Fisiología Vegetal y Modo Accion Herbicidas
Fisiología Vegetal y Modo Accion Herbicidas
Fisiología Vegetal y Modo Accion Herbicidas
Definición de maleza:
Maíz voluntario (RR)
“una planta no deseada” en soya RR
Control de Maíz Voluntario en Soya Transgénica
Maleza perenne:
Latín: per “a través“ y annus “año“; planta que completa su ciclo reproductivo en mas
de un año
Maleza anual
Maleza perenne
Amaranthus spp 98 14
Proporción de emergencia
4.0
(% del banco de semilla)
Poa annua 89 1
0.0
6.0
Portulaca spp 28 2
Chenopodium
(Semilla pequeña)
Perdida por año (%)
3.0 Especie Cultivado No cultivado
Chenopodium spp 31 8
0.0 Poa annua 26 22
Abutilon Stellaria media 54 32
4.0 (semilla grande)
B
D
C
Ejemplos de propágulos
vegetativos
(A) Rizomas: Sorghum halepense
(B) Estolones: Trifolium repens
(C) Túberos: Cyperus esculentus
(D) Bulbos: Allium vineale
(E) Raíces laterales: Ampelamus albidus
Dominancia Apical en Malezas Perennes
Propagación asexual
Importancia de la Alelopatía en Malezas
¿Que es alelopatía?
“…fenómeno biológico donde un organismo produce uno o más
compuestos bioquímicos que influyen en el crecimiento,
supervivencia o reproducción de otros organismos...”
● El fenómeno biológico puede ser estimulatorio o detrimento
● A nivel de campo, es difícil cuantificar el impacto de la alelopatía
● En plantas superiores, los “aleloquímicos” más importantes son los
monoterpenos que están presentes en malezas y cultivos
Monocotiledónea
Dicotiledónea
Coleóptilo
Radícula
Mesocotilo
Raíces
Seminales
Emergencia de Dicotiledóneas – Soya
Primera
Hoja
Epicotíleo
Cotiledón
Hipocotíleo
Hojas
Dicotiledóneas:
● Hojas poseen diversos tipo de de nervaduras,
venas laterales y vena central
● Poseen varios tipos de hora y formas
● Algunas horas son modificadas para una
función especifica (brácteas son hojas
modificadas con carotenoides)
Monocotiledóneas:
● Hojas con nervaduras pronunciadas y
paralelas a la vena central
● Generalmente en forma alargada (acicular o
en “forma de espada”)
● Raramente con funciones específicas
Diferencias entre Monocotiledóneas y Dicotiledóneas
Flores
Dicotiledóneas:
● Flores compuestas – poseen pétalos,
brácteas, estructuras reproductivas
● Diversidad en colores, formas, estructuras, y en
algunos casos simbiosis
● Evolutivamente más avanzadas
Monocotiledóneas:
● Flores simples sin pétalos
● Poseen brácteas y estructuras reproductivas
● Generalmente en panículas (racimos)
● Evolutivamente menos avanzadas
Diferencias entre Monocotiledóneas y Dicotiledóneas
Raíces
Dicotiledóneas:
● Poseen raíz primaria y secundaria
● El xilema se encuentra en el centro de la raíz, y el
floema afuera del xilema
● Generalmente robusta, con raíz pivotante
● Capacidad de extraer agua de perfiles profundos
Monocotiledóneas:
● Solamente raíz primaria
● Sistema vascular organizado en forma circular
● Raíz fibrosa, sin raíz pivotante
● Extraen aguan de perfiles más superficiales
Exploración radicular de
B. ruziziensis en sistema
Santa Fe
Diferencias entre Monocotiledóneas y Dicotiledóneas
Epidermis Córtex Epidermis Córtex
Endodermis
Endodermis
Floema
Periciclo Floema
Xilema Xilema
Periciclo
Células de parénquima
Epidermis Epidermis
Cilindro Cilindro
vascular vascular
Endodermis Floema
Floema Endodermis
Xilema
Periciclo Periciclo Células de
parénquima
Existen ejemplos de
monocotiledóneas y
dicotiledóneas que producen
rizomas y estolones
Sorghum halepense
Clasificación General de Malezas
• Muy competitiva • Importancia global • Importancia • Transmisión nematodos • Pocas opciones de control • Resistencia a herbicidas
• Prolífica (semilla) • muy
globalcompetitiva • Pocas opciones de control • Pocas opciones de control • Muy competitiva • Importancia global
• Resistencia a herbicidas • Resistencia a herbicidas • Muy • Resistencia a herbicidas • Control químico limitado • Muy competitiva
competitiva
Hoja ancha anuales: fácil control Hoja ancha perennes: difícil control
