Thiệt hại cho cây trồng do sự cạnh tranh của cỏ dại và các loại sâu bệnh khác bao gồm vi-rút, vi khuẩn, nấm và côn trùng làm suy giảm đáng kể năng suất và trong một số trường hợp có thể phá hủy hoàn toàn cả vụ mùa. Ngày nay, năng suất cây trồng đáng tin cậy đạt được nhờ sử dụng các giống kháng bệnh, biện pháp kiểm soát sinh học và sử dụng thuốc trừ sâu để kiểm soát bệnh cây trồng, côn trùng, cỏ dại và các loại sâu bệnh khác. Năm 1983, 1,3 tỷ đô la đã được chi cho thuốc trừ sâu – không bao gồm thuốc diệt cỏ – để bảo vệ và hạn chế thiệt hại cho cây trồng do bệnh cây trồng, tuyến trùng và côn trùng. Thiệt hại tiềm tàng về mùa màng nếu không sử dụng thuốc trừ sâu còn lớn hơn nhiều so với con số đó.
Trong khoảng 100 năm qua, việc lai tạo giống cây trồng kháng bệnh đã là một thành phần quan trọng của năng suất nông nghiệp trên toàn thế giới. Tuy nhiên, những thành công đạt được từ chọn tạo giống cây trồng phần lớn mang tính thực nghiệm và có thể mang tính tạm thời. Nghĩa là, do thiếu thông tin cơ bản về chức năng của gen kháng bệnh, các nghiên cứu thường mang tính ngẫu nhiên thay vì được thực hiện có mục tiêu cụ thể. Hơn nữa, bất kỳ kết quả nào cũng có thể tồn tại trong thời gian ngắn do bản chất thay đổi của mầm bệnh và các loài gây hại khác khi thông tin di truyền mới được đưa vào các hệ thống nông sinh thái phức tạp.
Một ví dụ điển hình về tác động của biến đổi gen là đặc điểm phấn hoa bất thụ được lai tạo trên hầu hết các giống ngô chính để hỗ trợ sản xuất hạt lai. Cây trồng chứa tế bào chất Texas (T) truyền đặc điểm bất thụ đực này qua tế bào chất; nó liên kết với một loại ty thể đặc biệt. Các nhà lai tạo không biết rằng các ty thể này cũng dễ bị tổn thương bởi độc tố do nấm gây bệnh sản sinh ra.Giun sánmaydis. Kết quả là dịch bệnh cháy lá ngô bùng phát ở Bắc Mỹ vào mùa hè năm 1970.
Các phương pháp được sử dụng để phát hiện hóa chất trừ sâu cũng phần lớn dựa trên kinh nghiệm. Với rất ít hoặc không có thông tin trước về cơ chế tác động, các hóa chất được thử nghiệm để chọn ra những loại có thể tiêu diệt côn trùng, nấm hoặc cỏ dại mục tiêu nhưng không gây hại cho cây trồng hoặc môi trường.
Các phương pháp tiếp cận thực nghiệm đã mang lại những thành công to lớn trong việc kiểm soát một số loài gây hại, đặc biệt là cỏ dại, bệnh nấm và côn trùng, nhưng cuộc chiến vẫn còn tiếp diễn, bởi vì những thay đổi di truyền ở những loài gây hại này thường có thể khôi phục độc lực của chúng đối với giống cây trồng kháng thuốc hoặc khiến chúng kháng thuốc trừ sâu. Điều còn thiếu trong chu kỳ dường như vô tận của tính nhạy cảm và khả năng kháng thuốc này là sự hiểu biết rõ ràng về cả sinh vật và cây trồng mà chúng tấn công. Khi kiến thức về sâu bệnh - di truyền, sinh hóa và sinh lý học, vật chủ và sự tương tác giữa chúng - ngày càng tăng, các biện pháp kiểm soát sâu bệnh hiệu quả hơn và được định hướng tốt hơn sẽ được đưa ra.
Chương này xác định một số phương pháp nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về các cơ chế sinh học cơ bản có thể được khai thác để kiểm soát mầm bệnh thực vật và côn trùng. Sinh học phân tử cung cấp các kỹ thuật mới để phân lập và nghiên cứu hoạt động của gen. Sự tồn tại của các cây chủ nhạy cảm và kháng thuốc, cũng như các mầm bệnh độc và không độc có thể được khai thác để xác định và phân lập các gen kiểm soát sự tương tác giữa cây chủ và mầm bệnh. Nghiên cứu về cấu trúc tinh tế của các gen này có thể dẫn đến những manh mối về tương tác sinh hóa xảy ra giữa hai sinh vật và điều hòa các gen này trong mầm bệnh và trong các mô của cây. Trong tương lai, chúng ta có thể cải thiện các phương pháp và cơ hội để chuyển các đặc điểm mong muốn về khả năng kháng thuốc vào cây trồng, và ngược lại, tạo ra các mầm bệnh có độc lực đối với một số loài cỏ dại hoặc sâu bệnh chân khớp. Việc hiểu biết sâu sắc hơn về sinh học thần kinh của côn trùng, hóa học và hoạt động của các chất điều hòa, chẳng hạn như các hormone nội tiết điều hòa quá trình biến thái, ngủ đông và sinh sản, sẽ mở ra những hướng đi mới để kiểm soát côn trùng gây hại bằng cách phá vỡ sinh lý và hành vi của chúng ở các giai đoạn quan trọng trong vòng đời.
Thời gian đăng: 14-04-2021