Понимание управления болезнями растений: глобальная перспектива

Болезни растений представляют серьезную угрозу для глобальной продовольственной безопасности, экономической стабильности и экологической устойчивости. Они могут значительно снизить урожайность, увеличить производственные затраты и привести к потере ценных растительных ресурсов. Эффективное управление болезнями растений поэтому имеет решающее значение для обеспечения стабильного и устойчивого продовольственного снабжения для растущего мирового населения.

Почему управление болезнями растений важно

Болезни растений поражают широкий спектр культур, от основных продуктов питания, таких как рис, пшеница и кукуруза, до товарных культур, таких как кофе, какао и хлопок. Последствия болезней растений обширны и могут включать:

• Снижение урожайности: Болезни могут значительно снизить количество и качество собранной продукции, что приводит к нехватке продовольствия и экономическим потерям для фермеров.
• Экономические убытки: Вспышки болезней могут разрушить целые сельскохозяйственные отрасли, затрагивая фермеров, переработчиков и потребителей.
• Продовольственная небезопасность: В регионах, сильно зависящих от определенных культур, вспышки болезней могут привести к широкомасштабной нехватке продовольствия и недоеданию.
• Экологический ущерб: Использование синтетических пестицидов для борьбы с болезнями может оказывать негативное воздействие на окружающую среду, включая загрязнение почвы и воды, вред для полезных насекомых и развитие устойчивости патогенов к пестицидам.
• Торговые ограничения: Вспышки болезней могут привести к ограничениям на международную торговлю сельскохозяйственной продукцией, что дополнительно сказывается на экономике.

Например, ирландский картофельный голод в середине 19 века, вызванный оомицетом Phytophthora infestans (фитофтороз), привел к массовому голоду и эмиграции. Аналогичным образом, пирикуляриоз пшеницы, вызываемый грибом Magnaporthe oryzae патотипа triticum (MoT), представляет серьезную угрозу производству пшеницы в Южной Америке и распространяется по всему миру. Озеленение цитрусовых (Хуанлунбин или HLB), бактериальное заболевание, переносимое листоблошками, разрушает цитрусовые отрасли по всему миру, приводя к значительным экономическим потерям.

Понимание болезней растений

Болезнь растений — это сложное взаимодействие между восприимчивым растением-хозяином, вирулентным патогеном и благоприятной окружающей средой. Это часто называют треугольником болезни. Понимание этих трех факторов необходимо для эффективного управления болезнями.

Треугольник болезни

• Хозяин: Растение, восприимчивое к инфекции. Факторы, влияющие на восприимчивость хозяина, включают генетику (некоторые сорта более устойчивы), возраст и общее состояние здоровья.
• Патоген: Возбудитель болезни. Патогенами могут быть грибы, бактерии, вирусы, нематоды или паразитические растения. Патогены различаются по своей вирулентности, или способности вызывать болезнь.
• Окружающая среда: Условия окружающей среды, способствующие развитию болезни. К ним относятся температура, влажность, количество осадков, влажность почвы и доступность питательных веществ.

Болезнь возникает, когда все три фактора треугольника болезни присутствуют и взаимодействуют таким образом, что позволяют патогену заразить хозяина и вызвать симптомы.

Типы патогенов растений

Патогены растений разнообразны и могут быть классифицированы на несколько групп:

• Грибы: Самый распространенный тип патогенов растений. Грибы могут вызывать широкий спектр заболеваний, включая фитофторозы, ржавчины, мучнистые росы, гнили и увядания. Примеры включают Fusarium, Alternaria и Botrytis.
• Бактерии: Одноклеточные организмы, которые могут вызывать такие заболевания, как ожоги, пятнистости и увядания. Примеры включают Pseudomonas, Xanthomonas и Agrobacterium.
• Вирусы: Микроскопические инфекционные агенты, которые могут размножаться только внутри живых клеток. Вирусы могут вызывать различные симптомы, включая мозаичные узоры, задержку роста и скручивание листьев. Примеры включают вирус табачной мозаики (ВТМ) и вирус пятнистого увядания томата (ВПУТ).
• Нематоды: Микроскопические круглые черви, которые живут в почве и могут повреждать корни, стебли и листья растений. Примеры включают галловых нематод (Meloidogyne spp.) и цистообразующих нематод (Heterodera spp.).
• Паразитические растения: Растения, которые получают питательные вещества от других растений. Примеры включают повилику (Cuscuta spp.) и стригу (Striga spp.).

Принципы управления болезнями растений

Эффективное управление болезнями растений основано на комбинации стратегий, направленных на один или несколько аспектов треугольника болезни. Эти стратегии можно в широком смысле разделить на:

• Исключение: Предотвращение проникновения патогена в зону.
• Искоренение: Уничтожение патогена после его проникновения.
• Защита: Защита растения от инфекции.
• Устойчивость: Использование устойчивых сортов растений.
• Избегание: Изменение агротехники для избежания условий, благоприятных для развития болезни.

Стратегии управления болезнями растений

1. Исключение

Исключение — это первая линия защиты от болезней растений. Оно включает в себя предотвращение проникновения патогенов в свободные от болезней зоны.

