A nivel mundial el control químico ha sido el método más práctico y eficiente para controlar malezas, especialmente en cultivos de grandes extensiones. Sin embargo, el uso continuo de herbicidas desde hace más de 40 años trajo aparejado la selección de rasgos adaptativos que le permitieron a las malezas sobrevivir y reproducirse después de la aplicación con los mismos. La ocurrencia generalizada de malezas resistentes es una preocupación creciente para los productores agropecuarios y objeto de estudio de una gran cantidad de investigaciones científicas básicas y aplicadas. Existe la necesidad de un cambio de enfoque en el manejo de las malezas, donde el control químico se integre de manera razonable con otras prácticas de control y sustancialmente teniendo en cuenta el conocimiento de la ecofisiología de poblaciones resistentes. El género Lolium está conformado por especies silvestres y cultivadas, distribuidas ampliamente en áreas templadas de todo el mundo. En Argentina L. multiflorum como L. perenne junto con Avena fatua representan, las malezas más problemáticas de los cultivos de invierno del sudoeste de la región bonaerense. En los últimos años, el control de malezas basado en aplicaciones reiteradas de glifosato durante el barbecho, generó la aparición de biotipos resistentes de raigrás perenne que se han incrementado y distribuido a tal punto de condicionar la siembra de los cultivos. Los biotipos susceptibles (S) y resistentes (R) de una determinada especie, además de su sensibilidad al herbicida, pueden diferir en otros atributos ecofisiológicos. El éxito de cualquier práctica de control dirigida a reducir la incidencia de malezas depende en gran medida de su tiempo en relación con el momento de emergencia de las mismas. Los patrones estacionales de emergencia están determinados por la dormición de las semillas, que sincroniza la germinación optimizando la probabilidad de establecimiento de las plántulas. La existencia de ciertas diferencias en la dinámica de la dormición y germinación entre biotipos S y R a herbicidas puede inferir en tiempos de emergencia diferentes. Por otro lado, la tasa de germinación en conjunto con la viabilidad, influyen en el número total de semillas con genes S o R que potencialmente permanecen en el banco del suelo. Por lo tanto, el conocimiento de tales variaciones o contrastes, asociados a la susceptibilidad o resistencia a herbicidas contribuye a determinar el potencial de dispersión temporal y espacial y confeccionar estrategias de manejo enfocadas a reducir las poblaciones resistentes. En la presente tesis se evaluó el proceso de salida de la dormición de semillas progenies de Lolium perenne L. susceptibles (SG) y resistentes a glifosato (RG) generadas a partir de cruzamientos entre plantas provenientes de una misma población. Para ello se llevó a cabo una serie de experimentos en laboratorio evaluando el efecto de la temperatura, el potencial hídrico de incubación y el ambiente lumínico sobre la germinación de las semillas, luego de períodos crecientes de postmaduración. En el Capítulo II se presentan los resultados del estudio de los cambios en los parámetros térmicos asociados a la germinabilidad de biotipos SG y RG en función del tiempo de postmaduración en condiciones de laboratorio (L) o de campo (C). En el Capítulo III se analizó el efecto de las mismas condiciones (C y L) evaluando la respuesta germinativa de los biotipos a distintos potenciales agua en función del tiempo de postmaduración. En los experimentos de ambos capítulos, realizados en años consecutivos, además se determinó y comparó la viabilidad de las semillas de ambos biotipos. En el Capítulo IV se evaluó el rol de las cubiertas y los factores: luz y temperaturas alternadas sobre la terminación de la dormición comparando en algunos casos las subpoblaciones SG y RG. Por último, en el Capítulo V se expone una discusión general de la tesis, puntualizando las principales conclusiones acerca de los resultados obtenidos y se destaca la contribución de dichos resultados al avance del conocimiento en el área desarrollada y sus posibles aplicaciones en líneas de investigación futuras. Los resultados obtenidos en este trabajo de tesis mostraron que la semillas progenie de L. perenne SG y RG de la población estudiada, se diferenciaron en algunos parámetros relacionados a la germinabilidad y que dichas diferencias se asocian a una menor dormición de las semillas RG en relación a las SG. En las semillas de ambas progenies también se evidenció, el efecto de las condiciones de postmaduración sobre la salida de la dormición, resultando las condiciones de laboratorio favorecer la germinación en mayor