Біотехнологія- це використання біологічних процесів і систем у різних галузях сільськогосподарського виробництва, промисловості, медицини; науковий напрям, який поєднує можливості біології і техніки. Термін «біотехнологія» набув поширення з середини 70-х років XX століття.
Біотехнологія у рослинництві - це збагачення рослин конкретними спадковими ознаками для отримання їх нових різновидів. Вона передбачає перенесення одного або кількох генів у живому організмі. Методика модифікації, перенесення генів у живому організмі лежить в основі генетичної інженерії. Генетична інженерія - цілеспрямоване конструювання рекомбінантних молекул ДНК на основі чужорідних.
У 1983 р. створено перші модифіковані рослини, а в 1995р. компанія «Монсанто» (США) зареєструвала перший генетично модифікований сорт картоплі серії «Новий лист», високостійкий проти колорадського жука. А вже у 1999 р. отримано понад 120 видів трансгенних рослин.
Під біотехнологією у контексті до захисту рослин розуміють сукупність методів і засобів отримання корисних для людини продуктів і явищ за допомогою біологічних агентів.
Найважливішими напрямами її в цій галузі є:
· створення трансгенних, стійких до шкідників, збудників хвороб і гербіцидів сортів, а також рослин, що синтезують гормональні речовини для принаджування корисних комах;
· отримання трансгенних біологічних організмів, які синтезують нові біологічно активні речовини, нові біопестициди або руйнують хімічні пестициди та інші токсиканти в ґрунті й воді;
· рання високоточна діагностика розвитку стійких до пестицидів шкідливих організмів, визначення залишкових кількостей пестицидів у ґрунті, рослинах та продуктах харчування;
· використання біотехнологічних методів для вивчення генетичних характеристик і виконання екологічних аналізів популяцій шкідників і патогенів, тенденцій зміни стійкості їх до пестицидів, добору рослин при цілеспрямованій селекції на стійкість.
Запитання для самоперевірки
1. Назвіть основні методи захисту рослин.
2. У чому полягає завдання і значення агротехнічного методу в інтегрованих системах захисту рослин?
3. У чому полягає завдання і значення селекційно-генетичного методу в інтегрованих системах захисту рослин?
4. Яка суть і значення фізико-механічного методу захисту рослин?
5. Які основні переваги біологічного методу захисту рослин?
6. У чому полягає завдання і значення хімічного методу в інтегрованих системах захисту рослин?
7. Дайте визначення пестицидів. Як поділяються пестициди за об’єктом застосування та механізмом токсичної дії на шкідливі організми?
8. Назвіть способи застосування пестицидів.
9. Які основні переваги і недоліки хімічного методу захисту рослин?
10. Як використовують досягнення біотехнології у захисті рослин?
РОЗДІЛ 3
ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ І ТЕХНОЛОГІЯ ІНТЕГРОВАНОГО
ЗАХИСТУ РОСЛИН
Етапи розвитку та актуальні завдання інтегрованого захисту
Рослин
У XIX та першій половині XX століття основна роль у боротьбі зі шкідниками відводилася механічному методу. Широко практикувався безпосередній ручний збір шкідливих комах у садах, на городах, у полі, а згодом використовувалися також найпростіші пристосування: сачки, марлеві волоки для вилову метеликів, посіви обкопували ловильними канавками, що затримували міграцію жуків та гусениць.
Застосування паризької зелені проти колорадського жука в США у 1867 р. (автор пропозиції невідомий) стало початком розвитку хімічного методу боротьби зі шкідниками рослин. До кінця XIX століття асортимент інсектицидів, призначених для отруєння жуків і гусениць, поповнився іншими миш'яковими препаратами, сполуками фтору, хлористим барієм, а пізніше – препаратами рослинного походження, які використовували переважно проти попелиць, клопів (нікотин-сульфат, анабазин-сульфат). Для знищення щитівок та інших шкідників, зимуючі стадії яких знаходяться на поверхні штамбів і гілок плодових дерев, рекомендувалися емульсії мінеральних масел.
Вивчення і застосування біологічного методу боротьби зі шкідниками почалося у 1884 р. з програми інтродукції іноземних видів ентомофагів до США і Канади.
Розвиток цього напряму був зумовлений історичними особливостями згаданих країн. Емігранти із Старого Світу везли з собою насіння, саджанці, живці рослин, з якими потрапляли в нові регіони різні види шкідників. Відсутність природних ворогів у складі місцевої фауни створювала сприятливі умови для їх розмноження.
Разом із цим у 1925 р. в США С.Е.Фландерс розробив технологію масового розведення в лабораторних умовах паразита яєць шкідливих видів метеликів – трихограми, а в 1930 р. він мав вже механізовану фабрику і постачав фермерам понад 1 млн. особин паразита на добу. Застосування трихограми у колишньому СРСР розпочалося 1932 р.
Початок застосування агротехнічного методу боротьби зі шкідниками було покладено працями Й.К.Пачоського (Херсон, 1900 р.) і продовжено дослідженнями ентомологів Полтавської сільськогосподарської дослідної станції М.В.Курдюковим, О.В.Знаменським у 1911 р.
Виявлення паразитичних мікроорганізмів – збудників хвороб сільськогосподарських культур та встановлення шляхів їх поширення створили передумови для наукової розробки агротехнічних і хімічних заходів захисту рослин від інфекційних хвороб. У 1885 р. П.Мілярде (Франція) вивчив фунгіцидну дію бордоської рідини, у 1905 р. А.Б.Кордлі запропонував сірчано-вапняний відвар. Ці препарати здобули загальне визнання і використовуються ще і в наш час. Згодом було запропоновано такий захід, як знезаражування насіння спочатку зернових культур від збудників сажкових хвороб, а потім й інших культур. Використовували препарати міді, миш'яку, ртуті.
