Biologiczna ochrona ro

ś

lin

=

Biokontrola

Biologiczne

ś

rodki ochrony ro

ś

lin (

ś

.o.r.)

=

Biopestycydy

=

Czynniki

BCA

(

biological control agent

)

Ochrona ro

ś

lin

to walka ze szkodnikami niszcz

ą

cymi uprawy obejmuj

ą

ca szereg metod:

od kulturowych

(zmiana dat wysiewu, unikanie prowadzenia tych samych upraw stale w tym samym miejscu)

po selekcj

ę

odmian odpornych na szkodniki.

W latach 60. XX wieku zwrócono po raz pierwszy uwag

ę

na problemy zwi

ą

zane

z wykorzystywaniem zwi

ą

zków chemicznych do zwalczania szkodników

Obecnie oskar

ż

ana o to,

ż

e poprzez doprowadzenie do

zakazu stosowania DDT
ma na sumieniu tyle samo ofiar, co Hitler i Stalin!

Rachela Carson -

(biolog,

prekursorka ruchów ekologicznych,

wieloletni pracownik agencji
nosz

ą

cej dzi

ś

nazw

ę

Słu

ż

ba Połowu i Dzikiej Przyrody Stanów Zjednoczonych)

w 1962 ksi

ąż

k

ą

„Silent spring”

zapocz

ą

tkowała walk

ę

z chemicznymi

ś

rodkami ochrony

i doprowadziła do zakazu stosowania DDT

DDT i związki pochodne

Insektobójcze działanie DDT (azotox)
1,1,1-trichloro-2,2-di-(4-chlorofenylo)-etanu,
pocz

ą

tkowo nosz

ą

cego nazw

ę

dichlorodifenylotrichloroetanu (DDT),
po raz pierwszy wykorzystano w latach 1940.

Za odkrycie (w 1939r.) owadobójczych wła

ś

ciwo

ś

ci DDT Muller

otrzymał w 1948 r. Nagrod

ę

Nobla

DDT powszechnie stosowano w wysokich

st

ęż

eniach ze

wzgl

ę

du na nisk

ą

(jak si

ę

wydawało) toksyczno

ść

i du

żą

efektywno

ść

w przypadkach

endemii malarii i duru (tyfusu)

plamistego przenoszonych przez owady (odpowiednio
komary i wszy) oraz jako insektycyd.

Dopiero na pocz

ą

tku lat 1960 zaniepokoiła niezwykła

trwało

ść

DDT i produktów jego rozpadu: DDE i DDD

oraz akumulacja tych zwi

ą

zków w organizmach.

W 1972 roku zabroniono

stosowania DDT w USA,

a pó

ź

niej w innych krajach rozwini

ę

tych

(w Polsce w 1973 r.).
W przeciwie

ń

stwie do nabłonka owadów

skóra zwierz

ą

t wy

ż

szych wydaje si

ę

stanowi

ć

dobr

ą

ochron

ę

przed wnikaniem DDT.

Jednak DDT ulega silnej

bioakumulacji

dzi

ę

ki

selektywnej rozpuszczalno

ś

ci w tłuszczach

i

oddziałuje na system nerwowy
zakłócaj

ą

c równowag

ę

sodu w przeponach nerwowych.

Typy pestycydów

powszechnie wykorzystywanymi herbicydami były zwi

ą

zki nieorganiczne,

obecnie, ze wzgl

ę

du na ich trwało

ść

i niespecyficzne działanie,

zwi

ą

zki takie jak borany i arseniany s

ą

ju

ż

rzadko stosowane.

Przykłady

insektycydów

:

Perytroidy (np. permetryna)
Chlorowane w

ę

glowodory (np. DDT)

Zwi

ą

zki fosforoorganiczne

(np. malation)
Karbaminiany (np. karbaryl)
Regulatory wzrostu owadów
(np. metopren)
Modyfikatory zachowa

ń

(np. feromony)

Przykłady

herbicydów

:

Organiczne zwi

ą

zki arsenu

(np. pochodne kwasu
dwumetyloarsynowego)
Pochodne kwasu fenoksyoctowego
(np. 2,4-D)
Herbicydy amidowe (np. difenamid)
Karbaminiany (np. EPTC Deptam)
Pochodne aniliny (np. triflualina)
Pochodne mocznika (np. monuron)
Pochodne triazyny (np. symazyna)
Pochodne fenoli (np. DNOC)
Herbicydy dwupirydylowe (np. dikwat)
Glifosat

Pestycydy syntetyczne wykorzystuje si

ę

głównie do lokalnego zwalczania

konkretnych owadzich szkodników (insektycydy) oraz chwastów (herbicydy)

Toksyczno

ść

pestycydów

Stosowanie insektycydów i herbicydów toksycznych dla bezkr

ę

gowców oraz kr

ę

gowców mo

ż

e

zagra

ż

a

ć

ludzkiemu zdrowiu oraz

by

ć

przyczyn

ą

wielu problemów ekologicznych i ekonomicznych.

