A biológiai növényvédelem alapjai: növénykórokozók, kártevő állatok és gyomnövények ellen : [tankönyv] 9639239577, 9789639239579

A biológiai növényvédelem a többi védekezési móddal együtt dinamikusan fejlődik. Ez a természetközeli, környezetkímélő v

341 53 9MB

Hungarian Pages 139 [145] Year 2000

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Polecaj historie

A biológiai növényvédelem alapjai: növénykórokozók, kártevő állatok és gyomnövények ellen : [tankönyv]
 9639239577, 9789639239579

Citation preview

Ez a kiadvány a Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium Intézményközi Tankönyvkiadási Szakértő Bizottsága jóváhagyásával készült. Az egyetemek és főiskolák agrártudományi karain javasolt tankönyv.

A biológiai növényvédelem alapjai növénykórokozók, kártevő állatok és gyomnövények ellen Szerkesztette

Fischi Géza

i

\

Írta DR. habil. BÉRES IMRE egyetemi tanár, az MTA doktora DR. BozAI JózSEF ny. egyetemi tanár, biol. tud. kandidátusa DR. BUDAI CsABA osztályvezető DR. habil. FISCHL GÉZA egyetemi tanár, mg. tud. kandidátusa HORVÁTH LÁSZLÓ egyetemi adjunktus DR. HORVÁTH ZOLTÁN PhD, vezérigazgató LUCSKAI ATTILA tanszéki mémök DR. MIKULÁS JóZSEF tud. főmunkatárs, mg. tud. kandidátusa DR. habil. NÁDASY MIKLÓS egyetemi docens, mg. tud. kandidátusa DR. SüLE SÁNDOR tud. főmunkatárs, az MTA doktora DR. SzABOLCS JÁNOS egyetemi docens, mg. tud. kandidátusa

Lektorálta DR. BALÁZS KLÁRA PhD, tud. főmunkatárs, c. egyetemi docens DR. LITKEI JúLIA egyetemi docens, mg. tud. kandidátusa DR. habil. RAmcs LÁSZLó egyetemi docens, mg. tud. kandidátusa

© dr. Fischi Géza, 2000 ISBN 963 9239 57 7

Mezőgazda Kiadó 1165 Budapest, Koronaturt u. 44. Felelős kiadó: dr. Lelkes Lajos Felelősszerkesztő: Récsey Antónia Műszaki vezető: Gerlóci Judit Műszaki szerkesztő: Berkes Tamás A borító Kiss István sorozatterve alapján készült a Planétás DTP Stúdióban A borítófotót Szabolcs János készítette Az 1., 2., 3., 6., 7. ábrát Fischi Géza, a 10., ll., 12. ábrát Szabolcs János, a 15., 16. ábrát Lucskai Attila és a 19. ábrát Bozai Józsefkészítette Megjelent 12,4 (A/5) ív terjedelemben 26 ábrával, mellékleten, 24 színes fotóval

MGK 712 847/2000

Előszó

A biológiai védekezési módszerek iránti érdeklődésnek napjainkban az adott rendkívüli aktualitást, hogy a különböző peszticidek nem mindig szakszerü alkalmazása egyes helyeken olyan méreteket öltött, ami már joggal vethet fel humánegészségügyi problémákat is. Magyarországon az első biológiai védekezési kísérleteket a múlt század végén végezték mikroorganizmusokkal apácalepke-hernyók, majd cserebogárpajorok ellen. A 20-as évek végén, az Olaszországból betelepített Aphelinus maii HALD. fémfürkészfajjal vértetü és Prospaltella berlesei How., szintén fémfürkész parazitoiddal az eperfapajzstetü ellen eredményes védekezést végeztek. Ugyancsak a 20-as évek végén eredményesen használták a Bacillus thuringiensis BERL. fajt kukoricamoly-hernyók ellen laboratóriumban és szabadban. E sikeres próbálkozások után, hosszú szünet következett. Az 50-es években az amerikai fehér medvelepke ellen használtak mikroorganizmusokat és vírusokat. A burgonyabogár végleges hazai megtelepedése után, a 60-as években az USA-ból származó Perilius bioculatus F. ragadozó poloska betelepítésével folytak kísérletek, azonban ezek nem hoztak a gyakorlatban is alkalmazható eredményeket. A biológiai védekezés legújabb módszerével, az úgynevezett autocid vagy sterilhím technikával közel egy évtizeden át (1965-1975) történtek kísérletek, de ezek sem hoztak gyakorlati eredményt. Az üvegházi molytetü vagy házi liszteske ellen az Észak-Amerikából származó Encarsia formasa GAHAN fémfürkész populációt a 70-es évek végétől sikeresen alkalmazzák hazánkban. Jelenleg az entomopatogén fonálférgekkel folynak biztató kísérletek, amelyek üvegházi vagy fólia alatti termesztésben, továbbá erdei csemetekertek talajában károsító néhány kártevő ellen alkalmazhatók. Ragadozó atkákkal is üvegházban és fóliasátorban értek el eredményeket. A könyv írói arra törekedtek, hogy a károsítók (kártevők, mikroorganizmusok, gyornnövények) elleni biológiai védekezési módszereket és lehetőségeket olyan színvonalon foglalják össze, amely megfelel a felsőoktatásban tanuló hallgatóság és a téma iránt érdeklődők igényeinek. Ma, amikor az ökoszisztémák- a környezetet ért jelentős káros hatások következtében- törékennyé váltak, parancsoló szükségszerüség, hogy a környezetet legjobban kímélő, úgynevezett integrált védekezési módszerek egyik legfontosabb ágensét, a biológiai védekezésben szerepet játszó parazitoidokat, predátorokat, mikroorganizmusokat és vírusokat a hallgatóság minél jobban megismerje. 5

