Rychlé rozšíření významně ovlivnil vysoký účinek na plevele, snadnost aplikace, minimální rizika toxicity pro necílové organizmy a člověka a především cena. Glyfosát je dle vědeckých studií v půdě poměrně rychle mikrobiálně rozkládán. Následné zpracování půdy lze provádět od doby, kdy se projeví první příznaky účinku. Následné plodiny mohou být vysévány bez jakéhokoliv omezení po aplikaci.
Glyfosát patří mezi neselektivní herbicidy. Ty slouží k ničení veškeré vegetace. Používají se např. k hubení plevelů v meziporostním období, desikaci porostů před sklizní, udržování černého úhoru v ovocných výsadbách atd. Při použití na zemědělské půdě musí i neselektivní herbicidy splňovat podmínku, aby nepůsobily fytotoxicky na následné plodiny. V současné době patří mezi nejrozšířenější totální herbicidy přípravky na bázi glyfosátu (Roundup) a v minulosti herbicidy sulphosat (Touchdown), glufosinat-amonia (Basta) a diquatu (Reglone).
Na nezemědělské půdě se používají k hubení nežádoucí vegetace např. na železnici, v okolí silnic, na prostranstvích aj.
Význam herbicidu glyfosát
Glyfosát byl poprvé syntetizován v roce 1950 a patentován jako chemický chelátor schopný vázat se na kovy, jako je vápník, hořčík a mangan. Později se zjistilo, že schopnost glyfosátu vázat se na mangan inhibuje enzym používaný rostlinami a bakteriemi pro biosyntézu tří aminokyselin nalezených ve všech proteinech. Herbicidní účinek látky glyfosát byl objeven chemikem Johnem E. Franzem z firmy Monsanto v roce 1970. Označení „glyfosát“ je obecný název chemické látky, kde „N- (fosfonomethyl) glycin“ je chemický název, který poskytuje informace o skutečné chemické struktuře herbicidu. Bez ohledu na značku, kterou kupujete, je aktivní složka pro všechny produkty glyfosátu přesně stejná. Jedná se o širokospektrální systémový herbicid absorbovaný nadzemní částí rostlin, který inhibuje enzym 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfát (EPSP), což je enzym katalyzující předposlední krok shikimátové cesty k biosyntéze aromatických aminokyselin, a tím zabrání syntéze aminokyselin tryptofanu, fenylalaninu a tyrosinu. Glyfosát se stal nejpoužívanějším herbicidem na světě, protože je účinný, ekonomicky výhodný a relativně ekologicky neškodný. Od svého zavedení v roce 1974 našel řadu použití v zemědělství, městských, ale i přírodních ekosystémech. Glyfosát je neselektivní herbicid, který je účinný vůči širokému spektru rostlinných druhů, používá se v mnoha zemích pro širokospektrální kontrolu plevelů těsně před setím plodin. Jeho použití v zemědělství je široké, používá se například před setím jako tzv. chemická podmítka, jako desikant (v ČR již zakázáno), u trvalých plodin (v sadech, vinicích nebo ořechových plantážích). Stal se také globálním herbicidem mimo zemědělskou půdu, používá se k hubení nežádoucích plevelných rostlin ve městech, průmyslových areálech, železnici nebo i například k hubení invazivních plevelů v národních parcích a jiných ekologicky cenných přírodních stanovištích.
Rezistence plevelů vůči herbicidům
První nálezy rezistentních plevelných rostlin vůči herbicidům byly odezvou na zavedení perzistentních herbicidů ze skupiny triazinů. Tyto herbicidy byly používány opakovaně především v monokulturách kukuřice a jabloňových sadů. Tam došlo poprvé k popsání vzniku rezistence vůči triazinům. Rezistence byla prokázána již koncem 60. let v USA. V Evropě byly již zjištěny rezistentní populace plevelů téměř ve všech státech.
Vložit Graf č. 1 – Rezistence glyfosátu
Stále častěji stoupá význam rezistence vůči dalším skupinám herbicidů. Rezistence vůči glyfosátu byla již prokázána v Austrálii v roce 1997 u plevele Lolium rigidum (jílek tuhý), v Chile v roce 2002 a u plevele Lolium multiflorum (jílek mnohokvětý). U plevele Lolium rigidum byla rezistence vůči glyfosátu prokázána též v USA a Jižní Africe. V jižní Africe již byla v roce 2003 prokázána rezistence i u Conyza bonariensis (turanka úzkolistá), v roce 2000 v USA rezistence u Conyza canadensis (turanka kanadská). V Malajsii byla prokázána rezistence u plevele Eulesine indica (kalužnice indická) v roce 1997.