Biomagnifikacja

–

zwi

ą

zana głównie z u

ż

yciem polichlorowanych w

ę

glowodorów, które nie mog

ą

by

ć

metabolizowane lub szybko rozkładane i kumuluj

ą

si

ę

w tkankach.

Powoduje to wzrost st

ęż

enia insektycydu w organizmach

zajmuj

ą

cych coraz wy

ż

sze poziomy troficzne - zagro

ż

one s

ą

populacje naturalnych

drapie

ż

ników, a tak

ż

e ludzi (zwłaszcza poprzez ska

ż

enie ryb).

Odradzanie si

ę

zwalczanych szkodników i gradacje szkodników wtórnych

-

insektycydy, je

ś

li nie s

ą

wysoce specyficzne, mog

ą

dziesi

ą

tkowa

ć

populacje naturalnych

wrogów szkodników, doprowadzaj

ą

c po pocz

ą

tkowym spadku do ponownego szybkiego

wzrostu liczby szkodników i w rezultacie, do ich "odradzania si

ę

".

Kiedy naturalny wróg zostanie zniszczony, mo

ż

e wzrosn

ąć

liczba gatunków potencjalnych

szkodników, których liczebno

ść

regulowali dotychczas naturalni wrogowie,

a które staj

ą

si

ę

wówczas szkodnikami wtórnymi.

Ewolucja odporno

ś

ci

–

nabywanie odporno

ś

ci na działanie pestycydów stanowi powa

ż

ny problem rolnictwa jak

równie

ż

dostarcza przykładów funkcjonowania zasad ewolucji.

W obr

ę

bie du

ż

ej populacji poddanej działaniu pestycydów kilka genotypów mo

ż

e by

ć

niezwykle odpornych i uzyskuj

ą

one wyra

ź

n

ą

przewag

ę

ewolucyjn

ą

.

Ochrona ro

ś

lin

Strategi

ę

biologicznej ochrony zaproponowali Baker i Snyder w 1965 r.

na Sympozjum w Berkeley

„Ecology of soilborne plant pathogens: prelude to

biological control

”

W latach 70-tych XX wieku powszechne stosowanie pestycydów chemicznych

zacz

ę

to zast

ę

powa

ć

zintegrowan

ą

kontrol

ą

szkodników-

czyli ochron

ę

chemiczn

ą

ł

ą

czy

ć

ze zwalczaniem biologicznym (biokontrol

ą

)

(wykorzystywaniem naturalnych wrogów w postaci preparatów biologicznych

dla ro

ś

lin).

Preparaty biologiczne dla ro

ś

lin

Biologicznej ochrony (biopestycydy)
Stymuluj

ą

ce wzrost

Stymuluj

ą

ce aktywno

ść

mikroorganizmów

Zalety biologicznej ochrony (biokontroli):

zmniejszenie ubocznych skutków działania

ś

rodków chemicznych

wyeliminowanie niektórych chorób

Biokontrola

-

definicja

Biokontrola to wykorzystanie jednego organizmu

do tłumienia rozwoju drugiego, takiego jak:

paso

ż

yt/patogen lub szkodnik w rolnictwie,

czy organizm uszkadzaj

ą

cy

ś

rodowisko.

Poj

ę

cie „biokontrola” mo

ż

e by

ć

definiowane jako

wspomaganie i pod

ż

eganie do naturalnie

wyst

ę

puj

ą

cych „wojen biologicznych”

Termin "walka/wojna biologiczna" był u

ż

ywany do okre

ś

lania

wszystkich metod zwalczania szkodników, z wyj

ą

tkiem

stosowania nieselektywnych pestycydów chemicznych.
Obecnie ograniczony jest do regulacji liczebno

ś

ci szkodników

poprzez wykorzystywanie ich naturalnych wrogów.

Na rynku w krajach członkowskich OECD obecnych jest ok.

225

mikrobiologicznych biopestycydów wytwarzanych w 30 krajach

Biopestycydy nie opanowały jeszcze du

ż

ego rynku,

ale zdecydowanie zwi

ę

ksza si

ę

ich udział w rynku pestycydów.

Rynek biopestycydów

Lista zarejestrowanych
chemicznych

ś

rodków ochrony

ro

ś

lin obejmuje ok. 400 pozycji.

Szkodnik,

paso

ż

yt/patogen

-

definicja

Szkodnik

– ka

ż

dy gatunek uznawany za niepo

żą

dany

(definicja ta obejmuje równie

ż

chwasty).

