Ievads
Mūsdienu lauksaimniecība darbojas uz naža asmens, līdzsvarojot vajadzību pēc ražas pieauguma pret bioloģisko apdraudējumu nerimstošo spiedienu. Starp šiem draudiem augu-patogēnās sēnes neapšaubāmi ir adaptīvākās un noturīgākās. Jau vairākus gadu desmitus globālā nodrošinātība ar pārtiku ir bijusi ļoti aizsargāta, izstrādājot un ieviešot sintētiskos augu aizsardzības līdzekļus. Konkrētāk, fungicīdi ir kalpojuši kā galvenā aizsardzības līnija, novēršot destruktīvu puvi, rūsu, miltrasu un pelējumu no visa ražas aprišanas, pirms tās atstāj laukā.
Tomēr šo ķīmisko jauninājumu efektivitāte ir radījusi vienu no svarīgākajām problēmām mūsdienu agronomijā: fungicīdu rezistenci. Šī parādība ir sēnīšu kopienu evolucionārs pretuzbrukums cilvēka iejaukšanāsi. Kad ķīmiskais instruments, kas reiz nodrošināja nevainojamu slimību kontroli, sāk zaudēt savu potenciālu, ekonomiskās, sabiedriskās un ekoloģiskās sekas var būt postošas.
Fungicīdu rezistence nerodas nejauši; tās ir tiešas evolūcijas bioloģijas sekas, ko paātrina īpaša lauksaimniecības prakse. Tā kā vecā ķīmija neizdodas un jaunu aktīvo sastāvdaļu atklāšanas process palēninās, izpratne par to, kāpēc rodas rezistence un kā to novērst, vairs nav akadēmisks uzdevums. Tā ir būtiska darbības prasība lauksaimniekiem, agronomiem un ķīmisko vielu ražotājiem visā pasaulē, kuri cenšas uzturēt globālo pārtikas tīklu ilgtermiņa dzīvotspēju.
Bioloģiskie mehānismi: kāpēc notiek rezistence pret fungicīdiem
Lai atrisinātu fungicīdu rezistences mīklu, vispirms ir jāizpēta sēnīšu ģenētikas un evolūcijas mehānikas mikroskopiskā pasaule. Pretestību pamatā nosaka atlases spiediens. Kad agronomiskais lauks, kurā dzīvo miljardiem sēņu sporu, tiek apstrādāts ar ķīmisku savienojumu, aplikācija darbojas kā intensīvs filtrs. Lielākā daļa iedzīvotāju,-kas ir jutīgi pret ķīmisko vielu,{4}}iet bojā. Tomēr, ja nelielai šīs populācijas daļai ir ģenētiska iezīme, kas ļauj izdzīvot ekspozīcijā, viņiem ir milzīgas evolūcijas priekšrocības. Likvidējot konkurentus, šie izdzīvojušie indivīdi ātri vairojas, nododot savas aizsardzības iezīmes nākamajām paaudzēm, līdz visā populācijā dominē rezistenti celmi.
Šī evolūcijas maiņa ir iespējama, pateicoties spontānām ģenētiskām mutācijām. Sēnes vairojas ar pārsteidzošu ātrumu, bieži pabeidzot vairākus dzīves ciklus vienā augšanas sezonā. Jebkurā lielā sporu populācijā DNS replikācijas laikā rodas nejaušas kopēšanas kļūdas. Lielākā daļa šo mutāciju ir neitrālas vai neizdevīgas, taču dažkārt notiek mutācija, kas maina precīzu šūnu komponentu, uz kuru attiecas augu aizsardzības ķīmiskā viela.
