کنترل نماتد ریشه گرهی از دیدگاه جهانی: چالش‌ها، استراتژی‌ها و نوآوری‌ها

اگرچه نماتدهای انگل گیاهی متعلق به خانواده نماتدها هستند، اما آفات گیاهی نیستند، بلکه بیماری‌های گیاهی محسوب می‌شوند.
نماتد ریشه گرهی (Meloidogyne) گسترده‌ترین و مضرترین نماتد انگلی گیاهی در جهان است. تخمین زده می‌شود که بیش از 2000 گونه گیاهی در جهان، از جمله تقریباً تمام محصولات زراعی، به آلودگی نماتد ریشه گرهی بسیار حساس هستند. نماتدهای ریشه گرهی سلول‌های بافت ریشه میزبان را آلوده کرده و تومور ایجاد می‌کنند و بر جذب آب و مواد مغذی تأثیر می‌گذارند و در نتیجه باعث توقف رشد گیاه، کوتولگی، زردی، پژمردگی، پیچیدگی برگ، بدشکلی میوه و حتی مرگ کل گیاه می‌شوند که منجر به کاهش جهانی محصول می‌شود.
در سال‌های اخیر، کنترل بیماری نماتد مورد توجه شرکت‌های جهانی حفاظت از گیاهان و مؤسسات تحقیقاتی قرار گرفته است. نماتد سیست سویا دلیل مهمی برای کاهش تولید سویا در برزیل، ایالات متحده و سایر کشورهای مهم صادرکننده سویا است. در حال حاضر، اگرچه برخی روش‌های فیزیکی یا اقدامات کشاورزی برای کنترل بیماری نماتد اعمال شده است، مانند: غربالگری ارقام مقاوم، استفاده از پایه‌های مقاوم، تناوب زراعی، بهبود خاک و غیره، اما مهم‌ترین روش‌های کنترل هنوز کنترل شیمیایی یا کنترل بیولوژیکی هستند.

مکانیسم عمل اتصال ریشه

سیر زندگی نماتد مولد گره ریشه شامل تخم، لارو سن اول، لارو سن دوم، لارو سن سوم، لارو سن چهارم و حشره بالغ است. لارو کرم کوچک، حشره بالغ هترومورف، نر خطی و ماده گلابی شکل است. لارو سن دوم می‌تواند در آب منافذ خاک مهاجرت کند، از طریق آلل‌های حساس سر به دنبال ریشه گیاه میزبان بگردد، با سوراخ کردن اپیدرم از ناحیه طویل شدن ریشه میزبان به گیاه میزبان حمله کند و سپس از طریق فضای بین سلولی حرکت کند، به نوک ریشه حرکت کند و به مریستم ریشه برسد. پس از رسیدن لارو سن دوم به مریستم نوک ریشه، لاروها به سمت دسته آوندی حرکت کرده و به ناحیه توسعه آوند چوبی می‌رسند. در اینجا، لارو سن دوم سلول‌های میزبان را با سوزن دهانی سوراخ کرده و ترشحات غده مری را به سلول‌های ریشه میزبان تزریق می‌کند. اکسین و آنزیم‌های مختلف موجود در ترشحات غده مری می‌توانند سلول‌های میزبان را وادار به جهش به «سلول‌های غول‌پیکر» با هسته‌های چند هسته‌ای، غنی از زیراندامک‌ها و متابولیسم شدید کنند. سلول‌های قشری اطراف سلول‌های غول‌پیکر تکثیر و رشد بیش از حد می‌کنند و تحت تأثیر سلول‌های غول‌پیکر متورم می‌شوند و علائم معمول گره‌های ریشه را در سطح ریشه تشکیل می‌دهند. لاروهای سن دوم از سلول‌های غول‌پیکر به عنوان نقاط تغذیه برای جذب مواد مغذی و آب استفاده می‌کنند و حرکت نمی‌کنند. در شرایط مناسب، لاروهای سن دوم می‌توانند میزبان را وادار به تولید سلول‌های غول‌پیکر 24 ساعت پس از عفونت کنند و پس از سه بار پوست‌اندازی در 20 روز بعد به کرم‌های بالغ تبدیل شوند. پس از آن نرها حرکت کرده و ریشه‌ها را ترک می‌کنند، ماده‌ها ثابت می‌مانند و به رشد خود ادامه می‌دهند و حدود 28 روزگی شروع به تخم‌گذاری می‌کنند. هنگامی که دما بالاتر از 10 درجه سانتیگراد باشد، تخم‌ها در گره ریشه باز می‌شوند، لاروهای سن اول در تخم‌ها، لاروهای سن دوم از تخم‌ها بیرون می‌آیند و میزبان را دوباره در خاک رها می‌کنند تا دوباره آلوده شود.
نماتدهای گره ریشه طیف وسیعی از میزبان‌ها را دارند که می‌توانند روی بیش از ۳۰۰۰ نوع میزبان، مانند سبزیجات، محصولات غذایی، محصولات کشاورزی، درختان میوه، گیاهان زینتی و علف‌های هرز، انگلی باشند. ریشه سبزیجاتی که تحت تأثیر نماتدهای گره ریشه قرار می‌گیرند، ابتدا گره‌هایی با اندازه‌های مختلف تشکیل می‌دهند که در ابتدا سفید شیری و در مرحله بعد قهوه‌ای کم‌رنگ هستند. پس از آلودگی با نماتد گره ریشه، گیاهان در زمین کوتاه، شاخه‌ها و برگ‌ها تحلیل رفته یا زرد شدند، رشد متوقف شد، رنگ برگ‌ها روشن شد و رشد گیاهان به شدت بیمار ضعیف شد، گیاهان در خشکسالی پژمرده شدند و کل گیاه به شدت از بین رفت. علاوه بر این، تنظیم پاسخ دفاعی، اثر بازدارندگی و آسیب مکانیکی بافت ناشی از نماتدهای گره ریشه بر روی محصولات کشاورزی، تهاجم عوامل بیماری‌زای خاکزی مانند پژمردگی فوزاریومی و باکتری‌های پوسیدگی ریشه را نیز تسهیل کرد و در نتیجه بیماری‌های پیچیده‌ای ایجاد کرد و خسارات بیشتری را به بار آورد.

