Resistencia de malezas a herbicidas: Aspectos avanzados

Aunque existen un número de herbicidas generales o totales que resultan activos frente a cualquier tipo de plantas, no cabe duda que, hoy día, los más importantes tanto cualitativa como cuantitativamente, son los herbicidas específicos o productos capaces de controlar un amplio espectro de malas hierbas sin afectar a los cultivos a los que se aplican. La selectividad puede deberse a causas físicas o, más frecuentemente, bioquímicas (Jäger, 1983), siendo en este último caso consecuencia de las diferencias genéticas existentes entre distintas especies vegetales. Tal acción selectiva supone que determinadas especies de plantas cultivadas, y también de malas hierbas, son capaces de vivir y crecer a las dosis recomendadas de aplicación agrícola del herbicida, aunque puedan ser controladas a dosis varias veces superiores.

Este tipo de respuesta se conoce generalmente como tolerancia natural y ha sido definida por la HRAC (Herbicide Resistance Action Committe) como la habilidad/aptitud heredable de una especie vegetal a sobrevivir y reproducirse después de un tratamiento, pudiendo considerarse como una característica a nivel de especie. Sin embargo, la variabilidad genética también se da intraespecíficamente. Debido a este hecho y como consecuencia de la presión selectiva, impuesta por la aplicación continuada de herbicidas que caracteriza a los modernos sistemas de producción agrícola, es posible el desarrollo de biotipos de malas hierbas que dejan de ser controlados por un determinado producto al que originalmente eran susceptibles.

Tal respuesta se conoce generalmente como resistencia, siendo una característica adquirida por una población (biotipo) de una especie que carecía de ella y ha sido definida por la HRAC la habilidad/aptitud heredable de una especie vegetal a sobrevivir y reproducirse después del tratamiento de un herbicida a dosis normalmente letales para la misma especie susceptible. En una planta, la resistencia puede ocurrir de una forma natural o puede ser inducida por técnicas como la ingeniería genética o selección de variantes resistentes obtenidas por cultivos de tejidos o mutagénesis.

Esta definición, bastante completa en si, presenta el problema de que se asume que la resistencia está asociada únicamente a factores de tipo fisiológico y/o morfológico. En este sentido, una definición expandida del concepto de resistencia a herbicidas podría contemplar un punto de vista más funcional, incluyendo cambios fenológicos tales como el letargo (Maxwell y Mortimer, 1994). A diferencia de las plantas tolerantes, las resistentes suelen sobrevivir no sólo a las dosis de aplicación agrícola del herbicida sino a otras bastante superiores (De Prado et al., 1996).

El término resistencia suele ir adjetivado con diversos modificadores que hacen alusión a la posible pluralidad existente tanto en los mecanismos de resistencia que posee un individuo como en los herbicidas a los que éste es resistente. Surgen así los conceptos de resistencia cruzada y resistencia múltiple. Dependiendo de los autores consultados, estas definiciones se asociarán a mecanismos de resistencia (Jutsum y Graham, 1995):

Resistencia cruzada: Aquella por la que un individuo es resistente a dos o más herbicidas debido a  un solo mecanismo de resistencia.

Resistencia múltiple: Aquella por la que un individuo posee más de un mecanismo de resistencia a uno o varios herbicidas.

O a familia de herbicidas (Rubin, 1991):

Resistencia cruzada: Aquella por la que una población es resistente a dos o más herbicidas que
actúan en el mismo sitio primario de acción.

Resistencia múltiple: Aquella por la que una población es resistente a dos o más herbicidas que
actúan en distinto sitio de acción.

El término de tolerancia se usa frecuentemente no sólo para referirse a variaciones entre especies, sino también en relación con la variabilidad dentro de una especie (LeBaron y Gressel, 1982).

En este caso, tolerancia y resistencia son expresiones que denotan diferencias en intensidad de un mismo fenómeno, considerándose la resistencia como un caso extremo y menos frecuente de resistencia (Holt y LeBaron, 1990) o considerando la tolerancia un mecanismo poligénico y la resistencia uno monogénico (Gressel, 1985).

Desde la aparición de los primeros fenómenos de resistencia a herbicidas en malas hierbas, se ha especulado con los factores determinantes del desarrollo de dichos procesos. Gressel y Segel (1982) proponen los siguientes:

  • Tiempo de generación
  • Frecuencia inicial de mutación
  • Presión de selección (tipo de tratamiento de herbicidas).
  • Adaptabilidad (fitness) de las poblaciones resistentes.
  • Espaciamiento temporal en la germinación de las semillas.