Ja rodas šāda mutācija, tā parasti izpaužas vienā no trim šūnu aizsardzības mehānismiem:
Pirmkārt, notiek mērķa{0}}vietnes mutācija. Lielākā daļa mūsdienu, ļoti iedarbīgo sistēmisko fungicīdu ir vienas vietas inhibitori, kas nozīmē, ka tie saistās ar vienu konkrētu enzīmu vai proteīnu sēnē, lai traucētu tās metabolismu. Viena nukleotīda maiņa sēnīšu DNS var smalki mainīt šī fermenta formu. Kamēr ferments turpina normāli darboties sēnei, fungicīda molekula vairs nevar ar to saistīties, padarot ķīmisko vielu pilnīgi neefektīvu.
Otrkārt, mērķa{0}}vietne var būt pārmērīga. Šajā scenārijā sēne tiek pakļauta mutācijai, kas liek tai ražot daudz vairāk mērķa enzīma nekā parasti. Lieto ķīmiskās vielas standarta devu pārņem milzīgais enzīmu daudzums, ļaujot patogēnam izdzīvot un turpināt savu postošo dzīvesveidu.
Treškārt, sēnītes var attīstīt izplūdes sūkņus. Šis mehānisms ietver specializētus transporta proteīnus, kas atrodas sēnīšu šūnu membrānā. Kad sēne absorbē ķīmisko vielu, šie molekulārie sūkņi aktīvi izskalo toksiskos savienojumus no šūnas, pirms tie var sasniegt savu iekšējo mērķa vietu. Šis multi-zāļu rezistences mehānisms ir īpaši bīstams, jo tas dažkārt var nodrošināt sēnītes imunitāti pret vairākām pilnīgi atšķirīgām ķīmisko vielu klasēm vienlaikus.
Augsta{0}}riska faktori: neaizsargātu ķīmisko vielu un patogēnu profilēšana
Fungicīdu rezistence neattīstās vienmērīgi visās lauksaimniecības darbībās vai ķīmisko vielu veidos. Ātrumu, kādā veidojas rezistence, nosaka sarežģīta mijiedarbība starp ievades ķīmisko struktūru, patogēna bioloģiskajām iezīmēm un audzētāja pieņemtajiem pārvaldības lēmumiem.
Vienas{0}}vietnes un vairāku-vietņu ķīmija
Augu aizsardzības līdzekļa ķīmiskais profils ir galvenais rezistences riska virzītājspēks. Vēsturiski vecākās paaudzes aizsarglīdzekļi bija vairāku -vietņu inhibitori. Savienojumi uz sēra, vara vai mankoceba bāzes vienlaicīgi uzbrūk vairākiem vielmaiņas ceļiem sēnīšu šūnā. Tā kā sēnei vienā un tajā pašā brīdī būtu jāveic vairākas, ļoti maz ticamas mutācijas, lai izdzīvotu vairākās vietās, rezistence pret šiem produktiem joprojām ir ārkārtīgi reta, neraugoties uz gadu desmitiem ilgušo nepārtrauktu lietošanu.
Un otrādi, mūsdienu ķīmija koncentrējas uz vienas -vietnes sistēmiskiem produktiem, piemēram, QoI (strobilurīniem), DMI (triazoliem) un SDHI. Šie produkti ir ļoti iecienīti, jo tie pārvietojas augu audos, piedāvā ārstniecisku darbību un ir efektīvi ar neticami zemu devu likmi. Tomēr, tā kā tie balstās uz vienu hiper-specifisku bioķīmisko mehānismu, tie pēc būtības ir augsta-riska rīki. Viens ģenētiskais solis ir viss, kas nepieciešams, lai sēne sagrautu to efektivitāti.
Patogēnu dzīves{0}}cikla ievainojamības
No bioloģiskā viedokļa daži patogēni ir predisponēti straujai rezistences attīstībai. Augsta -riska patogēni parasti ir policikliski, kas nozīmē, ka tie var radīt vairākas sporu paaudzes vienā ražas sezonā. Piemēri ietverBotrytis cinerea(pelēks pelējums),Zymoseptoria tritici(septorijas lapu plankums), un dažādas miltrasas. Šie organismi rada miljardus gaisā esošo sporu uz hektāru. To reprodukcijas milzīgais matemātiskais mērogs palielina statistisko varbūtību, ka parādīsies rezistents mutants. Ja augsta-riska patogēni tiek apvienoti ar augsta-riska, vienas vietas-ķīmijām, rezistences veidošanās laika grafiks var samazināties no gadu desmitiem līdz tikai dažām sezonām.
