Uszkodzenia roślin spowodowane konkurencją ze strony chwastów i innych szkodników, w tym wirusów, bakterii, grzybów i owadów, znacznie osłabiają ich produktywność, a w niektórych przypadkach mogą całkowicie zniszczyć uprawę. Obecnie niezawodne plony uzyskuje się poprzez stosowanie odmian odpornych na choroby, praktyk kontroli biologicznej i stosowanie pestycydów w celu zwalczania chorób roślin, owadów, chwastów i innych szkodników. W 1983 r. wydano 1,3 miliarda dolarów na pestycydy — z wyłączeniem herbicydów — w celu ochrony i ograniczenia szkód w uprawach spowodowanych chorobami roślin, nicieniami i owadami. Potencjalne straty w uprawach w przypadku braku stosowania pestycydów znacznie przekraczają tę wartość.
Od około 100 lat hodowla w celu uzyskania odporności na choroby jest ważnym elementem produktywności rolniczej na całym świecie. Jednak sukcesy osiągnięte dzięki hodowli roślin są w dużej mierze empiryczne i mogą być ulotne. Oznacza to, że z powodu braku podstawowych informacji o funkcji genów odporności badania są często losowe, a nie ukierunkowane. Ponadto wszelkie wyniki mogą być krótkotrwałe ze względu na zmieniającą się naturę patogenów i innych szkodników, ponieważ nowe informacje genetyczne są wprowadzane do złożonych systemów agroekologicznych.
Doskonałym przykładem wpływu zmian genetycznych jest cecha sterylnego pyłku wprowadzona do większości głównych odmian kukurydzy, aby pomóc w produkcji nasion hybrydowych. Rośliny zawierające cytoplazmę Texas (T) przenoszą tę cechę sterylności męskiej za pośrednictwem cytoplazmy; jest ona związana ze szczególnym typem mitochondriów. Hodowcy nie wiedzieli, że te mitochondria są również podatne na toksynę wytwarzaną przez grzyby patogenneHelmintosporiummajdisSkutkiem tego była epidemia zarazy liści kukurydzy w Ameryce Północnej latem 1970 roku.
Metody stosowane w odkrywaniu pestycydów chemicznych również były w dużej mierze empiryczne. Mając niewiele lub żadnych wcześniejszych informacji na temat sposobu działania, testuje się chemikalia, aby wybrać te, które zabijają docelowe owady, grzyby lub chwasty, ale nie szkodzą roślinom uprawnym ani środowisku.
Empiryczne podejścia przyniosły ogromne sukcesy w zwalczaniu niektórych szkodników, szczególnie chwastów, chorób grzybowych i owadów, ale walka jest ciągła, ponieważ zmiany genetyczne u tych szkodników mogą często przywrócić ich wirulencję nad odporną odmianą rośliny lub uczynić szkodnika odpornym na pestycydy. Czego brakuje w tym pozornie niekończącym się cyklu podatności i odporności, to jasne zrozumienie zarówno organizmów, jak i roślin, które atakują. W miarę jak wiedza na temat szkodników — ich genetyki, biochemii i fizjologii, ich żywicieli i interakcji między nimi — będzie wzrastać, zostaną opracowane lepiej ukierunkowane i skuteczniejsze środki zwalczania szkodników.
W tym rozdziale zidentyfikowano kilka podejść badawczych do lepszego zrozumienia podstawowych mechanizmów biologicznych, które można wykorzystać do kontrolowania patogenów roślinnych i owadów. Biologia molekularna oferuje nowe techniki izolowania i badania działania genów. Istnienie podatnych i odpornych roślin żywicielskich oraz patogenów wirulentnych i awirulentnych można wykorzystać do identyfikacji i izolowania genów kontrolujących interakcje między żywicielem a patogenem. Badania subtelnej struktury tych genów mogą prowadzić do wskazówek dotyczących interakcji biochemicznych zachodzących między dwoma organizmami oraz do regulacji tych genów w patogenie i tkankach rośliny. W przyszłości powinno być możliwe udoskonalenie metod i możliwości przenoszenia pożądanych cech odporności do roślin uprawnych i odwrotnie, tworzenie patogenów, które będą wirulentne wobec wybranych chwastów lub szkodników stawonogów. Lepsze zrozumienie neurobiologii owadów oraz chemii i działania substancji modulujących, takich jak hormony endokrynologiczne regulujące metamorfozę, diapauzę i rozmnażanie, otworzy nowe możliwości zwalczania szkodników owadzich poprzez zaburzenie ich fizjologii i zachowania na krytycznych etapach cyklu życia.
Czas publikacji: 14-kwi-2021