Salvo el último, los anteriores factores no son específicos de la resistencia a herbicidas, aunque en este caso pueden presentar algunas peculiaridades justificativas del lento desarrollo del fenómeno en comparación con la resistencia a otros tipos de plaguicidas. Así, el mayor tiempo de generación (habitualmente una generación por año agrícola) de las plantas en comparación con insectos y hongos, y la menor eficacia controladora (menor presión selectiva) de los herbicidas, cifrada en general en un 90-95%, en relación con otros plaguicidas, pudieran ralentizar la aparición de resistencia a herbicidas.

El hecho de que las semillas que se acumulan en el suelo germinen durante un periodo de años también puede determinar el lento incremento de la población resistente, al ser los individuos que aparecen  en cada estación no sólo consecuencia de las plantas que completaron su ciclo vital en la anterior, sino también de la composición del banco de semillas que constituye el suelo, además de la aptitud germinativa de las mismas. De los cuatro factores antes reseñados, solo la presión de selección se ve afectada por la actividad humana. Entre las malas prácticas agronómicas que incrementan la presión de selección y que generalmente se identifican como desencadenantes de fenómenos de resistencia a herbicidas cabe destacar (Cussans, 1996):

  • Monocultivo
  • Adopción generalizada de sistemas de cultivo estándar
  • Uso masivo/exclusivo de herbicidas en las tareas de desherbaje.
  • Dominancia de un solo herbicida o grupo de herbicidas con el mismo modo de acción.

Las características específicas de los herbicidas utilizados también influyen en la rapidez con que se desarrollan los fenómenos de resistencia. Entre todas ellas, podríamos destacar las siguientes en orden de importancia (LeBaron, 1988):

  • Sitio único de acción y actuación específica
  • Muy alta actividad y efectividad en el control de un amplio espectro de especies de malas hierbas
  • Alta persistencia residual en el suelo
  • Aplicación frecuente y durante años agrícolas sin rotación, alternancia o combinación con otros tipos de herbicidas con diferente modo de acción.

Mecanismos de resistencia a herbicidas
El conocimiento de los procesos biológicos responsables de la resistencia a herbicidas en una determinada mala hierba es fundamental para el diseño de una estrategia efectiva de control.
Dependiendo del tipo de mecanismo de resistencia detectado, la mala hierba presentará un patrón específico en su tolerancia a herbicidas que podrá variar desde un alto grado de resistencia a determinados compuestos de una misma familia química, a una moderada resistencia a un amplio espectro de herbicidas (Fig. 4). Asimismo, el conocimiento de estos mecanismos permitirá prever la posible respuesta de la población resistente al conjunto de mecanismos químicos/mecánicos/culturales seleccionados par su control, la efectividad a corto y largo plazo de los mismos y la posible aparición de nuevos problemas.

Existen al menos tres mecanismos, no necesariamente excluyentes, que podrían justificar la resistencia a herbicidas:

i) Pérdida de afinidad por el sitio de acción
De forma general se acepta que los herbicidas resultan letales para las plantas debido a su actuación sobre un sitio de acción primario, generalmente una enzima, de especial relevancia biológica. Salvo casos más bien excepcionales, este sitio primario (enzima) es específico y la acción del herbicida sobre él (efecto primario) suele conducir al desarrollo de efectos secundarios, de naturaleza mucho más general, que normalmente acaban produciendo la muerte de la planta. Cualquier modificación en la estructura de la enzima (una o varias mutaciones en la secuencia de aminoácidos que componen la enzima) puede resultar en una pérdida de afinidad del herbicida por ésta, imposibilitando la unión efectiva de ambos e impidiendo así la inhibición del proceso vital mediado por dicho sitio. En la mayoría de los casos la resistencia a herbicidas es debida a esta pérdida de afinidad por el sitio de acción.

ii) Reducción de la concentración de herbicida en el sitio de acción
Una condición necesaria para lograr la efectividad de un herbicida es que éste alcance su sitio de acción en una concentración suficiente como para que su efecto sea letal. La falta de movimiento de un herbicida permitirá reducir la concentración de éste en el sitio de acción, lo que permitirá al último mantenerse funcional. Estas bajas concentraciones pueden lograrse ya sea mediante una reducción en la penetración, absorción o translocación, o por la existencia de fenómenos de secuestración en orgánulos celulares metabólicamente inactivos.

a) Absorción del herbicida: El modo de absorción de un herbicida viene determinado por la forma en que éste se aplique, ya sea preemergencia (absorción vía radicular) o en postemergencia (penetración vía foliar). La resistencia/sensibilidad a herbicidas debida a su falta de absorción en tratamientos de preemergencia puede venir asociada tanto a factores morfológicos tales como diferencias en la profundidad o estructura anatómica del sistema radicular, como a factores fisiológicos tales como la limitada absorción activa del herbicida en especies sensibles. Por lo que se refiere a la vía foliar, la cantidad de herbicida penetrado en el tejido vegetal en aplicaciones de postemergencia está supeditada a la cantidad de éste que queda adherido a la planta. Esta cantidad depende de factores como las condiciones metereológicas durante el tratamiento, la tensión superficial de la solución de herbicida, el volumen de tratamiento y las características foliares tales como el área y la orientación foliar y la cantidad de ceras presente en las hojas. La tolerancia a tratamientos de postemergencia se asocia frecuentemente con la presencia de diferencias en la cutícula foliar tales como su composición y su contenido en ceras epicuticulares.