A könyv anyaga korábban jegyzet formájában már megjelent. A jegyzet használata beváltotta a hozzáfűzött reményeket: olyannyira, hogy igény jelentkezett az anyag átdolgozott formában, tankönyv alakban történő megjelentetésére. Keszthely, 1999. február 16. dr. Sáringer Gyula kutatóprofesszor akadémikus

6

Bevezetés

A tennesztett növények károsítói (kórokozók, kártevők, gyomnövények) ellen alkalmazott növényvédelmi eljárások sokfélék. A többféle védekezési mód lehetőséget teremt a növénytermesztési eljárásokhoz, technológiákhoz illeszkedő okszerű, gazdaságos és környezetkímélő, azaz az integrált növényvédelem követelményeit szem előtt tartó védekezési rendszerek kidolgozásának A Veszprémi Egyetem Georgikon Mezőgazdaságtudományi Karán a Növényvédelmi Intézet munkatársainak többéves oktatási tapasztalatai és a hallgatók véleménye alapján fogalmazódott meg az az igény, hogy a biológiai növényvédelem c. diszciplínát, a felhalmozódott oktatási és szakirodalmi ismeretek alapján önálló jegyzet, majd később tankönyv formájában jelentessék meg. A biológiai növényvédelem c. tárgy fakultáció formájában felvehetővé vált az agránnérnöki és agrárkémiai szak hallgatói számára. Emellett bevezetésre került a növényorvosi szakon és választható tantárgyként a PhD képzésben is szerepel a doktori programokban. A biológiai növényvédelem mint védekezési mód a növényvédelmi állattan területén már jelentős eredményeket ért el és nagy történelmi hagyományokat tudhat magáénak. A növénykórokozók elleni biológiai védekezéssei kapcsolatban is jelentős ismeretanyag halmozódott fel. Mindkét területen jelentek meg magyar nyelvű szakkönyvek, illetve szakkönyvekben és egyetemi jegyzetekben önálló fejezetek. A gyomnövények elleni biológiai védekezéssei kapcsolatban mind ez ideig magyar nyelvű érdemi összefoglaló munka nem jelent meg. Az eddigi oktatási tapasztalatok, a biológiai védekezés terén összegyűlt elméleti és gyakorlati eredmények, az egyes területeken fennálló hiányosságak késztették a szerzőket arra, hogy egységes szerkezetben és felfogásban tegyék közzé az egyetemi hallgatók számára a biológiai növényvédelem terén felhalmozódott ismeretanyagot. A szerzők köszönetüket fejezik ki mindazoknak, akik szakmai tanácsokkal, előadá­ sokkal, a kézirat lektorálásával segítették e szerény munka létrejöttét (Balázs Klára, !lovai Zoltán, Kiss Levente, Litkei Júlia, Ocskó Zoltán, Radics László, Sáringer Gyula, Thuróczy Csaba, Vajna László). Köszönetünketfejezzük ki közvetlen munkatársainknak, elsősorban Duduk Juditnak a technikai segítségért. "A biológiai növényvédelem alapjai növénykórokozók, kártevő állatok és gyomnövények ellen" c. könyv kéziratának leadása (1999. március vége) után jelent meg az OMFB megbízásából készített, Dr. Polgár A. L. szerk. "A biológiai növényvédelem és helyzete Magyarországon 1999, tekintettel az EU 5. K + F programjában való részvételre" c. kiadvány, amely további hasznos ismereteket ad. A szerzők 7

Növénykárosítók elleni védekezés módjai

A növénytermesztéssel feltehetően egyidős a különböző növénykárosítók elleni küzdelem. Természetszerűen a növénytermesztés fejlődésével (növénytermesztési eljárások sokfélesége, fajták/hibridek megválasztása, műszaki/technikai fejlesztés eredményei) együtt változtak a növényvédelmi eljárások is. A növénykárosító k elleni védekezés módjait többféleképpen lehet csoportosítani. A klasszikus védekezési módok a következők: - mechanikai, fizikai védekezési módok (pl. kapálás, hőkezelés), - agrotechnikai védekezés (pl. növényi sorrend, vetésidő, tápanyag-utánpótlás), - kémiai védekezés (pl. fungicidek, inszekticidek, herbicidek alkalmazása), - biológiai védekezés (pl. parazitaidok kijuttatása), - genetikai védelem (rezisztenciára nemesítés). Az előbbi módszerek önmagukban és kombinálva is alkalmazhatók. A komplex növényvédelem leegyszerűsítve azt jelenti, hogy az egyes védekezési eljárások együttes alkalmazása során az elsődleges cél a károsító(k) megsemmisítése. Ebben a rendszerben a vezető szerep általában a kémiai védekezésnek jut, míg a többi lehetőség csak részben kerül kiaknázásra. Az integrált növényvédelem ezzel szemben azt jelenti, hogy a károsítók elleni védekezés rendszerében a hatékonyságon kívül figyelembe kell venni a gazdaságosságot, a környezet (biotóp) messzemenő védelmét Ennek érdekében csökkenteni kell a kémiai védekezések számát, lehetőleg úgy, hogy a kémiai védekezés során csak a célszervezet károsadjon és nem cél a károsító teljes elpusztítása. Ennek figyelembevételével az okszerű védekezési technológiák megvalósítását segítik az előrejelzés kidolgozása és alkalmazása, a fajtaspecifikus termesztési és növényvédelmi eljárások öszszehango lása. A szakemberek az integrált növényvédelem hosszú távú stratégiájában a biológiai védekezésnek kiemeit szerepet szánnak. A biológiai növényvédelemmel kapcsolatos kérdések közül leggyakrabban az alábbiak kerülnek megfogalmazásra a szakemberek és a gyakorlatban dolgozók körében is: - Mi a biológiai növényvédelem? - Mi a biológiai növényvédelem jövője? - Mikorra kell a biológiai védekezést időzíteni? - Hogyan egyeztethető össze a biológiai védekezés más növényvédelmi eljárásokkal? Ezekre és más kérdésekre a következő fejezetekben igyekszünk választ adni. 8

