أمراض النباتات والآفات الحشرية

يُلحق التنافس مع الأعشاب الضارة والآفات الأخرى، بما في ذلك الفيروسات والبكتيريا والفطريات والحشرات، ضرراً بالغاً بالنباتات، مما يُضعف إنتاجيتها بشكل كبير، وقد يُؤدي في بعض الحالات إلى تدمير المحصول بالكامل. واليوم، يُمكن الحصول على غلة مضمونة من المحاصيل باستخدام أصناف مقاومة للأمراض، وممارسات المكافحة البيولوجية، وتطبيق المبيدات الحشرية لمكافحة أمراض النباتات والحشرات والأعشاب الضارة والآفات الأخرى. في عام 1983، أُنفِقَ 1.3 مليار دولار على المبيدات الحشرية - باستثناء مبيدات الأعشاب - لحماية المحاصيل والحد من أضرار أمراض النباتات والديدان الخيطية والحشرات. وتتجاوز الخسائر المحتملة في المحاصيل في حال عدم استخدام المبيدات الحشرية هذا المبلغ بكثير.

على مدى قرن تقريبًا، شكّل تحسين مقاومة الأمراض عنصرًا هامًا في الإنتاجية الزراعية عالميًا. إلا أن النجاحات التي تحققت في هذا المجال تعتمد في معظمها على التجربة، وقد تكون مؤقتة. فبسبب نقص المعلومات الأساسية حول وظيفة جينات المقاومة، غالبًا ما تكون الدراسات عشوائية وليست استكشافات مُوجّهة بدقة. إضافةً إلى ذلك، قد تكون أي نتائج قصيرة الأجل نظرًا لتغير طبيعة مسببات الأمراض والآفات الأخرى مع دخول معلومات وراثية جديدة إلى النظم الزراعية البيئية المعقدة.

يُعدّ مثالًا ممتازًا على تأثير التغيير الجيني صفة حبوب اللقاح العقيمة التي أُدخلت في معظم أصناف الذرة الرئيسية للمساعدة في إنتاج البذور الهجينة. تنقل النباتات التي تحتوي على سيتوبلازم تكساس (T) هذه الصفة العقيمة الذكرية عبر السيتوبلازم؛ وهي مرتبطة بنوع معين من الميتوكوندريا. وبدون علم المربين، تحمل هذه الميتوكوندريا أيضًا قابلية للإصابة بسم ينتجه فطر ممرض.هيلمنثوسبوريوممايوديسوكانت النتيجة تفشي وباء لفحة أوراق الذرة في أمريكا الشمالية في صيف عام 1970.

تعتمد الطرق المستخدمة في اكتشاف المبيدات الكيميائية إلى حد كبير على التجربة. فمع قلة المعلومات المسبقة أو انعدامها حول آلية عملها، تُختبر المواد الكيميائية لاختيار تلك التي تقتل الحشرة أو الفطر أو العشب المستهدف دون إلحاق الضرر بالمحصول أو البيئة.

حققت المناهج التجريبية نجاحات هائلة في مكافحة بعض الآفات، لا سيما الأعشاب الضارة والأمراض الفطرية والحشرات، إلا أن الكفاح مستمر، إذ أن التغيرات الجينية في هذه الآفات قد تعيد إليها قدرتها على إحداث الضرر في أصناف نباتية مقاومة، أو تجعلها مقاومة للمبيدات. وما ينقص هذه الدورة التي تبدو لا نهاية لها من الحساسية والمقاومة هو فهم واضح لكل من الكائنات الحية والنباتات التي تهاجمها. ومع ازدياد معرفتنا بالآفات - جيناتها، وكيمياءها الحيوية، ووظائف أعضائها، وعوائلها، والتفاعلات بينها - سيتم ابتكار تدابير مكافحة آفات أكثر فعالية وتوجيهًا.

يُحدد هذا الفصل عدة مناهج بحثية لفهم أفضل للآليات البيولوجية الأساسية التي يُمكن استغلالها لمكافحة مسببات الأمراض النباتية والحشرات. يوفر علم الأحياء الجزيئي تقنيات جديدة لعزل ودراسة عمل الجينات. يُمكن استغلال وجود نباتات مضيفة حساسة ومقاومة، ومسببات أمراض ضارية وغير ضارية، لتحديد وعزل الجينات التي تتحكم في التفاعلات بين المضيف ومسبب المرض. قد تُفضي دراسات البنية الدقيقة لهذه الجينات إلى أدلة حول التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث بين الكائنين، وإلى تنظيم هذه الجينات في مسبب المرض وفي أنسجة النبات. من المتوقع أن يكون من الممكن في المستقبل تحسين أساليب وفرص نقل الصفات المرغوبة للمقاومة إلى المحاصيل الزراعية، وعلى العكس، إنتاج مسببات أمراض ضارية ضد أنواع مختارة من الأعشاب الضارة أو آفات المفصليات. إن زيادة فهم علم الأحياء العصبي للحشرات وكيمياء وعمل المواد المعدلة، مثل الهرمونات الصماء التي تنظم التحول والسبات والتكاثر، سيفتح آفاقًا جديدة للسيطرة على آفات الحشرات من خلال تعطيل وظائفها الفسيولوجية وسلوكها في المراحل الحرجة من دورة حياتها.