Szkody wyrządzane roślinom przez konkurencję ze strony chwastów i innych szkodników, w tym wirusów, bakterii, grzybów i owadów, znacznie ograniczają ich produktywność, a w niektórych przypadkach mogą doprowadzić do całkowitego zniszczenia plonów. Obecnie stabilne plony uzyskuje się poprzez stosowanie odmian odpornych na choroby, biologicznych metod zwalczania szkodników oraz stosowanie pestycydów w celu zwalczania chorób roślin, owadów, chwastów i innych szkodników. W 1983 roku wydano 1,3 miliarda dolarów na pestycydy – z wyłączeniem herbicydów – w celu ochrony i ograniczenia szkód w uprawach spowodowanych przez choroby roślin, nicienie i owady. Potencjalne straty w uprawach w przypadku braku stosowania pestycydów znacznie przekraczają tę wartość.
Od około 100 lat hodowla roślin pod kątem odporności na choroby stanowi ważny element produktywności rolnictwa na całym świecie. Jednak sukcesy osiągane dzięki hodowli roślin są w dużej mierze empiryczne i mogą być ulotne. Oznacza to, że z powodu braku podstawowych informacji na temat funkcji genów odporności, badania często mają charakter losowy, a nie ukierunkowany. Ponadto, wszelkie rezultaty mogą być krótkotrwałe ze względu na zmieniającą się naturę patogenów i innych szkodników w miarę wprowadzania nowych informacji genetycznych do złożonych systemów agroekologicznych.
Doskonałym przykładem wpływu zmian genetycznych jest cecha sterylności pyłku, wprowadzona do większości głównych odmian kukurydzy, aby ułatwić produkcję nasion hybrydowych. Rośliny zawierające cytoplazmę Texas (T) przenoszą tę męskosterylną cechę poprzez cytoplazmę; jest ona związana ze szczególnym typem mitochondriów. Hodowcy nie wiedzieli, że te mitochondria są również podatne na toksynę wytwarzaną przez grzyb patogenny.HelmintosporiummajdisSkutkiem tego była epidemia zarazy liści kukurydzy w Ameryce Północnej latem 1970 roku.
Metody stosowane w odkrywaniu pestycydów również w dużej mierze opierały się na badaniach empirycznych. Ze względu na niewielką lub żadną wiedzę na temat sposobu działania, testuje się te substancje chemiczne, aby wybrać te, które zabijają docelowe owady, grzyby lub chwasty, ale nie szkodzą roślinom uprawnym ani środowisku.
Empiryczne metody przyniosły ogromne sukcesy w zwalczaniu niektórych szkodników, zwłaszcza chwastów, chorób grzybowych i owadów, ale walka trwa, ponieważ zmiany genetyczne u tych szkodników często przywracają ich zjadliwość wobec odpornej odmiany rośliny lub uodporniają szkodnika na pestycydy. W tym pozornie niekończącym się cyklu podatności i odporności brakuje jasnego zrozumienia zarówno organizmów, jak i roślin, które atakują. Wraz ze wzrostem wiedzy na temat szkodników – ich genetyki, biochemii i fizjologii, ich żywicieli i interakcji między nimi – opracowywane będą lepiej ukierunkowane i skuteczniejsze metody ich zwalczania.
W tym rozdziale przedstawiono kilka podejść badawczych mających na celu lepsze zrozumienie fundamentalnych mechanizmów biologicznych, które można wykorzystać do zwalczania patogenów roślinnych i owadów. Biologia molekularna oferuje nowe techniki izolacji i badania działania genów. Istnienie podatnych i odpornych roślin żywicielskich oraz patogenów wirulentnych i awirulentnych można wykorzystać do identyfikacji i izolacji genów kontrolujących interakcje między żywicielem a patogenem. Badania szczegółowej struktury tych genów mogą dostarczyć wskazówek dotyczących interakcji biochemicznych zachodzących między tymi dwoma organizmami oraz do regulacji tych genów w patogenie i tkankach rośliny. W przyszłości powinno być możliwe udoskonalenie metod i możliwości transferu pożądanych cech odporności do roślin uprawnych i, odwrotnie, tworzenia 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 w krytycznych etapach cyklu życiowego.
Czas publikacji: 14 kwietnia 2021 r.