اقدامات پیشگیری و کنترل

حشره‌کش‌های سنتی را می‌توان بر اساس روش‌های مختلف استفاده به دودزا و غیردودزا تقسیم کرد.

فومیگانت

این شامل هیدروکربن‌های هالوژنه و ایزوتیوسیانات‌ها می‌شود و مواد غیر تدخینی شامل ارگانوفسفره و کاربامات‌ها می‌شوند. در حال حاضر، در میان حشره‌کش‌های ثبت شده در چین، برومومتان (ماده‌ای که لایه ازن را تخریب می‌کند و به تدریج ممنوع می‌شود) و کلروپیکرین ترکیبات هیدروکربنی هالوژنه هستند که می‌توانند سنتز پروتئین و واکنش‌های بیوشیمیایی را در طول تنفس نماتدهای گره ریشه مهار کنند. دو ماده تدخینی متیل ایزوتیوسیانات هستند که می‌توانند متیل ایزوتیوسیانات و سایر ترکیبات مولکولی کوچک را در خاک تجزیه و آزاد کنند. متیل ایزوتیوسیانات می‌تواند وارد بدن نماتد گره ریشه شود و به گلوبولین حامل اکسیژن متصل شود و در نتیجه تنفس نماتد گره ریشه را مهار کند و اثر کشنده داشته باشد. علاوه بر این، سولفوریل فلوراید و کلسیم سیانامید نیز به عنوان مواد تدخینی برای کنترل نماتدهای گره ریشه در چین ثبت شده‌اند.
همچنین برخی از فومیگانت‌های هیدروکربنی هالوژنه وجود دارند که در چین ثبت نشده‌اند، مانند ۱، ۳-دی‌کلروپروپیلن، یدومتان و غیره که در برخی از کشورهای اروپایی و ایالات متحده به عنوان جایگزین برومومتان ثبت شده‌اند.