Ka

ż

dy gatunek (osobnik) konkuruj

ą

cy z lud

ź

mi o:

po

ż

ywienie i schronienie,

przenosz

ą

cy patogeny,

ż

eruj

ą

cy na człowieku

w inny sposób zagra

ż

aj

ą

cy jego zdrowiu, samopoczuciu i dobrom.

Patogen

- paso

ż

yt, który w takim stopniu oddziałuje niekorzystnie

na swojego gospodarza,

ż

e wywołuje jego chorob

ę

lub

ś

mier

ć

.

Nie wszystkie paso

ż

yty s

ą

patogenami i nie wszystkie patogeny s

ą

paso

ż

ytami

(przykładem

niepaso

ż

ytniczego patogena

jest Clostridium botulinum

wytwarzaj

ą

cy egzotoksyn

ę

– neurotoksyn

ę

, hamuj

ą

c

ą

uwalnianie acetylochliny,

a w konsekwencji botulizm - parali

ż

mi

ęś

ni, który mo

ż

e wywoła

ć ś

mier

ć

).

Jedn

ą

z najwa

ż

niejszych cech szkodników

jest

poziom

, do którego

ich liczebno

ść

jest regulowana przez

naturalnych wrogów

.

Szkodniki s

ą

cz

ę

sto gatunkami,

które wymkn

ę

ły si

ę

spod kontroli swym naturalnym wrogom

(np. wskutek przeniesienia w inne regiony

ś

wiata lub

w wyniku wyt

ę

pienia tych naturalnych wrogów przez człowieka).

Poziom

populacji szkodnika

Głównym celem walki ze szkodnikami jest

zredukowanie populacji szkodnika

do

poziomu

,

po którego osi

ą

gni

ę

ciu dalsza redukcja nie przynosi ju

ż

korzy

ś

ci

(w niektórych przypadkach mo

ż

e by

ć

całkowite ich wyt

ę

pienie).

Okre

ś

la si

ę

to jako

ekonomiczny poziom redukcji szkodnika

(

EIL

- ang. economic injury level)

albo, je

ś

li w gr

ę

wchodz

ą

korzy

ś

ci społeczne lub estetyczne,

jako estetyczny poziom redukcji szkodnika (AIL-ang. aesthetic injury level).

Ekonomiczny poziom redukcji szkodnika(EIL) jest

zag

ę

szczeniem

szkodnika,

przy którym warto

ść

plonu przewy

ż

sza w najwi

ę

kszym stopniu koszty zwalczania szkodnika

Ekonomiczny

poziom redukcji

szkodnika

W praktycznej walce ze szkodnikami istotne
jest nie tyle EIL, co

próg ekonomiczny

zwany te

ż

progiem kontroli

(CAT - ang. control action threshold), tj.
zag

ę

szczenie szkodnika, przy którym powinny

by

ć

podj

ę

te

działania,

aby przeszkodzi

ć

masowemu pojawieniu si

ę

szkodnika

(nie istnieje jeden CAT, poniewa

ż

zmienia si

ę

on w

czasie i zale

ż

y od zag

ę

szczenia populacji naturalnych

wrogów szkodnika).

Lokalne całkowite wyt

ę

pienie szkodnika metod

ą

walki biologicznej stosuje si

ę

rzadko,

gdy

ż

jednocze

ś

nie powoduje ono zgub

ę

czynnika reguluj

ą

cego.

W przypadku szkodników przenosz

ą

cych choroby, ich wyt

ę

pienie wydaje si

ę

usprawiedliwione

(nie zwa

ż

a si

ę

na koszty ekonomiczne).

wg EPA (US Environmental Protection Agency) (Vallad, 2004):

Do biopestycydów zaliczamy:

biochemiczne

biopestycydy - zawierające naturalne substancje, które chronią rośliny przed

organizmami szkodliwymi; np.:

Ekstrakty roślinne (tj. olej cytrusowy);
Nadtlenek wodoru,
Sole kwasu fosforowego (uznane za biopestycyd np. przez USDA),
Feromony owadzie
(Prophyt, Seacie, Citrex, Omega Grow Plus, Sporan)

mikrobiologiczne

biopestycydy – zawierające mikroorganizmy

(bakterię, grzyb, wirus, Protozoa),

które chronią rośliny przed organizmami szkodliwymi
np. Bacillus spp. (B. subtilis czy wytwarzające Bt szczepy B. thuringensis),
Pseudomonas spp., Streptomyces spp.,
Trichoderma spp., Coniothyrium minitans, Beauveria spp., bakteriofagi, Trichogramma

protektanty inkorporowane do roślin

(PIP-plant-incorporated protectants) - zawierające

substancje, które chronią rośliny przed organizmami szkodliwymi,
wytwarzane przez rośliny zawierające genetyczny materiał np.
Bt cotton – z inkorporowanym genem Bt z B. thuringensis.