Významné bylo prokázání rezistence v jižní Africe v roce 2003 u plevele Plantago lanceolata (jitrocel kopinatý). Jitrocel kopinatý byl testován v různých dávkách glyfosátu: 0, 2, 4, 6, 8, 10 l/ha. Rezistentní rostliny nebyly poškozeny ani nejvyšší dávkou herbicidu.
To je jasným signálem pro uvážené používání herbicidu glyfosátu. Vznik rezistence vůči tomuto široce používanému herbicidu a šíření rezistentních rostlin na zemědělské i nezemědělské půdě je nežádoucí. Je však vysoce pravděpodobné, že rezistentní populace vůči tomuto herbicidu vzniknou i u nás. Vznik rezistence ovlivnit nemůžeme, ale můžeme významně zpomalit šíření rezistentních rostlin do okolí a toho je možné dosáhnout především střídáním rozdílných herbicidů po sobě.
Vývoj počtu rezistentních druhů plevelů rezistentních vůči účinné látce glyfosát (Upraveno dle Ian Heap, Weedscience. Org. 2019).
Glyfosát byl zpočátku extrémně účinný a mnoho pěstitelů se spoléhalo pouze na něj. Klíčovou otázkou však bylo, zda bude tak široce používaný systém, který se spoléhal pouze na glyfosát, dlouhodobě udržitelný. Před HT plodinami byl již používán v zemědělství ale i mimo něj, v té době s několika podezřeními na rezistenci, takže zjevně nebyl tak citlivý na vývoj rezistentních plevelů jako některé jiné typy herbicidů. Kromě toho byl vývoj HT plodin velmi obtížný, tak obtížný, že si někteří mysleli, že si plevel přirozeně nevyvolá rezistenci. Avšak bezprecedentní použití glyfosátu na velmi rozlehlých plochách a současný pokles používání jiných herbicidů vedlo k tak velkému selekčnímu tlaku, že se nakonec vyvinuly plevelné druhy rezistentní vůči účinné látce glyfosát.
Glyfosát je celosvětově nejpoužívanější a nejúspěšnější dosud objevený herbicid, ale tento jeho status je nyní v ohrožení s rostoucím počtem rezistentních plevelných druhů vůči němu. Rezistence vůči glyfosátu se poprvé objevila v roce 1996 v jabloňovém sadu v Austrálii, ve stejný rok jako byla v USA uvedena první plodina (sója) odolná vůči této účinné látce. Celkem 43 druhů plevelů na světě si vyvinulo rezistenci vůči glyfosátu v různých plodinách. Přestože rezistentní populace byly objeveny i v sadech, vinicích, plantážích i úplně mimo zemědělskou půdu, největší ekonomické dopady způsobuje rezistence vůči glyfosátu v systémech Roundup ready.
Plevele rezistentní vůči glyfosátu představují největší hrozbu pro dlouhodobou regulaci plevelů u hlavních plodin, protože tento herbicid se používá k regulaci plevelů s rezistencí vůči herbicidům s jinými mechanizmy účinku a již více než 30 let nebyl objeven nový mechanizmus účinku. Chemické společnosti reagovaly vývojem tzv. HT (herbicide tolerant crops) plodin odolných vůči herbicidům, které umožňují použití stávajících herbicidů novým způsobem. Nadměrné spoléhání se na tyto vlastnosti však bude mít za následek mnohonásobnou rezistenci plevelů.
Od uvedení na trh v roce 1974 byl glyfosát používán v mnoha částech světa pro neselektivní hubení plevelů před setím plodin. I přes trvalé používání na stejných polích, v těchto situacích je evidentních jen několik hlášení o vývoji populací plevelů rezistentních na glyfosát. Existují přinejmenším dva hlavní důvody, proč tomu tak je. Za prvé, glyfosát nepůsobí dlouhodobě v půdě, a proto vzniká při ošetření glyfosátem krátká, intenzivní selekce působící pouze na vzešlé rostliny. Vzhledem k tomu, že plevele během vegetačního období často vzchází nepravidelně, znamená to menší celkový selekční tlak než dlouhodobě působící herbicidy, které mohou selekci vyvíjet po několik měsíců vegetačního období.
