Kontrola nicieni węzłów korzeniowych z perspektywy globalnej: wyzwania, strategie i innowacje

Chociaż nicienie pasożytujące na roślinach stanowią zagrożenie ze strony nicieni, nie są one szkodnikami roślin, ale chorobami roślin.
Węzeł korzeniowy (Meloidogyne) jest najszerzej rozpowszechnionym i najbardziej szkodliwym nicieniem pasożytującym na roślinach na świecie.Szacuje się, że na świecie ponad 2000 gatunków roślin, w tym prawie wszystkie rośliny uprawne, jest bardzo wrażliwych na infekcję nicieniami korzeniowymi.Nicienie korzeniowe infekują komórki tkanki korzenia żywiciela, tworząc guzy, wpływając na wchłanianie wody i składników odżywczych, co powoduje zahamowanie wzrostu roślin, karłowatość, żółknięcie, więdnięcie, zwijanie się liści, deformację owoców, a nawet śmierć całej rośliny, co powoduje globalna redukcja upraw.
W ostatnich latach zwalczanie chorób nicieni było przedmiotem zainteresowania światowych firm i instytutów badawczych zajmujących się ochroną roślin.Nicienie cysty sojowe są ważną przyczyną ograniczenia produkcji soi w Brazylii, Stanach Zjednoczonych i innych ważnych krajach eksportujących soję.Obecnie, chociaż do zwalczania choroby nicieni zastosowano pewne metody fizyczne lub środki rolnicze, takie jak: badanie przesiewowe odmian odpornych, stosowanie odpornych podkładek, płodozmian, ulepszanie gleby itp., najważniejszymi metodami zwalczania są nadal zwalczanie chemiczne lub kontrola biologiczna.

Mechanizm działania złącza korzeniowego

Historia życia nicieni korzeniowych składa się z jaja, larwy w pierwszym stadium rozwojowym, larwy w drugim stadium, larwy w trzecim stadium, larwy w czwartym stadium i postaci dorosłej.Larwa jest mała, podobna do robaka, postać dorosła jest heteromorficzna, samiec jest liniowy, a samica ma kształt gruszki.Larwy w drugim stadium mogą migrować w wodzie porów gleby, szukać korzenia rośliny żywicielskiej poprzez wrażliwe allele głowy, atakować roślinę żywicielską poprzez przebicie naskórka z obszaru wydłużania się korzenia żywiciela, a następnie przedostać się przez przestrzeni międzykomórkowej, docierają do wierzchołka korzenia i docierają do merystemu korzenia.Po dotarciu larw w drugim stadium rozwojowym do merystemu wierzchołka korzenia, larwy powróciły w kierunku pęczka naczyniowego i dotarły do ​​obszaru rozwoju ksylemu.Tutaj larwy w drugim stadium przebijają komórki gospodarza igłą doustną i wstrzykują wydzielinę gruczołu przełyku do komórek korzenia żywiciela.Auksyna i różne enzymy zawarte w wydzielinach gruczołów przełyku mogą indukować mutację komórek gospodarza w „komórki olbrzymie” z jądrami wielojądrowymi, bogate w suborganelle i energiczny metabolizm.Komórki korowe wokół komórek olbrzymich proliferują, przerastają i puchną pod wpływem komórek olbrzymich, tworząc typowe objawy guzków korzeniowych na powierzchni korzenia.Larwy w drugim stadium rozwojowym wykorzystują komórki olbrzymie jako punkty żerowania, w których wchłaniają składniki odżywcze i wodę i nie poruszają się.W odpowiednich warunkach larwy w drugim stadium larwalnym mogą pobudzić żywiciela do wytworzenia komórek olbrzymich 24 godziny po zakażeniu i przekształcić się w dorosłe robaki po trzech linieniach w ciągu następnych 20 dni.Następnie samce poruszają się i opuszczają korzenie, samice pozostają nieruchome i kontynuują rozwój, zaczynając składać jaja po około 28 dniach.Gdy temperatura przekracza 10 ℃, z jaj wykluwają się jaja w guzku korzenia, w jajach wykluwają się larwy w pierwszym stadium larwalnym, larwy w drugim stadium wykluwają się z jaj, pozostawiając żywiciela w glebie, ponownie infekując.
Nicienie korzeniowe mają szeroką gamę żywicieli, którzy mogą pasożytować na ponad 3 000 rodzajów żywicieli, takich jak warzywa, rośliny spożywcze, rośliny dochodowe, drzewa owocowe, rośliny ozdobne i chwasty.Korzenie warzyw dotknięte przez nicienie kępkowe tworzą najpierw guzki różnej wielkości, które na początku są mlecznobiałe, a w późniejszym okresie jasnobrązowe.Po zakażeniu nicieniem korzeniowym rośliny w ziemi były krótkie, gałęzie i liście zanikły lub pożółkły, wzrost został zahamowany, kolor liści był jasny, a wzrost poważnie chorych roślin był słaby, rośliny zwiędły podczas suszy, a cała roślina obumarła w poważnym stopniu.Ponadto regulacja reakcji obronnej, efektu hamowania i mechanicznych uszkodzeń tkanek powodowanych przez nicienie korzeniowe na uprawach ułatwiła również inwazję patogenów przenoszonych przez glebę, takich jak bakterie więdnięcia fusarium i zgnilizny korzeni, tworząc w ten sposób złożone choroby i powodując większe straty.