A biológiai védekezés története Nagyon leegyszerűsítve a kérdést a biológiai védekezés, mint jelenség az evolúciós kapcsolatok során - "gazdanövény-károsító parazita" - már a kezdetek kezdetén kialakulhatott. A növénytermesztés fejlődésével együtt fejlődő növényápolási és növényvédelmi eljárások már a tényleges biológiai növényvédelem kialakulását eredményezték. Legrégebbi adataink a kártevők elleni biológiai védekezésről, annak eredményeiről vannak mind hazai (JERMY, 1967, BALÁZS és MÉSZÁROS, 1989), mind nemzetközi vonatkozásban. A különböző kórokozók, ezen belül a gombák elleni biológiai védekezéssei kapcsolatos munkák száma sem kevés (VAJNA, 1987). Az utóbbi időben pedig egyre több publikáció jelenik meg a baktériumok és vírusok okozta szervezetek elleni biológiai védekezés lehetőségeiről. Viszonylag szerény - különösen hazai vonatkozásban - a gyomnövények elleni biológiai védekezéssei kapcsolatos kutatómunka és eredmény. Ma Magyarországon több kutatóhelyen folynak biológiai védekezési kutatások és kísérletek. Az egyik bázis az MTA Növényvédelmi Kutatóintézete, a másik a Csongrád Megyei NTA Biológiai Védekezési Laboratóriuma. A közelmúltban létesült egy újabb kutatóhely, a Vas Megyei NTA Rovarparazitológiai Laboratóriuma, Kőszegen. A hazai helyzetet tekintik át BALOGH és munkatársai ( 1991 ), valamint BUDAI és munkatársai (1998) munkái. E két dolgozat legfontosabb mondanivalója, hogy a növényvédelmi eljárások fejlesztésére irányuló célkitűzések között az integrált növényvédelem rendszerében kiemeit szerep jut a biológiai védekezésnek A legtöbb pozitív eredményt a zárt termesztőberendezésekben (üvegház, fóliasátor) történő alkalmazás esetén érték el. További fontos megállapítás, hogy a biopeszticidek engedélyezése során a környezetvédelmi és humán-egészségügyi előírások rendkívül szigorúak, s talán az egyik legfontosabb konklúzió, hogy a biológiai védekezés újszerű szemléletet és szakértelmet igényel. Nemzetközi vonatkozásban a biológiai védekezéssei kapcsolatos kutatások koordinálására számos szervezetet hoztak létre (pl. CIBC- 1927, CILB- 1953, IBP1964, IOBC stb.). Kétségtelen tény, hogy ma már a biológiai védekezést, annak különböző módjait nem célszerű szembeállítani a vegyszeres védekezéssel, de még annak teljes helyettesítését is el kell vetni.

A biológiai védekezés fogalma A biológiai védekezés fogalma az idők során többféle értelmezést kapott, s mind a mai napig többféleképpen értelmezik. A biológiai védekezés klasszikus értelmezésén általában azt értjük, hogy egy károsítót - legyen az rovar, gomba vagy gyom - egy másik élő szervezet segítségével elpusztítunk JERMY (1967) több mint harminc évvel ezelőtt írt munkájában kétféle definícióval is találkozhatunk. Az egyik - "károsítók irtása természetes ellenségekkel", a másik- "élőlények alkalmazása a károsítók gyérítésére, irtására". A két definíció közötti hasonlóság ellenére jelentős különbség van. 9