Mechanizmy działania

biopestycydów

a typ biopestycydów

:

Antybioza (mikrobiologiczne biopestycydy):
produkcja antybiotyków i innych inhibitorów wzrostu,np. Bacillus spp., Pseudomonas spp.,
Trichoderma spp., Streptomyces spp., Gliocladium spp.
Pasożytnictwo i drapieżnictwo (mikrobiologiczne biopestycydy);
Coniothyrium minitants pasożytujący na Sclerotinia spp.; Trichoderma spp. pasożytujące na
wielu patogenach grzybowych pochodzących z gleby; Trichoderma aggressivum patogen
pieczarki; bakteriofagi- wirusy infekujące i lizujące bakterie; Paecilomyces spp. – gatunki
nematofagiczne i entomofagiczne pasożytnicze/drapieżnice dla nicieni i owadów;
entomopatogeniczne nicienie (H. bacteriophora, S. carpocapse, S. feltiae);
Konkurencja (mikrobiologiczne biopestycydy)
o składniki odżywcze, miejsce kolonizacji (niszę); kamuflaż?-
możliwe, że podwyższona aktywność mikrobiologiczna może maskować korzenie poprzez
hamowanie przekazywania specyficznych sygnałów koniecznych do zainicjowania
kiełkowania czy przemieszczania się w kierunku korzenia;
Kontaktowe hamowanie (biochemiczne biopestycydy) – bezpośrednie hamowanie
kiełkowania/ wzrostu propagul patogena; niszczenie integralności ścian; wspomaganie
zasychania aktywnych lezji i zapobieganie (spowalnianie) wtórnemu rozprzestrzenianiu;

Indukcja odporności roślin

(biochemiczne i mikrobiologiczne biopestycydy):

Actigard, Prophyt, HMO-736 (Vacciplant), Tiadanil.

Metody

biokontroli

Wyró

ż

nia si

ę

co najmniej

kilka metod walki biologicznej ze szkodnikami:

Introdukcja
Kolonizacja
Protekcja
Walka genetyczna i odporno

ść

Selekcjonowanie odmian ro

ś

lin odpornych

Introdukcja

(1)

Import naturalnego wroga z innego obszaru geograficznego,

bardzo cz

ę

sto z tego samego, z którego pierwotnie pochodził szkodnik.

Liczebno

ść

szkodnika utrzymuje si

ę

poni

ż

ej EIL.

Metod

ę

t

ę

nazywa si

ę

cz

ę

sto

klasyczn

ą

walk

ą

biologiczn

ą

.

Czasami wymaga ona kilkakrotnego uwalniania wroga tam,
gdzie nie mo

ż

e on si

ę

utrzyma

ć

przez cały rok.

Zwalczanych jest w ten sposób kilka generacji szkodnika.

(2) Uwalnianie miejscowego naturalnego wroga mo

ż

e te

ż

mie

ć

na celu uzupełnienie

istniej

ą

cej populacji; dlatego przeprowadzane jest wielokrotnie i zwykle zbiega si

ę

z

okresem gwałtownego wzrostu populacji szkodnika.

Kolonizacja

Masowe uwalnianie naturalnego wroga w celu zniszczenia szkodników obecnych w danym
czasie, ale bez oczekiwania,

ż

e b

ę

dzie to efekt długofalowy.

Wrogowie ci czasami s

ą

nazywani

pestycydami biologicznymi

.

Protekcja

wszelkie zabiegi zmierzaj

ą

ce do ochrony wrogów naturalnych.

Ostatnio wi

ę

ksz

ą

uwag

ę

zwrócono w walce z owadami szkodnikami

na patogeny owadów jako insektycydy mikrobiologiczne
(w walce ze szkodnikami owadzimi na skal

ę

przemysłow

ą

wykorzystywane s

ą

bakterie

Bacillus thuringiensis obok bakulowirusów oraz ok. 100 rodzajów grzybów).

Metody biokontroli

Walka genetyczna i odporno

ść

znane s

ą

liczne metody wykorzystuj

ą

ce manipulacje genetyczn

ą

w celu

zwalczania szkodników:

metoda autodestrukcji wykorzystuje same szkodniki,
aby zwi

ę

kszy

ć

ich własn

ą ś

miertelno

ść

(zwykle przez zmniejszenie rozrodczo

ś

ci);

Selekcjonowanie odmian ro

ś

lin odpornych

na szkodniki (a tak

ż

e herbicydy).

Wyhodowanie i wykorzystanie ro

ś

lin transgenicznych mo

ż

e by

ć ź

ródłem

potencjalnych korzy

ś

ci

ś

rodowiskowych.

Jednak odbiór społeczny i aspekty prawne zwi

ą

zane z t

ą

technik

ą

oraz problemy wynikaj

ą

ce z ewolucji odporno

ś

ci s

ą

tak trudne

jak w przypadku pestycydów chemicznych.