medida que las condiciones del campo. La remoción o el corte de glumelas estimuló la germinación de semillas SG y RG con diferentes tiempos de postmaduración y con bajo nivel de dormición se observó la respuesta a la luz y a la alternancia de temperaturas. / Chemical control has been the most efficient and commonly worldwide used method for weed control, especially in large-scale crops. However, the continuous usage of herbicides, for more than 40 years, brought into the selection of adaptative traits which allowed weeds to survive and reproduce even after the application of these. The widespread occurrence of herbicide resistant weed is an increasing concern for farmers and agronomists and is also subject of numerous basic and applied scientific researches. It is necessary to change weed management approach moving to an approach where chemical control is reasonably integrated with others control practices and mainly, considering the knowledge of resistant population eco-physiology. The genus Lolium is composed by wild and cultivated species widely distributed around the temperate areas of the world. In Argentina Lolium multiflorum as well as Lolium perenne, jointly with Avena fatua are the most troublesome grass weed species in winter cereal crop, particularly in the Pampas subhumid area of Buenos Aires province. In recent years control based on repeated glyphosate applications during fallow leads to the appearance of resistant biotypes which have increased and distributed to the point of conditioning the sowing crops. In addition to herbicide sensitivity, susceptible (S) and resistant (R) biotypes of a given specie, may differ in others ecophysiological attributes. The success of weed control practices largely depends on their timing in relation to the timing of seed emergence. Seasonal emergence patterns are determined by seed’s dormancy which synchronizes germination optimizing the probability of seedling establishment. The existence of certain differences in dormancy and germination dynamic between S and R biotype, can infer different times of emergency. In addition, germination rate in conjunction with seed viability, influences the total number of seeds with S or R genes that potentially remains in the soil seed bank. Therefore, the knowledge of such variations or contrasts, associated with susceptibility or herbicide resistance, contributes to determine their temporal and spatial spreading and design management strategies focused on reducing resistant populations. In this thesis primary dormancy loss of susceptible (SG) and glyphosate-resistant (RG) Lolium perenne L. progenies seeds, generated from crossings between plants from the same population was evaluated. In order to evaluate this a series of laboratory experiments were performed evaluating temperature, water potential incubation and light environment effect on seed germination, after increasing post-maduration periods. In chapter 2 study of thermal parameters changes, associated with the SG and RG biotypes germinability as a function to post-maduration time in laboratory (L) or field (C) conditions results are presented. In Chapter III the effect of same post-maduration conditions (C and L) was analysed evaluating the biotypes germination response to different water potentials of incubation over post-maturation time. In both chapters experiments which were carried out in consecutive years seed’s viability was also determined and compared between biotypes. In Chapter IV role of covers as a mechanism of imposition of dormancy in different post-maduration times and effect of dormancy terminating factors such as fluctuating temperatures and light were assessed in certain cases comparing SG and RG subpopulations. Finally, in Chapter V a general discussion of the thesis is presented, highlighting the main conclusions based on the results obtained and their contribution to knowledge development in the studied area and possible applications in future research lines. The results obtained from this thesis shown that L. perenne SG y RG progeny seeds belonging to the studied population were differentiated in some parameters related to germinability and these differences are associated with less dormancy level of RG biotype than SG. Furthermore, in seeds belonging to both progenies post-maturation conditions on dormancy loss effect resulted also evident. Showing also that laboratory conditions resulted to favour germination more than field conditions. The removal or cutting of glumelas stimulated SG and RG seed germination with different post-maduration times and seed response to light and fluctuating temperatures with a low dormancy level.

