Įvadas
Šiuolaikinis žemės ūkis veikia kaip peilio ašmenimis, subalansuodamas didėjančio pasėlių derliaus poreikį ir nepaliaujamą biologinių grėsmių spaudimą. Tarp šių grėsmių augalų-patogeniniai grybai, be abejo, yra labiausiai prisitaikantys ir patvariausi. Dešimtmečius pasaulinis maisto saugumas buvo labai apsaugotas kuriant ir diegiant sintetinius augalų apsaugos produktus. Konkrečiai kalbant, fungicidai buvo pagrindinė gynybos linija, apsaugantys nuo destruktyvių puvimo, rūdžių, pelėsių ir pelėsių atsiradimo, kad nesurytų viso derliaus, prieš jiems paliekant lauką.
Tačiau pats šių cheminių naujovių veiksmingumas sukėlė vieną iš svarbiausių šiuolaikinės agronomijos iššūkių: atsparumą fungicidams. Šis reiškinys yra evoliucinė grybelių bendruomenių kontrataka prieš žmogaus įsikišimą. Kai cheminė priemonė, kuri kartą užtikrino nepriekaištingą ligų kontrolę, pradeda prarasti savo veiksmingumą, ekonominiai, visuomeniniai ir ekologiniai padariniai gali būti pražūtingi.
Atsparumas fungicidams neatsiranda atsitiktinai; tai tiesioginė evoliucinės biologijos, kurią paspartino specifinė žemės ūkio praktika, pasekmė. Kadangi sena chemija žlunga, o naujų veikliųjų medžiagų atradimų vamzdynas sulėtėja, supratimas, kodėl atsiranda pasipriešinimas ir kaip jo išvengti, nebėra akademinis užsiėmimas. Tai esminis veiklos reikalavimas ūkininkams, agronomams ir cheminių medžiagų gamintojams visame pasaulyje, siekiantiems išlaikyti ilgalaikį -pasaulinių maisto tinklų gyvybingumą.
Biologiniai mechanizmai: kodėl atsiranda atsparumas fungicidams
Norint išspręsti atsparumo fungicidams galvosūkį, pirmiausia reikia ištirti mikroskopinį grybų genetikos ir evoliucinės mechanikos pasaulį. Atsparumą iš esmės lemia atrankos spaudimas. Kai agronominis laukas, kuriame gyvena milijardai grybų sporų, yra apdorojamas cheminiu junginiu, aplikacija veikia kaip intensyvus filtras. Didžioji dauguma žmonių, -jautrių cheminei medžiagai-žūsta. Tačiau jei nedidelė tos populiacijos dalis turi genetinį bruožą, leidžiantį išgyventi ekspoziciją, jie turi didžiulį evoliucinį pranašumą. Pašalinus konkurentus, šie išgyvenę individai greitai dauginasi, perduodami savo gynybines savybes vėlesnėms kartoms, kol visoje populiacijoje vyrauja atsparios padermės.
Šis evoliucinis poslinkis įmanomas dėl spontaniškų genetinių mutacijų. Grybai dauginasi stulbinančiu greičiu, dažnai užbaigdami kelis gyvenimo ciklus per vieną auginimo sezoną. Bet kurioje didelėje sporų populiacijoje DNR replikacijos metu atsiranda atsitiktinių kopijavimo klaidų. Dauguma šių mutacijų yra neutralios arba nepalankios, tačiau kartais įvyksta mutacija, kuri pakeičia tikslų ląstelių komponentą, į kurį nukreipta augalų apsaugos cheminė medžiaga.
Kai atsiranda tokia mutacija, ji paprastai pasireiškia vienu iš trijų ląstelių gynybos mechanizmų:
Pirma, įvyksta tikslinės{0}}svetainės mutacija. Dauguma šiuolaikinių, labai veiksmingų sisteminių fungicidų yra vienos vietos inhibitoriai, tai reiškia, kad jie prisijungia prie vieno konkretaus grybelio fermento ar baltymo, kad sutrikdytų jo metabolizmą. Vieno nukleotido pasikeitimas grybelio DNR gali subtiliai pakeisti to fermento formą. Nors fermentas ir toliau normaliai veikia grybeliui, fungicido molekulė nebegali prie jo prisijungti, todėl cheminė medžiaga tampa visiškai neveiksminga.
Antra, tikslinė{0}}svetainė gali būti pernelyg išreikšta. Pagal šį scenarijų grybas patiria mutaciją, dėl kurios jis gamina daug daugiau tikslinio fermento nei įprastai. Standartinė naudojamos cheminės medžiagos dozė yra perpildyta dėl didžiulio fermentų kiekio, leidžiančio patogenui išgyventi ir tęsti savo destruktyvų gyvenimo būdą.