Metody biokontroli

Pierwsze udokumentowane próby
zastosowania czynników biologicznych w

praktyce ochrony ro

ś

lin

przeprowadzili Metchnikoff (1880) i Krassilstschik (1888),
którzy
uzyskane z masowej hodowli grzyby owadobójcze Metarhizium anisopliae zastosowali
w zwalczaniu szkodników zbó

ż

i buraka.

Prawdopodobnie pierwsz

ą

prób

ę

wykorzystania bakterii w zwalczaniu szkodliwych owadów (szara

ń

czy)

przeprowadził d'Herelle w roku 1914 (Lord 2005).

Jednak dopiero White i Dutky (1940)
poprzez zastosowanie bakterii Bacillus popilliae w zwalczaniu p

ę

draków chrab

ą

szczy wykazali

praktyczn

ą

skuteczno

ść

tej grupy mikroorganizmów w ochronie ro

ś

lin.

Spo

ś

ród

makroorganizmów najwcze

ś

niej zostały wykorzystane nicienie owadobójcze.

Pierwsze
polowe zastosowania gatunku Steinernema glaseri w zwalczaniu szkodliwych
p

ę

draków chrab

ą

szczy przeprowadzili Glaser i Farrell

w latach 1932–1935 (Glaser i Farrell 1935).

Historia biologicznej ochrony ro

ś

lin (biopestycydów)

1835 Włoch Agostino Bassi de Lodi wykazał,

ż

e choroba jedwabników jest

zwi

ą

zana z namna

ż

aniem grzyba (pó

ź

niej nazwanego Beauveria bassiana)

wewn

ą

trz i na powierzchni ciała owada.

1901 B. thuringensis (Bt) odkryta przez bakteriologa Shigetane Ishiwaterii

jako czynnik sprawczy zwalczania choroby jedwabników

1920 Bt u

ż

yte jako komercyjny insektycyd

1930-31 wykazano aktywno

ść

fungistatyczvn

ą

Trichoderma

1962 Bt zarejestrowane jako komercyjny insektycyd w USA

utworzone regionalne centrum IPM (Integrated Pest Menagement)

Bioherbicydy

(1)

Alternaria destruens przeciwko kaniance

Bakteriocydy

(5)

Agrobacterium radiobacter (3), Pseudomonas fluorescens A506, Bacillus spp.

Biofungicydy

(60)

Trichoderma (25), Gliocladium, Pythium, Ampelomyces (quisqualis),
Coniothyrium, Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces

Bioinsektycydy (83)

Bacillus thuringensis (73), Beaveria bassiana (10)

Bionematocydy (64)

Metarhizum (80), Paecilomyces, Verticillium, Heteroranabditis (10),
Steinernema (20), Bacillus (8)

W Polsce 7 preparatów:
4 - Bacillus thuringensis
1 – wirusowy
2 – grzybowe: Pythium, Trichoderma
Bacillus thuringensis wyizolowany w 1901r. przez Barlinera w Japonii
Skierowany przeciwko:
g

ą

sienicom i motylom szkodników drzew le

ś

nych

(Bacillus thuringensis var. kurstaki)
komarom, stonce, barciakowi wi

ę

kszemu (szkodnik pszczół)

(Bacillus thuringensis var. israelensis)

Lista biopestycydów
(dane OECD - Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju)

Wzrost wielko

ś

ci rynku

ś

rodków biologicznych, jest w znacznym stopniu wynikiem

zwi

ę

kszenia si

ę

udziału

ś

rodków

makrobiologicznych

, których wprowadzanie

na rynek zwolnione jest od przej

ś

cia restrykcyjnej procedury rejestracyjnej, zgodnej

z wymaganiami Aneksu II B wcze

ś

niejszej Dyrektywy 91/414 EC.

Obecnie, w krajach Unii Europejskiej rejestracja czynników biologicznych oparta została na
dwóch odr

ę

bnych grupach przepisów.

Pierwsza

dotyczy rejestracji:

(a)

mikroorganizmów

(tj. bakterie, pierwotniaki i grzyby) i wirusów,

(b)

semizwi

ą

zków

(feromony oraz inne naturalne atraktanty i repelenty)

(c)

naturalnych produktów

(np. ro

ś

linne i ich ekstrakty, mineralne, „biologicznie aktywne

molekuły”, etc.)

i obejmuje przepisy uj

ę

te w Rozporz

ą

dzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1107/2009

z dnia 21 pa

ź

dziernika 2009 r. dotycz

ą

ce wprowadzania do obrotu

ś

.o.r.

i uchylaj

ą

ce dyrektywy Rady 79/117/EWG i 91/414/EWG.

Druga

grupa przepisów dotyczy rejestracji

makroorganizmów

, tj. po

ż

ytecznych stawonogów (owady i roztocze) oraz nicieni owadobójczych.