Mégis ezek vulgáris értelmezése azt jelenti, hogy pl. az egerek irtása macskák segítségével (lásd: ókori Egyiptom) tulajdonképpen kimeríti a biológiai védekezés fogaimát. Közelebbi példával élve a vértetű elpusztítása fürkészek segítségével vagy egy növénybetegséget okozó gombafaj elpusztítása egy mikoparazita gombával, avagy egy gyomnövény irtása valamely rovarfajjal szintén biológiai védekezést jelent. A kérdést bonyolítja az a körülmény, hogy a kémiai védekezéshez hasonlóan ebben az esetben sem valósítható meg - sőt mai felfogásunk szerint nem is célszerű egy károsító szervezet teljes kiirtása vagy elpusztítása. Már az előzőkben felhozott példák is egy bizonyos fokú differenciálást sugallnak a biológiai védekezés szóhasználat során. Az egyik esetben egy természetes kapcsolatról van szó, pl. abban az esetben, amikor a vértetűt egy fürkész parazitálja vagy egy adott rovarfaj elfogyasztja a gyomnövény virágzatát, esetleg magát a termést. Ez tehát semmiképpen nem jelenti a károsító populáció teljes kipusztulását, de egyedszámmérséklő hatása jelentkezik. A másik esetben viszont, ha felismerjük ezeket a természetes gazda-parazita kapcsolatokat és ezt követően tudatosan, esetleg felszaporítva a számunkra hasznos szervezetet, majd azt kijuttatva adott területre - már közelebb jutottunk a biológiai védekezés vagy biológiai növényvédelem egy másik értelmezéséhez. Ebben a tekintetben az angol nyelv megkülönböztet ún. "natural-control" és "biological-control" fogalmakat. Az előbbi tehát a természetes úton kialakult szabályozást, ha úgy tetszik önszabályozást jelent, míg a második a "biological-control" jelenti a tényleges és az ember által tudatosan használt védekezési lehetőséget. Az egyes károsító szervezetek elleni biológiai védekezés fogalma is sokrétűen értelmezhető. Ebből csak néhány példával kívánjuk megvilágítani a problémakört és az ebből adódó "nézeteltéréseket". Ezek a kérdések a későbbiekben, az egyes fejezetekben részletesen kerülnek megvitatásra. A növényvédelmi állattanban pl. a biológiai védekezés kategóriájába sorolják a hímsteril technikát, a szexuál attraktáosok használatát, esetenként az ellenálló növényfajták felkutatását vagy nemesítését. A gyomnövények elleni biológiai védekezés során ebbe a kategóriába sorolható a növényfajok között kialakuló kompetíciós képesség és ennek felismerése, ami a biológiai gyomszabályozás egyik lehetséges útját jelenti. Növényi kórokozók esetében a helyzet talán még ennél is szélesebb körű. Már a biológiai növényvédelem értelmezésének korai szakaszában bizonyították, hogy egyes sugárgombák vagy valódi gombafajok élettevékenységük során antibiotikumokat termelnek, amelyek más élő szervezetekre károsan hatnak. Ez önmagában tehát megegyezik a "natural-control" fogalmával és a természetben ez a rendszer működő­ képes. Más a helyzet akkor, ha ezeket a mikroorganizmusokat mesterséges körülmények között felszaporítjuk és antibiotikumot termeltetünk velük, sőt ezeket a kémiai anyagokat mesterségesen szintetizáljuk és használjuk fel a károsítók ellen. Ezen utóbbi eljárás tulajdonképpen nehezen választható el a kémiai úton előállított fungicidek fogalmától. Hol van itt a határ, illetve átmenet a biológiai és kémiai növényvédelem között? Az ilyen vagy ehhez hasonló példák (fitoalexinek, fitoncidok, rezisztenciára nemesítés hagyományos vagy biotechnológiai eljárásokkal) mind-mind a biológiai védekezés fogalmának bővüléséhez vezettek Emiatt nehéz határt szabni annak, hogy mi is kerüljön be a jegyzet anyagába. Egy tény, hogy pl. a rezisztenciára nemesítés a 10

növénykórokozók ellen nem is kerül részletesen kifejtésre, hiszen ez alapvetően nemesítési tevékenység, a nemesítés klasszikus és újabb módszereinek felhasználásával történik, amelyhez a titopatológus a speciális ismereteket adja. Az előbbiek miatt tehát nem volt és nem is lehet célunk olyan definíció megszövegezése, amely megköti a biológiai védekezés fogalmának értelmezését és annak gyakorlati alkalmazását. Egy biztos, hogy a biotermesztés vagy biogazdálkodás nem azonos a biológiai növényvédelemmel, pedig manapság sokan, kellő szakmai ismeretek hiányában igyekeznek e két merőben eltérő dolgot "összemosni". SCHMID és HENGGELER (1989) magyar nyelvre is lefordított munkája a "Szelíd növényvédelem" (A biológiai növényvédelem kézikönyve) igazolni látszik az előbbi gondolatmenetet. Más szavakkal fogalmazva, a könyv tartalma messze nem azt tükrözi, amit annak címe sejtet.

