Sissejuhatus
Kaasaegne põllumajandus toimib noateral, tasakaalustades vajadust kasvava saagikuse järele bioloogiliste ohtude järeleandmatu survega. Nendest ohtudest on taime{1}}patogeensed seened vaieldamatult kõige kohanemisvõimelisemad ja püsivamad. Aastakümneid on ülemaailmset toiduga kindlustatust tugevalt kaitstud sünteetiliste taimekaitsevahendite väljatöötamise ja kasutuselevõtuga. Täpsemalt, fungitsiidid on olnud peamine kaitseliin, mis hoiab ära hävitava lehemädaniku, rooste, hallituse ja hallituse kogu saagi söömise enne, kui need põllult lahkuvad.
Nende keemiliste uuenduste tõhusus on aga kaasa toonud ühe tänapäevase agronoomia kõige kriitilisema väljakutse: resistentsuse fungitsiididele. See nähtus on seenekoosluste evolutsiooniline vasturünnak inimese sekkumisele. Kui keemiline tööriist, mis on kunagi pakkunud veatut haigustõrjet, hakkab oma jõudu kaotama, võivad majanduslikud, ühiskondlikud ja ökoloogilised tagajärjed olla laastavad.
Fungitsiidiresistentsus ei teki juhuslikult; see on spetsiifiliste põllumajandustavade poolt kiirendatud evolutsioonibioloogia otsene tagajärg. Kuna vana keemia ebaõnnestub ja uute toimeainete leidmise torustik aeglustub, pole mõistmine, miks resistentsus tekib ja kuidas seda vältida, enam akadeemiline ülesanne. See on kogu maailmas põllumajandustootjate, agronoomide ja kemikaalide tootjate jaoks põhiline tegevusnõue, kes soovivad säilitada ülemaailmsete toiduvõrgustike pikaajalist-elujõulisust.
Bioloogilised mehhanismid: miks tekib fungitsiidiresistentsus
Fungitsiidiresistentsuse mõistatuse lahendamiseks tuleb kõigepealt uurida seente geneetika ja evolutsioonimehaanika mikroskoopilist maailma. Vastupanu juhib põhiliselt valikusurve. Kui miljardite seente eostega asustatud agronoomilist põldu töödeldakse keemilise ühendiga, toimib rakendus intensiivse filtrina. Valdav osa elanikkonnast-kemikaalide suhtes tundlikke-hukkub. Kui aga väikesel osal sellest populatsioonist on geneetiline tunnus, mis võimaldab neil kokkupuutel ellu jääda, jääb neile tohutu evolutsiooniline eelis. Kui konkurendid on kõrvaldatud, paljunevad need ellujäänud isendid kiiresti, kandes oma kaitseomadused edasi järgmistele põlvkondadele, kuni kogu populatsioonis domineerivad resistentsed tüved.
See evolutsiooniline nihe on võimalik spontaansete geneetiliste mutatsioonide tõttu. Seened paljunevad hämmastava kiirusega, täites sageli ühe kasvuperioodi jooksul mitu elutsüklit. Igas suures eospopulatsioonis tekivad DNA replikatsiooni ajal juhuslikud kopeerimisvead. Enamik neist mutatsioonidest on neutraalsed või ebasoodsad, kuid aeg-ajalt esineb mutatsioon, mis muudab taimekaitsekemikaali sihtmärgiks olevat täpset rakukomponenti.
Kui selline mutatsioon ilmneb, avaldub see tavaliselt ühes kolmest raku kaitsemehhanismist:
Esiteks toimub siht{0}}saidi mutatsioon. Enamik kaasaegseid väga tõhusaid süsteemseid fungitsiide on ühekohalised{2}}inhibiitorid, mis tähendab, et nad kinnituvad seene ühe konkreetse ensüümi või valgu külge, et häirida selle ainevahetust. Üksik nukleotiidi muutus seente DNA-s võib selle ensüümi kuju peenelt muuta. Kuigi ensüüm jätkab seene normaalset toimimist, ei saa fungitsiidimolekul enam sellega seonduda, muutes kemikaali täiesti ebaefektiivseks.
Teiseks võib toimuda siht{0}}saidi üleekspressioon. Selle stsenaariumi korral läbib seene mutatsiooni, mille tõttu toodab see tavapärasest palju rohkem sihtensüümi. Kasutatava kemikaali standardannus on ensüümide tohutu mahu tõttu ülekoormatud, võimaldades patogeenil ellu jääda ja jätkata oma hävitavat elustiili.