Te organizmy nie mieszcz

ą

si

ę

w definicji UE przyj

ę

tej dla substancji aktywnej, a poniewa

ż

nie stwarzaj

ą

zagro

ż

enia dla konsumenta, nie podlegaj

ą

te

ż

wymogom wy

ż

ej wymienionych przepisów, stosowanych

dla mikroorganizmów. Wobec powy

ż

szego czynniki te nie podlegaj

ą

rejestracji na poziomie UE.

Ich stosowanie w ochronie ro

ś

lin nie wymaga wcze

ś

niejszego wł

ą

czenia do Aneksu I, a co za tym idzie

całej kosztownej i czasochłonnej procedury testowania bezpiecze

ń

stwa.

Je

ś

li w latach 80. i 90. XX wieku, 80% cało

ś

ci sprzeda

ż

y stanowiły

ś

rodki na

bazie bakterii Bacillus thuringiensis (Lisansky i Coombs 1994),

to w roku 2000

ś

rodki zawieraj

ą

ce mikroorganizmy stanowiły ju

ż

tylko 26%,

a makrooorganizmy a

ż

55% sprzeda

ż

y (

Frost i Sulivan 2001

).

Wysokie wymagania stawiane przez obowi

ą

zuj

ą

ce przepisy unijne w znacznym

stopniu przyczyniły si

ę

do tego,

ż

e aktualny stan zaawansowania rejestracji

czynników biologicznych

w UE nie jest zadowalaj

ą

cy.

6 mikroorganizmów zostało wł

ą

czonych do Aneksu I,

zgodnie z wymaganiami Dyrektywy 91/414:
•

1.

Pseudomonas chlororaphis (Cedemon),

•

2.

Bacillus subtilis (Serenade),

•

3.

Ampelomyces quisqualis (AQ10),

•

4.

Paecilomyces fumosoroseus (Preferal),

•

5.

Coniothyrium minitans (Contans)

•

6.

Gliocladium catenulatum (Prestop).

Znaczna cz

ęść

czynników mikrobiologicznych nie została wł

ą

czona do Aneksu I

zwykle nie ze wzgl

ę

du na bezpiecze

ń

stwo u

ż

ycia czy skuteczno

ść

,

lecz w wyniku niezdolno

ś

ci finansowej producentów

(

Szwedzka firmy Bioagri, Pseudomonas chlororaphis wydała 4,3 miliona Euro)

do przeprowadzenia samego procesu rejestracji.

Według oficjalnego

ź

ródła DG SANCO (http://ec.europa.eu/sanco_pesticides/

public/index.cfm?event=activesubstance.selection) w wyniku wspomnianego przegl

ą

du,

decyzj

ą

Komisji Europejskiej, do Aneksu I według Dyrektywy 91/414 EEC wł

ą

czono

nast

ę

puj

ą

ce

aktywne substancje biologiczne

(dat

ę

wa

ż

no

ś

ci podano za nazw

ą

):

– Cydia pomonella granulosis virus (CpGV) – 2018,
– Spodoptera exigua nuclear polyhedrosis virus – 2017,
– Bacillus subtilis str. QST 713 – 2017,
– Bacillus thuringiensis subsp. aizawai (ABTS-1857 i GC-91) – 2018,
– Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (AM65-52) – 2018,
– Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki (ABTS 351, PB 54, SA 11, EG 2348) –
2018,
– Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis (NB 176) – 2018,
– Pseudomonas chlororaphis szczep MA342 – 2014,
– Streptomyces K61 (K61) (= Streptomyces griseoviridis) – 2018,
– Beauveria bassiana (ATCC 74040 i GHA) – 2018,
– Coniothyrium minitans – 2013,
– Lecanicillimum muscarium (Ve6) (= Verticillium lecanii) – 2018,
– Paecilomyces fumosoroseus Apopka szczep 97 – 2011,
– Paecilomyces lilacinus szczep 251 – 2018,
– Pythium oligandrum (M1) – 2018,
– Phlebiopsis gigantea (kilka szczepów) – 2018,
– Trichoderma aspellerum (ICC012) (T25) (TV1) (= T. harzianum) – 2018,
– Trichoderma atroviride (IMI 206040) (T 11) (= T. harzianum) – 2018,
– Trichoderma gamsii (= T. viride) (ICC080) – 2018,
– Trichoderma harzianum Rifai (T-22) (ITEM 908) – 2018,
– Trichoderma polysporum (IMI 206039) – 2018,
– Verticillium albo-atrum (WCS850) (= Verticillium dahliae) – 2018,
– Abamektyna (aka avermectin) – 2018,
– Spinosad – 2017,
– Ekstrakt z czosnku – 2019.