Środki zapobiegawcze i kontrolne

Tradycyjne linecydy można podzielić na fumiganty i niefumiganty, w zależności od różnych metod stosowania.

Fumigant

Obejmuje chlorowcowane węglowodory i izotiocyjaniany, a substancje niefumigujące obejmują fosforoorganiczny i karbaminiany.Obecnie wśród insektycydów zarejestrowanych w Chinach bromometan (substancja zubożająca warstwę ozonową, która jest stopniowo zakazana) i chloropikryna to chlorowcowane związki węglowodorowe, które mogą hamować syntezę białek i reakcje biochemiczne podczas oddychania nicieni węzłowych.Obydwa fumiganty to izotiocyjanian metylu, który może rozkładać i uwalniać izotiocyjanian metylu i inne związki drobnocząsteczkowe w glebie.Izotiocyjanian metylu może przedostać się do organizmu nicienia kępkowego i związać się z globuliną przenoszącą tlen, hamując w ten sposób oddychanie nicienia kępkowego, powodując efekt śmiertelny.Ponadto fluorek siarki i cyjanamid wapnia zostały również zarejestrowane jako fumiganty do zwalczania nicieni kępkowatych w Chinach.
Istnieją również pewne fluorowcowane fumiganty węglowodorowe, które nie są zarejestrowane w Chinach, takie jak 1,3-dichloropropylen, jodometan itp., które są zarejestrowane w niektórych krajach Europy i Stanów Zjednoczonych jako substytuty bromometanu.

