Variabilidade da tolerância à submersão em Echinochloa crus-galli e implicações para o seu controle

Abstract

O capim-arroz (Echinochloa crus-galli) é uma das principais espécies de plantas daninhas na lavoura de arroz. A evolução da resistência a herbicidas e da tolerância à submersão torna seu controle mais complexo. Os objetivos deste estudo são determinar o efeito da altura e do momento da entrada da lâmina de água, em interação com herbicidas pré-emergentes, no controle de capim-arroz com diferentes níveis de tolerância à submersão e padrões de resistência a herbicidas, e identificar genes potencialmente envolvidos na regulação da tolerância à submersão. Biótipos de capim-arroz tolerantes, moderadamente tolerantes e sensíveis à submersão foram selecionados com base em experimentos de curva lâmina-resposta conduzidos em casa de vegetação. Após, foi avaliada a expressão relativa de genes envolvidos nos processos de respiração anaeróbica e metabolismo de carboidratos, potencialmente ligados com a tolerância à submersão. Finalmente, foi realizado um experimento de campo para avaliar a interação de altura de lâmina, época de entrada de água e aplicação de herbicidas sobre biótipos com diferentes tolerâncias à submersão e mecanismos de resistência a herbicidas. As lâminas de água de 0, 7,5 e 12,5 cm foram selecionadas para o diagnóstico da tolerância à submersão e a variável altura de plantas como indicadora. A lâmina de 7,5 cm reduz, em média, 26,82% da altura de plantas após 28 dias sob condição de submersão. A partir do efeito dessas lâminas de água foram selecionados os biótipos com diferentes níveis de tolerâncias à submersão. Dos 45 biótipos avaliados, 43 superaram a lâmina de 7,5 cm e quatro tiveram a capacidade de superar a lâmina de 12,5 cm. A expressão relativa dos genes ADH1, ADH2, PDC1, ALDH e SUS3 foi de 8 a 16 vezes maior para o biótipo tolerante MOST-51 em relação ao sensível, indicando similar importância destes genes em relação a cultura do arroz. No estudo de campo, a antecipação da irrigação para o estádio V2 resultou em aumentos de eficiência de controle que variaram de 0,6 a 55,6% para todos os biótipos avaliados, incluindo os que apresentavam resistência a herbicidas. Além disso, sem aplicação de herbicidas, a entrada de água em V2 reduziu o número de plantas do biótipo sensível de 14,4 para 1,25. A altura de plantas pode ser utilizada para discriminar biótipos em relação à tolerância à submersão e à expressão de genes responsáveis pelo metabolismo anaeróbico durante o crescimento inicial. O momento de entrada de água é mais importante que a altura da lâmina de água para o controle de capim-arroz. A antecipação da entrada de água na lavoura de arroz complementa o efeito dos herbicidas para o controle de biótipos de capim-arroz.

Barnyardgrass (Echinochloa crus-galli) is one of the most problematic weed species in paddy fields. The evolution of herbicide resistance and tolerance to submersion increases the difficulties for controlling this specie. The objectives of this study are to determine the effect of water depth and irrigation regime in interaction with pre-emergent herbicides on barnyardgrass control with different levels of submersion tolerance and herbicide resistance patterns, and to identify putative genes involved in the regulation of submersion tolerance. Tolerant, moderately tolerant and submersion-sensitive barnyardgrass biotypes were identified based on water depth-response curve experiments conducted twice in greenhouse. Afterwards, the relative expression of genes related with the processes of anaerobic respiration and carbohydrate metabolism, linked to submersion tolerance, was evaluated. A field experiment was carried out to evaluate the interaction of water depth, irrigation regime and herbicide application on biotypes with different submersion tolerances and herbicide resistance mechanisms. Water depths of 0, 7.5 and 12.5 cm were selected for the diagnosis of submersion tolerance and plant height as an indicator. The 7.5 cm depth reduces an average of 26.82% of plant height after 28 days under submersion condition. Based on the effect of these water depths, biotypes with different levels of flooding tolerance were selected. Out of the 45 biotypes evaluated, 43 and four overcame the water depths of 7.5 and 12.5 cm, respectively. The relative expression of ADH1, ADH2, PDC1, ALDH and SUS3 genes was 8 to 16 times higher for the tolerant MOST-51 biotype than for the sensitive one, indicating a similar importance of these genes in relation to the rice crop. In the field study, the anticipation of irrigation to the V2 stage resulted in an increase up to 55.6% in the control of all biotypes evaluated, in comparison with irrigation at V4, including those that were resistant to herbicides. In addition, without herbicide application, the irrigation starting at V2 reduced the number of barnyardgrass plants of the susceptible biotype from 14.4 to 1.25. Plant height can be used to discriminate biotypes in relation to submersion tolerance and expression of genes responsible for anaerobic metabolism during early plant growth. The irrigation regime is more important than the height of the water depth for barnyardgrass control. The anticipation of the entry of water in the rice crop complements the effect of herbicides for the control of barnyardgrass biotypes.