Amaranthus Euphorbia Conyza Polygonum Ipomoea Commelina
Dicotiledóneas
C3 C4
Sistema Fotosintético: Excepciones a la Regla
Rotylenchulus reniformis
Q2 Q3 Q4 Q1 Q2
Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun
Cosecha
AR Barbecho
Crecimiento
(tierra sin cultivar) Siembra
Cereal de invierno
Endemismo
Especies de Malezas Endémicas de Galápagos, Ecuador
“… endémico o nativo, se refiere una especie originaria
de un área geográfica especifica…”
● Las especies endémicas poseen enemigos naturales, los cuales
generalmente las mantienen en un balance ecológico
● Sin embargo, algunas especies endémicas pueden ser
altamente competitivas y problemáticas en sistemas agrícolas
~500
~700 Especies Especies Nativas
Especies Introducidas
Especies
Especies Introducidas versus Especies Invasoras
Especies Introducida
● No son nativas o endémicas
● Experimentan un proceso de adaptación al ambiente local
● Posible desplazamiento de especies endémicas, adaptación a nichos
de poca competitividad
● Considerada parte del proceso de evolución de especies
● Puede poseer enemigos naturales
Especies Invasora
● No son nativas o endémicas
● Competitiva, generalmente alta tasa de reproducción y buena
adaptación el ambiente local
● Crea disturbio significativo del ecosistema
● Característica invasora es por falta de enemigos naturales
● Discusión si es parte del proceso de evolución de especies
Especies de Malezas Introducidas a Galápagos, Ecuador
Labranza convencional
Malezas que Emergen POST–temprana
POST
POST–T POST
Digitaria sanguinalis de varios tamaños
POST Eleusine
indica fuera
de rango
de
aplicación,
planta con
varias
macollas
Malezas que Emergen a la Cosecha
Control mecánico:
● Utiliza métodos físicos para la remoción de las malezas
● Antes de los 1940s, descubrimiento de agroquímicos, la mayoría del
control de malezas era mecánico
● Incluye remoción manual o con machete / azadón
● Implementos mecánicos como arados y rastras
Estrategias para el Control de Malezas
Control biológico:
● Utiliza organismos vivos para la supresión de las malezas
● Comúnmente se utilizan hongos, bacterias y virus que son
específicos a una especie de maleza
● Pocos ejemplos de éxito comercial; limitantes en la viabilidad y
forma de aplicar el patógeno así como su especificidad
Control químico:
● Utiliza agentes químicos para la supresión de las malezas
● Primer ejemplo en 1940 con el descubrimiento de 2,4–D; parte del
éxito en la Revolución Verde
● Muy eficaz, actualmente la forma más común y muchas veces más
económica de controlar malezas
● Anualmente, se venden 35 billones de dólares en agroquímicos
Ventas Mundiales de Agroquímicos por Año – 1960–1999
Herbicidas
Billones de Dólares ($)
Insecticidas
Fungicidas
Otros
Años
Manejo Integrado de Malezas (MIM)
2 3
1 4
6 5
Control Cultural – Fecha y Densidad de Siembra
Planting Date - % Maximum Yield
9 Locations: Iowa (2006)
100
90
% Maximum Yield
80
70
R² = 0.573
60
31-Mar 10-Apr 20-Apr 30-Apr 10-May 20-May 30-May
34.5
50,000 100
34 plantas / ha
Average Row Spacing (inches)
33.5 95
33
90
% Yield
32.5
Illinois
32 85
Iowa
31.5
80
31
40000
Fuente: Yasin, M. et al. 2017. The Effect of Reduced Light Intensity on Grass Weeds. Weed Science 65(5)
<https://doi.org/10.1017/wsc.2017.17>
Control Cultural – Oscuridad + Alelopatía
Fuente: Harrison, H.F. and Peterson, J.K. 1991. Evidence That Sweet Potato (Ipomoea batatas) is Allelopathic to
Yellow Nutsedge (Cyperus esculentus). Weed Science. 39(2):308–312
Control Cultural – Cultivos de Cobertura
Finca Roble, Costa Rica
60% del área en producción
“… el biólogo más famoso, será aquel que invente la forma de evitar la producción
de semillas por las malezas…”
Fuente: Targeting Weed Seeds In–Crop: A New Weed Control Paradigm for Global Agriculture. Weed Technology
27(3):431–436. 2013
Control Cultural – Destructor de Semillas “Harrington”
¿Sembrar de Norte a Sur o Este a Oeste?