Nie fumigant

Zawiera fosforoorganiczny i karbaminiany.Wśród niefumigowanych linecydów zarejestrowanych w naszym kraju do związków fosforoorganicznych zalicza się fosfinotiazol, metanofos, foksifos i chloropiryfos, zaś do karbaminianów karboksanil, aldikarb i karboksanil butathiokarb.Niefumigowane nicienie zakłócają funkcjonowanie układu nerwowego nicieni kępkowych poprzez wiązanie się z acetylocholinoesterazą w synapsach nicieni kępkowych.Zwykle nie zabijają nicieni sęków korzeniowych, a jedynie powodują, że nicienie kępkowe tracą zdolność lokalizowania żywiciela i zakażania, dlatego często określa się je mianem „paraliżatorów nicieni”.Tradycyjne, niepoddane fumigacji nicienie to wysoce toksyczne środki nerwowe, które mają taki sam mechanizm działania na kręgowce i stawonogi jak nicienie.Dlatego też, pod wpływem czynników środowiskowych i społecznych, główne kraje rozwinięte świata ograniczyły lub wstrzymały rozwój insektycydów fosforoorganicznych i karbaminianowych i zwróciły się ku opracowaniu nowych, wysoce skutecznych i niskotoksycznych insektycydów.W ostatnich latach wśród nowych insektycydów niekarbaminianowych/organofosforowych, które uzyskały rejestrację EPA, znajdują się spiralat etylowy (zarejestrowany w 2010 r.), difluorosulfon (zarejestrowany w 2014 r.) i fluopyramid (zarejestrowany w 2015 r.).
Ale w rzeczywistości, ze względu na wysoką toksyczność i zakaz stosowania pestycydów fosforoorganicznych, obecnie nie ma zbyt wielu dostępnych środków nicieniobójczych.W Chinach zarejestrowano 371 nicieniocydów, z czego 161 to substancja czynna abamektyna, a 158 to substancja czynna tiazofos.Te dwie substancje czynne były najważniejszymi składnikami kontroli nicieni w Chinach.
Obecnie nie ma wielu nowych nicieniobójców, wśród których prym wiodą sulfotlenek fluorenu, spirotlenek, difluorosulfon i fluopyramid.Ponadto, jeśli chodzi o biopestycydy, duży potencjał rynkowy mają również zarejestrowane przez Kono Penicillium paraclavidum i Bacillus thuringiensis HAN055.

Globalny patent na zwalczanie nicieni węzłowych korzeni soi

Nicienie korzeniowe soi są jedną z głównych przyczyn zmniejszenia plonów soi w głównych krajach eksportujących soję, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych i Brazylii.
W ciągu ostatniej dekady na całym świecie zgłoszono ogółem 4287 patentów na ochronę roślin związanych z nicieniami korzeniowymi soi.Światowy węzeł korzeniowy soi ubiegał się głównie o patenty w regionach i krajach, pierwszym jest Biuro Europejskie, drugim są Chiny i Stany Zjednoczone, podczas gdy najpoważniejszy obszar nicienia węzeł korzeniowy soi, Brazylia, ma tylko 145 wniosków patentowych.A większość z nich pochodzi z międzynarodowych firm.

Obecnie abamektyna i fosfinotiazol są głównymi środkami zwalczania nicieni korzeniowych w Chinach.Zaczęło się również pojawiać opatentowany produkt fluopyramid.

Awermektyna

W 1981 roku wprowadzono na rynek abamektynę jako środek zwalczający pasożyty jelitowe u ssaków, a w 1985 jako pestycyd.Awermektyna jest obecnie jednym z najpowszechniej stosowanych środków owadobójczych.

Tiazian fosfiny

Fosfinotiazol to nowatorski, skuteczny, niefumigowany insektycyd fosforoorganiczny o szerokim spektrum działania, opracowany przez firmę Ishihara w Japonii i wprowadzony na rynek w wielu krajach, np. w Japonii.Wstępne badania wykazały, że fosfinotiazolium ma właściwości endosorpcyjne i transportowe w roślinach oraz ma szerokie spektrum działania przeciwko pasożytniczym nicieniom i szkodnikom.Nicienie pasożytujące na roślinach szkodzą wielu ważnym uprawom, a właściwości biologiczne, fizyczne i chemiczne fosfinotiazolu doskonale nadają się do stosowania doglebowego, dlatego jest to idealny środek do zwalczania nicieni pasożytniczych roślin.Obecnie fosfinotiazolium jest jednym z niewielu nicieniocydów zarejestrowanych dla warzyw w Chinach i ma doskonałą absorpcję wewnętrzną, dzięki czemu można go stosować nie tylko do zwalczania nicieni i szkodników powierzchniowych gleby, ale można go również stosować do zwalczania roztoczy i liści szkodniki powierzchniowe.Głównym mechanizmem działania tiazolidów fosfinowych jest hamowanie acetylocholinoesterazy docelowego organizmu, co wpływa na ekologię drugiego stadium larwalnego nicieni.Fosfinotiazol może hamować aktywność, uszkodzenia i wylęganie nicieni, a zatem może hamować wzrost i rozmnażanie nicieni.

