Obszar tematyczny 3
Obszar tematyczny 3.
Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji organizmów szkodliwych i kwarantannowych roślin uprawnych.
Cel główny obszaru tematycznego:
Celem obszaru tematycznego jest ograniczenie strat w ilości i jakości plonów poprzez ciągły monitoring składu populacji patogenów i wydłużanie odporności rośliny w czasie. Można to nazwać alternatywną metodą zwalczania chorób i szkodników, która pozwala utrzymać ważne gospodarczo patogeny poniżej progu ekonomicznej szkodliwości. Realizacja założonego celu ograniczania organizmów szkodliwych i kwarantannowych będzie elementem wsparcia nauki na rzecz hodowli i produkcji bezpiecznej żywności. Wyhodowanie odmian uprawnych odpornych na choroby jest krokiem w kierunku ograniczenia, a nawet wyniszczenia organizmów szkodliwych. Skuteczna i wiarygodna ocena materiałów hodowlanych pod względem odporności na stres biologiczny wymaga komplementarnego działania polegającego na wykonywaniu stałego przeglądu wirulencji i patogeniczności w populacjach patogenów.
Charakterystyka obszaru tematycznego:
Hodowla roślin jest procesem kierowanej ewolucji, której istotą jest adaptacja roślin do warunków środowiska i wynikających z tego środowiska stresów o charakterze biotycznym, jak i abiotycznym, niejednokrotnie wywoływanych przez zmieniający się klimat. Potencjał adaptacyjny roślin do zaistniałej rzeczywistości jest olbrzymi. Łatwiej i taniej jest dostosować roślinę do środowiska niż środowisko do rośliny. Globalne straty w produkcji roślin uprawnych powodowane przez choroby i szkodniki roślin są znaczne i stanowią ok. 20% globalnej produkcji, przy znacznym zróżnicowaniu tego zakresu w zależności od uprawianego gatunku. Jest to jeden z istotniejszych czynników ograniczających wysokość i jakość zbiorów. Najbardziej ekonomicznie uzasadnioną drogą obniżenia tego rodzaju strat jest hodowla odmian roślin uprawnych o stabilnej i trwałej odporności.
Monitorowanie zmian zachodzących w populacjach ważnych gospodarczo dla roślin rolniczych organizmów chorobotwórczych pod względem wirulencji i agresywności służy wybraniu referencyjnych izolatów, patotypów i ras dominujących w populacjach celem efektywnej oceny odporności odmian i materiałów hodowlanych. Dobór izolatów jest podstawą selekcjonowania genotypów roślin uprawnych o stabilnej i często trwałej odporności i tolerancji na wywołujące choroby i inne dysfunkcje rośliny organizmy chorobotwórcze i niesprzyjające czynniki środowiska, jak np. mróz, susza, zasolenie gleby, toksyczność jonów metali ciężkich. Monitorowanie zmian zmienności czynników chorobotwórczych dostarcza niezbędnej wiedzy dla hodowcy i rolnika o zbliżającym się załamaniu odporności uprawianej przez niego odmiany. Na bazie takiej wiedzy hodowca jest w stanie wyhodować odmianę z nowym systemem odpornościowym, zaś rolnik ma czas na wprowadzenie do uprawy nowej odmiany przerywającej cykl chorobowy i dalsze nagromadzanie się populacji patogena zdolnej do przełamywania odporności dotychczas uprawianej odmiany, co zapobiega rozwojowi choroby do proporcji epidemicznych i ogranicza straty gospodarcze.
Monitoring zachowań populacji ważnych gospodarczo patogenów i szkodników jest też wykorzystywany do opracowania systemów decyzyjnych w chemicznej ochronie upraw. Ważnym celem tego obszaru jest wszechstronna analiza problemu zapobiegania występowaniu i szerzeniu się organizmów kwarantannowych, które są szczególnie groźne a ich występowanie jest zwalczane z urzędu. Takim istotnym problemem jest występowanie w uprawach ziemniaka na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej kwarantannowej bakterii Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus, sprawcy bakteriozy pierścieniowej, występującej w różnych regionach kraju. Obszar badań obejmie śledzenie zmian patogeniczności i analizę zmienności genetycznej szczepów Cms. W ziemniaku nie występują źródła odporności na Cms, odmiany różnią się jedynie stopniem podatności na tę bakterię. Kolejnym gatunkiem patogena kwarantannowego w uprawach ziemniaka jest rak ziemniaka wywoływany przez Synchytrium endobioticum (Schilb.) Perc w stosunku do którego ziemniak posiada skuteczną obronę genetyczną (geny odporności), stąd badanie spektrum wirulencji w polskiej populacji tego grzyba w stosunku spektrum zmienności genetycznej ziemniaka jest celowe, gdyż wydłuża odporność odmian ziemniaka w czasie. Należy bowiem podkreślić, że tak w przypadku układu pasożytniczego rak ziemniaka – ziemniak, jak i wszystkich innych układów pasożytniczych przeglądy (monitorowanie) wirulencji (virulence surveys) działają jako „systemy ostrzegawcze” polegające na dostarczaniu wiedzy, że w danym regionie nie należy uprawiać odmian z genami odporności komplementarnymi do genów wirulencji patogena nagromadzonymi w tymże regionie. Inaczej, monitorowanie zmian w zdolnościach chorobotwórczych populacji patogenów robione jest po to aby unikać „spotkania się” komplementarnych genów wirulencji i odporności na jednym polu, w jednym regionie, na jednej odmianie. Wprowadzenie nowej odmiany do rejonu z komplementarnymi genami wirulencji (patogeniczności) prowadzi do natychmiastowej odbudowy populacji patogena do rozmiarów epidemicznych skutkujących olbrzymimi stratami gospodarczymi. W wyniku silnego porażenia przez patogena następuje radykalny spadek plonu, gwałtownie skraca się czas życia odmiany, geny odporności stają się nieefektywne, odmiana musi być wycofana z uprawy.