Rezistentní plevele vůči glyfosátu
Rezistence vůči glyfosátu u plevelů byla poprvé hlášena u populace jílku tuhého (Lolium rigidum) v roce 1995 v Austrálii, na poli, kde nebyly pěstovány GM plodiny. Glyfosát byl na pole aplikován opakovaně po dobu více než 15 let. Přibližně 20leté zpoždění mezi zavedením glyfosátu a vznikem rezistence vůči glyfosátu naznačuje, že frekvence alel rezistence v populacích plevelů bude pravděpodobně extrémně nízká. Přibližně ve stejnou dobu jako se objevila tato první zpráva o rezistenci plevelů vůči glyfosátu, začalo výrazně stoupat používání herbicidních přípravků s touto účinnou látkou, a to z důvodů zavedení Roundup ready řepky olejky, sóji, bavlny a kukuřice. Od roku 2000 jsou postupně hlášeny plevele rezistentní vůči glyfosátu, které se vyvinuly v systémech RR plodin, kde opakované aplikace glyfosátu často představovaly jedinou taktiku regulace zaplevelení. Prvním popsaným rezistentním plevel v RR systémech je turanka kanadská (Conyza canadensis), kde se vyvinul rezistentní biotop po třech letech používání (2-3 aplikace herbicidu za pěstební sezonu). Selekční tlak na vznik glyfosátové rezistence je totiž pravděpodobně vyšší při aplikaci do plodiny, než při tzv. chemické podmítce kvůli časové dynamice klíčení plevelů. Nástup RR plodin snížil diverzifikaci používání ostatních herbicidů díky širokému spektru účinnosti na plevele.
Pozitivní je, že glyfosát aplikovaný PRE a postemergentně (POST) v RR plodinách byl důležitým nástrojem při omezování rychlosti selekce a šíření mnoha biotypů plevelů s vyvinutou rezistencí na jiné herbicidy, zejména ACCase a ALS inhibitory. Avšak nadměrné spoléhání se pouze na glyfosát k regulaci herbicidně rezistentních plevelů, přispělo k vývoji vícenásobné rezistence v populacích (tj. dvou nebo více mechanismů rezistence) v důsledku toku pylu nebo postupné selekce, jako je tomu u jílků (Lolium spp.) v Austrálii a Jižní Africe a u laskavce palmerova (Amaranthus palmeri) v bavlníkových polích na jihu Spojených států.
Rezistence plodin vůči glyfosátu
Genetická modifikace (GM) je oblast biotechnologie, která se zabývá manipulací s genetickým materiálem v živých organismech a umožňuje jim získat specifické vlastnosti. Genetická modifikace rostlin byla poprvé zaznamenána cca před 10 000 lety v jihozápadní Asii, kde lidé poprvé začali šlechtit rostliny pomocí umělého výběru a selektivního šlechtění.
Velmi důležitý byl objev dvojité šroubovicové struktury DNA a koncepce centrálního dogmatu transkripce DNA na RNA a následná translace na proteiny, kterou popsali Watson a Crick v roce 1954, následkem toho byla řada průlomových experimentů.) GMO organismus vytvořil v roce 1973 Herbert Boyer and Stanley Cohen, jednalo se o bakterie rezistentní vůči antibiotiku kanamycin. V zemědělství byl první GM plodinou tabák, odolný vůči antibiotikům úspěšně vytvořen v roce 1983 třemi nezávislými výzkumnými skupinami. V roce 1990 se Čína stala první zemí, která komercializovala GM tabák pro odolnost proti virům. Geneticky modifikované odrůdy tolerantní k glyfosátu byly komerčně uvedeny na trh v roce 1996 jako tzv. „Roundup Ready“ plodiny. Jednalo se o kukuřici, sóju a bavlník, do kterých byl vložen gen rezistence z bakterie Agrobacterium tumefaciens, která byla rezistentní vůči látce glyfosát. Farmáři rychle přijali tyto plodiny a učinili HT (herbicide – tolerant) plodiny nejrychleji přijatou technologií v historii zemědělství. Dnes existuje pět hlavních HT plodin: sója (Glycine max), kukuřice (Zea mays), bavlna (Gossypium hirsutum), řepka (Brassica napa) a cukrová řepa (Beta vulgaris). V současné době se portfolio GM plodin rozšířilo o další ovoce, zeleninu a obiloviny, jako je hlávkový salát, jahody, lilek, cukrová třtina, rýže, pšenice, mrkev atd. s plánovaným použitím ke zvýšení bioprodukce vakcín, živin v krmivech pro zvířata, stejně jako vlastnostem, které vedou k odolnosti vůči zasolení a suchu pro růst rostlin v nepříznivém podnebí a prostředí.