Trečia, grybai gali sukurti ištekėjimo siurblius. Šis mechanizmas apima specializuotus transportavimo baltymus, esančius grybelio ląstelės membranoje. Kai grybelis sugeria cheminę medžiagą, šie molekuliniai siurbliai aktyviai išplauna toksiškus junginius iš ląstelės, kol jie pasiekia vidinę tikslinę vietą. Šis daugialypės -atsparumo vaistams mechanizmas yra ypač pavojingas, nes kartais gali suteikti grybeliui imunitetą kelioms visiškai skirtingoms cheminių medžiagų klasėms vienu metu.
Didelės{0}}rizikos veiksniai: pažeidžiamų cheminių medžiagų ir patogenų profiliavimas
Atsparumas fungicidams vystosi nevienodai atliekant visas ūkininkavimo operacijas ar atliekant chemines medžiagas. Atsparumo išsivystymo greitį lemia sudėtinga sąveika tarp cheminės medžiagos struktūros, patogeno biologinių savybių ir augintojo priimamų valdymo sprendimų.
Vienos-svetainės ir kelių{2}}svetainių chemija
Augalų apsaugos priemonės cheminis profilis yra pagrindinis atsparumo rizikos veiksnys. Istoriškai senesnės kartos apsaugos priemonės buvo kelių{1}vietinių inhibitorių. Sieros, vario ar mankocebo pagrindu pagaminti junginiai grybelio ląstelėje vienu metu atakuoja kelis metabolizmo kelius. Kadangi grybelis turi patirti daugybę labai mažai tikėtinų mutacijų tuo pačiu momentu, kad galėtų išgyventi naudojant kelias vietas, atsparumas šiems produktams išlieka ypač retas, nepaisant dešimtmečių nuolatinio naudojimo.
Ir atvirkščiai, šiuolaikinė chemija orientuota į vienos{0}}svetainės sisteminius produktus, tokius kaip QoI (strobilurinai), DMI (triazolai) ir SDHI. Šie produktai yra labai mėgstami, nes jie juda augalo audiniuose, pasižymi gydomuoju poveikiu ir yra veiksmingi esant neįtikėtinai mažoms dozėms. Tačiau kadangi jie remiasi vienu hiper-specifiniu biocheminiu mechanizmu, jie iš prigimties yra didelės-rizikos įrankiai. Pakanka vieno genetinio žingsnio, kad grybelis sužlugdytų jų veiksmingumą.
Patogeno gyvavimo{0}}ciklo pažeidžiamumas
Biologiniu požiūriu tam tikri patogenai yra linkę greitai išsivystyti atsparumui. Didelės-rizikos patogenai paprastai yra policikliniai, o tai reiškia, kad per vieną derliaus sezoną jie gali išauginti kelias sporų kartas. Pavyzdžiai apimaBotrytis cinerea(pilkas pelėsis),Zymoseptoria tritici(septorinė lapų dėmė) ir įvairios miltligės. Šie organizmai sukuria milijardus ore esančių sporų hektare. Vien matematinis jų dauginimosi mastas padidina statistinę tikimybę, kad atsiras atsparus mutantas. Kai didelės-rizikos patogenai derinami su didelės-rizikos, vienos{5}}svetainės cheminėmis medžiagomis, atsparumo išsivystymo laikas gali sumažėti nuo dešimtmečių iki kelių sezonų.
Agronominiai greitintuvai
Žmogaus valdymo praktika daro didelę įtaką šiems biologiniams kintamiesiems. Dažniausia šiuolaikinės augalų apsaugos klaida – pasikartojantis, išskirtinis vienos cheminės klasės naudojimas. Kai augintojas randa nepriekaištingai veikiantį produktą, kyla pagunda jį naudoti pakartotinai ištisus metus ir iš eilės iš eilės. Tai sukuria nuolatinį, nepalenkiamą atrankos spaudimą.
Be to, cheminių medžiagų naudojimas sub-mirtinai padidina atsparumą. Sub-mirtinas dozavimas gali atsirasti dėl prasto purkštuvo kalibravimo, per mažo-dozavimo siekiant sutaupyti pinigų arba per vėlai panaudojus chemines medžiagas ligos cikle, kai grybelių populiacija jau yra didžiulė. Užuot išnaikinusi populiaciją, silpna dozė nužudo tik jautriausius individus, o vidutiniškai tolerantiškiems grybams leidžia išgyventi, prisitaikyti ir galiausiai išsivystyti absoliutų atsparumą.
Veiklos sprendimai: praktinės prevencijos strategijos šioje srityje
Nors biologinės jėgos, skatinančios pasipriešinimą, yra didžiulės, jos nėra nesustabdomos. Norint užkirsti kelią atsparumui fungicidams, reikia apgalvotai pereiti nuo paprastos kenkėjų kontrolės prie strateginio cheminio valdymo. Augintojai turi įgyvendinti veiklos praktiką, kuri aktyviai sutrikdo selekcinį spaudimą ir apsaugo turimų cheminių priemonių veiksmingumą.
