Повреждение растений, вызванное конкуренцией со стороны сорняков и других вредителей, включая вирусы, бактерии, грибы и насекомые, значительно снижает их продуктивность, а в некоторых случаях может полностью уничтожить урожай.Сегодня надежные урожаи сельскохозяйственных культур 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 1,3 миллиарда долларов было потрачено на пестициды (за исключением гербицидов) для защиты и ограничения ущерба сельскохозяйственным культурам от болезней растений, нематод и насекомых.Потенциальные потери урожая при отсутствии использования пестицидов значительно превышают эту величину.
На протяжении примерно 100 лет селекция на устойчивость к болезням была важным компонентом продуктивности сельского хозяйства во всем мире.Но успехи, достигнутые селекцией растений, во многом носят эмпирический характер и могут быть эфемерными.То есть из-за отсутствия базовой информации о функции генов устойчивости исследования часто носят случайный, а не целенаправленный характер.Кроме того, любые результаты могут быть кратковременными из-за изменения природы патогенов и других вредителей по мере внедрения новой генетической информации в сложные агроэкологические системы.
Прекрасным примером эффекта генетических изменений является свойство стерильной пыльцы, выведенное у большинства основных сортов кукурузы для помощи в производстве гибридных семян.Растения, содержащие техасскую (Т) цитоплазму, передают этот признак мужской стерильности через цитоплазму;он связан с определенным типом митохондрий.Селекционерам было неизвестно, что эти митохондрии также несут уязвимость к токсину, вырабатываемому патогенным грибком.ГельминтоспориумМэйдис.Результатом стала эпидемия гниения листьев кукурузы в Северной Америке летом 1970 года.
Методы, использованные при открытии химических пестицидов, также в основном были эмпирическими.При наличии или отсутствии предварительной информации о механизме действия химические вещества тестируются, чтобы выбрать те, которые убивают целевое насекомое, грибок или сорняк, но не наносят вреда сельскохозяйственным растениям или окружающей среде.
Эмпирические подходы привели к огромным успехам 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 сравнению с устойчивыми сортами растений или сделать вредителей устойчивыми к пестицидам. .Чего не хватает в этом, казалось бы, бесконечном цикле восприимчивости и устойчивости, так это четкого понимания как организмов, так и растений, на которые они поражаются.По мере того как знания о вредителях – их генетике, биохимии и физиологии, их хозяевах и взаимодействии между ними – будут увеличиваться, будут разрабатываться более целенаправленные и более эффективные меры борьбы с вредителями.
В этой главе описаны несколько исследовательских подходов, позволяющих лучше понять фундаментальные биологические механизмы, которые можно использовать для борьбы с патогенами растений и насекомыми.Молекулярная биология предлагает новые методы выделения и изучения действия генов.Существование чувствительных и устойчивых растений-хозяев, а также вирулентных и авирулентных патогенов можно использовать для идентификации и выделения генов, контролирующих взаимодействие между хозяином и патогеном.Изучение тонкой структуры этих генов может привести к разгадке биохимических взаимодействий, происходящих между двумя организмами, и регуляции этих генов в патогене и тканях растения.В будущем должна появиться возможность совершенствовать методы и возможности для передачи желаемых признаков устойчивости сельскохозяйственным растениям и, наоборот, создавать патогены, которые будут вирулентны против избранных сорняков или членистоногих вредителей.Более глубокое 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, нарушая их физиологию и поведение на критических стадиях жизненного цикла. .
Время публикации: 14 апреля 2021 г.