Low glyphosate doses change reproduction and produce tolerant offspring in dense populations of Hordeum vulgare.
Pest Manag Sci · 2021 · 77:4770-4784 · PMID 34148282 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 비발암 건강영향 > 발달·태아기
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배경: 식물 개체군에서 평균 반응에 영향을 미치지 않는 낮은 독소 용량이라도 하위 집단의 성장을 변화시킬 수 있다. 영양 생장 단계를 다룬 연구들은 빠르게 성장하는 식물이 나머지 개체군에 비해 성장 자극 및 억제에 더 높은 역치를 가졌음을 보고하였다. 우리는 이러한 선택적 효과가 번식 후에도 역할을 할 것이라고 가정하였는데, 즉 글리포세이트 처리된 내성 있는 빠르게 성장하는 표현형의 자손이 비처리된 식물의 자손보다 더 내성이 높을 것이라는 것이다. 실험적으로 고밀도 보리 개체군을 온실에서 다양한 농도의 글리포세이트에 노출시켰고, 선택적 효과를 위해 번식 및 최종 성장을 분석하였다. 따라서 F0, F1 처리 그룹과 F1 비처리 자손을 다시 글리포세이트에 노출시켰다. 결과: 낮은 용량의 글리포세이트는 개체군 평균을 변화시키지 않는 농도에서 느리게 성장하는 식물의 성장과 번식을 억제하였다. 평균 크기의 식물을 억제한 농도는 빠르게 성장하는 식물의 생물량 및 종자 수확량을 호르메시스적으로 증가시켰다. F0 및 F1 비처리 자손과 비교했을 때, 호르메시스적으로 자극된 빠르게 성장하는 식물에서 유래한 F1 처리 자손이 글리포세이트에 더 내성이 있었다. 따라서 농약은 평균 수확량에는 영향을 미치지 않는 농도에서도 식물 개체군의 번식 패턴을 형성하고 자손의 내성을 변화시킬 수 있다. 결론: 개체군 평균을 변화시키지 않는 독소 수준이라도 개체의 생식 산출량을 변화시킨다. 민감한 표현형은 피해를 입는 반면, 내성 있는 표현형의 번식은 독소가 없는 조건과 비교하여 증진된다. 글리포세이트가 세계적으로 주요 제초제 중 하나이므로, 내성 표현형은 현재 농업 관행으로부터 이점을 얻을 수 있다. 만약 이러한 결과가 다른 독소에도 적용된다면, 낮은 독소 용량은 이전에 예상하지 못했던 방식으로 내성 표현형의 적합도를 증가시킬 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Low toxin doses that do not affect mean responses in plant populations can still change the growth of subpopulations. Studies covering vegetative stages ascribed fast-growing plants higher thresholds for growth stimulation and inhibition, compared with the rest of the population. We hypothesized that such selective effects also play a role after reproduction; that is, the offspring of glyphosate-treated tolerant, fast-growing phenotypes is more tolerant than the offspring of untreated plants. An experimental, high-density barley population was exposed to a range of glyphosate concentrations in the greenhouse, and reproduction and final growth were analyzed for selective effects. Therefore, F0, F1 treated and F1 non-treated offspring were re-exposed to glyphosate. RESULTS: Low doses of glyphosate inhibited the growth and reproduction of slow-growing plants at concentrations that did not change the population mean. Concentrations that inhibited average-sized plants hormetically increased the biomass and seed yield of fast-growing plants. Compared with F0 and F1 non-treated offspring, F1-treated offspring from hormetically stimulated fast-growing plants were more glyphosate tolerant. Hence, a pesticide can shape the reproductive pattern of a plant population and alter offspring tolerance at concentrations that have no effect on average yield. CONCLUSIONS: Toxin levels that do not change the population mean still alter the reproductive output of individuals. Sensitive phenotypes suffer, whereas the reproduction of tolerant phenotypes is boosted compared with toxin-free conditions. Because glyphosate is one of the leading herbicides in the world, tolerant phenotypes may benefit from current agricultural practices. If these results apply to other toxicants, low toxin doses may increase the fitness of tolerant phenotypes in a way not previously anticipated. © 2021 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.| 저자 | Belz, R. G.; Sinkkonen, A. |
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| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 77(10), 4770-4784 |
| PMID | 34148282 |
| DOI | 10.1002/ps.6522 |
| MeSH | Glycine; Herbicides; Hordeum; Humans; Reproduction; Glyphosate |