Повреждения растений, вызванные конкуренцией со стороны сорняков и других вредителей, включая вирусы, бактерии, грибы и насекомых, значительно снижают их продуктивность, а в некоторых случаях могут полностью уничтожить урожай. Сегодня надежные урожаи достигаются за счет использования устойчивых к болезням сортов, методов биологического контроля и применения пестицидов для борьбы с болезнями растений, насекомыми, сорняками и другими вредителями. В 1983 году на пестициды (исключая гербициды) было потрачено 1,3 миллиарда долларов для защиты и ограничения ущерба, наносимого растениям болезнями, нематодами и насекомыми. Потенциальные потери урожая в отсутствие использования пестицидов значительно превышают эту сумму.
На протяжении примерно 100 лет селекция на устойчивость к болезням является важной составляющей сельскохозяйственной продуктивности во всем мире. Однако успехи, достигнутые в селекции растений, в значительной степени носят эмпирический характер и могут быть кратковременными. То есть, из-за отсутствия базовой информации о функции генов устойчивости, исследования часто носят случайный характер, а не являются целенаправленными. Кроме того, любые результаты могут быть недолговечными из-за изменяющейся природы патогенов и других вредителей по мере внедрения новой генетической информации в сложные агроэкологические системы.
Прекрасным примером влияния генетических изменений является признак стерильности пыльцы, который внедряется в большинство основных сортов кукурузы для получения гибридных семян. Растения, содержащие цитоплазму типа «Техас» (Т), передают этот признак мужской стерильности через цитоплазму; он связан с определенным типом митохондрий. Неизвестно селекционерам, но эти митохондрии также были уязвимы для токсина, вырабатываемого патогенным грибком.ГельминтоспориуммайдисВ результате летом 1970 года в Северной Америке разразилась эпидемия фитофтороза кукурузы.
Методы, используемые при разработке пестицидов, также в значительной степени носят эмпирический характер. При отсутствии или недостаточной предварительной информации о механизме действия, химические вещества тестируются с целью отбора тех, которые уничтожают целевое насекомое, грибок или сорняк, но не наносят вреда сельскохозяйственным культурам или окружающей среде.
Эмпирические подходы принесли огромные успехи в борьбе с некоторыми вредителями, особенно с сорняками, грибковыми заболеваниями и насекомыми, но борьба продолжается, поскольку генетические изменения у этих вредителей часто могут восстановить их вирулентность по отношению к устойчивым сортам растений или сделать вредителя устойчивым к пестицидам. В этом, казалось бы, бесконечном цикле восприимчивости и устойчивости отсутствует четкое понимание как организмов, так и растений, которые они поражают. По мере расширения знаний о вредителях — их генетике, биохимии и физиологии, их хозяевах и взаимодействии между ними — будут разрабатываться более целенаправленные и эффективные меры борьбы с вредителями.
В этой главе рассматриваются несколько исследовательских подходов к лучшему пониманию фундаментальных биологических механизмов, которые могут быть использованы для борьбы с патогенами растений и насекомыми. Молекулярная биология предлагает новые методы для выделения и изучения действия генов. Существование восприимчивых и устойчивых растений-хозяев, а также вирулентных и невирулентных патогенов может быть использовано для идентификации и выделения генов, контролирующих взаимодействие между хозяином и патогеном. Изучение тонкой структуры этих генов может дать представление о биохимических взаимодействиях, происходящих между двумя организмами, и о регуляции этих генов в патогене и в тканях растения. В будущем должно стать возможным улучшить методы и возможности переноса желаемых признаков устойчивости в сельскохозяйственные культуры и, наоборот, создать патогены, которые будут вирулентны против отдельных сорняков или членистоногих вредителей. Углубленное понимание нейробиологии насекомых, а также химии и действия модулирующих веществ, таких как эндокринные гормоны, регулирующие метаморфоз, диапаузу и размножение, откроет новые возможности для борьбы с насекомыми-вредителями путем нарушения их физиологии и поведения на критических стадиях жизненного цикла.
Дата публикации: 14 апреля 2021 г.