W przedmiotowym obszarze tematycznym prowadzony będzie monitoring najważniejszych gospodarczo chorób różnych roślin rolniczych, wśród których ziemniak jest jednym z podatniejszych gatunków na patogeny i szkodniki, a jego wegetatywny sposób rozmnażania powoduje łatwe rozprzestrzenianie się porażonych materiałów pogłębiając ekonomiczne straty w produkcji tego gatunku. Ważnym elementem tego obszaru jest charakterystyka patogeniczności badanych organizmów wobec puli form roślin strategicznych dla bezpieczeństwa żywnościowego kraju wykorzystywanych w uprawie i hodowli. Część z monitorowanych organizmów szkodliwych ma charakter kwarantannowy. Charakterystyka populacji patogenów jest planowana pod kątem jej wykorzystania do potrzeb hodowli odpornościowej, usprawniania nasiennictwa różnych roślin, w tym ziemniaka, kontroli występowania i zwalczania organizmów kwarantannowych oraz ulepszania systemów chemicznej ochrony pól produkcyjnych.
Bez konsekwentnie prowadzonego monitoringu populacji patogenów pod kątem zmienności zdolności chorobotwórczych nie będzie postępu i rozwoju hodowli odpornościowej. Monitoring patogenów na potrzeby hodowli, w tym charakterystyka spektrum populacji patogenów występujących na obszarze kraju, analiza wirulencji to podstawa skutecznych działań hodowli prowadzących do powstania genetycznie odpornych odmian na krajowe spektrum izolatów danego patogena. Przy obecnie dużych naciskach na ochronę środowiska, na produkcję ekologiczną oraz ograniczenie chemicznej ochrony w produkcji roślinnej ukierunkowana hodowla odmian odpornych na przede wszystkim krajowe populacje patogena jest koniecznością. Część proponowanych badań ma odbiorców w hodowli roślin, ale też w aktualnej produkcji roślinnej i agendach pracujących na rzecz rolnictwa.
W krajach rozwiniętych, np. w UK przeglądy wirulencji ważniejszych patogenów prowadzone są na bieżąco i ich wyniki wykorzystywane są w bieżącej hodowli odpornościowej. Nie obserwuje się tam jednostronnego polegania na wynikach porejestrowego doświadczalnictwa odmianowego zebranych bez presji patogena w warunkach testowych.
Zachodnie systemy charakteryzują się:
- pogłębioną analizą wpływu odporności rośliny na strukturę i ewolucję populacji patogenów,
- integrowaną hodowlą i rozmieszczeniem genów odporności,
- wykorzystaniem danych o interakcji roślina–patogen celem wzbogacenia strategii zarządzania odpornością rośliny,
- socjo-ekonomicznymi aspektami wykorzystania odmian odpornych i ich rozmieszczeniem w agrosystemach.
Jest to zrównoważone zarządzanie zdrowiem rośliny uprawnej.
Przewidywany efekt końcowy:
Wyniki uzyskane podczas realizacji celów obszaru tematycznego będą wykorzystywane do potrzeb hodowli odpornościowej, usprawniania nasiennictwa roślin uprawnych, w tym ziemniaka, kontroli występowania i zwalczania organizmów kwarantannowych oraz ulepszania systemów chemicznej ochrony upraw nasiennych i produkcji towarowej. Efektem końcowym realizacji zadań w przedmiotowym obszarze tematycznym będzie także wyższy, o podniesionej zdrowotności plon, nieskażony pestycydami i metabolitami patogenów stanowiący surowiec roślinny do dalszego przerobu, przetwórstwa i konsumpcji (zdrowa roślina – zdrowe środowisko – zdrowy człowiek), etc. Należy podkreślić, że prace wykonywane w ramach tego obszaru tematycznego poprzez wdrażanie nowego sposobu ochrony roślin przed chorobami i szkodnikami będą wkładem IHAR-PIB w realizację dyrektywy 2009/128/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania na rzecz zrównoważonego stosowania pestycydów (Dz. U. UE L 309 z 24.11.2009, str. 71).
Lista zadań w obszarze tematycznym
- Zadanie 3.1 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji organizmów szkodliwych i kwarantannowych ziemniaka
- Zadanie 3.2 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji biotroficznych patogenów zbóż podstawowych.
- Zadanie 3.3 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji patogenów z kompleksu Stagonospora spp./S. tritici – sprawców plamistości liści i plew pszenicy i pszenżyta.
- Zadanie 3.4 Analiza składu gatunkowego grzybów z rodzaju Fusarium powodujących fuzariozę kłosów pszenicy i pszenżyta oraz skażenia ziarna toksynami w powiązaniu z warunkami pogodowymi w danym roku.
- Zadanie 3.5 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji organizmów szkodliwych kukurydzy.
- Zadanie 3.6 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji organizmów szkodliwych dla roślin strączkowych.
- Zadanie 3.7 Monitoring chorób grzybowych runi wybranych trwałych użytków zielonych oraz ocena stopnia porażenia nasion traw przez endofity.
- Zadanie 3.8 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji organizmów szkodliwych dla roślin oleistych.
- Zadanie 3.9 Monitoring zmian zdolności chorobotwórczych populacji grzybów powodujących zgnilizny korzeni i zgorzel siewek buraka cukrowego.