Kolmandaks võivad seened arendada väljavoolupumpasid. See mehhanism hõlmab spetsiaalseid transportvalke, mis asuvad seene rakumembraanis. Kui seen neelab kemikaali, loputavad need molekulaarpumbad mürgised ühendid aktiivselt rakust välja, enne kui need jõuavad oma sisemisse sihtpunkti. See multi-ravimiresistentsuse mehhanism on eriti ohtlik, kuna see võib mõnikord anda seenele immuunsuse samaaegselt mitme täiesti erineva kemikaaliklassi suhtes.
Kõrged{0}}riskitegurid: haavatavate kemikaalide ja patogeenide profileerimine
Fungitsiidiresistentsus ei arene ühtlaselt kõigi põllumajandustoimingute või kemikaalide puhul. Resistentsuse kujunemise kiiruse määrab sisendi keemilise struktuuri, patogeeni bioloogiliste tunnuste ja kasvataja tehtud juhtimisotsuste kompleksne koostoime.
Ühe-saidi vs. mitme-saidi keemia
Taimekaitsevahendi keemiline profiil on peamine resistentsuse riski põhjustaja. Ajalooliselt olid vanema põlvkonna kaitsvad ained mitmes kohas inhibiitorid. Väävlil, vasel või mankotseebil põhinevad ühendid ründavad seenerakus korraga mitut metaboolset rada. Kuna seene peab läbima mitu väga ebatõenäolist mutatsiooni täpselt samal hetkel, et ellu jääda mitmel -kohal, on resistentsus nende toodete suhtes erakordselt haruldane hoolimata aastakümnete pikkusest pidevast kasutamisest.
Kaasaegne keemia keskendub vastupidiselt ühekohalistele{0}}süsteemsetele toodetele, nagu QoI-d (strobiluriinid), DMI-d (triasoolid) ja SDHI-d. Need tooted on väga eelistatud, kuna need liiguvad taimekoes, pakuvad ravitoimet ja on tõhusad uskumatult madalate annuste korral. Kuid kuna need põhinevad ühel hüper-spetsiifilisel biokeemilisel mehhanismil, on need oma olemuselt suure-riskiga tööriistad. Seene tõhususe purustamiseks on vaja ainult ühte geneetilist sammu.
Patogeeni elu{0}}tsükli haavatavused
Bioloogilisest seisukohast on teatud patogeenidel eelsoodumus kiireks resistentsuse kujunemiseks. Suure-riskiga patogeenid on tavaliselt polütsüklilised, mis tähendab, et nad võivad ühe põllukultuuri hooaja jooksul tekitada mitu põlvkonda eoseid. Näited hõlmavad järgmistBotrytis cinerea(hall hallitus),Zymoseptoria tritici(septoria lehelaik) ja mitmesugused jahukasted. Need organismid tekitavad miljardeid õhus levivaid eoseid hektari kohta. Nende reprodutseerimise ainuüksi matemaatiline ulatus suurendab statistilist tõenäosust, et tekib resistentne mutant. Kui kõrge-riski patogeenid on seotud kõrge-riskiga, ühekohalise-kohaga kemikaalidega, võib resistentsuse kujunemise ajakava lüheneda aastakümnetest kuni mõne hooajani.
Agronoomilised kiirendid
Inimjuhtimistavad mõjutavad neid bioloogilisi muutujaid tugevalt. Kaasaegse taimekaitse kõige levinum viga on ühe kemikaaliklassi korduv eksklusiivne kasutamine. Kui kasvataja leiab toote, mis töötab laitmatult, on kiusatus kasutada seda korduvalt aastaringselt ja järjestikuste hooaegade jooksul. See loob pideva, järeleandmatu valikusurve.
Lisaks kiirendab sub{0}}surmavate kemikaalide kasutamine drastiliselt vastupanuvõimet. Sub-surmav doseerimine võib tekkida pihusti halva kalibreerimise, raha säästmise eesmärgil aladoseerimise või-aladoseerimise tõttu või liiga hilja haigustsüklis, kui seente populatsioon on juba valdavalt suur. Selle asemel, et populatsiooni hävitada, tapab nõrk doos ainult kõige tundlikumad isikud, võimaldades samal ajal mõõdukalt tolerantsetel seentel ellu jääda, kohaneda ja lõpuks välja arendada absoluutse resistentsuse.
Operatiivsed lahendused: praktilised ennetusstrateegiad valdkonnas
Kuigi bioloogilised jõud, mis juhivad vastupanu, on tohutud, ei ole need peatamatud. Fungitsiidiresistentsuse ennetamine nõuab tahtlikku üleminekut lihtsalt kahjuritõrjelt strateegilisele keemiajuhtimisele. Kasvatajad peavad rakendama tegevustavasid, mis häirivad aktiivselt valikusurvet ja kaitsevad olemasolevate keemiliste tööriistade tõhusust.
