Світове виробництво рослинницької продукції впевнено спирається на досягнення в галузях селекції та генетики рослин. Виведені сорти культур, стійкі до комах-шкідників, покращили сталість галузі в усьому світі. Ефектом використання нових сортів також стає зменшення вуглецевого сліду, перш за все, шляхом зменшення кількості використаних пестицидів.
Селекція рослин (у своїй найпростішій формі методом схрещування та відбору) вже не одне століття допомагає аграріям протистояти стресовим факторам: хворобам рослин, шкідникам, несприятливим погодним умовам. Сьогоднішнє ж збільшення врожайності основних сільськогосподарських культур стало можливим завдяки всебічній співпраці ентомологів, селекціонерів, біохіміків, екологів та інших вчених. Ця співпраця покращила розуміння основ складних взаємозв’язків між рослинами, комахами та навколишнім середовищем.
Переваги використання нових сортів, стійких до комах шкідників:
- регуляція популяції шкідників;
- зменшення втрат врожаю;
- захист агробіоценозів від забруднення пестицидами.
Методи отримання нових сортів: лінійна селекція, гібридна селекція, регенерація з окремих клітин, фенотипування та методи генної інженерії. Ефективність різних сортів випробовується на дослідних полях, які дозволяють вченим ідентифікувати і картувати стійкість рослин.
Протягом минулого століття сотні сортів, стійких до комах, створених спільними дослідженнями між селекціонерами та ентомологами, зробили внесок у значне збільшення врожайності культур: кукурудзи, рису, пшениці. Результати тієї роботи і досі дозволяють збирати високі врожаї. Так сорт кукурудзи розроблений ще в 1970-х роках, з полігенною стійкістю до кукурудзяної совки (Spodoptera frugiperda), ще і зараз ефективний і використовується для протидії вторгненню шкідника в Африці в країнах південніше Сахари.
Зазвичай селекція нового сорту займає 10-15 років, але сучасні технології секвенування генів дозволяють значно скоротити цей термін.
Бактерія Bacillus thuringiensis
Суттєву роль у створенні нових стійких сортів відіграє найбільш використовуваний біологічний пестицид у світі — бактерія Bacillus thuringiensis. Вперше виявлена у 1902 році у шовкопряда, вона використовується для боротьби з комахами-шкідниками з 1920-х років. Застосування бактеріальної Bt-суспензії поширене в органічному землеробстві. Сьогодні ген Bt-токсину вбудовується в ДНК-рослин для створення стійких до шкідників сортів. У 1996 році було схвалено сорт генетично модифікованої кукурудзи та бавовни, а вже у 2009 році трансгенні Bt-рослини були найпоширенішими серед агровиробників трансгенними рослинами.
Читайте також: Технология генного редактирования CRISPR.
Інсектицидні ендотоксини Bacillus thuringiensis були поміщені в трансгенні баклажани, кукурудзу, картоплю, сою, помідори та рис. Проте поширення здебільшого отримали тільки бавовна, кукурудза та соя.
Сьогодні трансгенна кукурудза та соя широко використовуються в Північній та Південній Америках (більшість поширених в регіоні сортів маніоку, кукурудзи, рису, овочів і пшениці належать до традиційних). В Африці на південь від Сахари, Латинській Америці та Південній Азії саджають трансгенні маніок, вігну та горох (основні культури регіону).
Резистентність комах
Недолік трансгенних сортів в поступовій втраті ефективності. З часом комахи-шкідники розвивають вірулентність та стають стійкими до Bt-токсинів. Сорти, що містять поодинокі гени токсину, втрачають стійкість до шкідників протягом 6–8 років після випуску. Полігенна стійкість більш ефективна. Сорти рису стійкі до коричневої цикади, та сорти пшениці стійкі до пшеничного кліща ефективні понад 10 років, а сорт малини стійкий до малинової попелиці не втрачає ефективності протягом 30 років.
Вплив кліматичних змін на стійкість рослин
Екстремальні кліматичні явища (висока температура та вологість) знижують глобальні врожаї кукурудзи, сої, рису та пшениці. Втрати врожаю пов’язані з комахами, збільшаться на 10–25% на кожен додатковий градус Цельсія потепління. Також комахи провокують зниження врожаїв рису та пшениці ще на 4%, провокуючи захворювання рослин (наприклад, попелиця — переносник вірусних хвороб рослин).
Одна з головних проблем вчених — відсутність знань про вплив змін клімату на стійкість рослин. Підвищення рівня вуглекислого газу має означати додатковий стрес, але на практиці його вплив на стійкість сортів не завжди негативний. Наприклад збільшення CO2 позитивно впливає на стійкість сої до азійської бавовникової сойки. Загалом вченим відносно мало відомо про вплив рівня вуглекислого газу на здатність протидіяти шкідникам.
Комплексна боротьба зі шкідниками
Популяції шкідників на стійких сортах з’являються порівняно пізніше в період активної вегетації, та залишаються нижче економічних порогів застосування інсектицидів. Щільність популяції шкідників нижче рівня, при якому необхідно вживати заходи контролю (витрати на боротьбу перевищують шкоду посівам).
Використання сортів рослин стійких до комах збільшує вразливість цільових шкідників до інсектицидів. Таким чином зменшуються об’єми використання інсектицидів для захисту. Якщо галузі вдасться досягти значного зменшення глобального використання інсектицидів, це призведе до зменшення вуглецевого сліду агровиробництва. Та сьогодні, за даними організації FAO, в деяких країнах більш як 70% посівного матеріалу, який використовують аграрії, це насіння попереднього врожаю. Для інтеграції стійких сортів у різних регіонах світу потрібно налагодити розповсюдження кращих сортів, та їх районування для щонайшвидшого отримання насіння першого покоління.
Подальша співпраця вчених різних галузей вкрай важлива для забезпечення продовольчої безпеки Землі. Нагальні питання полягають в пошуку та відстеженню генів резистентності комах, та поєднанні властивостей рослин, стійких до впливу шкідників, та рослин, стійких до хвороб.