b) Translocación del herbicida: Al igual que en los procesos de absorción/penetración, los procesos de translocación de herbicidas en plantas pueden clasificarse según el tipo de tratamiento en  que se haya aplicado el herbicida. En el caso de tratamientos por vía radicular, el movimiento del herbicida va a depender de su naturaleza química. Esto es debido a tres causas, principalmente: 1) la acumulación del herbicida no metabolizado en la raíz, lo que resulta en una falta de translocación de la materia activa a la parte aérea; 2) la metabolización del herbicida en raíz del herbicida a una forma no translocable del mismo, generalmente conjugados polares; 3) la restricción del movimiento del herbicida al sistema vascular (vasos primarios y secundarios) lo que le imposibilita alcanzar su sitio primario de acción en el tejido parenquimático intervascular.

En el caso de vía foliar el movimiento de los herbicidas tras su penetración puede clasificarse según su transporte se realice en el xilema o en el floema. Mientras el transporte de herbicidas vía xilema sigue libremente el flujo del agua de dicho sistema hacia los márgenes foliares y los espacios intervasculares, el transporte vía floema va a depender de dos procesos diferenciados: el gradiente de concentración de herbicida entre las células del floema y las mesofílicas, y la capacidad del herbicida de ser retenido por las células floemáticas durante su transporte. Las causas de tolerancia a herbicidas por falta de translocación en tratamientos de postemergencia no son todavía del todo conocidas.

c) Secuestración del herbicida: Los fenómenos de compartimentación, entendidos como la  secuestración del herbicida o sus metabolitos en un lugar específico de la célula, son mecanismos de tolerancia/resistencia poco conocidos debido a que las evidencias que los apoyan son en muchos casos circunstanciales. Los escasos casos descritos en la bibliografía relacionan este tipo de mecanismos de resistencia con herbicidas de acción hormonal e inhibidores del PSI, justificando la resistencia tanto en líneas de cultivos celulares como en plantas enteras como un incremento en la capacidad de secuestrar el herbicida o los metabolitos potencialmente fitotóxicos dentro de la vacuola celular. Sin embargo, los procesos subyacentes a estos mecanismos de secuestración son todavía desconocidos.

iii) Metabolización a especies no tóxicas:

En los procesos de detoxificación metabólica, entendidos como aquellos procesos biológicos en los que moléculas fitotóxicas son metabolizadas a compuestos inocuos, los biotipos resistentes son capaces de degradar el herbicida antes de que éste cause daños irreversibles. La velocidad de degradación enzimática puede variar con factores endógenos y exógenos tales como el estadío de crecimiento de la planta, las condiciones climáticas, etc.

Los procesos de destoxificación metabólica de herbicidas en tejidos vegetales pueden dividirse en tres fases: fase I (conversión), fase II (conjugación) y fase III (deposición). Esta división no constituye una regla general dado que a) alguna de las fases puede no estar presente en los procesos de detoxificación, b) la molécula herbicida puede ser un pro-herbicida inactivo que debe ser enzimáticamente convertido en un compuesto activo y c) ciertos procesos de conjugación son de carácter reversible, por lo que sólo afectan de manera parcial a la cantidad de herbicida libre intracelular.

a) Fase I o conversión: Si bien algunos herbicidas pueden ser conjugados directamente, muchos  otros no poseen sustituyentes disponibles en su moléculas (grupos amonio, hidroxilo, sulfhidrilo, etc.) que puedan reaccionar para formar conjugados con constituyentes celulares. Dichos herbicidas deberán ser convertidos en metabolitos mediante alguna reacción química.

b) Fase II o conjugación: Los conjugados suelen ser los metabolitos finales en los procesos de detoxificación de herbicidas. La naturaleza de estos conjugados puede ser muy diversa, como azúcares, aminoácidos, péptidos y lignina como grupos orgánicos y enlaces de tipo éster, éter, amida o glicosídico.

c) Fase III o deposición: La ruta metabólica seguida por un herbicida afecta de gran manera el uso final de los metabolitos terminales y conjugados. Los conjugados glicosídicos son depositados en la vacuola donde quedan almacenados, mientras que los conjugados de origen aminoacídico son excretados a la pared celular donde se integran en el componente de lignina de éstas, formando un residuo insoluble.

Si bien estos procesos de deposición no son completamente irreversibles, a reentrada de herbicidas o sus productos de conversión en el pool de herbicida activo intracelular es muy lenta.