• Карантин: Введение правил для ограничения перемещения растений и растительной продукции из районов, где присутствуют болезни. Это особенно важно для предотвращения распространения инвазивных патогенов через международные границы. Многие страны имеют строгие карантинные правила для предотвращения ввоза новых вредителей и болезней.
• Использование свободных от болезней семян и посадочного материала: Использование семян и посадочного материала, сертифицированных как свободные от патогенов. Это необходимо для предотвращения ввоза болезней, передающихся через семена. Авторитетные питомники и поставщики семян часто предоставляют сертификацию, чтобы гарантировать, что их продукция не заражена.
• Санитария: Очистка оборудования, инструментов и техники для предотвращения распространения патогенов. Это включает мытье рук, дезинфекцию секаторов, а также очистку тракторов и другого сельскохозяйственного оборудования.

2. Искоренение

Искоренение включает в себя уничтожение патогена после его проникновения в зону. Это может быть сложной задачей, но иногда возможно предотвратить дальнейшее распространение патогена.

• Удаление зараженных растений: Удаление и уничтожение зараженных растений для предотвращения распространения патогена на здоровые растения. Это часто является наиболее эффективным способом борьбы с локализованными вспышками болезней.
• Стерилизация почвы: Обработка почвы для уничтожения патогенов. Это можно сделать с помощью тепла, химикатов или биологических агентов. Стерилизация почвы часто используется в теплицах и питомниках для борьбы с почвенными болезнями.
• Севооборот: Чередование культур для прерывания жизненного цикла патогенов, которые выживают в почве. Это особенно эффективно для борьбы с почвенными болезнями, поражающими определенные культуры. Например, чередование кукурузы с соей может помочь снизить заболеваемость соевой цистообразующей нематодой.

3. Защита

Защита включает в себя создание барьера между растением и патогеном для предотвращения инфекции.

• Химический контроль: Использование фунгицидов, бактерицидов и других пестицидов для уничтожения или подавления роста патогенов. Химический контроль следует использовать разумно и в соответствии с инструкциями на этикетке, чтобы минимизировать риск ущерба окружающей среде и развития устойчивости к пестицидам.
• Биологический контроль: Использование полезных микроорганизмов для подавления патогенов. Это может включать использование грибов, бактерий или вирусов, которые являются антагонистами патогена. Биологические агенты могут вноситься в почву, на листву или на семена. Например, Bacillus thuringiensis (Bt) — это бактерия, которая производит токсины, эффективные против определенных насекомых-вредителей.
• Агротехнические приемы: Изменение агротехнических приемов для создания среды, менее благоприятной для развития болезней. Это может включать регулирование плотности посадки, улучшение дренажа почвы и обеспечение достаточного количества питательных веществ.

4. Устойчивость

Использование сортов растений, устойчивых к определенным болезням, является одним из наиболее эффективных и устойчивых способов управления болезнями растений. Устойчивость может быть как генетической, так и индуцированной.

• Генетическая устойчивость: Использование сортов растений, выведенных для устойчивости к определенным болезням. Это часто самый экономичный и экологически чистый способ управления болезнями растений. Селекционеры постоянно разрабатывают новые сорта, устойчивые к широкому спектру болезней.
• Индуцированная устойчивость: Стимулирование собственных защитных механизмов растения для защиты от инфекции. Это можно сделать с помощью химических или биологических элиситоров. Например, салициловая кислота — это растительный гормон, который может вызывать системную приобретенную устойчивость (СПУ), защитную реакцию широкого спектра действия, которая защищает растение от различных патогенов.

5. Избегание

Избегание включает в себя изменение агротехники, чтобы избежать условий, благоприятных для развития болезней.

• Корректировка сроков посадки: Посадка культур в то время года, когда риск заболевания ниже. Например, более ранняя осенняя посадка озимой пшеницы может помочь снизить заболеваемость вирусом веретеновидной полосатой мозаики пшеницы.
• Выбор места: Выбор мест для посадки, которые менее подвержены заболеваниям. Например, избегание посадки культур в районах с плохим дренажем может помочь снизить заболеваемость корневыми гнилями.
• Севооборот: Как уже упоминалось, севооборот может помочь прервать жизненный цикл патогенов, которые выживают в почве.

Интегрированная защита растений (ИЗР)

Интегрированная защита растений (ИЗР) — это целостный подход к управлению вредителями и болезнями, который подчеркивает использование нескольких стратегий для минимизации риска вспышек вредителей и болезней при минимальном использовании синтетических пестицидов. ИЗР включает:

• Мониторинг: Регулярный мониторинг посевов на наличие вредителей и болезней.
• Идентификация: Точная идентификация вредителей и болезней.
• Пороги вредоносности: Установление порогов, при которых необходимо вмешательство.
• Множественные тактики: Использование комбинации агротехнических, биологических и химических методов контроля.
• Оценка: Оценка эффективности мер контроля.

ИЗР — это устойчивый подход к управлению вредителями и болезнями, который может помочь снизить зависимость от синтетических пестицидов и минимизировать риск ущерба окружающей среде.