A biológiai védekezés

előnyei

és hátrányai

Akkor, amikor a biológiai védekezésről mint a károsítók elleni védekezés egyik lehetőségről beszélünk, óhatatlanul is gyakran hiú reményeket táplálunk e védekezési mód eredményességét illetően. Az előnyök között említik a módszer "természetes" voltát, az előállítás alacsonyabb költségeit, pozitív környezetvédelmi és természetvédelmi megítélését stb. Gyakran megfeledkezünk azonban a vélt vagy valós hátrányokróL Ezek közül VAJNA (1995) egyik előadásában a következőket emelte ki: nem megbízhatók, nem mindig ismert a hatásmód, szűk hatásspektrum, lassú hatás, kisebb hatékonyság, rövid életképesség (szavatosság!), csak bizonyosfejlődésifázisban hatnak, környezeti hatásoknak jobban kitettek, kémiai anyagokkal való kompati bilitás nehezíti az integrált védekezés alkalmazását (kémiai és biológiai készítmény együttes alkalmazása), nemfejlett az ipari háttér (fermentáció, mikrobiológiai ipar .. .). Mindezek ellenére a biológiai védekezés ma már nem álom és nem a képzelet szintjén álló védekezési lehetőség. A biológiai védelemben részesített területek nagysága évente l 0-25%-kal növekszik. Hollandiában 8000 ha üvegházi felületen folyik biológiai védekezés. Másutt és így hazánkban is ez a szám az előbbinek csak töredéke. A biológiai védekezésre fordított szellemi és anyagi beruházások egyértelműen lemérhetők a kifejlesztett biopeszticidek számának növekedésében.

ll

Biológiai védekezés növénykórokozók ellen

Növényi betegségeket különböző kórokozók idézhetnek elő. Közülük a legismertebb és legsúlyosabb növénybetegségeket a vírusok, fitoplazmák, baktériumok és gombafajok okozzák. Ebben a fejezetben elsősorban ezen kórokozók elleni biológiai védekezés lehetőségeit foglaljuk össze. A növénykórokozók elleni biológiai védekezés során klasszikus- és modem (újszerű) lehetőségeket egyaránt figyelembe kell venni.

Növénykórokozók elleni biológiai védekezés lehetőségei A különböző növényi betegségeket okozó szervezetek elleni biológiai védekezés klaszszikus példája elsősorban a gombák körében megfigyelhető parazitizmus. Tágabb értelemben ide soroljuk az antibiotikumok felhasználását és a rezisztenciára nemesítést (genetikai védelem) is. Utóbbi azonban olyannyira szerteágazó és tulajdonképpen önálló szakterület, hogy ennek csak bizonyos vonatkozásait érintjük a következő fejezetekben.

Növényvírusok elleni biológiai védekezés A növénypatogén vírusok elleni védekezés rendkívül nehéz. Ebben a vonatkozásban ki kell emelni az egészséges ("vírusmentes") szaporítóanyag használatát, a vírusvektorok elleni védekezést, összességében a megelőzés lehetőségeinek kihasználását. A vírusok elleni biológiai védekezés lehetőségeit ÜÁBORJÁNYI (1986, 1991) foglalta össze, amely alapját képezi e fejezet megírásának.

Keresztvédettség kialakítása A keresztvédettség (cross protection) azt jelenti, hogy egy vírus általi korábbi fertő­ zés védettséget nyújt egy közeli rokonságban lévő vírus vagy ugyanazon vírus erős törzsével szembeni fertőzéssel. Tehát ha egy növényt megfertőzünk az adott vírus gyenge törzsével, majd bizonyos idő elteltével ezt felülfertőzzük az erősebb törzzsel, 12

a tünetek elmaradnak vagy csak nagyon gyengén jelentkeznek. A jelenséget a gyakorlatban is megfigyelték természetes vírusfertőzések nyomán, de annak magyarázata sokáig váratott magára. A védettség (premunitás) előidézhető mesterségesen gyengített (attenuált) vírustörzsek felhasználásával is. Ez utóbbi esetben tulajdonképpen indukált immunitást idézünk elő. A módszer vakcinálás néven vált ismertté, bár a kifejezés zavaró lehet, s nem tévesztendő össze a humán-, illetve állatgyógyászatban is használt kifejezéssel. A keresztvédettség általában annál erősebb, minél közelebbi rokonságban van a két vírustörzs vagy a két vírus. A gyenge/vagy gyengített vírustörzzsel fertőzött növényben az egyébként súlyos betegségtüneteket és kárt okozó erős vírustörzs "szaporodása" lassúbb, a tünetek esetleg teljesen elmaradnak. Kimutatták, hogy a köpenyfehérje géneknek nincs jelentős szerepe a keresztvédettség kialakításában. A kezdeti sikeres eredmények ellenére a gyengített vírustörzsekkel való kezelést a gyakorlatban ritkán alkalmazzák a vírusbetegségek leküzdésére, ami magyarázható egyrészt a bonyolult és szakmailag nagy felkészültséget igénylő munkával, másrészt azzal, hogy a gyengített vírustörzs virulenciája megváltozhat Fontos tényező továbbá az is, hogy szabadföldi körülmények között több vírusfaj együttes (komplex) fertőzésekor a fertőzések további súlyosbodása lép fel.

