Các nhà khoa học xác định các yếu tố thúc đẩy sự tiến hóa của kháng thuốc diệt cỏ

Các nhà khoa học thuộc Đại học Sheffield đã xác định được các yếu tố thúc đẩy sự tiến hóa của tính chống chịu thuốc diệt cỏ ở cây trồng - một thứ có thể ảnh hưởng đến y học cũng như nông nghiệp.

Các hóa chất Xenobiotic (chất lạ sinh học), như thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu và kháng sinh, được sử dụng trong cả nông nghiệp và y tế để quản lý dịch hại và bệnh tật. Tuy nhiên, tính kháng thuốc đã phát triển đối với tất cả các nhóm chất này, làm cho chúng không có hiệu quả cùng với hậu quả nghiêm trọng cho sản xuất cây trồng và sức khỏe con người.

Nghiên cứu mới đây do các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Khoa học Động vật và Thực vật của Đại học Sheffield, phối hợp với Viện Nghiên cứu Rothamsted và Học viện Động vật học, Hiệp hội động vật London đưa ra một cái nhìn sâu sắc về cách chúng ta có thể học quản lý hệ thống nông nghiệp trong quá khứ để giảm khả năng kháng thuốc tiến triển trong tương lai.

Các chiến lược hiện tại để quản lý sự kháng thuốc xoay quanh việc đa dạng hóa quản lý và phạm vi của các hóa chất được sử dụng. Các kỹ thuật tương tự đã được đề xuất trong y học và nông nghiệp nhưng vẫn chưa có sự thống nhất về phương pháp tiếp cận tốt nhất.

Trong nghiên cứu mới được công bố trong tạp chí Nature Ecology and Evolution, các nhà nghiên cứu đã khảo sát sự tiến triển của tính kháng thuốc diệt cỏ trong cây cỏ đen (Alopecurus myosuroides) ở Anh. Loài cỏ này đã trở nên phổ biến đến 88 phần trăm trong số 24.824 quadrats (những ô vuông nhỏ được chọn ngẫu nhiên như các mẫu để đánh giá sự phân bố thực vật và động vật ở địa phương được giám sát bởi các nhà nghiên cứu). Cỏ đã lan rộng ra phía bắc trong những năm gần đây và các nhà khoa học đã tìm thấy cỏ dại ở những nơi mà nó đã không được tìm thấy trong những thập kỷ trước.

Tác giả chính của nghiên cứu là Giáo sư Rob Freckleton, Giáo sư Sinh học Quần thể (Population Biology) của Đại học Sheffield, cho biết: “Yếu tố thúc đẩy cho sự lây lan này là tính kháng thuốc trừ cỏ: chúng tôi phát hiện ra rằng cỏ dại ở những cánh đồng có mật độ cỏ cao hơn có khả năng kháng thuốc diệt cỏ tốt hơn”.

“Một khi tính kháng đã phát triển, nó dường như không biến mất: hai năm sau, những cánh đồng có mật độ cao vẫn có mật độ cao, mặc dù nông dân sử dụng một loạt các kỹ thuật quản lý khác nhau”.

“Chúng tôi ước tính rằng chi phí kinh tế của việc này rất cao: chi phí quản lý cỏ dại đã tăng gấp đôi do hậu quả của sự tăng khả năng kháng thuốc”.

Nghiên cứu cung cấp những hiểu biết quan trọng về đa dạng hóa quản lý được đề xuất như là một kỹ thuật có thể để giảm sự tiến hóa của tính kháng thuốc. Nghiên cứu cho thấy chỉ có một cách để giảm tính kháng thuốc đó là khi nông dân giảm sử dụng chất diệt cỏ. Nếu họ tiếp tục sử dụng cùng mức độ chất diệt cỏ hoặc thậm chí tăng lượng dùng, thì kỹ thuật quản lý sẽ không có hiệu quả.

Những phát hiện mới cho thấy khối lượng và sự đa dạng của các sản phẩm diệt cỏ có liên quan đến nhau. Giáo sư Freckleton nói: “Kết quả rất đơn giản: những trang trại sử dụng càng nhiều chất diệt cỏ thì cây cỏ ở đó càng có sức đề kháng cao. Ngoài ra, chúng tôi đã tìm thấy ít bằng chứng về vai trò của bất kỳ kỹ thuật quản lý khác: không có sự đa dạng hóa các hoá chất được sử dụng (chẳng hạn như người nông dân sử dụng nhiều loại thuốc diệt cỏ hay chỉ một) hoặc sự đa dạng các loại cây trồng quan trọng, dù cả hai được xem như biện pháp để giảm sự tiến hóa của tính kháng thuốc”.

Ông nói thêm: “Các kỹ thuật mới như nông nghiệp chính xác (PA) cung cấp khả năng ứng dụng hóa chất mục tiêu: ví dụ robot có thể phun chính xác liều thuốc diệt cỏ ở mức độ của từng cây. Trong thời gian chờ đợi, kết quả thu được cho thấy một nguyên tắc đơn giản: càng sử dụng nhiều chất diệt cỏ sẽ cho khả năng kháng thuốc càng cao”.

Nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả khi không có hóa chất, sự lựa chọn hướng từ việc sử dụng lặp lại của cùng một biện pháp quản lý sẽ dẫn đến sự tiến hóa của tính kháng thuốc. Điều này làm nổi bật sự cần thiết phải thiết kế một hệ thống quản lý trong đó dự kiến tiến hóa. Ngoài việc tập trung vào mật độ và năng suất, cần phải đánh giá cao sự đề kháng.

Giáo sư Freckleton cho biết: “Trong một ví dụ về sự tiến hoá hội tụ, một loại hình sinh thái của cây cỏ vây barnyardgrass (Eichochloa crus-galli var oryzicola L.) không thể phân biệt được với lúa thuần chủng (Oryza sativa L.). Barnyardgrass là một loại cỏ dại làm giảm năng suất của gạo, do đó, khi nông dân thấy cỏ dại, họ sẽ nhổ bỏ chúng ra. Hành vi này đã được lựa chọn cho cỏ dại và chúng bắt chước cây trồng, cây cỏ dại tiến hóa để trông giống cây lúa và không bị nhổ bỏ. Điều này gọi là tiến hóa kháng cự: khi chúng ta quản lý hệ thống tự nhiên một cách có chọn lọc, sự tiến hóa là không thể tránh khỏi”.