Fluopyramid

Fluopyramid jest grzybobójczym pirydyloetylobenzamidem opracowanym i wprowadzonym na rynek przez firmę Bayer Cropscience, który nadal znajduje się w okresie patentowym.Fluopyramid ma pewne działanie nicieniobójcze i został zarejestrowany do zwalczania nicienia kępkowego w uprawach i jest obecnie bardziej popularnym środkiem nicieniobójczym.Mechanizm jego działania polega na hamowaniu oddychania mitochondrialnego poprzez blokowanie przenoszenia elektronów dehydrogenazy bursztynowej w łańcuchu oddechowym i hamowaniu kilku etapów cyklu wzrostu bakterii chorobotwórczych, aby osiągnąć cel zwalczania bakterii chorobotwórczych.

Aktywny składnik fluropyramidu w Chinach jest nadal objęty okresem patentowym.Spośród wniosków patentowych dotyczących nicieni 3 pochodzą od firmy Bayer, a 4 z Chin i są połączone z biostymulatorami lub różnymi składnikami aktywnymi w celu zwalczania nicieni.W rzeczywistości niektóre składniki aktywne w okresie obowiązywania patentu można wykorzystać do wcześniejszego wprowadzenia układu patentowego w celu przejęcia rynku.Takie jak doskonałe szkodniki z rzędu Lepidoptera i wciornastki, etylopolicydyna, o ponad 70% krajowych patentów ubiegają się przedsiębiorstwa krajowe.

Biologiczne pestycydy do zwalczania nicieni

W ostatnich latach metody kontroli biologicznej, które zastępują chemiczne zwalczanie nicieni sęków korzeniowych, cieszą się dużym zainteresowaniem w kraju i za granicą.Izolacja i badanie przesiewowe mikroorganizmów o wysokiej zdolności antagonistycznej wobec nicieni korzeniowych to podstawowe warunki zwalczania biologicznego.Głównymi szczepami wykazującymi występowanie antagonistycznych mikroorganizmów nicieni kępkowatych były Pasteurella, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus i Rhizobium.Myrothecium, Paecilomyces i Trichoderma, jednak niektórym mikroorganizmom trudno było wywrzeć antagonizujące działanie na nicienie kępkowe ze względu na trudności w sztucznej hodowli lub niestabilny efekt kontroli biologicznej w terenie.
Paecilomyces lavviolaceus jest skutecznym pasożytem jaj nicienia południowego węzła korzeniowego i Cystocystis albicans.Liczba pasożytów w jajach nicieni z węzła południowego węzła korzeniowego wynosi aż 60–70%.Mechanizm hamowania Paecilomyces lavviolaceus przeciwko nicieniom korzeniowym polega na tym, że po kontakcie Paecilomyces lavviolaceus z oocystami robaka liniowego w lepkim podłożu grzybnia bakterii biokontroli otacza całe jajo, a koniec grzybni staje się gęsty.Powierzchnia skorupy jaja ulega uszkodzeniu na skutek działania egzogennych metabolitów i chitynazy grzybowej, po czym grzyby atakują ją i zastępują ją.Może również wydzielać toksyny zabijające nicienie.Jego główną funkcją jest zabijanie jaj.W Chinach jest osiem rejestracji pestycydów.Obecnie Paecilomyces lilaclavi nie ma w sprzedaży złożonej postaci dawkowania, ale jego układ patentowy w Chinach zawiera patent na łączenie z innymi środkami owadobójczymi w celu zwiększenia aktywności użytkowej