Rezisztenciagének beépítése A klasszikus növénynemesítés elsősorban a vad fajokban lévő rezisztenciagéneket igyekszik beépíteni a fajtákba. A rezisztenciára nemesítés során azonban a vad fajokban megtalálható egyéb nemkívánatos tulajdonságok is bekerülnek az újonnan előál­ lított nemesítési alapanyagokba. Emiatt a nemesítő i munka hatásfoka jelentősen csökken, nagyszámú utódot kell ellenőrizni (munka- és időigény). Különböző biotechnológiai eljárásokkal (protoplaszt fúzió, génpuska alkalmazása) arra is lehetőség van, hogy a hagyományos keresztezéssei nem keresztezhető fajták és vad fajok kedvező tulajdonságait az utódokba átvigyük. Sőt, a legújabb eljárások annak is megteremtették az elméleti és gyakorlati alapjait, hogy pl. csak tisztán a rezisztenciagéneket vagy egyéb hasznos tulajdonságokat vigyünk át génsebészeti úton a növényeinkbe. Az egyik legismertebb eredmény ezen a téren a gumót nem képező Solanum brevidens vad burgonya faj kiválasztott származékainak felhasználása a burgonya levélsodródás vírussal szembeni ellenállóság kialakítására a Solanum tuberosum alapú fajtákban. A két faj ivaros úton nem keresztezhető. Akultúr burgonyafajták egyik legsúlyosabb betegségét okozza a BLSV. Más vad burgonya fajokból (S. acaule, S. andigenum, S. chacoense) viszont nem sikerült a hagyományos keresztezéssei megfelelő rezisztenciát elérni. AS. brevidens kiváló rezisztenciaforrás. Adott burgonyafajta és a S. brevidens növényekből származó protoplasztok fuzionáltatásával, majd a protoklónak szelekciójával és regeneráltatásával sikerült olyan életképes szomaklonális hibrideket előállítani, amelyek gumót képeznek, tartalmazzák a BLSV rezisztenciát, így alapjául szalgálhatnak az új, jó minőségű burgonyafajták előállításának. Hasonló eredmények születtek a Solanaceae családba tartozó más növényfajok esetében is (Lycopersicum peruvianum- L. esculentum, Capsicum annuum- C. chinense stb.).

13

Vírusszatellitek, mint vírusparaziták alkalmazása Dohány nekrózis vírussal (TNV) fertőzött növényekből kétféle, egy nagyobb (30 nm) és egy kisebb (17 nm) átmérőjű virion mutatható ki. Ez utóbbiak jelenléte mindig a nagyobb virionhoz kötődött. A kisebb, ún. szatellit vírus (STNV) replikációját a TNV segítette elsősorban azáltal, hogy a STNV csak a saját köpenyfehérje kialakításához szükséges információkkal rendelkezik. Tehát a szatellit vírus replikációja függ a TNV-tól, s így mintegy parazitálja az őt segítő (helper) vírust. A TNV által előidézett émekrózis tünetek kialakulásamindig a STNV jelenlététől függött. Előbbi megállapítások elsősorban elméleti jelentőségűnek mutatkoztak, ugyanakkor kísérletekkel igazolták, hogy az uborka mozaik vírussal (CMV) fertőzött és súlyosan megbetegedett paradicsomnövényekből származó CMV nukleinsav profiljában még egy további, kis molekulatömegű RNS frakció is kimutatható (CARNA 5). A tünetek súlyossága összhangban állt ez utóbbi nukleinsav-frakció mennyiségével. Ez a már vázolt vírus szatellit jelenséghez volt hasonló. Tehát: amikor a paradicsomnövényeket csak a CMV-vel fertőzték enyhe mozaikos tünetek alakultak ki, míg a CARNA 5 jelenlétében a növények elpusztultak. Ugyanakkor a szatellittől (tehát CARNA 5-től) mentes CMV a paprikát elpusztította, viszont a CARNA 5 jelenlétében a paprikanövények életben maradtak. Kísérletes úton azt is bizonyították, hogy a beteg növényekben szabadon is előfordul a CARNA 5 replikatív formája. Ebből következik, hogy bizonyos gazda-parazita kapcsolatokban, s ezen túlmenően adott vírus szatellit rendszerben ez a jelenség alkalmas a fertőzések nyomán létrejövő károk mérséklésére. Ennek lényege, hogy a szatelliteket vagy az ahhoz hasonló működésű nukleinsav frakciókat, mint "mini géneket" be lehet építeni a gazdaszervezetbe és ezáltal azokat védetté lehet tenni bizonyos vírusfertőzésekkel szemben. Ilyen eredmények születtek pl. genetikailag transzformált növényekkel, amelyek CMV ellenállónak bizonyultak.

Vírusreplikáció visszaszorítása mesterséges génproduktumokkal Az eljárás lényege, hogy génsebészeti úton olyan mesterségesen kialakított génszakaszokat vigyünk be a növényekbe, amelyek meggátolják vagy mérséklik a vírus nukleinsav replikációját Agrobacterium lumefaciens vektor segítségével dohánynövényekbe sikerült beépíteni a dohány mozaik vírus köpenyfehérje termeléséért felelős gént. A TMV köpenyfehérjét termelő növények rezisztensek lettek a dohány mozaik vírus fertőzéssel szemben, s jelentős mértékben csökkent a TMV replikációja.