غیر دودزا

از جمله ارگانوفسفره و کاربامات‌ها. در میان لاین‌کش‌های غیر تدخینی ثبت شده در کشور ما، فسفین تیازولیوم، متانوفوس، فوکسیفوس و کلرپیریفوس متعلق به ارگانوفسفره هستند، در حالی که کربوکسانیل، آلدیکارب و کربوکسانیل بوتاتیوکارب متعلق به کاربامات هستند. نماتدکش‌های غیر تدخینی با اتصال به استیل کولین استراز در سیناپس‌های نماتدهای ریشه گرهی، عملکرد سیستم عصبی نماتدهای ریشه گرهی را مختل می‌کنند. آن‌ها معمولاً نماتدهای ریشه گرهی را نمی‌کشند، بلکه فقط باعث می‌شوند نماتدهای ریشه گرهی توانایی خود را در یافتن میزبان و آلوده کردن از دست بدهند، بنابراین اغلب به آن‌ها "فلج‌کننده‌های نماتد" گفته می‌شود. نماتدکش‌های غیر تدخینی سنتی، عوامل عصبی بسیار سمی هستند که مکانیسم عمل مشابهی با نماتدها بر روی مهره‌داران و بندپایان دارند. بنابراین، تحت محدودیت‌های عوامل محیطی و اجتماعی، کشورهای توسعه‌یافته بزرگ جهان، توسعه حشره‌کش‌های ارگانوفسفره و کاربامات را کاهش داده یا متوقف کرده‌اند و به توسعه برخی از حشره‌کش‌های جدید با راندمان بالا و سمیت کم روی آورده‌اند. در سال‌های اخیر، در میان حشره‌کش‌های جدید غیر کارباماتی/ارگانوفسفره که ثبت EPA را به دست آورده‌اند، اتیل اسپیریلات (ثبت شده در سال ۲۰۱۰)، دی‌فلوروسولفون (ثبت شده در سال ۲۰۱۴) و فلوپیرامید (ثبت شده در سال ۲۰۱۵) وجود دارند.
اما در واقع، به دلیل سمیت بالا و ممنوعیت آفت‌کش‌های ارگانوفسفره، در حال حاضر نماتدکش‌های زیادی در دسترس نیست. ۳۷۱ نماتدکش در چین ثبت شده است که از این تعداد، ۱۶۱ مورد ماده فعال آبامکتین و ۱۵۸ مورد ماده فعال تیازوفوس بوده‌اند. این دو ماده فعال، مهم‌ترین اجزا برای کنترل نماتد در چین بودند.
در حال حاضر، نماتدکش‌های جدید زیادی وجود ندارند که در میان آنها فلورن سولفوکسید، اسپیروکسید، دی‌فلوروسولفون و فلوپیرامید پیشتاز هستند. علاوه بر این، از نظر آفت‌کش‌های زیستی، پنیسیلیوم پاراکلاویدوم و باسیلوس تورینجینسیس HAN055 که توسط کونو ثبت شده‌اند نیز پتانسیل بازار قوی دارند.

ثبت اختراع جهانی برای کنترل نماتد گره ریشه سویا

نماتد گره ریشه سویا یکی از دلایل اصلی کاهش عملکرد سویا در کشورهای عمده صادرکننده سویا، به ویژه ایالات متحده و برزیل است.
در دهه گذشته در مجموع ۴۲۸۷ اختراع ثبت شده در زمینه حفاظت از گیاهان مربوط به نماتدهای ریشه گرهی سویا در سراسر جهان ثبت شده است. نماتدهای ریشه گرهی سویا در جهان عمدتاً در مناطق و کشورهایی درخواست ثبت اختراع داده‌اند که اولین آنها دفتر اروپا، دومین آنها چین و ایالات متحده است، در حالی که جدی‌ترین منطقه نماتد ریشه گرهی سویا، برزیل، تنها ۱۴۵ درخواست ثبت اختراع دارد و بیشتر آنها از شرکت‌های چندملیتی هستند.

در حال حاضر، آبامکتین و فسفین تیازول عوامل اصلی کنترل نماتدهای ریشه در چین هستند و محصول ثبت اختراع شده فلوپیرامید نیز شروع به تولید کرده است.

آورمکتین

در سال ۱۹۸۱، آبامکتین به عنوان کنترل کننده انگل‌های روده‌ای در پستانداران و در سال ۱۹۸۵ به عنوان آفت‌کش به بازار معرفی شد. آورمکتین امروزه یکی از پرکاربردترین حشره‌کش‌ها است.

فسفین تیازات

فسفین تیازول یک حشره‌کش ارگانوفسفره غیر تدخینی جدید، کارآمد و با طیف اثر وسیع است که توسط شرکت ایشی‌هارا در ژاپن توسعه یافته و در بسیاری از کشورها مانند ژاپن به بازار عرضه شده است. مطالعات اولیه نشان داده است که فسفین تیازولیوم دارای جذب و انتقال درون سلولی در گیاهان است و فعالیت طیف وسیعی علیه نماتدهای انگلی و آفات دارد. نماتدهای انگلی گیاهی به بسیاری از محصولات مهم آسیب می‌رسانند و خواص بیولوژیکی و فیزیکی و شیمیایی فسفین تیازول برای کاربرد در خاک بسیار مناسب است، بنابراین یک عامل ایده‌آل برای کنترل نماتدهای انگلی گیاهی است. در حال حاضر، فسفین تیازولیوم یکی از تنها نماتدکش‌های ثبت شده روی سبزیجات در چین است و جذب داخلی بسیار خوبی دارد، بنابراین نه تنها می‌توان از آن برای کنترل نماتدها و آفات سطح خاک استفاده کرد، بلکه می‌توان از آن برای کنترل کنه‌های برگ و آفات سطح برگ نیز استفاده کرد. نحوه‌ی عملکرد اصلی فسفین تیازولیدها مهار استیل کولین استراز موجود زنده‌ی هدف است که بر اکولوژی مرحله‌ی دوم لاروی نماتد تأثیر می‌گذارد. فسفین تیازول می‌تواند فعالیت، آسیب و خروج از تخم نماتدها را مهار کند، بنابراین می‌تواند رشد و تولید مثل نماتدها را مهار کند.