Las brasicáceas son una importante familia vegetal distribuida en todo el mundo. Brassica rapa L. (nabo), B. napus L. (colza, canola) y Raphanus sativus L. (rábano, nabón) son especies anuales de esta familia, cultivadas desde hace siglos. B. napus se destaca por su elevada participación en la producción mundial de aceites comestibles. Las poblaciones ferales de estas especies son malezas en diversos ambientes agrícolas de clima templado, incluyendo Argentina. Actualmente no se dispone de datos de estudios sistemáticos sobre flujo génico entre colza y especies silvestres emparentadas en Argentina, y la dispersión de biotipos de brasicáceas resistentes a herbicidas. Los objetivos de la presente tesis fueron actualizar la información sobre la naturalización y distribución de brasicáceas emparentadas con el cultivo de colza en la región pampeana argentina, y caracterizarlas morfológicamente. Asimismo, se propuso evaluar el flujo génico entre el cultivo de colza y la maleza emparentada B. rapa, y comprobar la transferencia de la resistencia a herbicidas desde cultivares con esa característica. Además, caracterizar poblaciones de Raphanus sp. resistentes a herbicidas AHAS y poblaciones ferales de Brassica sp. resistentes a glifosato. Evaluar en cada caso las condiciones agroecológicas de su emergencia, el origen de la resistencia y, en última instancia, diseñar medidas de control alternativo. Los resultados de las exploraciones demostraron que Argentina mantiene su vigencia como centro de biodiversidad secundario de especies emparentadas con el cultivo de colza, con la presencia de poblaciones brasicáceas ampliamente distribuídas en la región pampeana. La caracterización de las diferentes especies puso de manifiesto las diferencias entre ellas y se observaron rasgos en algunas poblaciones de B. rapa y R. sativus que podrían inferir el origen feral de estas. La presencia de plantas híbridas en cuatro poblaciones de B. rapa colectadas en cercanías de cultivos de colza fue confirmada mediante distintos métodos (morfología, fertilidad masculina, contenido de ADN, resistencia a herbicidas). El riesgo de impacto ambiental inherente al empleo de variedades de colza con resistencia a herbicidas fue real, aunque la baja fertilidad de los híbridos podría atenuar el efecto y reducir la dispersión de estos biotipos. Se confirmó la presencia de poblaciones de R. sativus con resistencia a todas las familias químicas de inhibidores de la AHAS. La secuenciación de las accesiones resistentes confirmaron un cambio puntual de aminoácido en el gen de la enzima AHAS, de triptofano a leucina. La experimentación mostró que existen otras alternativas para el control de los nabones resistentes a IMI en varias situaciones y cultivos. Se detectaron poblaciones naturales de B. napus y B. rapa con resistencia transgénica a glifosato. Este descubrimiento podría sugerir que el caracter provino de cultivos de colza transgénica realizados de manera informal en el país o de individuos ingresados como contaminante de semilla, e involucraría procesos de endo y exoferalidad. Dos de las accesiones de B. rapa presentaron además resistencia a herbicidas inhibidores de la AHAS. La presencia de estas poblaciones presenta un panorama complejo que involucra aspectos de impacto ambiental por la liberación en ambientes naturales del transgen. / The Brassicaceae is an important plant family distributed worldwide. Brassica rapa L. (turnip, bird's rape), B. napus L. (oilseed rape, canola) and Raphanus sativus L. (radish) are annual Brassicaceae species cultivated for centuries. B. napus is one of the most important sources of vegetable oil. Feral populations of these species are weeds in many agricultural environments, including Argentina. At present, there are no systematic studies on gene flow between oilseed rape and wild relatives and the spread of herbicide resistant Brassicaceae biotypes in Argentina. The objectives of this thesis were to update the information on naturalization and distribution of oilseed rape wild relatives in Argentina, and to characterize some of these populations. Also, to assess the gene flow between oilseed rape and B. rapa. In addition, to characterize Raphanus sp. AHAS-inhibiting resistant populations and Brassica sp. glyphosate resistant biotypes. To assess in each case the ecological conditions of its emergence, the origin of the resistance and, finally, to design alternative control strategies. The exploration showed that Argentina remains as a secondary center of biodiversity of oilseed rape wild relatives. Brassicaceae populations are