Fitoplazmás betegségek gyógyítása antibiotikumokkal A fitoplazmák (korábbi nevükön mikoplazmák) okozta növénybetegségek száma viszonylag jelentős, de messze elmarad a növényvírusok okozta betegségekétőL A fitop lazmák elleni védekezés rendkívül nehéz. A tágabb értelemben vett rezisztenciára 14

nemesítés és az antibiotikumok - mint a biológiai védekezés fegyvertárába számító eljárások - közül röviden ezen utóbbival foglalkozunk. Amíg a növényvírusok ellen az antibiotikumok hatástalanok, addig az antibiotikumok között vannak olyanok, amelyek felhasználásával a fitoplazmákkal fertőzött növények meggyógyíthatók Az így fitoplazma-mentesített növényegyedek viszont már felhasználhatók továbbszaporításra és termesztésre egyaránt. Az antibiotikumok közül elsősorban a tetraciklineket és származékaikat használták fel erre a célra (bemártásos módszer, ködkultúra alkalmazása). Összefoglalva: a növényvírusok elleni biológiai védekezés tehetőségei c. fejezetben írtakat, megállapíthatjuk, hogy jelenleg a többféle védekezési lehetőség közül számos kísérteti stádiumban van, a keresztvédettségell alapuló eljárás alkalmazása korlátozott, a modern biotechnológiai eljárások közül viszont már jó gyakorlati eredményeket adott a protoplasztfúziós módszer alkalmazása. A növényvírusok ellen génsebészeti úton kialakított rezisztencia a jövő számára ígéretes. Az idegen gének vagy mesterséges génszakaszok beépítése még kísérleti stádiumban van és esetleg kockázatot hordoz magában.

Növénypatogén baktériumok elleni biológiai védekezés A növénypatogén baktériumok elleni biológiai védekezés egyik lehetséges útja az antibiotikumok felhasználása (pl. kasugamicin, sztreptomicin-szulfát stb.). Ez a védekezési mód azonban szigorú előírásokhoz kötött (a magyarországi rendelkezések szerint növénykultúrákban a baktériumos betegségek ellen felhasználható antibiotikumok ellen kialakuló rezisztencia veszélye miatt lehetőleg kerülni kell az antibiotikumok széles körű használatát). Magyarországon az 1996-ban bekövetkezett Erwinia arny/ovora okozta almástermésűek "tűzelhalás" betegsége elleni védekezésben az antibiotikumok felhasználása (pl. sztreptomicin-szulfát) kűlön engedély alapján, csak célirányosan történhet. A növénypatogén baktériumok elleni biológiai védekezés klasszikus példája az agrobaktériumos betegségek elleni védekezés. Ebben a fejezetben a figyelmet erre a betegségre összpontosítjuk.

Biológiai védekezés az agrobaktériumos betegségek ellen A tumorképződés értelmezése Az agrobaktériumos golyvásodás kórokozóját az Agrobacterium tumefaciens baktériumot 1907-ben SMITH és TOWNSEND izolálta először az Egyesült Államokban. A baktérium a Rhizobiaceae családba tartozik. Elsősorban a talajban és a megtámadott növényi részeken fordul elő. Elterjedtségére jellemző, hogy a világon szinte mindenütt megtalálható. Az A. tumefaciens pl. 643 kétszikű és fenyőféle gyökerén és szá15

rán képes tumort indukálni. Az egyszikűeken azonban (a Liliales és Arales kivételével) még mesterséges körülmények között sem tud tumort indukálni. Az Agrobacterium nemzetségbe tartozó baktériumok gram negatívak, pálcika alakúak, motilok, az egyik végükön elhelyezkedő csillókkal. A nemzetségbe tartozó öszszes faj (A. tumefaciens, A. rhizogenes, A. rubi, A. vitis) az A. radiohacter kivételével, a növényeken tumorokat, illetve rendellenes szőrös gyökemséget idéz elő. Az agrobaktériumok általánosságban szaprofita módon élő talajlakó baktériumok. Néhány fajuk képes a növényeket is megtámadni természetes vagy mesterséges sebeken keresztül. A patagének által előidézett betegségek gazdaságilag rendkívül jelentő­ sek főleg a gyümölcsfák gyökerein, a szőlőn és bizonyos esetekben a dísznövényeken. Az A. lumefaciens és az A. vitis egyes törzsei széles gazdanövénykörrel rendelkeznek, míg mások egy-egy növényfajra specializálták magukat. A baktériumok tumor indukáló képessége összefüggésben van egy nagyméretű plazmid az úgynevezett Ti (tumorindukáló) plazmidjelenlétéveL Az onkogén (tumort indukáló) agrobaktériumok apatogénné válnak, ha a Ti plazmidjukat valamilyen kezelés (hő, etidiumbromid stb.) hatására elvesztik. A fertőzés folyamatának klasszikus értelmezése. A fertőzés folyamata növényi sebbel kezdődik. Ha ebbe a sebbe egy patogén agrobaktérium bejut, akkor 2-4 héten belül tumor képződik a seb helyén. A képződött tumor hormonálisan függetleníti magát az egészséges növényi gazdasejtektől és elvileg korlátlan növekedésre képes. A növény tumoros sejtjeinek növekedéséhez és szaporodásához a baktérium jelenléte csak a kezdeti fázisban szükséges. Később, a tumoros sejtek képesek baktérium és növényi hormonok nélkül is továbbszaporodni. A fertőzés folyamatát három szakaszra lehet felosztani: a kondicionálásra, az indukcióra és a tumoros sejtek szaporodására. A kondicionálás egy olyan fiziológiai állapotot jelent, amikor a növény fogékonynyá válik a fertőzésre. A baktériumjelenléte ebben a szakaszban nem feltétlenül szükséges. Így például, ha a baktérium a növény szállítóedény-rendszerében található vagy egyéb módon sebzés nélkül kerül kontaktusba a növényi szövetekkel, akkor nem képződik tumor. De ha ugyanezen körülmények között egy steril sebet ejtünk a növényen, akkor a baktérium képes a seb környékén megfertőzni a növényt és kifejlődik a tumor. Az elektronmikroszkópos felvételek és a jelzett baktériumokkal végzett kísérletek egyértelműen bizonyítják, hogy a baktérium sohasem hatol be a növényi sejt belsejébe, mindig csak az intercelluláris térben található meg. A második szakasz az indukciós szakasz, amikor a baktérium jelenléte elengedhetetlen a sikeres fertőzés megvalósulásához. Ez a szakasz hőérzékeny. Ami azt jelenti, hogyha ebben a szakaszban a növényt 32 °C -ra helyezzük, akkor nem képződik tumor, annak ellenére, hogy ez a hőmérséklet sem a növény, sem a baktérium növekedését nem gátolja. Az indukciós fázis befejeződése után az élő baktérium jelenléte feleslegessé válik, jelenléte nélkül is továbbhalad a folyamat. Az utolsó szakaszban a növényi sejtek gyors (abnormális) szaporodásnak és növekedésnek indulnak. A növényi sejtek eredeti normális hormonális egyensúlya felbomlik és a megemelkedett indalecetsav és citokinin tartalom következtében, tumoros kinövések jelennek meg a fertőzés helyén. A tumoros szövetek elemzése során megállapítást nyert, hogy auxintartalmuk lényegesen magasabb, mint a normális növényi 16