Fuente: Frenkel, E. et al. 2017. Effects of Environmental Conditions on the Fitness Penalty in Herbicide Resistant
Brachypodium hybridum. Front. Plant Sci. 3(8)94–100
Control Cultural – Pena Fisiológica (Mutación en α-Tubulina)
Mutante 243-Lys
Fuente: Chua, Z. 2018. Novel α-Tubulin Mutations Conferring Resistance to Dinitroaniline Herbicides in Lolium
rigidum. Front. Plant Sci.
Control Mecánico – Ejemplos
Neochetina eichhorniae
Control Biológico – Bioherbicidas
Historia:
● Aparecieron en USA al comiendo de
los 80’s
● Productos comerciales: Devine®,
Collego® y Biomal®
● Devine®, desarrollado por Abbot Laboratories, fue el primer
micoherbicida (Phytophthora palmivora Butl.); parasito
facultativo de la maleza Morrenia odorata Lindl.
Definición:
● Baja adopción y conocimiento por agricultores/productores
● Baja disponibilidad y vida de almacenamiento
Oportunidades:
● Poca inversión en R&D y avances en MIP
● Crecimiento de control biológico en tratamiento de semilla
Retos:
●
Bioherbicidas – Collego® (Colletotrichum gloeosporioides)
Bioherbicidas – Collego® (Colletotrichum gloeosporioides)
Fuente: Hoagland, R.E. 2018. Interaction of the Bioherbicide Myrothecium verrucaria and Glyphosate on
Glyphosate-Susceptible and -Resistant Palmer Amaranth. American Journal of Plant Sciences. 9(11):14pp
Bioherbicidas – Beneficios, Limitantes, Potencial
Conductores:
● Demanda por productos orgánicos
● Trazas en alimentos; carga química (certificaciones)
● Nuevos modos de acción; manejo de resistencia
Limitantes:
● Baja adopción y conocimiento por
agricultores/productores
● Baja disponibilidad y vida de almacenamiento
● Reproducción de organismos vivos
Oportunidades:
● Poca inversión en R&D y avances en MIP
● Crecimiento de control biológico en tratamiento de
semilla
Retos:
● Requerimiento de nueva tecnología y destrezas
Herbicidas Orgánicos para el Uso a Baja Escala
Conductores:
● Demanda por productos orgánicos
● Trazas en alimentos; carga química (certificaciones)
● Nuevos modos de acción; manejo de resistencia
Especificaciones:
● Aprobación en agricultura orgánica (e.g. USDA
Organic P.)
● Incluidos en lista NOP® (National Organic Program), OMRI®
(Organic Materials Review Institute) y/o registro en WSDA
● Registro y aprobación de la EPA y FDA
● Productos generalmente de amplio especto, POST
● Algunos crean un efecto adverso al ambiente (e.g. ácidos)
● Generalmente corto período entre aplicación y siembra
● Seguros para aplicaciones en jardines (e.g. mascotas)
Herbicidas Orgánicos para el Uso a Baja Escala
Ejemplos:
● Ácidos: vinagre (ácido acético), ácido cítrico, pelargónico
● Aceites: aceite de clavo, hidrocarburos (Diesel), solventes
● Ácidos grasos: jabones, surfactantes, diluyentes (thinner)
● Extractos de plantas: extractos con solventes (D–limonene)
Avenger® (D-limonene)
CH3
H2 C CH3
Fuente: Sun, J. 2007. D-Limonene: safety and clinical applications. Altern Med Rev. 12(3):259–264
Herbicidas Orgánicos para el control de Poa annua L.
1515 DDA
DDA
Ácido acético
Glifosato (5%),
350 SL
(1%NaCl,
v/v)
Detergente (4:2:1)
(62% v/v)
Fuente: Lazy Gardening. 2013. SMACKDOWN: Vinegar vs Glyphosate for Week Killing.
<http://lazygardens.blogspot.com/2013/04/smackdown-vinegar-vs-glyphosate-for.html>
Algunas Moléculas Orgánicas con Actividad Herbicidas
Especie Binomial Molécula MOA
Planta Sorghum bicolor Sorgoleone PSII y ATPasa
Hongo Paecilomyces variotii Cornexistin Desconocido
Bacteria Stigmatella aurantica Stigmatellin PSII
Planta Leptospermum scoparium Leptospermone HPPD
Planta Juglans spp. Juglone H+–ATPasa
Planta Quassia africana Simalikalactone D NADH oxidase
Planta Pelargonium spp. Acido pelargónico Cutícula
Bacteria Streptomyces hygroscopicus Hydantocidin AOS sintasa
Planta Cymbopogon citratus Citral Microtúbulos
Bacteria Streptomyces scabies Thaxtomin Celulosa
Bacteria Pseudomonas syringae Phosphinothricin GS
Hongo Phoma betae Aphidicolin ADN Polimerasa
Planta Mimosa pudica Mimosine Ribonucleotido
Bacteria Streptomyces spp. Lactacystin Proteasoma
Fuente: Dayan, F.E. and Duke, S.O. 2014. Natural Compounds as Next-Generation Herbicides. Plant Physiol.
