| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Phytochemical responses to herbicide exposure and effects on herbivorous insects

Sammenfattende artikel

Baggrund

Det er velkendt, at indholdet af sekundære planteindholdsstoffer spiller en afgørende rolle for, om en plante angribes af insekter. Stofferne kan påvirke insekters adfærd og kan ligeledes påvirke insekters vækst og formering, oftest i negativ retning på grund af giftvirkning. Hvis indholdet af sekundære plantestoffer ændres, for eksempel som følge af herbicidpåvirkning, kan der derfor ske betydelige ændringer i samspillet mellem herbivore insekter og deres værtplanter. Ændringerne kan favorisere planten eller insektet afhængigt af, om det er indholdet af hæmmende eller stimulerende stoffer, der ændres, og afhængigt af, om der sker en stigning eller en reduktion af indholdet.

Hvis herbicider har en effekt på planters kemiske forsvar, kan det have stor betydning. For afgrødeplanter vil en øget koncentration af planteforsvarsstoffer kunne reducere behovet for insekticidsprøjtninger, hvorimod en reduceret mængde forsvarsstoffer kan øge behovet for insekticid behandling. På udyrkede arealer kan ændringer i planternes kemi påvirke artssammensætningen via ændringer i enkelte arters trivsel og dermed grundlaget for herbivorerne.

Undersøgelser har vist, at sulfonylurea-herbicider (også kaldet minimidler) kan påvirke herbivore insekter negativt. Pileurtsbladbillens larver havde en forringet overlevelse, når værtplanterne havde været eksponeret for minimidlet chlorsulfuron. Den forringede overlevelse var afhængig af herbiciddosis og af herbivortæthed. Det er projektets hovedhypotese, at ændringer i planteindholdsstoffer er drivkraften bag den forøgede dødelighed. Det er endvidere vores forventning, at de fenoliske stoffer er vigtige i denne sammenhæng.

Formål

I projektet undersøgtes de fenoliske stoffers rolle i interaktionen mellem snerle-pileurt, pileurtsbladbillen og ukrudtsmidlet chlorsulfuron. Målet var at identificere og kvantificere de fenoliske stoffer der forekommer i høje koncentrationer i bladene af snerle-pileurt og/eller respondere på herbivori og behandling med ukrudtsmidlet chlorsulfuron. Der blev opstillet forsøg for at beskrive effekten af en række ukrudtssprøjtemidler samt en række biotiske og abiotiske faktorer på de kvantitativt mest betydende fenoler i snerle-pileurt. Nærværende projekt undersøgte endvidere effekten af behandling med minimidler i lave doser på tre plante – herbivor-systemer.

Undersøgelser

Der blev isoleret seks fenoliske stoffer fra bladene af snerle-pileurt, 3-O-E-caffeoylquinonsyre (neochlorogen syre)(1), 1-O-E-caffeoyl-beta-D-glucose (2), 3-O-E-p-coumaroyl-beta-D-glucose (3), caffeoyl-tartronsyre (4), caffeoyl-meso-tartronsyre (5), quercetin-3-O-beta-D-glucuronide (6) (Figur 2.1). Stof 3 blev isoleret fra blade behandlet med ukrudtsmidlet chlorsulfuron samt i feltplanter. De øvrige hovedkomponeneter blev fundet både i behandlede og ubehandlede planter. Stofferne nummereret 1, 2, 4 og 5 er estere af kaffesyre, mens stof nummer 3 er en coumarin-syre-ester, og stof 6 er et flavonoid.

Otte ukrudtsmidler med seks forskellige virkemåder blev testet for deres effekt på koncentrationen af de seks fenoliske planteindholdsstoffer. Alle de testede ukrudtsmidler inducerede en reduktion i indholdet af stofferne 1, 4 og 6 i de øverste blade (Tabel 3.2). Denne respons kan være et mere generelt stress fænomen. Indholdet af stof 2 steg i blade placeret i bunden eller midt på planten, hvis planterne var blevet behandlet med de to minimidler metsulfuron og chlorsulfuron. Der var ingen signifikante effekter i topbladene. Koncentrationen af stof 3 steg kun i de nederste og i de midterste blade af planter behandlet med minimidler. Koncentrationen var upåvirket af de øvrige herbicider.

Effekten af tid, herbivori, UV-lys og dosis blev undersøgt mere indgående for chlorsulfuron.

Koncentrationen af stofferne 2, 3 og 6 steg i det første 4 dage efter sprøjtning (Tabel 4.1). Herefter faldt koncentrationen igen . Efter 30 dage var koncentrationen sammenlignelig med koncentrationen i ubehandlede planter.

Intensiteten af ultraviolet lys er stærkt reduceret under væksthusforhold sammenlignet med friland. Samtidigt vides det, at UV-lys kan have betydning for koncentrationen af sekundære stoffer i planter. Væksthusforsøg, hvor planter blev eksponeret for UV-B lys, viste, at usprøjtede snerle-pileurtsplanter havde et forøget indhold af stofferne 1, 2 og 6 når de blev eksponeret for UV-B. Indholdet af stof 4 var uændret og stof 5 forekom i lidt lavere koncentration. Stof 3 forekom ikke i usprøjtede planter. I sprøjtede planter resulterede bestråling med UV-B lys i et forøget indholdet af stofferne 1, 2, 3 og 6. Koncentrationen stof 4 var uændret og koncentrationen af stof 5 var reduceret ved UV-B bestråling.