Cheminė įvairovė: FRAC rotacija
Atsparumo prevencijos kertinis akmuo yra griežta cheminių klasių su skirtingais veikimo būdais kaita. Siekdamas padėti augintojams, Atsparumo fungicidams veiksmų komitetas (FRAC) cheminėms grupėms priskiria kodų numerius, atsižvelgdamas į jų specifinius ląstelių taikinius. Jei aplikacijoje naudojamas FRAC kodas 11 (Strobilurinas), vėlesnis purškimas turi priklausyti visai kitai grupei, pvz., FRAC kodas 3 (triazolas) arba FRAC kodas 7 (SDHI).
Nuolat keisdami biocheminį grybelio atakos mechanizmą, augintojai užtikrina, kad mutantai, išgyvenę pirmą kartą, būtų pašalinti antrą kartą. Bet kuri spora, kuri sukuria mutaciją, kad išgyventų FRAC kodo 11 produktą, lieka visiškai pažeidžiama FRAC kodo 3 junginio. Ši sukimosi strategija neleidžia bet kuriai mutavusiai padermei daugintis ir įsitvirtinti dominuojančiame lauke.
Tank{0}}maišymo strateginė vertė
Nors sukimasis vyksta per laiko juostą, bako{0}}maišymas vienu metu sprendžia pasipriešinimą vienoje programoje. Bako-maišymas apima dviejų skirtingų fungicidų su skirtingais veikimo būdais sujungimą purkštuvo bako viduje.
Siekiant maksimalios atsparumo apsaugos, didelės-rizikos, vienos-svetainės sisteminis produktas turėtų būti suporuotas su mažos-rizikos, kelių-svetainių apsauga. Pavyzdžiui, sumaišius sisteminį SDHI su plataus-spektro kontakto apsauga, pvz., mankocebu, sukuriamas dvigubo-veiksmo barjeras. Sisteminė cheminė medžiaga prasiskverbia į lapą, kad užtikrintų gilią vidinę kontrolę, o kelių vietovių partneris padengia lapo paviršių, sunaikindamas visas mutantų sporas, kurios kitu atveju galėtų išgyventi vienoje vietoje. Šis metodas žymiai sumažina matematinę tikimybę, kad atsparios sporos išgyvens.
Tikslumas taikymo mechanikoje
Veiklos meistriškumas šioje srityje yra toks pat svarbus kaip ir cheminių medžiagų pasirinkimas. Siekiant užkirsti kelią sub-mirtinų išgyvenimo zonų susidarymui pasėlių vainiko viduje, purškimo įranga turi būti kruopščiai sukalibruota. Tai reiškia, kad reikia pasirinkti tinkamus purškimo antgalius, kad būtų pasiektas optimalus lašelių dydis, reguliuoti sijos aukštį, kad būtų užtikrintas vienodas paskirstymas, ir palaikyti tinkamą purškimo slėgį, kad cheminė medžiaga patektų giliai į apatinius, drėgnus augalų vainiko sluoksnius, kur klesti grybelių sporos.
Laikas taip pat lemia sėkmę. Fungicidai turėtų būti naudojami profilaktiškai arba absoliučiai anksčiausiai pasireiškus ligos simptomams. Bandant apipurkšti labai užkrėstą lauką, siekiant „išgydyti“ išbėgusį protrūkį, cheminė medžiaga patenka į didžiulę grybų populiaciją. Šis scenarijus labai padidina riziką, kad atsparus mutantas išliks ir daugės masinio infekcijos įvykio chaoso metu.
Holistinė gynyba: integruotas kenkėjų valdymas (IPM)
Pasikliauti tik cheminių medžiagų sukimu ir bako{0}}maišymu yra trumparegiška strategija. Norint iš tikrųjų užtikrinti pasėlių apsaugos ateitį, cheminės priemonės turi būti įtrauktos į holistinę integruoto kenkėjų valdymo (IPM) sistemą. IPM siekiama sumažinti bendrą ligų spaudimą taikant kultūrines, genetines ir technologines intervencijas, taip sumažinant visišką žemės ūkio bendruomenės priklausomybę nuo cheminių medžiagų.
Kultūros kontrolė ir sanitarija
Grybai labai priklauso nuo konkrečių aplinkos sąlygų, kad išgyventų ir žiemotų. Kultūros valdymas pakeičia šias sąlygas, kad natūraliai nutrauktų ligos ciklą. Sėjomaina yra viena iš efektyviausių turimų priemonių; pakaitomis metais pasodinus ne-šeimininką, dirvožemyje plintantys grybai, kurie specializuojasi atakuoti konkrečias augalų rūšis, išnyksta ir natūraliai nyksta.