widely distributed in the Pampas. The characterization of the different species revealed differences between them and traits were observed in some populations of B. rapa and R. sativus that could infer a feral origin. The presence of hybrid plants in four populations of B. rapa collected in the proximity of oilseed rape was confirmed by different methods (morphology, male fertility, DNA content and herbicide resistance). The environmental impact inherent of the use of herbicide resistant oilseed rape cultivars was real, but the low fertility of hybrids could mitigate the effect and reduce the spread of these biotypes. The presence of AHAS-inhibiting R. sativus biotypes in Argentina was confirmed. The sequencing of the AHAS-resistant accessions confirmed a single amino acid change from tryptophan to leucine at position 574 in the AHAS gene. The assays showed that there are alternatives to control of AHAS-inhibiting resistant biotypes. Brassica napus and B. rapa populations with transgenic glyphosate resistance were detected. Two of the B. rapa accessions also showed AHAS-inhibiting resistance. These findings suggested that glyphosate resistance might come from GM oilseed rape crops cultivated illegally in the country or as a contaminant of seed, and implies gene flow between feral populations of GM B. napus and wild B. rapa. The presence of these biotypes presents a complex situation that involves environmental impact of the dispersion of a transgene in natural habitats.

El cultivo de variedades de colza (Brassica napus) con resistencia a herbicidas en nuestro país presenta el riesgo de transferencia de esa característica a especies silvestres emparentadas. Una de estas especies es el nabo silvestre (B. rapa), una importante maleza de los cultivos de invierno que se encuentra ampliamente distribuida en la región pampeana. Debido a esto, actualmente se encuentra prohibida la introducción de semilla de colza transgénica en el país. Resulta crucial evitar la dispersión de nuevos biotipos de malezas resistentes debido a que disminuyen la efectividad de las tecnologías de control químico disponibles. En el año 2008, en el partido de Balcarce, se encontró una población de B. rapa en simpatría con un cultivar de colza resistente a imidazolinonas y otro susceptible. Además, en diferentes sitios de la provincia de Buenos Aires se han hallado recientemente poblaciones del genero Brassica con resistencia a glifosato. Los objetivos generales de esta tesis fueron abordar el estudio de flujo génico desde B. napus hacia la maleza B. rapa, determinar la presencia y transferencia de resistencia a herbicidas, y efectuar la caracterización morfológica y molecular de los individuos resistentes. Para desarrollar estos objetivos se realizaron actividades experimentales que permitieron determinar el grado de hibridación entre las especies, en particular entre la maleza y el cultivar resistente a herbicidas, se identificaron caracteres morfológicos intermedios, se realizó una caracterización molecular sobre los presuntos híbridos interespecíficos, y se evaluó la perdurabilidad del rasgo de resistencia en el ambiente estudiado. Por otro lado, se relevó la presencia de nuevas poblaciones con resistencia a glifosato, se investigó el origen molecular de la resistencia y se evaluó la presencia de resistencia múltiple a glufosinato de amonio. En última instancia, se propusieron medidas de prevención y control. Los resultados obtenidos comprobaron la hibridación entre B. napus y B. rapa en el área principal de cultivo de la Argentina. Los híbridos heredaron caracteres fenotípicos de ambos parentales y el carácter de resistencia a imidazolinonas fue efectivamente transferido desde la colza cultivada. No obstante, el rasgo desapareció al cabo de un año post-hibridación indicando que ante la ausencia de presión de selección por herbicida, la menor aptitud biológica de los híbridos, la competencia con otro cultivo y la rotación del mecanismo de acción de los herbicidas afectaron considerablemente la perdurabilidad de estos individuos. En la evaluación de poblaciones resistentes a glifosato provenientes de distintos sectores de la región pampeana, se confirmó el origen transgénico de la resistencia. Por otro lado, no se detectaron poblaciones con resistencia múltiple al herbicida glufosinato de amonio. / Herbicide-resistant rapeseed (Brassica napus) cultivation in our country entails the risk of gene transfer into wild relative species. One of this species is wild turnip (B. rapa), an important winter crops’ weed, widely distributed in the Pampean