Program Zintegrowanej Ochrony przed

Szkodnikami - IPM

W naukach rolniczych d

ąż

y si

ę

do stworzeniem tzw.

zrównowa

ż

onego rolnictwa.

chc

ą

c pogodzi

ć

ze sob

ą

d

ąż

enia do wyeliminowania strat plonów spowodowanych chorobami

i jednoczesnego zastosowania efektywnych metod bezpiecznych zarówno dla ludzi jak i

ś

rodowiska.

Zaowocowało to opracowaniem Programu Zintegrowanej Ochrony przed Szkodnikami

(IPM – ang. Integrated Pest Management)

Zintegrowana Kontrola Szkodników jest bardziej filozofi

ą

ni

ż

specyficzn

ą

, okre

ś

lon

ą

strategi

ą

.

Ł

ą

czy ona:

walk

ę

fizyczn

ą

, ekologiczn

ą

, chemiczn

ą

i biologiczn

ą

ze stosowaniem odpornych odmian.

Ma podstawy ekologiczne i uwzgl

ę

dnia czynniki decyduj

ą

ce o

ś

miertelno

ś

ci,

tj. naturalnych wrogów i warunki klimatyczne.

Kluczem skutecznego programu IPM jest dobry monitoring pól uprawnych.

Program Zintegrowanej Ochrony przed

Szkodnikami - IPM

Strategia IPM ukierunkowana jest na zwalczanie szkodników poni

ż

ej

EIL

i opiera si

ę

na danych dotycz

ą

cych liczebno

ś

ci szkodników oraz ich

naturalnych wrogów a jej podstaw

ą

powinna by

ć

opłacalno

ść

.

Przykłady efektów programów IPM wskazuj

ą

,

ż

e zastosowanie IPM wi

ąż

e si

ę

z ekonomiczn

ą

opłacalno

ś

ci

ą

mimo mo

ż

liwo

ś

ci wyst

ą

pienia spadku plonów.

Efekt programu IPM

w porównaniu z konwencjonalnymi metodami wykorzystuj

ą

cymi du

ż

e

ilo

ś

ci pestycydów:

Najwi

ę

ksze nadzieje w biologicznej ochronie ro

ś

lin budzi mo

ż

liwo

ść

zastosowania jako czynników ochronnych

przed chorobami grzybowymi bakterii i grzybów,

które stanowiłyby naturalny składnik populacji mykoryzosfery

Obszar mykoryzosfery jest pierwsz

ą

lini

ą

ochrony komórek ro

ś

linnych

przed atakiem patogenów i szkodliwych mikroorganizmów.

Aby mikroorganizmy korzystnie wpływaj

ą

ce na wzrost ro

ś

lin –

PGPR (ang. plant growth – promoting rhizobacteria) i
PGPF (ang. plant growth – promoting fungi)
mogły stymulowa

ć

rozwój ro

ś

lin i chroni

ć

je przed patogenami oraz

mikroorganizmami szkodliwie wpływaj

ą

cymi na wzrost ro

ś

lin –

DRMO (ang. deleterious rhizosphere microorganisms)
musz

ą

one bardzo

szybko zasiedli

ć

system korzeniowy

ro

ś

lin

i

by

ć

konkurencyjne

dla innych mikroorganizmów ryzosferowych.

Ochrona ro

ś

lin przed chorobami grzybowymi metodami biologicznymi opiera si

ę

na wykorzystaniu specyficznych cech fizjologicznych drobnoustrojów.

•

Mo

ż

e by

ć

wynikiem bezpo

ś

redniego lub po

ś

redniego

oddziaływania drobnoustrojów na patogena.

Biokontrola cd

Interakcje z mikroorganizmami wolno

ż

yj

ą

cymi

(PGPR/PGPF, DRMO i oboj

ę

tne dla wzrostu ro

ś

lin)

PGPR/PGPF (plant growth promoting rhizobacteria/fungi) –

mikroorganizmy promuj

ą

ce wzrost ro

ś

lin, które oprócz stymulowania wzrostu ro

ś

lin, zapewniaj

ą

ro

ś

linom dost

ę

p do składników mineralnych, produkuj

ą

hormony ro

ś

linne, lub substancje chroni

ą

ce

przed atakiem szkodliwych organizmów, odpowiadaj

ą

za biologiczne wi

ą

zanie azotu, zwi

ę

kszaj

ą

dost

ę

pno

ść

nieorganicznych zwi

ą

zków fosforu dla ro

ś

lin, mineralizuj

ą

organiczne zwi

ą

zki azotu,

siarki i fosforu w formy przyswajalne dla ro

ś

lin oraz degraduj

ą

syntetyczne zwi

ą

zki organiczne.

Do PGPR nale

żą

m.in. Acetobacter, Agrobacterium, Azospirillum, Stenotrophomona, Enterobacter,

Serratia, Erwinia, Klebsiella, Streptomyces, Rhizobium (

Arshad i Frankerberge 1998; Kumar i in. 2006; Dimkpa i in. 2008

).