Agronomiskie paātrinātāji
Cilvēku vadības prakse spēcīgi ietekmē šos bioloģiskos mainīgos. Visbiežāk sastopamā kļūda mūsdienu augu aizsardzībā ir vienas ķīmiskās klases atkārtota, ekskluzīva izmantošana. Kad audzētājs atrod produktu, kas darbojas nevainojami, rodas kārdinājums to lietot atkārtoti visu gadu un vairākas sezonas pēc kārtas. Tas rada nepārtrauktu, nepiekāpīgu atlases spiedienu.
Turklāt ķīmisko vielu lietošana sub-nāvējošā daudzumā krasi paātrina pretestību. Sub-nāvējoša dozēšana var rasties sliktas smidzinātāja kalibrēšanas, nepietiekamas-dozēšanas, lai ietaupītu naudu, vai pārāk vēlu ķimikāliju lietošanas dēļ slimības cikla laikā, kad sēnīšu populācija jau ir ārkārtīgi liela. Tā vietā, lai iznīcinātu populāciju, vāja deva nogalina tikai visjutīgākos indivīdus, vienlaikus ļaujot vidēji tolerantajām sēnēm izdzīvot, pielāgoties un galu galā attīstīt absolūtu rezistenci.
Operatīvie risinājumi: praktiskās profilakses stratēģijas šajā jomā
Lai gan bioloģiskie spēki, kas virza pretestību, ir milzīgi, tie nav neapturami. Lai novērstu fungicīdu rezistenci, ir nepieciešama apzināta pāreja no vienkāršas kaitēkļu kontroles uz stratēģisku ķīmijas pārvaldību. Audzētājiem ir jāīsteno darbības prakse, kas aktīvi izjauc selekcijas spiedienu un aizsargā pieejamo ķīmisko instrumentu efektivitāti.
Ķīmiskā daudzveidība: FRAC rotācija
Rezistences profilakses stūrakmens ir stingra ķīmisko klašu rotācija ar dažādiem darbības veidiem. Lai palīdzētu audzētājiem, Fungicīdu rezistences rīcības komiteja (FRAC) piešķir kodu numurus ķīmiskajām grupām, pamatojoties uz to specifiskajiem šūnu mērķiem. Ja lietojumā tiek izmantots FRAC kods 11 (Strobilurīns), nākamajam aerosolam ir jāpieder pilnīgi citai grupai, piemēram, FRAC kodam 3 (triazols) vai FRAC kodam 7 (SDHI).
Pastāvīgi mainot bioķīmisko mehānismu, ko izmanto, lai uzbruktu sēnei, audzētāji nodrošina, ka mutanti, kas izdzīvoja pirmajā lietošanas reizē, tiek iznīcināti otrajā. Jebkura spora, kas attīsta mutāciju, lai izdzīvotu pēc FRAC Code 11 produkta, joprojām ir pilnībā neaizsargāta pret FRAC Code 3 savienojumu. Šī rotācijas stratēģija neļauj nevienam atsevišķam mutācijas celmam vairoties un nostiprināties uz lauka.
Tank{0}}mixing stratēģiskā vērtība
Kamēr rotācija notiek pa laika skalu, tvertnes{0}}sajaukšana vienlaikus risina pretestību vienā lietojumprogrammā. Sajaukšana tvertnē- ietver divu atšķirīgu fungicīdu apvienošanu ar dažādiem darbības veidiem smidzinātāja tvertnē.