فلوپیرامید

فلوپیرامید یک قارچ‌کش پیریدیل اتیل بنزامید است که توسط شرکت بایر کراپساینس توسعه یافته و تجاری‌سازی شده است و هنوز در دوره ثبت اختراع است. فلوپیرامید فعالیت نماتدکشی خاصی دارد و برای کنترل نماتد گره ریشه در محصولات کشاورزی ثبت شده است و در حال حاضر یک نماتدکش محبوب‌تر است. مکانیسم عمل آن مهار تنفس میتوکندریایی با مسدود کردن انتقال الکترون سوکسینیک دهیدروژناز در زنجیره تنفسی و مهار چندین مرحله از چرخه رشد باکتری‌های بیماری‌زا برای دستیابی به هدف کنترل باکتری‌های بیماری‌زا است.

ماده مؤثر فلوروپیرامید در چین هنوز در دوره ثبت اختراع است. از بین درخواست‌های ثبت اختراع کاربردی آن در نماتدها، 3 مورد از بایر و 4 مورد از چین هستند که با محرک‌های زیستی یا مواد مؤثر مختلف برای کنترل نماتدها ترکیب شده‌اند. در واقع، برخی از مواد مؤثر در دوره ثبت اختراع می‌توانند برای انجام برخی از طرح‌های ثبت اختراع از قبل برای تصرف بازار استفاده شوند. مانند آفات عالی لپیدوپترا و عامل تریپس اتیل پلی‌سیدین، بیش از 70٪ از درخواست‌های ثبت اختراع داخلی توسط شرکت‌های داخلی انجام می‌شود.

آفت‌کش‌های بیولوژیکی برای کنترل نماتدها

در سال‌های اخیر، روش‌های کنترل بیولوژیکی که جایگزین کنترل شیمیایی نماتدهای گره ریشه می‌شوند، توجه گسترده‌ای را در داخل و خارج از کشور به خود جلب کرده‌اند. جداسازی و غربالگری میکروارگانیسم‌هایی با توانایی آنتاگونیستی بالا علیه نماتدهای گره ریشه، شرایط اولیه برای کنترل بیولوژیکی هستند. سویه‌های اصلی گزارش شده در مورد میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست نماتدهای گره ریشه، پاستورلا، استرپتومایسس، سودوموناس، باسیلوس و ریزوبیوم بودند. میروتسیوم، پسیلومایسز و تریکودرما، با این حال، برخی از میکروارگانیسم‌ها به دلیل مشکلات کشت مصنوعی یا اثر کنترل بیولوژیکی ناپایدار در مزرعه، به سختی می‌توانند اثرات آنتاگونیستی خود را بر نماتدهای گره ریشه اعمال کنند.
Paecilomyces lavviolaceus انگل مؤثر تخم‌های نماتد گره ریشه جنوبی و سیستوسیستیس آلبیکانس است. میزان انگلی تخم‌های نماتد گره ریشه جنوبی به 60 تا 70 درصد می‌رسد. مکانیسم مهار Paecilomyces lavviolaceus علیه نماتدهای گره ریشه این است که پس از تماس Paecilomyces lavviolaceus با اووسیست‌های کرم ساقه‌خوار، در بستر چسبناک، میسلیوم باکتری‌های بیوکنترل کل تخم را احاطه می‌کند و انتهای میسلیوم ضخیم می‌شود. سطح پوسته تخم به دلیل فعالیت متابولیت‌های برون‌زا و کیتیناز قارچی شکسته می‌شود و سپس قارچ‌ها به آن حمله کرده و جایگزین آن می‌شوند. همچنین می‌تواند سمومی ترشح کند که نماتدها را از بین می‌برد. عملکرد اصلی آن کشتن تخم‌ها است. هشت آفت‌کش در چین ثبت شده است. در حال حاضر، Paecilomyces lilaclavi فرم دوز ترکیبی برای فروش ندارد، اما طرح ثبت اختراع آن در چین دارای حق ثبت اختراع برای ترکیب با سایر حشره‌کش‌ها برای افزایش فعالیت استفاده است.