region. Thus, transgenic rapeseed is forbidden in the country. It is crucial to avoid dispersion of new resistant weed biotypes as they reduce the effectiveness of chemical control technologies. In 2008, a B. rapa population which was sympatric to an imidazolinone-resistant rapeseed cultivar and a susceptible one, was found in Balcarce county. Furthermore, in different sites of Buenos Aires province, glyphosate-resistant Brassica sp. populations have recently been found. The objectives of this thesis were to study the gene flow from B. napus to B. rapa weed, to establish the presence and transfer of herbicide-resistance and to perform a morphological and molecular characterization of resistant individuals. In order to achieve this objectives, experimental activities where developed. They established the degree of hybridization between species, particularly amongst the weed and the herbicide-resistant cultivar, intermediate morphological characters were identified, a molecular characterization was performed upon the putative interespecific hybrids and the resistant trait persistence was assessed in the studied environment. Moreover, the presence of new glyphosate-resistant populations was screened, the molecular origin of the resistance was investigated and the presence of multiple resistance to glufosinate was evaluated. Ultimately, prevention and control measures were proposed. The results confirmed hybridization between B. napus and B. rapa in Argentina’s main crop area. The hybrids inherited phenotypic characters from both parents and the herbicide-resistant trait was successfully transferred from rapeseed. In spite of this, resistant-trait disappeared after a year post-hybridization showing that without herbicide selection pressure, hybrid fitness, competition with another crop and rotation on the mechanism of action had a significant relevance on these individuals’ persistence. Transgenic origin was verified on glyphosate-resistant populations from different parts of the Pampean region. Conversely, no glufosinate-resistant populations were detected.

La dinámica de germinación y la resistencia a herbicidas están entre los rasgos adaptativos más importantes para la evolución de las malezas en los sistemas agrícolas actuales. La dinámica de germinación puede determinar el éxito de una maleza en un agro-ecosistema y está modulada por las condiciones ambientales y los componentes endógenos y exógenos de las semillas. Por otro lado, la evolución de la resistencia a herbicidas, modulada por los factores biológicos vinculados a la especie y aquellos asociados a las prácticas de manejo, puede estar condicionada por los costos biológicos asociados a los alelos de resistencia. Raphanus sativus L. (nabón) es una maleza problemática en las regiones templadas de Sudamérica que ha desarrollado resistencia a herbicidas inhibidores de la enzima acetohidroxiácido sintasa (AHAS) debido a la mutación Trp-574-Leu. Actualmente, se desconocen los mecanismos que gobiernan la dormición y germinación en nabón, el efecto de la mutación Trp-574-Leu sobre su biología, y el efecto de su interferencia sobre los cultivos de invierno y de verano. Los objetivos de esta tesis fueron: evaluar la germinación de las semillas, aisladas y dentro de silicuas, en condiciones contrastantes de luz, temperatura y tiempos de madurez post-cosecha; estudiar los aspectos físicos, químicos y/o fisiológicos del fruto involucrados en la dormición; evaluar la dormición, germinación y emergencia de semillas y silicuas, en individuos susceptibles y resistentes, en condiciones contrastantes de luz, temperatura, humedad y profundidad; evaluar la actividad enzimática AHAS y los caracteres vegetativos y reproductivos en individuos resistentes y susceptibles en condiciones de baja (costo fisiológico) y alta (costo ecológico) interferencia; y cuantificar la merma en el rendimiento de los cultivos de colza, trigo y girasol debidas a la interferencia de densidades crecientes de nabón resistente. En este estudio, las semillas aisladas recién cosechadas no mostraron dormición primaria, pero la germinación se redujo por la exposición a la luz y la presencia del pericarpio, especialmente a bajas temperaturas. El pericarpio impuso dormición fisiológica por restricción mecánica del endocarpio a la expansión del embrión o a la absorción total de agua por las semillas. Ello tendría el potencial de dispersar o escalonar la germinación y emergencia por un período extendido y dificultar el control del nabón. El biotipo resistente mostró mayor germinación bajo exposición a la luz y, en consecuencia, mayor