Lai nodrošinātu maksimālu pretestības aizsardzību, augsta -riska, vienas-vietnes sistēmiskais produkts ir jāapvieno ar zema-riska, vairāku{3}}vietņu aizsardzības līdzekli. Piemēram, sajaucot sistēmisku SDHI ar plaša spektra kontakta aizsarglīdzekli, piemēram, mankocebu, tiek radīta dubultās darbības barjera. Sistēmiskā ķīmiskā viela iekļūst lapā, lai nodrošinātu dziļu iekšējo kontroli, savukārt vairāku vietņu partneris pārklāj lapas virsmu, iznīcinot visas mutantu sporas, kas citādi varētu izdzīvot vienā vietā. Šī pieeja ievērojami samazina matemātisko varbūtību, ka rezistenta spora izdzīvos pieteikumu.
Precizitāte uzklāšanas mehānikā
Darbības izcilība šajā jomā ir tikpat svarīga kā ķīmiskā izvēle. Lai novērstu sub-nāvējošu izdzīvošanas zonu veidošanos labības nojumē, izsmidzināšanas aprīkojums ir rūpīgi jākalibrē. Tas nozīmē izvēlēties pareizos smidzināšanas sprauslas, lai sasniegtu optimālu pilienu izmēru, pielāgot stieņu augstumu, lai nodrošinātu vienmērīgu izkliedi, un uzturēt pareizu miglošanas spiedienu, lai ķimikāliju novadītu dziļi augu lapotnes apakšējos, mitros slāņos, kur zeļ sēnīšu sporas.
Laiks arī nosaka panākumus. Fungicīdi jālieto profilaktiski vai pēc slimības simptomu agrīnās parādīšanās. Mēģinot apsmidzināt stipri inficētu lauku, lai "izārstētu" bēguļojošu uzliesmojumu, ķīmiskajai vielai tiek pakļauta milzīga sēņu populācija. Šis scenārijs dramatiski palielina risku, ka rezistentais mutants izdzīvos un vairosies masveida infekcijas notikuma haosā.
Holistiskā aizsardzība: integrētā kaitēkļu apkarošana (IPM)
Paļauties tikai uz ķīmisko vielu rotāciju un tvertņu{0}}jaukšanu ir tuvredzīga stratēģija. Lai patiesi nodrošinātu kultūraugu aizsardzības nākotni, ķīmiskie instrumenti ir jāiekļauj holistiskā integrētās augu aizsardzības (IPM) sistēmā. IPM mērķis ir samazināt kopējo slimību spiedienu, izmantojot kultūras, ģenētiskas un tehnoloģiskas iejaukšanās, tādējādi samazinot lauksaimniecības kopienas kopējo atkarību no ķīmiskajām izejvielām.
Kultūras kontrole un sanitārija
Sēņu izdzīvošana un pārziemošana ir ļoti atkarīga no īpašiem vides apstākļiem. Kultūras vadība maina šos apstākļus, lai dabiski pārtrauktu slimības ciklu. Augseka ir viens no efektīvākajiem pieejamajiem instrumentiem; iestādot augus, kas nav saimniekaugi, pārmaiņus gados, augsnē pārnēsātās sēnītes, kas specializējas uzbrukumā noteiktai augu sugai, tiek iznīcinātas un dabiski samazinās.
Vienlīdz svarīga ir arī lauka sanitārija. Daudzas postošās sēnes pārziemo inficētajās kultūraugu atliekās, kas pēc ražas novākšanas palikušas uz augsnes virsmas. Šo atlikumu iestrādāšana augsnē, sasmalcināšana, lai paātrinātu sadalīšanos, vai fiziska noņemšana ievērojami samazina sākotnējo sporu slodzi uz lauka nākamajā pavasarī. Turklāt, optimizējot augu atstatumu un mainot rindu orientāciju, var ievērojami uzlabot gaisa plūsmu caur labības lapotni. Šī pastiprinātā ventilācija ļauj rīta rasai un lietum ātri iztvaikot no lapu virsmām, radot sausu mikroklimatu, kas vispirms novērš sēnīšu sporu dīgšanu.