Keemilise mitmekesisuse omaksvõtmine: FRAC-i pöörlemine
Resistentsuse ennetamise nurgakiviks on erinevate toimeviisidega kemikaaliklasside range vaheldumine. Kasvatajate abistamiseks määrab Fungitsiidiresistentsuse tegevuskomitee (FRAC) keemilistele rühmadele koodinumbrid nende konkreetsete rakuliste sihtmärkide alusel. Kui rakenduses kasutatakse FRAC koodi 11 (Strobiluriin), peab järgnev pihustus kuuluma täiesti erinevasse rühma, näiteks FRAC Code 3 (triasool) või FRAC Code 7 (SDHI).
Pidevalt muutes seene ründamiseks kasutatavat biokeemilist mehhanismi, tagavad kasvatajad, et esimesel kasutuskorral ellu jäänud mutandid elimineeritakse teise kasutuskorraga. Kõik eosed, mis arendavad mutatsiooni, et FRAC Code 11 tootest ellu jääda, on FRAC Code 3 ühendi suhtes täiesti haavatavad. See rotatsioonistrateegia takistab ühegi muteerunud tüve paljunemist ja domineeriva tugipunkti loomist põllul.
Tank{0}}miksimise strateegiline väärtus
Kuigi pöörlemine toimub ajateljel, käsitleb paagi{0}}segamine vastupanu ühe rakenduse piires samaaegselt. Paagi-segamine hõlmab kahe erineva fungitsiidi kombineerimist, millel on erinevad toimeviisid pritsipaagis.
Maksimaalse vastupanukaitse tagamiseks tuleks kõrge-riskiga ühe-saidi süsteemne toode ühendada madala-riskiga, mitme saidi-kaitsevahendiga. Näiteks süsteemse SDHI segamine laia -spektriga kontaktikaitsevahendiga, nagu mankotseeb, loob kahe{6}}toimega barjääri. Süsteemne kemikaal tungib läbi lehe, et pakkuda sügavat sisemist kontrolli, samal ajal kui mitmekohaline partner katab lehepinna, hävitades kõik mutantsed eosed, mis muidu võiksid ühe saidi ühendi ellu jääda. Selline lähenemine vähendab oluliselt resistentse eose matemaatilist tõenäosust, et rakendus ellu jääb.
Täpsus rakendusmehaanikas
Töötase selles valdkonnas on sama oluline kui keemiline valik. Et vältida sub-surmavate ellujäämistsoonide teket põllukultuuride võras, tuleb töötlemisseadmed hoolikalt kalibreerida. See tähendab õigete pihustusdüüside valimist, et saavutada optimaalne tilkade suurus, poomi kõrguse reguleerimine ühtlase jaotuse tagamiseks ja õige pihustusrõhu säilitamine, et juhtida kemikaal sügavale taimevõra madalamatesse niisketesse kihtidesse, kus seente eosed arenevad.
Ajastus määrab ka edu. Fungitsiide tuleks kasutada ennetavalt või haiguse sümptomite kõige varem ilmnemisel. Püüdes pritsida tugevalt nakatunud põldu, et "ravida" põgenenud haiguspuhangut, puutub see kemikaaliga kokku tohutul hulgal seeni. See stsenaarium suurendab järsult ohtu, et resistentne mutant jääb ellu ja paljuneb massilise nakkusjuhtumi kaose keskel.
Terviklik kaitse: integreeritud kahjuritõrje (IPM)
Ainult keemilisele pöörlemisele ja paagi{0}}segamisele tuginemine on lühinägelik strateegia. Taimekaitse tuleviku tõeliseks kindlustamiseks tuleb keemilised tööriistad integreerida terviklikku integreeritud kahjuritõrje (IPM) raamistikku. IPM püüab minimeerida üldist haiguste survet kultuuriliste, geneetiliste ja tehnoloogiliste sekkumiste kaudu, vähendades seeläbi põllumajanduskogukonna täielikku sõltuvust keemilistest sisenditest.
Kultuurikontroll ja kanalisatsioon
Seente ellujäämine ja talvitumine sõltuvad suuresti konkreetsetest keskkonnatingimustest. Kultuuriline juhtimine muudab neid tingimusi, et katkestada haiguse tsükkel loomulikult. Külvikord on üks tõhusamaid saadaolevaid vahendeid; istutades vahelduvatel aastatel mitte-peremeessaaki, näljutatakse mullas levivad seened, mis on spetsialiseerunud teatud taimeliikide ründamisele, ja need kahanevad looduslikult.