germinación de semillas sobre la superficie del suelo, sugiriendo mayor germinación en sistemas que podrían asemejarse a labranza cero, respecto al biotipo susceptible. Sin embargo, no se encontraron diferencias entre biotipos en la germinación en oscuridad y en la emergencia desde semillas/silicuas enterradas. En condiciones de secano, el biotipo resistente mostró retraso y reducción en la emergencia final, pero estas diferencias no fueron encontradas en condiciones de alta disponibilidad hídrica. Por otro lado, el biotipo resistente mostró menor actividad enzimática AHAS, menor materia seca aérea total y menor aptitud reproductiva que el susceptible con y sin interferencia con un cultivo. Este costo biológico podría reducir la frecuencia de los alelos resistentes en ambientes sin selección con herbicidas. Finalmente, la interferencia de nabón durante toda la estación de crecimiento resultó en graves pérdidas de rendimiento en colza y trigo, pero menores en girasol. Los resultados encontrados en esta tesis podrían ser utilizados para desarrollar estrategias de manejo en contra de las poblaciones de nabón resistente. / Germination dynamic and herbicide resistance are among the most important adaptive traits for weed evolution under current agricultural systems. Germination dynamic may determine the success of a weed in an agroecosystem and it is modulated by environmental conditions and endogenous and/or exogenous components of the seeds. On the other hand, the evolution of herbicide resistance, modulated by biological factors related to weed species and those factors associated with management practices, may be conditions by fitness cost associated with herbicide resistance alleles. Raphanus sativus L. (feral radish) is a problematic weed in temperate zones of South America that has developed resistance to acetohydroxyacid synthase (AHAS) inhibitor herbicides due to the Trp-574-Leu mutation. At present, there are no information on seed dormancy and germination, the effect of the Trp-574-Leu mutation on fitness and the effect of the interference of feral radish on winter and summer crops. The objectives of this thesis were to evaluate germination of seeds, isolated and inside pods, under contrasting conditions of light, temperature and post-harvest times; evaluate physical, chemical and/or physiological aspects of pods involved in seed dormancy; evaluate dormancy, germination and emergence of seeds, isolated and inside pods, in individuals with and without the Trp-574-Leu mutation under contrasting conditions of light, temperature, humidity and depth; evaluate AHAS activity and vegetative and reproductive traits in feral radish individuals susceptible and resistant with the Trp-574-Leu mutation under low (physiological cost) and high (ecological cost) interference; and quantify yield losses in oilseed rape, wheat and sunflower crops due to season-long interference with increasing densities of resistant feral radish. Here, fresh isolated seeds showed no primary dormancy, but germination was reduced by exposure to light and the presence of the pericarp, especially under low temperatures. The pericarp imposed physiological dormancy by mechanical restriction of the endocarp to the embryo expansion and/or to full water uptake by seeds inside it. This would have the potential to spread the germination and emergence timing over a more extended period and hindering the control of feral radish. In addition, eight of 17 feral radish accessions presented individuals widely resistant to AHAS herbicides. The resistant biotype showed higher germination under light and consequently higher germination in seeds placed on soil surface, which could increase seed germination under no-tillage system respect to the susceptible biotype. However, no differences were found between biotypes on germination in dark and emergence from buried seeds/pods. Under rainfed conditions, the resistant biotype showed delay and final reduction in emergence; however, these differences were not found under high water availability. On the other hand, the resistant biotype showed lower AHAS activity, dry biomass and reproductive traits than the susceptible under low and high intra/interspecific competition. This fitness cost could reduce frequency of the resistant alleles without herbicide selection. Finally, season- long feral radish interference resulted in serious yield losses in oilseed rape, wheat but less reduction in sunflower. The results found in this study could be used to develop management strategies against resistant feral radish populations.