Ne mažiau svarbi yra lauko sanitarinė priežiūra. Daugelis destruktyvių grybų žiemoja užkrėstose pasėlių liekanose, likusiose po derliaus nuėmimo dirvos paviršiuje. Šių likučių įdirbimas į dirvą, susmulkinimas siekiant pagreitinti skilimą arba fizinis pašalinimas žymiai sumažina pradinę sporų apkrovą lauke kitą pavasarį. Be to, optimizuojant atstumą tarp augalų ir keičiant eilių orientaciją, galima žymiai pagerinti oro srautą per pasėlių vainiką. Ši padidinta ventiliacija leidžia rytinei rasai ir lietui greitai išgaruoti nuo lapų paviršių, sukuriant sausą mikroklimatą, kuris neleidžia iš pradžių dygti grybelių sporoms.
Augalo šeimininko genetikos panaudojimas
Tvariausias būdas apsaugoti pasėlius yra užtikrinti, kad augalas galėtų apsisaugoti. Augalų selekcijos programos ir šiuolaikinės biotechnologijos sukūrė pasėlių veisles, pasižyminčias tvirtu, natūraliu genetiniu atsparumu specifiniams grybelių patogenams.
Sodindami sertifikuotas ligoms{0}}atsparių sėklų veisles, augintojai sukuria tiesioginį biologinį barjerą nuo infekcijos. Nors šie genetiniai bruožai taip pat gali susidurti su atsparumu dėl prisitaikančių grybų laikui bėgant, naudojant juos kartu su fungicidais sukuriama daugiasluoksnė apsauga. Natūralus augalo imunitetas slopina didžiąją dalį ligos spaudimo, todėl per metus reikia naudoti mažiau cheminių medžiagų, o tai tiesiogiai išsaugo cheminių medžiagų naudojimo trukmę.
Nuspėjamoji technologija ir sprendimų palaikymas
Skaitmeninio žemės ūkio integravimas suteikia aukštųjų{0}}technologijų pranašumą kovojant su pasipriešinimu. Šiuolaikiniuose ūkiuose aplinkos parametrams stebėti realiuoju laiku naudojamos automatinės meteorologinės stotys, lapų-drėgmės jutikliai ir prognozuojamieji ligų modeliavimo algoritmai.
Užuot purškę pagal griežtą-kalendorių pagrįstą tvarkaraštį-, dėl kurio dažnai reikia naudoti nereikalingas programas ir padidinti selekcinį spaudimą,-augintojai gali naudoti šias sprendimų palaikymo sistemas ir taikyti gydymą tik tada, kai aplinkos slenksčiai rodo neišvengiamą didelės{3}}užsikrėtimo rizikos laikotarpį. Šis duomenimis{5}}pagrįstas metodas sumažina cheminių medžiagų naudojimą, sumažina gamybos sąnaudas ir aktyviai apsaugo nuo nereikalingo poveikio, kuris pagreitina atsparumo vystymąsi.
Išvada
Atsparumas fungicidams yra nuspėjamas, biologinis atsakas į intensyvius šiuolaikinio žemės ūkio gamybos poreikius. Dėl pačių savybių, dėl kurių šiuolaikiniai-vienos vietos fungicidai yra labai veiksmingi,-dėl tikslinio tikslumo ir sisteminio mobilumo-, jie taip pat labai pažeidžiami evoliuciniam grybelinių patogenų prisitaikymui. Kai atsiranda pasipriešinimas, tai kelia grėsmę ekonominiam ūkininkavimo stabilumui ir kenkia pasauliniam aprūpinimui maistu.
Tačiau pasėlių apsaugos ateitis nėra savaime suprantama. Nors genetinių mutacijų atsiradimo negalima visiškai sustabdyti, atsparių populiacijų plitimo greitį galima labai kontroliuoti pasitelkus protingą įsikišimą. Suprasdama ląstelinius ir operacinius pasipriešinimo veiksnius, pasaulinė žemės ūkio bendruomenė gali įgyvendinti tvirtas gynybines strategijas.
Sėkmei reikia ryžtingai pereiti nuo pasikartojančio pavienių cheminių medžiagų naudojimo prie disciplinuoto cheminių medžiagų sukimosi režimo, strateginio bako{0}}maišymo ir tikslaus naudojimo laiko. Be to, ši cheminė praktika turi būti paremta kultūriniais, genetiniais ir technologiniais integruotojo kenkėjų valdymo ramsčiais. Galiausiai fungicidų veiksmingumo išsaugojimas yra priežiūros pratimas. Šiuolaikinis žemės ūkis, naudodamas išsilavinimą, tikslumą ir ekologinę pusiausvyrą, gali apsaugoti savo vertingas augalų apsaugos technologijas ir užtikrinti, kad laukai išliktų atsparūs ir produktyvūs ateinančioms kartoms.