166(3):1090–1105
Herbicidas Orgánicos – Inhibición de Aminoácidos
5-methyl-Trp
Gostatin
TCA
Rhizobitoxine
Phosphinothricin
Phaseolotoxin
Fuente: Dayan, F.E. and Duke, S.O. 2014. Natural Compounds as Next-Generation Herbicides. Plant Physiol.
166(3):1090–1105
Herbicidas Orgánicos – Inhibición de CHL y Carotenoides
Fosmidomycin
Gabaculine
Cinmethylin
Cyperin
Leptospermone
Fuente: Dayan, F.E. and Duke, S.O. 2014. Natural Compounds as Next-Generation Herbicides. Plant Physiol.
166(3):1090–1105
Herbicidas Orgánicos – Inhibición de Ácidos Grasos
Thiolactomycin
Cyperin Fumonisins
Fuente: Dayan, F.E. and Duke, S.O. 2014. Natural Compounds as Next-Generation Herbicides. Plant Physiol.
166(3):1090–1105
Herbicidas Orgánicos – Función de Membranas Celulares
Fusicoccin Sorgoleone
y Juglone
Syringomycin
Cercosporin
Fuente: Dayan, F.E. and Duke, S.O. 2014. Natural Compounds as Next-Generation Herbicides. Plant Physiol.
166(3):1090–1105
Cornexistin – Fitotoxina del Hongo Paecilomyces variotii
O OH
● Especies anuales en POST
H CH3
● Monocotiledóneas y dicotiledóneas
HO
● Selectividad a maíz
H3C
H ● Dosis de ampliación 1,000 g ai/ha
O
O
O ● Baja persistencia en el ambiente
Especie 1000 ppm 500 ppm 100 ppm
Echinochloa crus-galli 95 97 31
Digitaria sanguinalis 96 99 84
Setaria viridis 99 100 100
Sorghum halepense 100 96 96
Solanum nigrum 97 95 98
Xanthium strumarium 96 98 99
Ambrosia spp. 95 97 95
Ipomoea purpurea 97 98 89
Abutilon theophrasti 100 100 97
Fuente: Nakajima, M. et al. 1991. Cornexistin: a new fungal metabolite with herbicidal activity. The Journal of
Antibiotics. DOI:10.7164/antibiotics.44.1065
Hydantocidin – Fitotoxina de Streptomyces hygroscopicus
O ● Especies anuales y perennes, POST
HO O
N H
● Monocotiledóneas y dicotiledóneas
● No es selectivo
N
HO O ● Dosis de ampliación 750 g ia/ha
OH H
● Baja persistencia en el ambiente
Hydantocidin
750 g/ha
Hydantocidin
750 g/ha
Glufosinate
600 g/ha
Glyphosate
840 g/ha
Fuente: Nakajima, M. et al. 1991. Hydantocidin: a new compound with herbicidal activity from Streptomyces
hygroscopicus. J. Antibiot. (Tokyo). 44(3):293–300
Phosphinothricin – Fitotoxina de Pseudomonas syringae
● Amplio espectro de especies anuales y perennes, POST
● No es selectivo y aplicado a 600 g ia/ha; baja persistencia
CH3 O Hidrólisis por O NH2 O NH2
OH
HO NH2 NH peptidasa (EC 3.4.15)
P CH3 HO CH3
HO CH3
O NH O
CH3 O L–alanina
D–alanina
Bialaphos NH2
NH3
+
–
N
– O
N O
O
OH CH3
N
O P O
P
N
OH O
HO O P OH
O Phosphinothricin
O
O OH O
CH3
NH NH
H3C S O P O
O O CH3 OH Inhibición
competitiva
CH3
O NH
HO
X
HO
P
CH3 Phosphinothricin Glutamine sintasa
acetyltransferase (GS) (EC 6.3.1.2)
O O
(EC 2.3.1.183) (BAR)
L–N–acetylphosphinothricin
Fuente: Hoerlein, G. 1994. Glufosinate (phosphinothricin), a natural amino acid with unexpected herbicidal
properties. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 138:73–145
El Gen BAR es Utilizado como Marcador en Transformaciones
Liberty® 280 SL
(656 g ia/ha)
Fuente: FieldCrop News. 2015. Herbicide Injury Scenarios in Soybean – 2015 Ridgetown Diagnostic Days.
