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 стабильные урожаи достигаются благодаря использованию устойчивых к болезням сортов, методам биологического контроля и применению пестицидов для борьбы с болезнями растений, насекомыми, сорняками и другими вредителями. В 1983 году на пестициды (исключая гербициды) было потрачено 1,3 миллиарда долларов США для защиты и ограничения ущерба сельскохозяйственным культурам от болезней растений, нематод и насекомых. Потенциальные потери урожая при отсутствии использования пестицидов значительно превышают эту сумму.
Уже около 100 лет селекция на устойчивость к болезням является важным компонентом продуктивности сельского хозяйства во всем мире. Однако успехи, достигнутые в селекции растений, в основном эмпирические и могут быть эфемерными. То есть, из-за отсутствия базовой информации о функциях генов устойчивости исследования часто носят случайный, а не целенаправленный характер. Кроме того, любые результаты могут быть недолговечными из-за изменения природы патогенов и других вредителей по мере внедрения новой генетической информации в сложные агроэкологические системы.
Прекрасным примером влияния генетических изменений является признак стерильной пыльцы, выведенный большинством основных сортов кукурузы для получения гибридных семян. Растения, содержащие цитоплазму техасского (T), передают этот признак мужской стерильности через цитоплазму; он связан с определенным типом митохондрий. Селекционеры не знали, что эти митохондрии также уязвимы к токсину, вырабатываемому патогенным грибом.ГельминтоспориозмайдисРезультатом этого стала эпидемия фитофтороза листьев кукурузы в Северной Америке летом 1970 года.
Методы, используемые при разработке пестицидов, также в основном были эмпирическими. Не имея практически никакой предварительной информации о механизме действия, химикаты тестируются, чтобы выбрать те, 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 сорняками, грибковыми заболеваниями и насекомыми, но борьба продолжается, поскольку генетические изменения этих вредителей часто могут восстановить их вирулентность по отношению к устойчивым сортам растений или сделать вредителя устойчивым к пестициду. В этом, по-видимому, бесконечном цикле восприимчивости и резистентности не хватает чёткого понимания как самих организмов, так и растений, которые они атакуют. По мере накопления 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 фитопатогенами и насекомыми. Молекулярная биология предлагает новые методы выделения и изучения действия генов. Наличие восприимчивых и устойчивых растений-хозяев, а также вирулентных и авирулентных 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 между двумя организмами и о регуляции этих генов в патогене и тканях растения. В будущем, вероятно, станет возможным усовершенствовать методы и возможности переноса желательных признаков устойчивости в сельскохозяйственные культуры и, наоборот, создавать патогены, вирулентные против отдельных 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.