Шкода, спричинена рослинам конкуренцією з боку бур'янів та інших шкідників, включаючи віруси, бактерії, грибки та комахи, значно знижує їхню продуктивність, а в деяких випадках може повністю знищити врожай. Сьогодні надійні врожаї отримують завдяки використанню стійких до хвороб сортів, методам біологічного контролю та застосуванню пестицидів для боротьби з хворобами рослин, комахами, бур'янами та іншими шкідниками. У 1983 році на пестициди, за винятком гербіцидів, було витрачено 1,3 мільярда доларів для захисту та обмеження шкоди, завданої сільськогосподарським культурам хворобами рослин, нематодами та комахами. Потенційні втрати врожаю за відсутності використання пестицидів значно перевищують цю вартість.
Протягом приблизно 100 років селекція на стійкість до хвороб була важливим компонентом сільськогосподарської продуктивності в усьому світі. Але успіхи, досягнуті селекцією рослин, є значною мірою емпіричними та можуть бути ефемерними. Тобто, через брак базової інформації про функцію генів стійкості, дослідження часто є випадковими, а не цілеспрямованими. Крім того, будь-які результати можуть бути короткочасними через зміну природи патогенів та інших шкідників, оскільки нова генетична інформація вводиться в складні агроекологічні системи.
Чудовим прикладом впливу генетичних змін є ознака стерильного пилку, яку було введено в більшість основних сортів кукурудзи для сприяння виробництву гібридного насіння. Рослини, що містять техаську (Т) цитоплазму, передають цю чоловічу стерильну ознаку через цитоплазму; вона пов'язана з певним типом мітохондрій. Селекціонерам невідомо, що ці мітохондрії також були вразливими до токсину, що виробляється патогенним грибком.ГельмінтоспоріозмайдісРезультатом стала епідемія фітофторозу кукурудзи в Північній Америці влітку 1970 року.
Методи, що використовуються для відкриття пестицидних хімічних речовин, також були значною мірою емпіричними. Маючи мало або взагалі не маючи попередньої інформації про механізм дії, хімікати тестуються, щоб вибрати ті, які вбивають цільову комаху, грибок або бур'ян, але не завдають шкоди сільськогосподарській рослині чи навколишньому середовищу.
Емпіричні підходи призвели до величезних успіхів у боротьбі з деякими шкідниками, зокрема бур'янами, грибковими хворобами та комахами, але боротьба триває, оскільки генетичні зміни в цих шкідниках часто можуть відновити їхню вірулентність над стійким сортом рослин або зробити шкідника стійким до пестициду. Чого бракує в цьому, здавалося б, нескінченному циклі сприйнятливості та стійкості, так це чіткого розуміння як організмів, так і рослин, на які вони нападають. У міру того, як знання про шкідників — їхню генетику, біохімію та фізіологію, їхніх господарів та взаємодію між ними — зростатимуть, будуть розроблені краще спрямовані та ефективніші заходи боротьби зі шкідниками.
У цьому розділі визначено кілька дослідницьких підходів для кращого розуміння фундаментальних біологічних механізмів, які можна використовувати для боротьби з рослинними патогенами та комахами. Молекулярна біологія пропонує нові методи виділення та вивчення дії генів. Існування сприйнятливих та стійких рослин-господарів, а також вірулентних та авірулентних патогенів можна використовувати для ідентифікації та виділення генів, які контролюють взаємодію між господарем та патогеном. Дослідження тонкої структури цих генів можуть дати підказки про біохімічні взаємодії, що відбуваються між двома організмами, та про регуляцію цих генів у патогені та в тканинах рослини. У майбутньому має бути можливим удосконалення методів та можливостей для передачі бажаних ознак стійкості сільськогосподарським рослинам та, навпаки, створення патогенів, які будуть вірулентними проти окремих бур'янів або членистоногих шкідників. Глибоке розуміння нейробіології комах, хімії та дії модулюючих речовин, таких як ендокринні гормони, що регулюють метаморфоз, діапаузу та розмноження, відкриє нові шляхи для боротьби з комахами-шкідниками, порушуючи їхню фізіологію та поведінку на критичних стадіях життєвого циклу.
Час публікації: 14 квітня 2021 р.