Copyright © 2018 Ontario Ministry of Agriculture. <http://fieldcropnews.com/>
Control Químico
Estrategias de Control
● El objetivo de una estrategia de control es suprimir las plantas
indeseables, en el tiempo adecuado y de forma económica
● Control cultural: Utiliza métodos y prácticas de producción que
incrementan la capacidad competitiva del cultivo versus la
maleza, por ejemplo la modificación de densidad de siembra
● Control mecánico: Incluye remoción física de la maleza, esta
puede ser manual o mecánica
● Control biológico: Utiliza organismos vivos para la supresión de
las malezas, existen pocos ejemplos de éxito comercial debido a la
especificidad de los agentes biológicos
● Control químico: Utiliza agentes químicos para la supresión de las
malezas, es una industria altamente rentable que representa
aproximadamente 35 billones de dólares anuales
● El manejo Integrado de Malezas (MIM) promueve un sistema
sostenible para el manejo de malezas
Control Temprano de Malezas
Ames, Iowa
Ames, Iowa
Porcentaje de perdida
en el rendimiento
CTM
el mayor potencial de
reducir el rendimiento
Proporción de
emergencia de
malezas
Tiempo
Control Temprano de Malezas – Un Seguro
Foto 5/23/16
Foto 5/31/16
Halex GT, Minnesota 2011
Halex GT
CLASSIFICATION: FOR INTERNAL USE ONLY
Control Temprano de Malezas – Un Seguro (son Números)
40 DDA
Perdida de Rendimiento por Competencia de Malezas
Pérdida de rendimiento
típica, asociada con la
competencia de malezas en
sistemas comerciales de
producción
Hilera de 40 cm
60
Hilera de 75 cm
50
sin Competencia
40
30
20
10
0
V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 R1 R2
R3row spacing and weed emergence time influence weed competitiveness
Fuente: Hock, S. M. et al. 2006. Soybean
and competitive indices. Weed Science 54(1):38–46
Competencia de Maleza–Cultivo
Fluorescencia
del Mesófilo
Absorción Fotosíntesis
Calor
Transmitancia
Interacción de la Radiación Solar y la Hoja
Fluorescencia
del Mesófilo
Epidermis
Mesófilo
Epidermis
50
Planta estresada
40
Fluorescencia (%)
30 Planta saludable
20
10
0
Visible 700 Emisión rojo–lejano
400 1,000
Longitud de onda (nm)
¿Cuál es la Relevancia de
Luz Infrarroja y el
Manejo de Malezas?
Absorción y Reflectancia de Luz por las Plantas
● La clorofila en las hojas absorbe luz azul (465 nm) y roja (665 nm):
La energía no
absorbida es
reflejada al
ambiente en forma
de rojo–lejano (673
nm a 726 nm)
Percepción de Radiación Rojo–Lejano por las Plantas
Fitocromo
● En adición a la clorofila, existen otros pigmentos con la capacidad de
absorber diferentes longitudes de onda – fotoreceptores
● El fitocromo posee una estructura similar a la clorofila
● En la forma inactiva y estable, absorbe a un máximo de 660 nm; en la
activa e inestable, su maxima absorción es de 730 nm
● La activación del fitocromo estimula la síntesis de giberelinas, esta
fitohormonas son responsables por la elongación celular
Fitocromo Clorofila
Activación de Giberelinas por el Fitocromo
660 nm Activación
Fitocromo Fitocromo de genes
inactivo activo que sintetizan
730 nm
giberelinas
Elongación
de tallos y
entrenudos
Giberelinas
Radiación Rojo–Lejano y el Efecto en Plantas
● Las malezas
● No existe
reflexión de luz reflejan luz rojo–
● La planta no lejano
● El maíz percibe luz
percibe luz rojo–
lejano rojo–lejano
● Crecimiento ● Activa la
normal de la producción de
planta de maíz giberelinas y
elongación celular
84 trabajos
9.
2
Toneladas / ha
9. 9.10 + 5%
9 5
1
8.
9
8.
8 8.69
8. 3
8.
6
7
8.
8.
5 POST–T (2 Hojas) POST (6-8Hojas)
POST (6+8
4 POST-T (2
hojas)
El control temprano de malezas (CTDM), protege y ayuda
a maximizar rendimiento potencial del cultivo
Punto Inicial de Pérdida de Rendimiento
Pérdida de
rendimiento
Punto inicial de
pérdida de
rendimiento
Impacto de la maleza en la agricultura – Competencia
Ames, Iowa