Перший етап розвитку галузі захисту рослин характеризується застосуванням окремих заходів, які проводили у разі виявлення загрози від того чи іншого шкідника або хвороби, але в деяких випадках такі заходи не давали задовільних результатів.
Подальшим кроком на шляху підвищення ефективності захисту посівів і насаджень було наукове обґрунтування концепції системного підходу до боротьби зі шкідниками, розробленого В.М.Щеголевим. У 1933 р. він писав, що системою заходів називається весь комплекс способів захисту рослин від пошкоджень, об'єднаних у єдине ціле, які проводяться в певній послідовності у просторі й часі. Комплекс заходів за В.М.Щеголевим включає такі методи: організаційно-господарські, у тому числі добір стійких сортів, механічні, фізичні, хімічні й біологічні.
Подальшим прогресом теоретичних і практичних розробок у галузі хімічного методу захисту рослин можна назвати появу в середині XX століття принципово нових пестицидів – речовин органічного синтезу. Було винайдено ефективні засоби захисту від багатьох видів шкідників і фітопатогенних грибів, а також покладено початок застосуванню хімічного методу боротьби з бур'янами. Асортимент пестицидів постійно вдосконалювався, а масштаби їх застосування у сільському господарстві, особливо гербіцидів, продовжують зростати в усіх країнах світу.
У зв'язку з високою ефективністю інсектицидів нового покоління відпала потреба у застосуванні трудомістких засобів знищення популяції шкідників, як це передбачалося системами заходів, розробленими у 30-х роках.
Захист рослин набув однобічного підходу, що ґрунтувався на застосуванні пестицидів. Але незабаром виявилася потенційна і реальна небезпека негативних екологічних та гігієнічних наслідків розсіювання великої кількості шкідливих для людини і тварин речовин у навколишньому середовищі. Знову зріс інтерес до біологічного методу боротьби зі шкідниками, проте надії на його розвиток як альтернативи хімічному не виправдалися.
Штучне розведення і сезонна колонізація ентомофагів до цього часу обмежуються удосконаленням технології використання трихограми, а спроби інтродукції іноземних ентомофагів – ворогів видів, завезених з інших регіонів, зокрема колорадського жука, каліфорнійської щитівки, виявилися безперспективними.
З 1970 року в ентомологічній літературі рекомендуються заходи щодо збереження і збагачення природної фауни ентомофагів в агроценозах, але за законом екологічної піраміди при переході з одного трофічного рівня до іншого у ланцюгу живлення потік енергії зменшується в середньому на порядок. Енергетичний рівень для існування ентомофагів майже в 10 разів менший, ніж для шкідників, до того ж фітофаги мають значну перевагу перед ентомофагами, оскільки людина, вирощуючи культурні рослини для себе, водночас забезпечує в достатку кормовими ресурсами рослиноїдних комах.
Оцінюючи роль агротехнічного методу, слід враховувати, що рослини і комахи-фітофаги є компонентами первинної підсистеми біоценозу, вони адаптувалися до однакового оптимуму життєвого середовища: те, що сприятливо для рослин, те добре і для комах, що існують за їхній рахунок. Створення агрозаходами таких умов, щоб одна частина збалансованої екологічної системи процвітала, а інша гинула, не має теоретичного обґрунтування.
Неможливість повністю вирішити проблему боротьби зі шкідливими організмами біологічними й агротехнічними методами та необхідність обмежити екологічну і гігієнічну небезпеку широкомасштабних обробок сільськогосподарських угідь токсичними речовинами відродили ідею використання в захисті рослин комплексу різних заходів. На початку 60-х років в американській літературі з'явилося позначення такого комплексу терміном «інтегрована боротьба» (Рей Сміт та ін.). Визначення цієї концепції було сформульоване робочою групою експертів ФАО у звіті, опублікованому в 1967р.: «Інтегрована боротьба – система управління шкідливими організмами в контексті зв'язку з навколишнім середовищем і динамікою популяцій шкідливих видів, яка використовує всі можливі засоби та методи і стримує шкідливу популяцію на рівні нижче економічної шкоди».
Сучасна інтегрована система заходів ґрунтується на застосуванні агротехнічного, хімічного і біологічного методів захисту рослин. Головною концепцією є оптимізація хімічного методу на основі критеріїв доцільності застосування пестицидів з урахуванням чисельності популяції шкідників, наявності ентомофагів, ступеня стійкості сортів проти пошкодження шкідниками й ураження збудниками хвороб. У технології захисту рослин значну увагу необхідно приділяти фітосанітарному стану посівів. Сигналізація строків проведення захисних заходів розглядається як важлива частина цієї технології. Тому в технологічних схемах обстежувальні роботи з виявлення шкідливих організмів відіграють важливу роль.
Інтегрований захист вимагає більш глибоких біологічних знань у галузі взаємовідносин у системах рослина-живитель-паразит, кормова рослина-шкідник-навколишнє природне середовище на популяційному і біологічному рівнях, які вивчаються спеціальними дисциплінами.
Інтегрований захист передбачає також зменшення масштабів використання пестицидів за рахунок доступних нехімічних методів і засобів, які дають змогу значно зменшити чисельність популяцій шкідників, збудників хвороб і бур'янів. Він, таким чином, є основою управління фітосанітарним станом посівів і насаджень сільськогосподарських культур, складовою частиною комплексу заходів для управління рівнем продуктивності та якості продукції. Інтегрований захист насамперед передбачає проведення профілактичних заходів, що сприяє зменшенню загального використання пестицидів і пестицидного навантаження на одиницю площі. Раціональне використання пестицидів передбачає їх застосування в той період, коли шкідливі організми перебувають у найбільш чутливій до них фазі.