Více než polovina celosvětově používaného glyfosátu, 60 % z odhadovaných 9,4 miliard kg, se používá na HT plodiny. Od zavedení GMO plodin Roundup Ready vzrostlo celosvětově používání glyfosátu téměř 15krát, s tím souvisí i fakt, že plodiny rezistentní vůči glyfosátu představují více než 80% transgenních plodin pěstovaných ročně na celém světě. Dostupnost těchto plodin umožnila pěstitelům ve Spojených státech, Argentině a Brazílii přijmout bezorebné systémy zpracování půdy. Vynecháním orby však odstraníte mechanický nástroj pro hubení plevelů, a proto se snižuje rozmanitost regulace zaplevelení. Přijetí Roundup ready plodin často znamená výlučné spoléhání se pouze na účinnou látku glyfosát při regulaci zaplevelení v polích s bezorebným zpracováním půdy, a tedy minimální rozmanitost ve formě alternativních mechanických nebo herbicidních nástrojů pro regulaci plevelů. Kombinace masivního přijímání Roundup ready plodin na rozsáhlých plochách a téměř výlučné spoléhání se na glyfosát pro regulaci zaplevelení, každý rok na stejných polích představuje extrémně silný selekční tlak.
Nicméně přetrvávající obavy z možných potenciálních účinků geneticky modifikovaných organismů na zdraví a životní prostředí však omezily přijetí těchto semenných linií a potravinářských výrobků, zejména v Evropě a Japonsku.
Může být užívání glyfosátu udržitelné?
Hlavní poučení patrné z mnohaletého trvajícího celosvětového používání glyfosátu spočívá v tom, že tam, kde je zachována rozmanitost v systémech regulace plevelů (široké spektrum používaných herbicidů, nechemické metody, široké osevní postupy), může být regulace plevelů glyfosátem udržitelná. Je však více než jasné, že tam, kde je velmi intenzivní používání glyfosátu bez diverzity v regulaci, budou se vyvíjet rezistentní populace plevelů. Vývoj populací plevelů rezistentních ke glyfosátu je především hrozbou v oblastech, kde transgenní plodiny dominují krajině a kde je intenzivní selekční tlak bez rozmanitosti ve výběru herbicidů. Pokud budou současné postupy v těchto oblastech pokračovat, stanou se rezistentní plevele ještě větším problémem.
To, co konkrétně představuje „rozmanitost“, se bude lišit v závislosti na regionu, ekosystému, podnicích, ekonomice a mnoha dalších faktorech. Diverzita však zahrnuje rotaci herbicidů (s různými mechanismy účinku), jejich posloupnost v kombinaci silných dávek a použití neherbicidních nástrojů pro regulaci plevele. Regiony světa, které dosud nepřijaly GMO plodiny / nebo intenzivní používání glyfosátu, se mohou poučit ze zkušeností s RR plodinami v Americe. Tím, že se nebudeme spoléhat pouze na glyfosát a budeme udržovat určitou rozmanitost technik regulace plevelů, lze prodloužit dlouhodobou životnost glyfosátu.
Z hlediska spolehlivosti aplikací je však nutné upozornit, že při velmi silném zaplevelení převážně pcháčem rolním, je dávka herbicidu i vody na hranici spolehlivosti účinku herbicidu. Rostliny pcháče rolního se převážně vyskytují v tzv. hnízdech. Lodyhy vytvářejí velmi hustý porost, do kterého se herbicid dostane pouze na okraji tzv. hnízd. Většina lodyh tedy není zasažena a neuhyne. Proto lze doporučit tyto aplikace především při výskytu pýru plazivého, jednoletých plevelů, jako například svízel přítula a nižším až středním zaplevelení pcháčem rolním. Při vysokém zaplevelení by byla možnost pouze ve zvýšení dávky herbicidu a vody.
Podmínkou pro dosažení optimálního účinku je výskyt plevelných druhů s dostatečně vytvořenou listovou plochou, která zajistí dokonalý příjem účinné látky rostlinami. U vytrvalých plevelů (pýr plazivý, pcháč rolní aj.), je důležité, aby byl vytvořen dostatečný počet výhonů nebo listových růžic. U pýru výhony s 3 – 4 listy, u pcháče listové růžice s 6 – 8 listy.
Účinek těchto aplikací je vysoký za dostatku vláhy, kdy jednoleté plevele masově vzcházejí a vytrvalé plevelné druhy mohutně obrážejí. V období suchých period tyto aplikace však vykazují nedostatečné efekt, který je snížen etapovým vzcházením jednoletých plevelů a postupným rašením vytrvalých plevelů z podzemních orgánů (oddenky, kořenové výběžky).
Odpovídající náhrada glyfosátu v současné době není. Existuje celá řada látek, které mají podobný účinek, například kyselina pelargonová, případně Pyrafluen- ethyl. Tyto látky však nemají srovnatelný účinek, a především jejich použití je několikanásobně dražší.
Text: Jan Mikulka, Jakub Mikulka, Jan Štrobach
Foto: Jan Mikulka
