sự thay đổi serine của glycine ở vị trí 264.
Sự thay đổi này làm giảm áp lực giữa phân tử thuốc diệt cỏ và QB vì liên kết phụ thuộc vào liên kết hydro giữa phân tử thuốc diệt cỏ và nhóm hydroxyl cua serine trong QB (Trebst và ctv, 1991).2 Tính khang tai vi trí không phải mục tiêu Hoạt tính tăng cường cytochrom P450 trong chuyển hóa thuốc diệt cỏ Tính kháng tại vị trí không phải mục tiêu là một cơ chế khác của tính kháng thuốc diệt cỏ ở thực vật. Có một số cơ chế kháng vị trí không phải mục tiêu, một trong những cơ chế được nghiên cứu nhiều nhất là hoạt động tăng cường cytochrom P450 trong tế bào thực vật. Cytochrome P450 là một isozyme, enzyme chịu trách nhiệm chuyền hóa một số hóa chất và 20 hợp chất trong tế bào. Tế bào thực vật có thé chuyển hóa sinh học các hợp chất độc hại và thuốc diệt thuốc cỏ qua hai giai đoạn: đầu tiên là quá trình oxy hóa và sau đó liên hợp với glutathione.
Enzym P450 monooxyenase là enzyme chính trong giai đoạn đầu tiên giải độc thuốc diệt cỏ trong tế bào thực vật (Cummins và ctv, 2013). Hoạt tính tăng cường của glutathione S transferase trong chuyển hóa thuốc diệt cỏ Glutathione S - transferase (GST) là một nhóm enzyme được tìm thấy ở thực vật bậc cao, còn thấy ở nắm, côn trùng và động vật có vú. Các enzyme GST có thể xúc tác xenobiotics là chất không tự sản xuất được trong tế bào thực vật bằng cách kết hop glutathione tripeptide với các chất độc hại trong tế bào. Nhóm enzyme này cũng đóng vai trò trong việc chuyền đổi anthocyanin và axit cinnamic.
Trong khi cytochrom P450 là enzyme chính của giai đoạn đầu oxy hóa giải độc thuốc diệt cỏ, GST là enzyme chính của giai đoạn thứ hai của quá trình xúc tác, ngăn chặn thuốc diét cỏ tương tác với các vi trí mục tiêu liên kết của chúng. Sau khi xúc tác, bơm glutathione trong thành tế bào có thể bài tiết các chất được xúc tác ra khỏi tế bào và các chất có thê được phân lập trong stroma hoặc giữa các tế bào (Marrs, 1996).3 Phương pháp xác định tính kháng thuốc diệt có Kế từ báo cáo đầu tiên về cỏ dại kháng thuốc diệt cỏ, việc kiểm soát cỏ dai kháng thuốc diệt cỏ đã trở thành một van dé cap bách trên toàn thé giới. Có nhiều phương pháp kiểm tra sự kháng khác nhau đã được sử dụng như gieo hạt trong chậu, trồng cây trong chậu, nảy mầm đĩa petri, kỹ thuật phân tử (Moss, 1999).1 Hạt giống trồng trong nhà kính từ phương pháp sàng lọc hiện trường Theo Moss (1999), độ tin cậy của kết quả dựa trên các thử nghiệm thực vật chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng của mẫu hạt mà chúng được trồng. Hạt kém chất lượng thường sẽ dẫn đến tỷ lệ nảy mầm thấp hoặc tạo ra cây kém với phản ứng thay đổi do thuốc diệt cỏ.
Phương pháp này phù hợp với tat cả các loài cỏ dai cũng như tat cả các loại thuốc diệt cỏ. Nó có thé phát hiện sự kháng thuốc bat kể cơ chế và chi phí ở mức trung bình. Tuy nhiên, vì nó phụ thuộc vào việc thu thập hạt giống, kết quả có thể không được mong đợi trong cùng một vụ mùa và điều kiện đồng ruộng phải đồng nhất. Cần ít nhất 6 liều lượng dé có được ước tính LDso tốt cho xét nghiệm sàng lọc.
Theo Moss (1999), thử nghiệm kháng thuốc được sử dụng rộng rãi nhất liên quan đến việc trồng cây từ hạt được thu thập từ cánh đồng nghỉ ngờ có khả năng kháng thuốc và phun thuốc diệt cỏ được áp dụng ở một liều lượng duy nhất. Các xét nghiệm như vậy thường được tiến hành trong nhà kính hoặc nơi mà môi trường được kiêm soát. Đối với các thí nghiệm phản ứng với liều lượng thuốc, sử dụng nhiều liều lượng thuốc diệt cỏ khác nhau dé thu được đường cong phan ứng liều lượng của cỏ đại đối với thuốc diét cỏ. Đường cong phản ứng giúp ước tính mức độ kháng thuốc và tính toán liều (Moss,1999).2 Phương pháp nảy mầm trong đĩa peptri Các thử nghiệm được thực hiện bằng cách nảy mam hạt giống của quan thể nghi ngờ kháng và nhạy cảm trong các đĩa Petri được làm ướt bằng các dung dịch diệt cỏ với nồng độ khác nhau.
Phương pháp này nhanh trong thời gian thử nghiệm và chi phí thấp. Việc phát hiện diễn ra trong ống nghiệm, do đó các điều kiện ở đồng ruộng là không lý tưởng. Tuy nhiên, nó không thé phát hiện sự kháng thuốc bat ké cơ chế nào, kết quả không thé có được trong cùng một vụ mùa và nó không phù hợp với tất cả các loại cỏ đại và thuốc diệt co (Moss va ctv, 2012).3 Xét nghiém huynh quang diép luc Cùng với các phương pháp thử nghiệm khác, kỹ thuật huỳnh quang diệp lục rất hữu ích trong việc phát hiện tính kháng thuốc diệt cỏ ức chế Photosystem II. Cơ chế của phương pháp này dựa trên việc giảm năng lượng bức xạ trong chất diệp lục sau khi xử lý thuốc diệt cỏ.
Khi sự vận chuyền điện tử ở phía khử của hệ thống quang điện tử II bị ức chế, năng lượng bức xa hấp thụ chất diệp lục được phát lại dưới dang huỳnh quang theo một nghiên cứu của LeBaron và Gressel (1982).