szöveteké. Ha ezeket a tumoros szöveteket leválasztjuk a növényről és mesterséges táptalajra helyezzük, akkor szemben a normális növényi szövetekkel, növekedésükhöz nem igényelnek növényi hormonokat, mivel azokat maguk termelik meg. Egy másikjelentős különbség a tumoros és a normális növényi szövetek között, hogy a tumoros szövetek mindig tartalmaznak több-kevesebb mennyiségben egy speciális, csak a tumoros szövetekre jellemző vegyületet, amelyet összefoglaló néven opinnak nevezünk. A Ti plazmidok felfedezése előtt már ismert volt, hogy az indukált tumorban megjelenő opin az indukáló baktériumtól függ. A fertőzés folyamatának molekuláris biológiai értelmezése. A betegséggel kapcsolatos molekuláris biológiai ismereteink 1974-ben kezdődtek, amikor is fólfedezték, hogy a tumort indukáló baktériumok rendelkeznek egy plazmiddaL Megállapították, hogy szoros összefüggés van a plazmid jelenléte és a patogenitás között. A plazmidot Ti (tumorindukáló) plazmidnak nevezték el. A plazmid patogenitásban játszott szerepét a következőkkel bizonyították: - a patogén baktériumok mindig tartalmaztak egy nagyméretű plazmidot, - a patogenitás megszűnt ha ezt a plazmidot valamilyen módon elvesztette a baktérium, - a patogenitást lehetséges volt helyreállítani a patogenitásukat vesztett törzsekben, ha a plazmidot újra bevitték ezekbe a törzsekbe. Az agrobaktériumok plazmidjai. A patogén törzsek mind tartalmaznak egy Ti plazmidot (150-250 kb), egy nagy ismeretlen ún. kriptikus plazmidot (>300 kb) és egy kromoszómát (kb. 5 x l 03). Ezenkívül előfordulhatnak egyéb, a patogenitással össze nem függő plazmidok is, mint amilyenek pl. a tartarát hasznosításért felelős plazmidok. A különböző törzsekben található Ti plazmidoknak a DNS/DNS hibridizációs és heteroduplexes vizsgálatok szerint, hat homológ szakaszuk van. Két szakasz, a T-DNS és a vir (virulencia) szakasz közvetlenül összefüggésben van a tumorképzéssel. Ez a két géncsoport egymásra épülő működése határozza meg a T-DNS növénybe jutását. Az ori és a tra szakasz, a plazmid replikációjával és konjugációjával kapcsolatos. A cop gén a plazmid sejten belüli kópiaszámát, a noc gén pedig az opinok katabolizmusát határozza meg. Egy sejtben elvileg csak egy típusú ori plazmid replikálódhat. Ezért az ori géneket alternatíven inc (inkompatibilis) géneknek is nevezzük. Végeredményben tehát egy patogén baktériumban csak egyfajta Ti plazmid található. Miután lehetségessé vált a Ti plazmid izolálása, technikailag lehetővé vált a plazmid szekvenciáihoz homológ szakaszokat keresni a transzformált növényi sejtekben. Az izolált plazmid DNS-t radioaktív foszforral jelölték és vizsgálták a növényi tumorból kivont DNS-sei való reasszociációs kinetikáját. Megállapították, hogy a plazmid és a tumor DNS képes egymáshoz kapcsolódni, tehát azonos szekvenciákat tartalmaznak. Ez egyben azt is jelentette, hogy a tumorból származó DNS, plazmid szekvenciákkal rendelkezik. Mivel a reasszociáció szintje meglehetősen alacsony volt, feltételezték, hogy csak a plazmid egy darabja integrálódik a növénybe. Valóban, ha restrikciós enzimekkel több kisebb darabra vágták a plazmidot, sikerült olyan DNS darabokat találni, amelyek sokkal intenzívebben reagáltak a tumor DNS-sei, mint az egész plazmid. Egy későbbi kísérletben Southern hi 1