De schade aan planten veroorzaakt door concurrentie van onkruid en andere plagen, waaronder virussen, bacteriën, schimmels en insecten, belemmert de productiviteit aanzienlijk en kan in sommige gevallen een gewas volledig vernietigen. Tegenwoordig worden betrouwbare gewasopbrengsten behaald door het gebruik van ziekteresistente rassen, biologische bestrijdingsmethoden en het gebruik van pesticiden ter bestrijding van plantenziekten, insecten, onkruid en andere plagen. In 1983 werd $ 1,3 miljard uitgegeven aan pesticiden – exclusief herbiciden – om gewassen te beschermen tegen en de schade aan gewassen door plantenziekten, nematoden en insecten te beperken. De potentiële gewasverliezen bij afwezigheid van pesticiden zijn veel hoger dan deze waarde.
Veredeling op ziekteresistentie is al ongeveer 100 jaar een belangrijk onderdeel van de landbouwproductiviteit wereldwijd. Maar de successen die met plantenveredeling worden behaald, zijn grotendeels empirisch en kunnen vluchtig zijn. Dat wil zeggen, door een gebrek aan basisinformatie over de functie van genen voor resistentie, zijn studies vaak willekeurig in plaats van specifiek gericht. Bovendien kunnen resultaten van korte duur zijn vanwege de veranderende aard van ziekteverwekkers en andere plagen, aangezien nieuwe genetische informatie wordt geïntroduceerd in complexe agro-ecologische systemen.
Een uitstekend voorbeeld van het effect van genetische verandering is de steriele polleneigenschap die in de meeste belangrijke maïsrassen wordt gekweekt om de productie van hybride zaad te bevorderen. Planten met Texas (T) cytoplasma dragen deze mannelijk steriele eigenschap over via het cytoplasma; deze eigenschap is geassocieerd met een bepaald type mitochondriën. Onbekend bij kwekers, waren deze mitochondriën ook kwetsbaar voor een toxine geproduceerd door de pathogene schimmel.HelminthosporiummeidisHet gevolg was de epidemie van maïsbladziekte in Noord-Amerika in de zomer van 1970.
De methoden die gebruikt worden bij de ontdekking van pesticiden zijn grotendeels empirisch van aard. Met weinig tot geen voorafgaande informatie over hun werkingsmechanisme worden chemicaliën getest om die te selecteren die het beoogde insect, de schimmel of het onkruid doden, maar geen schade toebrengen aan de gewasplant of het milieu.
Empirische benaderingen hebben enorme successen opgeleverd bij de bestrijding van sommige plagen, met name onkruid, schimmelziekten en insecten. Maar de strijd is nog steeds gaande, omdat genetische veranderingen in deze plagen vaak hun virulentie ten opzichte van een resistente plantensoort kunnen herstellen of de plaag resistent kunnen maken tegen een pesticide. Wat ontbreekt in deze schijnbaar eindeloze cyclus van vatbaarheid en resistentie, is een helder begrip van zowel de organismen als de planten die ze aanvallen. Naarmate de kennis over plagen – hun genetica, biochemie en fysiologie, hun gastheren en de interacties tussen hen – toeneemt, zullen er beter gerichte en effectievere plaagbestrijdingsmaatregelen worden ontwikkeld.
Dit hoofdstuk identificeert verschillende onderzoeksmethoden voor een beter begrip van de fundamentele biologische mechanismen die kunnen worden benut om plantpathogenen en insecten te bestrijden. Moleculaire biologie biedt nieuwe technieken voor het isoleren en bestuderen van de werking van genen. Het bestaan van vatbare en resistente waardplanten en virulente en avirulente pathogenen kan worden benut om de genen te identificeren en te isoleren die de interacties tussen gastheer en pathogeen reguleren. Studies van de fijnstructuur van deze genen kunnen aanwijzingen geven over de biochemische interacties die tussen de twee organismen plaatsvinden en over de regulatie van deze genen in de pathogeen en in de weefsels van de plant. Het zou in de toekomst mogelijk moeten zijn om de methoden en mogelijkheden voor de overdracht van gewenste resistentie-eigenschappen naar landbouwgewassen te verbeteren en, omgekeerd, pathogenen te creëren die virulent zijn tegen geselecteerde onkruiden of geleedpotigen. Een beter begrip van de neurobiologie van insecten en de chemie en werking van modulerende stoffen, zoals de endocriene hormonen die de metamorfose, diapauze en voortplanting reguleren, opent nieuwe mogelijkheden voor de bestrijding van insectenplagen door hun fysiologie en gedrag te verstoren in cruciale stadia van de levenscyclus.
Plaatsingstijd: 14-04-2021