Saimnieka augu ģenētikas izmantošana
Ilgtspējīgākais veids, kā aizsargāt ražu, ir nodrošināt, ka augs spēj sevi aizsargāt. Augu selekcijas programmas un modernās biotehnoloģijas ir izstrādājušas kultūraugu šķirnes, kas aprīkotas ar spēcīgu, dabisku ģenētisko rezistenci pret specifiskiem sēnīšu patogēniem.
Stādot sertificētas pret slimībām{0}}izturīgas sēklu šķirnes, audzētāji izveido tūlītēju bioloģisku barjeru pret infekciju. Lai gan šīs ģenētiskās īpašības laika gaitā var saskarties ar pretestības spiedienu, ko rada sēņu adaptācija, to izmantošana kopā ar fungicīdiem rada daudzslāņu aizsardzību. Augu dabiskā imunitāte nomāc lielāko daļu slimības spiediena, kas nozīmē, ka visu gadu ir nepieciešams mazāk ķīmisko vielu lietojumu, kas tieši saglabā ķīmisko vielu ievades kalpošanas laiku.
Paredzamās tehnoloģijas un lēmumu atbalsts
Digitālās lauksaimniecības integrācija nodrošina augsto{0}}tehnoloģiju priekšrocības cīņā pret pretestību. Mūsdienu fermās tiek izmantotas automatizētas meteoroloģiskās stacijas, lapu-mitruma sensori un prognozējami slimību modelēšanas algoritmi, lai reāllaikā pārraudzītu vides parametrus.
Tā vietā, lai izsmidzinātu saskaņā ar stingru, -pamatotu grafiku-, kas bieži rada nevajadzīgus lietojumus un palielina selekcijas spiedienu-, audzētāji var izmantot šīs lēmumu atbalsta sistēmas, lai piemērotu ārstēšanu tikai tad, ja vides sliekšņi norāda uz nenovēršamu, augsta{3}}infekcijas riska periodu. Šī uz datiem{5}} balstītā pieeja samazina ķīmisko vielu izmantošanu, samazina ražošanas izmaksas un aktīvi novērš nevajadzīgu iedarbību, kas paātrina rezistences veidošanos.
Secinājums
Fungicīdu rezistence ir paredzama, bioloģiska reakcija uz mūsdienu lauksaimniecības intensīvajām ražošanas prasībām. Pašas īpašības, kas padara mūsdienu vienas vietas fungicīdus ļoti efektīvus-to mērķtiecīgā precizitāte un sistēmiskā mobilitāte-, padara tos arī ļoti neaizsargātus pret sēnīšu patogēnu evolucionāro pielāgošanās spēju. Ja rodas pretestība, tā apdraud lauksaimniecības darbību ekonomisko stabilitāti un grauj globālo nodrošinātību ar pārtiku.
Tomēr augu aizsardzības nākotne nav pašsaprotama. Lai gan ģenētisko mutāciju rašanos nevar pilnībā apturēt, rezistentu populāciju paplašināšanās ātrumu var stingri kontrolēt, izmantojot saprātīgu iejaukšanos. Izprotot pretestības šūnu un darbības virzītājspēkus, globālā lauksaimniecības kopiena var īstenot spēcīgas aizsardzības stratēģijas.
Lai gūtu panākumus, ir jāpāriet no atkārtotas vienas ķīmiskās ievades izmantošanas uz disciplinētu ķīmisko vielu rotācijas režīmu, stratēģisku tvertņu{0}}jaukšanu un precīzu lietošanas laiku. Turklāt šīs ķīmiskās prakses ir jāatbalsta ar integrētās augu aizsardzības kultūras, ģenētiskajiem un tehnoloģiskajiem pīlāriem. Galu galā fungicīdu efektivitātes saglabāšana ir pārvaldības uzdevums. Izmantojot izglītību, precizitāti un ekoloģisko līdzsvaru, modernā lauksaimniecība var aizsargāt savas vērtīgās augu aizsardzības tehnoloģijas, nodrošinot, ka lauki saglabājas noturīgi un produktīvi nākamajās paaudzēs.
