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 небольшой предварительной информации о механизме действия или ее отсутствии вообще, 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.