Forsøg med varierende antal herbivorer viste, at indholdet af stofferne 1, 2, 3 og 4 generelt faldt med stigende tæthed af planteædende insekter. Dette fald var dog primært udtrykt ved den højest tæthed af larver (Tabel 5.4).

Stofferne 2 og 3 var positivt korreleret med sprøjtemiddeldoseringen. Dosis-respons-relationen kunne bedst beskrives med en sigmoid funktion (Fig. 5.1).

De mange undersøgelser gennemført på forskellige tidspunkter viste generelt god overensstemmelse mellem koncentrationen af de fenoliske stoffer i planter, der har været udsat for de samme betingelser i form af sprøjtedosis, tidspunkt for prøvetagningen etc.

Et laboratorieforsøg viste en svag sammenhæng mellem indholdet af stofferne 2 og 3 og pileurtsbladbillelarvers overlevelse. For bedre at kunne beskrive larvernes indtag af stofferne 2 og 3 gennem udviklingen, blev der opstillet en matematisk model til at beskrive koncentrationen af stofferne i bladene over tid og under forskellige betingelser. Denne model blev brugt til at beregne larvernes samlede indtag af disse stoffer, som igen blev relateret til observeret dødelighed af larver på både kontrol planter og planter sprøjtet med chlorsulfuron. Denne beregning resulterede i et meget bedre sammenhæng mellem larvedødelighed og koncentrationen af planteindholdsstofferne 2 og 3.

Forskelle mellem planter dyrket inden- og udendørs

Alle de hidtil omtalte resultater er udført under laboratorie- eller væksthusbetingelser. Der blev også udført forsøg udendørs. Disse viste, at planteindholdsstofferne var fordelt i planten som under laboratoriebetingelser, men koncentrationerne var noget højere, undtagen for stof 4. (Figur 4.1).

Når planterne blev sprøjtet med chlorsulfuron, var der en vis forskel mellem planter dyrket inde og ude. Stof 2 blev generelt fundet i højere koncentrationer i planter dyrket udendørs. Denne forskel kan til dels tilskrives de ændrede lysforhold, eftersom stof 2 steg, når planten blev eksponeret for UV-B.

Koncentrationen af stof 3 var også påvirket af vækstbetingelserne. I planter dyrket indendørs blev der fundet en induktion eller et forøget indhold i blade, der var placeret i bunden eller i midten af planten. Planter dyrket udendørs havde et forøget indhold af stof 3 i topbladene. Igen kan en del af forklaringen være forskelle i lysforholdene i de to situationer

Alt i alt kan man sige, at planternes vækstbetingelser påvirkede såvel fenolers fordeling og koncentration i usprøjtede planter, som herbicideffekten. Forskelle i lysforhold (UV-B) kan forklare en del, men ikke alle forskelle observeret mellem planter dyrket inde og ude.

Indikator for eksponering

Stof 3 kan anvendes som indikator for eksponering af snerle-pileurtplanter med sulfonylureaherbicider (Fig. 3.3). Stoffet kan detekteres i chlorsulfuron-sprøjtede planter allerede ved en koncentration der svarer til 0.067 gange (7%) den anbefalede markdosering (0.25 g a.i. ha^-1). Endelig er det tilstede i planten i mindst 16 dage efter den faktiske eksponering. Dette tidsforløb gælder for planter der er dyrket under meget gunstige forhold. Under feltforhold ville dette stof højst sandsynligt være tilstede i længere tid.

Effekter på herbivore insekter

Ud over snerle-pileurt og pileurtsbladbillen blev det også undersøgt, om der var effekt på to andre plante-insekt systemer, nemlig den store kålsommerfugl på raps samt kornbladlus på hvede. Minimidlerne chlorsulfuron, metsulfuron og tribenuron blev testet. Det var formålet at undersøge, om andre minimidler havde effekter som de observeret med chlorsulfuron.

Der var en tendens til reduceret overlevelse af pileurtsbladbillen på snerle-pileurt, når planten var behandlet med metsulfuron og tribenuron. Dette indikerer, at effekter, som de der er observeret for chlorsulfuron, må forventes for disse minimidler, hvis højere doser benyttes.

Den store hvide kålsommerfugls larver blev ikke direkte påvirket af ukrudtsmidlerne, men værtsplanten tabte sine blade ved meget lave doser. Det må derfor forventes, at disse insekter vil være påvirket i omkringliggende naturarealer på grund af reduceret fødegrundlag. Undersøgelserne viser endvidere, at sommerfuglen højst sandsynligt ikke vil have en forøget skadevirkning efter sprøjtemiddelafdrift ind i nærliggende marker, og at reducerede sprøjtemiddeldoser af ukrudtsmiddel højst sandsynligt ikke vil give nogen fordel for denne art i marken.

Der var ingen indikation af, at metsulfuron påvirker værtplantekvaliteten for kornbladlus på hvede. Planten er i øvrigt tolerant overfor det valgte sprøjtemiddel.