Конкретные примеры управления болезнями

Вот несколько конкретных примеров стратегий управления болезнями растений, используемых по всему миру:

• Пирикуляриоз риса (Magnaporthe oryzae): В Азии пирикуляриоз риса является серьезным заболеванием, которое может вызывать значительные потери урожая. Стратегии управления включают использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и соблюдение надлежащей санитарии.
• Ржавчина кофе (Hemileia vastatrix): Ржавчина кофе — это разрушительное заболевание, которое затрагивает производство кофе во многих частях мира. Стратегии управления включают использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и улучшение управления затенением. В некоторых регионах традиционные знания играют жизненно важную роль в борьбе с ржавчиной кофе, используя местные растительные экстракты и агротехнические приемы для улучшения здоровья растений.
• Фузариозное увядание бананов (TR4): TR4 — это почвенное грибковое заболевание, угрожающее мировому производству бананов. Жизненно важно предотвратить его распространение с помощью строгих карантинных мер. Исследования сосредоточены на разработке устойчивых сортов бананов.
• Коричневая полосатость кассавы (CBSD): Вирусное заболевание, распространенное в Восточной Африке, влияющее на производство кассавы. Ключевыми стратегиями управления являются использование свободного от болезней посадочного материала и устойчивых сортов.
• Ржавчина пшеницы (Puccinia spp.): Ржавчина пшеницы — это грибковые заболевания, которые могут вызывать значительные потери урожая при производстве пшеницы по всему миру. Стратегии управления включают использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и мониторинг новых рас патогена. Международное сотрудничество необходимо для отслеживания и реагирования на развивающиеся угрозы ржавчины.

Роль технологий в управлении болезнями растений

Технологии играют все более важную роль в управлении болезнями растений. Это включает:

• Модели прогнозирования болезней: Использование данных о погоде и другой информации для прогнозирования риска вспышек болезней.
• Дистанционное зондирование: Использование дронов и спутников для раннего обнаружения вспышек болезней.
• Диагностические инструменты: Использование молекулярных инструментов для быстрой и точной идентификации патогенов.
• Точное земледелие: Использование датчиков и других технологий для внесения пестицидов и удобрений только там, где это необходимо.
• Искусственный интеллект (ИИ): Разработка систем на базе ИИ для обнаружения и диагностики болезней. ИИ может анализировать изображения с дронов или смартфонов для выявления симптомов болезни и предоставления рекомендаций по управлению.

Устойчивое управление болезнями растений

Устойчивое управление болезнями растений направлено на минимизацию воздействия контроля болезней на окружающую среду при сохранении урожайности. Это включает:

• Снижение зависимости от синтетических пестицидов: Акцент на использовании агротехнических, биологических и генетических методов контроля.
• Содействие биоразнообразию: Создание разнообразных сельскохозяйственных ландшафтов, которые менее подвержены вспышкам болезней.
• Улучшение здоровья почвы: Улучшение здоровья почвы для повышения устойчивости растений к болезням.
• Использование интегрированной защиты растений (ИЗР): Внедрение стратегий ИЗР для минимизации риска вспышек вредителей и болезней.
• Поддержка исследований и разработок: Инвестирование в исследования и разработки для создания новых и устойчивых стратегий управления болезнями.

Проблемы в управлении болезнями растений

Несмотря на достижения в управлении болезнями растений, остается несколько проблем:

• Появление новых болезней: Постоянно появляются новые болезни, представляющие угрозу для глобальной продовольственной безопасности. Изменение климата может изменять распространение и тяжесть болезней растений, создавая новые вызовы для сельского хозяйства.
• Развитие устойчивости к пестицидам: Патогены могут развивать устойчивость к пестицидам, что затрудняет их контроль.
• Отсутствие доступа к информации и ресурсам: Фермеры в развивающихся странах часто не имеют доступа к информации и ресурсам, необходимым для эффективного управления болезнями растений. Укрепление служб распространения знаний и предоставление доступа к обучению и ресурсам имеют решающее значение для расширения прав и возможностей фермеров.
• Изменение климата: Изменение климата изменяет распространение и тяжесть болезней растений, создавая новые вызовы для сельского хозяйства. Повышение температуры, изменение режима осадков и увеличение частоты экстремальных погодных явлений могут влиять на развитие болезней растений.

Заключение

Управление болезнями растений является критически важным компонентом устойчивого сельского хозяйства и глобальной продовольственной безопасности. Понимая принципы болезней растений, внедряя эффективные стратегии управления и используя новые технологии, мы можем защитить наши посевы от болезней и обеспечить стабильное и устойчивое продовольственное снабжение для будущих поколений. Глобальные совместные усилия, обмен знаниями и ресурсами имеют решающее значение для решения проблем, связанных с болезнями растений, во все более взаимосвязанном мире. Постоянные исследования и разработки необходимы для создания новых и устойчивых стратегий управления болезнями, адаптированных к местным условиям и способных эффективно противостоять развивающимся угрозам для здоровья растений.