Ущерб, наносимый растениям конкуренцией со стороны сорняков и других вредителей, включая вирусы, бактерии, грибки и насекомых, значительно снижает их продуктивность, а в некоторых случаях может 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 млрд долларов США для защиты и ограничения ущерба посевам 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 сельскохозяйственной производительности во всем мире. Но успехи, достигнутые селекцией растений, в значительной степени эмпирические и могут быть эфемерными. То есть, из-за отсутствия базовой информации о функции генов устойчивости исследования часто являются случайными, а не целенаправленными. Кроме того, любые результаты могут быть недолговечными из-за меняющейся природы патогенов и других вредителей по мере того, как новая генетическая информация вводится в сложные агроэкологические системы.
Прекрасным примером эффекта генетических изменений является стерильный признак пыльцы, выведенный в большинстве основных сортов кукурузы для содействия производству гибридных семян. Растения, содержащие цитоплазму Техаса (T), передают этот мужской стерильный признак через цитоплазму; он связан с определенным типом митохондрий. Неизвестно селекционерам, что эти митохондрии также несли уязвимость к токсину, вырабатываемому патогенным грибкомГельминтоспориозмайдис. Результатом стала эпидемия фитофтороза листьев кукурузы в Северной Америке летом 1970 года.
Методы, используемые при открытии пестицидных химикатов, также в значительной степени были эмпирическими. При отсутствии или скудности предварительной информации о способе действия химикаты тестируются, чтобы выбрать те, которые убивают целевое насекомое, грибок или сорняк, но не наносят вреда сельскохозяйственным культурам или окружающей среде.
Эмпирические подходы дали огромные успехи в борьбе с некоторыми вредителями, особенно сорняками, грибковыми заболеваниями и насекомыми, но борьба непрерывна, поскольку генетические изменения у этих вредителей часто могут восстановить их вирулентность по отношению к устойчивому сорту растений или сделать вредителя устойчивым к пестициду. Чего не хватает в этом, по-видимому, бесконечном цикле восприимчивости и резистентности, так это четкого понимания как организмов, так и растений, на которые они нападают. По мере того, как знания о вредителях — их генетике, биохимии и физиологии, их хозяевах и взаимодействиях между ними — увеличиваются, будут разрабатываться более направленные и более эффективные меры борьбы с вредителями.
В этой главе определены несколько исследовательских подходов к лучшему пониманию фундаментальных биологических механизмов, которые могут быть использованы для контроля фитопатогенов и насекомых. Молекулярная биология предлагает новые методы для выделения и изучения действия генов. Существование восприимчивых и устойчивых растений-хозяев, а также вирулентных и авирулентных патогенов может быть использовано для выявления и выделения генов, которые контролируют взаимодействие между хозяином и патогеном. Исследования тонкой структуры этих генов могут привести к подсказкам о биохимических взаимодействиях, которые происходят между двумя организмами, и к регуляции этих генов в патогене и в тканях растения. В будущем должно быть возможно улучшить методы и возможности для переноса желаемых признаков устойчивости в сельскохозяйственные культуры и, наоборот, создавать патогены, которые будут вирулентны против выбранных 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 путем нарушения их физиологии и поведения на критических этапах жизненного цикла.
Время публикации: 14 апреля 2021 г.