Põllu kanalisatsioon on sama oluline. Paljud destruktiivsed seened talvituvad pärast saagikoristust mullapinnale jäetud nakatunud saagijäägis. Selle jäägi mulda külvamine, lagunemise kiirendamiseks purustamine või füüsiline eemaldamine vähendab oluliselt järgmisel kevadel põllul esinevat esialgset eoskoormust. Lisaks võib taimede vahekauguse optimeerimine ja ridade orientatsiooni muutmine oluliselt parandada õhuvoolu läbi põllukultuuride võrastiku. Selline suurenenud ventilatsioon võimaldab hommikusel kastel ja vihmal lehtede pinnalt kiiresti aurustuda, luues kuiva mikrokliima, mis takistab seente eoste idanemist.
Peremeestaimede geneetika võimendamine
Kõige säästvam viis põllukultuuri kaitsmiseks on tagada, et taim suudab end kaitsta. Sordiaretusprogrammid ja kaasaegne biotehnoloogia on välja töötanud põllukultuuride kultivarid, mis on varustatud kindla loodusliku geneetilise resistentsusega spetsiifiliste seenpatogeenide suhtes.
Sertifitseeritud haiguskindlate{0}}seemnesortide istutamisega loovad kasvatajad kohese bioloogilise barjääri infektsioonide vastu. Kuigi need geneetilised tunnused võivad aja jooksul seista silmitsi ka seente kohanemissurvega, loob nende kasutamine koos fungitsiididega mitmekihilise kaitse. Taime loomulik immuunsus pärsib suurema osa haigussurvest, mis tähendab, et aastaringselt on vaja vähem keemilisi rakendusi, mis säilitab otseselt keemiliste sisendite eluea.
Ennustav tehnoloogia ja otsuste tugi
Digitaalse põllumajanduse integreerimine annab kõrgtehnoloogilise eelise{0}}vastupanuvastases sõjas. Kaasaegsed talud kasutavad keskkonnaparameetrite reaalajas jälgimiseks automatiseeritud ilmajaamu, lehtede-niiskuse andureid ja haiguste prognoosimise modelleerimisalgoritme.
Selle asemel, et pritsida range,{0}}kalendripõhise ajakava,-mis põhjustab sageli tarbetuid rakendusi ja suurenenud valikusurvet,-kasvatajad saavad kasutada neid otsuseid toetavaid süsteeme, et rakendada ravi ainult siis, kui keskkonnalävi viitab peatsele kõrgele-nakatumisriskile. See andmepõhine-lähenemine vähendab kemikaalide kasutamist, vähendab tootmiskulusid ja hoiab aktiivselt ära tarbetu kokkupuute, mis kiirendab resistentsuse kujunemist.
Järeldus
Fungitsiidiresistentsus on prognoositav bioloogiline reaktsioon kaasaegse põllumajanduse intensiivsetele tootmisvajadustele. Need omadused, mis muudavad tänapäevased ühekohalised fungitsiidid väga tõhusaks-sihipärase täpsuse ja süsteemse liikuvuse-omadused, muudavad need ka väga haavatavaks seenpatogeenide evolutsioonilise kohanemisvõime suhtes. Kui tekib vastupanu, ohustab see põllumajandustegevuse majanduslikku stabiilsust ja õõnestab ülemaailmset toiduga kindlustatust.
Taimekaitse tulevik pole aga iseenesestmõistetav. Kuigi geneetiliste mutatsioonide tekkimist ei saa täielikult peatada, saab resistentsete populatsioonide laienemise kiirust intelligentse sekkumise abil tugevalt kontrollida. Mõistes vastupanu rakulisi ja operatiivseid tegureid, saab ülemaailmne põllumajanduskogukond rakendada tugevaid kaitsestrateegiaid.
Edu saavutamiseks on vaja sihikindlat nihet üksikute kemikaalide sisendite korduvalt kasutamiselt distsiplineeritud kemikaalide pöörlemise, strateegilise paagi-segamise ja täpse rakenduse ajastuse suunas. Lisaks peavad neid keemilisi tavasid toetama integreeritud kahjuritõrje kultuurilised, geneetilised ja tehnoloogilised sambad. Lõppkokkuvõttes on fungitsiidide tõhususe säilitamine korrapidaja harjutus. Hariduse, täpsuse ja ökoloogilise tasakaalu kaudu saab kaasaegne põllumajandus kaitsta oma väärtuslikke taimekaitsetehnoloogiaid, tagades põldude vastupidavuse ja produktiivsuse ka tulevastele põlvkondadele.