عصاره گیاه

محصولات گیاهی طبیعی را می‌توان با خیال راحت برای کنترل نماتد گره ریشه استفاده کرد و استفاده از مواد گیاهی یا مواد نماتدوئیدی تولید شده توسط گیاهان برای کنترل بیماری‌های نماتد گره ریشه بیشتر با الزامات ایمنی زیست‌محیطی و ایمنی مواد غذایی مطابقت دارد.
اجزای نماتوئیدی گیاهان در تمام اندام‌های گیاه وجود دارند و می‌توان آن‌ها را از طریق تقطیر با بخار، استخراج آلی، جمع‌آوری ترشحات ریشه و غیره به دست آورد. بر اساس خواص شیمیایی آن‌ها، عمدتاً به مواد غیرفرار با حلالیت در آب یا حلالیت آلی و ترکیبات آلی فرار تقسیم می‌شوند که در این میان مواد غیرفرار اکثریت را تشکیل می‌دهند. اجزای نماتوئیدی بسیاری از گیاهان پس از استخراج ساده می‌توانند برای کنترل نماتد گره ریشه استفاده شوند و کشف عصاره‌های گیاهی در مقایسه با ترکیبات فعال جدید نسبتاً ساده است. با این حال، اگرچه اثر حشره‌کشی دارد، اما ماده مؤثر واقعی و اصل حشره‌کشی اغلب مشخص نیست.
در حال حاضر، چریش، ماترین، وراترین، اسکوپولامین، ساپونین چای و غیره، آفت‌کش‌های گیاهی تجاری اصلی با فعالیت کشتن نماتد هستند که نسبتاً کم هستند و می‌توانند در تولید گیاهان مهارکننده نماتد با کاشت بین گیاهان یا همراه کردن آنها استفاده شوند.
اگرچه ترکیب عصاره‌های گیاهی برای کنترل نماتد گره ریشه، اثر کنترلی بهتری بر نماتد خواهد داشت، اما در حال حاضر به طور کامل تجاری نشده است، اما همچنان ایده جدیدی برای عصاره‌های گیاهی برای کنترل نماتد گره ریشه ارائه می‌دهد.

کود بیولوژیک

نکته کلیدی در مورد کود بیوارگانیک این است که آیا میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست می‌توانند در خاک یا خاک ریزوسفر تکثیر شوند یا خیر. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از برخی مواد آلی مانند پوسته میگو و خرچنگ و کنجاله روغن می‌تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم اثر کنترل بیولوژیکی نماتد گره ریشه را بهبود بخشد. استفاده از فناوری تخمیر جامد برای تخمیر میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست و کود آلی برای تولید کود بیوارگانیک، یک روش کنترل بیولوژیکی جدید برای کنترل بیماری نماتد گره ریشه است.
در مطالعه کنترل نماتدهای گیاهی با کود بیوارگانیک، مشخص شد که میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست موجود در کود بیوارگانیک، به ویژه کود آلی حاصل از تخمیر میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست و کود آلی از طریق فناوری تخمیر جامد، اثر کنترلی خوبی بر نماتدهای گره ریشه دارند.
با این حال، اثر کنترلی کود آلی بر نماتدهای ریشه گرهی رابطه بسیار خوبی با محیط و دوره استفاده دارد و راندمان کنترل آن بسیار کمتر از آفت‌کش‌های سنتی است و تجاری‌سازی آن دشوار است.
با این حال، به عنوان بخشی از کنترل دارویی و کودی، می‌توان با افزودن آفت‌کش‌های شیمیایی و تلفیق آب و کود، نماتدها را کنترل کرد.
با توجه به تعداد زیاد گونه‌های تک محصولی (مانند سیب‌زمینی شیرین، سویا و غیره) که در داخل و خارج از کشور کاشته می‌شوند، وقوع نماتد روز به روز جدی‌تر می‌شود و کنترل نماتد نیز با چالش بزرگی روبرو است. در حال حاضر، بیشتر گونه‌های آفت‌کش ثبت شده در چین قبل از دهه 1980 توسعه یافته‌اند و ترکیبات فعال جدید به طور جدی ناکافی هستند.
عوامل بیولوژیکی در فرآیند استفاده مزایای منحصر به فردی دارند، اما به اندازه عوامل شیمیایی مؤثر نیستند و استفاده از آنها توسط عوامل مختلفی محدود می‌شود. از طریق درخواست‌های ثبت اختراع مربوطه، می‌توان دریافت که توسعه فعلی نماتدکش‌ها هنوز حول محور ترکیب محصولات قدیمی، توسعه آفت‌کش‌های زیستی و ادغام آب و کود است.