Ekstrakt roślinny

Do zwalczania nicieni kępkowatych można bezpiecznie stosować naturalne produkty roślinne, a stosowanie materiałów roślinnych lub substancji niciennych wytwarzanych przez rośliny do zwalczania chorób nicieni kępkowatych jest bardziej zgodne z wymogami bezpieczeństwa ekologicznego i bezpieczeństwa żywności.
Składniki nicieniowe roślin występują we wszystkich organach rośliny i można je otrzymać poprzez destylację z parą wodną, ​​ekstrakcję organiczną, zebranie wydzielin korzeniowych itp. Ze względu na właściwości chemiczne dzieli się je głównie na substancje nielotne, rozpuszczalne w wodzie lub rozpuszczalne organicznie oraz lotne związki organiczne, wśród których przeważają substancje nielotne.Nicienie składników wielu roślin można wykorzystać do zwalczania nicieni sęków korzeniowych po prostej ekstrakcji, a odkrycie ekstraktów roślinnych jest stosunkowo proste w porównaniu z nowymi związkami aktywnymi.Jednakże, chociaż ma działanie owadobójcze, prawdziwy składnik aktywny i zasada działania owadobójczego często nie są jasne.
Obecnie neem, matrina, weratryna, skopolamina, saponina herbaciana i tak dalej to główne komercyjne pestycydy roślinne o działaniu zabijającym nicienie, których jest stosunkowo niewiele i które można stosować do produkcji roślin hamujących nicienie poprzez przesadzanie lub towarzyszenie.
Chociaż połączenie ekstraktów roślinnych do zwalczania nicieni korzeniowych będzie miało lepszy efekt zwalczania nicieni, na obecnym etapie nie zostało ono w pełni skomercjalizowane, ale nadal dostarcza nowego pomysłu na ekstrakty roślinne do zwalczania nicieni korzeniowych.

Nawóz bioorganiczny

Kluczem do nawozu bioorganicznego jest to, czy antagonistyczne mikroorganizmy mogą namnażać się w glebie lub glebie ryzosferowej.Wyniki pokazują, że zastosowanie niektórych materiałów organicznych, takich jak muszle krewetek i krabów oraz mączka olejowa, może bezpośrednio lub pośrednio poprawić efekt biologicznej kontroli nicieni korzeniowych.Wykorzystanie technologii fermentacji stałej do fermentacji antagonistycznych mikroorganizmów i nawozu organicznego w celu wytworzenia nawozu bioorganicznego to nowa metoda biologicznego zwalczania choroby nicieni korzeniowych.
W badaniu zwalczania nicieni roślinnych za pomocą nawozu bioorganicznego stwierdzono, że antagonistyczne mikroorganizmy w nawozie bioorganicznym miały dobry wpływ na zwalczanie nicieni korzeniowych, zwłaszcza nawozu organicznego powstałego w wyniku fermentacji antagonistycznych mikroorganizmów i nawozu organicznego poprzez technologię fermentacji stałej.
Jednakże wpływ nawozów organicznych na nicienie korzeniowe jest ściśle powiązany ze środowiskiem i okresem stosowania, a skuteczność ich zwalczania jest znacznie mniejsza niż w przypadku tradycyjnych pestycydów i trudno jest je komercjalizować.
Jednakże w ramach kontroli leków i nawozów możliwe jest zwalczanie nicieni poprzez dodanie chemicznych pestycydów i połączenie wody z nawozem.
W związku z dużą liczbą pojedynczych odmian upraw (takich jak słodki ziemniak, soja itp.) uprawianych w kraju i za granicą, występowanie nicieni staje się coraz poważniejsze, a ich zwalczanie również stoi przed wielkim wyzwaniem.Obecnie większość odmian pestycydów zarejestrowanych w Chinach została opracowana przed latami 80. XX wieku, a nowe związki aktywne są zdecydowanie niewystarczające.
Środki biologiczne mają wyjątkowe zalety w procesie stosowania, jednak nie są tak skuteczne jak środki chemiczne, a ich zastosowanie jest ograniczone różnymi czynnikami.Z odpowiednich wniosków patentowych wynika, że ​​obecny rozwój środków nicieniobójczych w dalszym ciągu opiera się na połączeniu starych produktów, rozwoju biopestycydów oraz integracji wody i nawozów.