Natomiast np. Bacillus subtilis oraz Senotrophomonas maltophilia s

ą

zaanga

ż

owane w syntez

ę

fitohormonów takich, jak: IAA, kwas giberelinowy, cytokiny, kwas abscysynowy oraz etylen
(

Martellet i Fett-Neto 2005

).

DRMO (deleterious rhizosphere microorganisms)

–

wpływaj

ą

ce niekorzystnie na ro

ś

liny. Działanie to obejmuje ograniczenie dost

ę

pno

ś

ci wody, jonów

oraz zmiany w zawarto

ś

ci ro

ś

linnych substancji wzrostowych, zmian

ę

funkcji korzeni lub

ograniczenie wzrostu korzenia.

Korzystne bakterie PGPR mog

ą

skutecznie konkurowa

ć

z DRMO o zawarte w podło

ż

u składniki

pokarmowe, wzmacniaj

ą

c pobieranie oraz dost

ę

pno

ść

(

Sturz i Christie 2003

).

Mykoryzosfera jest korzystnym miejscem wyst

ę

powania wielu wolno

ż

yj

ą

cych organizmów,

które dzi

ę

ki posiadanemu zestawowi enzymów zaanga

ż

owane s

ą

m.in.

w mineralizacj

ę

składników organicznych oraz ich uwalnianie do roztworu glebowego

(

Khan i in. 2008; Whalen i Sampedro 2009

).

Mechanizmy działania czynników biologicznej ochrony

BCA (biological control agents):

Podstawowe

:

Bezpo

ś

rednie

:

konkurencja o nisz

ę

konkurencja o składniki od

ż

ywcze

antybioza (w tym antybiotyki typu peptaboils*)
mikopaso

ż

ytnictwo z udziałem CWDE:

chitynaz
glukanaz
proteaz

wzmagane synergistycznym oddziaływaniem

Po

ś

rednie

:

stymulacja odporno

ś

ci (mechanizmów obronnych) ro

ś

lin

Dodatkowe wła

ś

ciwo

ś

ci bionawozowe (biofertilizer) poprzez:

Hormony wzrostu

(auksyny: IAA-kwas indolilooctowy, etylen, zwi

ą

zki cytokinin-like: giberyliny)

Kwasy organiczne

(tj. glukonowy, cytrynowy, fumarowy)

ułatwiaj

ą

ce pobieranie:

zwi

ą

zków C (głównie glukozy)

P, Fe, Mn, Mg

Peptaboils* - klasa małych (15-20 aminokwasów) liniowych polipeptydów
o silnym antymikrobiologicznym działaniu przeciw

bakteriom G+

oraz

grzybom

(prawdopodobnie tak

ż

e o wła

ś

ciwo

ś

ciach elicytorów odporno

ś

ci ro

ś

lin).

Nale

żą

do tzw. pore-forming antybiotyków powoduj

ą

cych powstawanie du

ż

ych (0,55 nm) otworów w błonie

komórkowej w obecno

ś

ci steroli, co prowadzi do osmotycznej lizy komórek.

Odznaczaj

ą

si

ę

wielk

ą

mikroheterogeniczno

ś

ci

ą

wynikaj

ą

c

ą

z ich postrybosomalnej modyfikacji w procesie

„thio-template” (trans-tiolacji) –przeniesienia grup tiolowych (SH) przez specyficzne tioesterazy.`

Warunki skutecznej

kolonizacji

ryzosfery

przez

czynniki biologicznej ochrony

zastosowanie natywnych mikroorganizmów ryzosferowych;

pre-inokulacja;
odpowiednie inokulum pocz

ą

tkowe;

współinokulacja;
zastosowanie odpowiednich no

ś

ników;

„manipulacja gleb

ą

”;

odpowiedni fenotyp:

•

aktywno

ść

antybiotyczna

•

aktywno

ść

sideroforowa

•

aktywno

ść

enzymatyczna

•

odporno

ść

na fungicydy

•

wykorzystywanie wydzielin korzeniowych jako

ź

ródła w

ę

gla

cechy wspomagaj

ą

ce rozprzestrzenianie:

•

ruchliwo

ść

•

chemotaksja w kierunku wydzielin korzeniowych

•

rozpoznawanie aglutyniny ro

ś

linnej

zastosowanie metod in

ż

ynierii genetycznej

Biokontrola cd

Przykłady ochronnego działania mikroorganizmów przed grzybami patogenicznymi
poprzez

bezpo

ś

rednie

oddziaływanie drobnoustrojów ochraniaj

ą

cych

[Whipps i McQuilken,1993].

Mechanizmy

po

ś

rednie

polegaj

ą

na: stymulacji wzrostu i plonowania ro

ś

lin,

wykorzystaniu mikroorganizmów do tworzenia ro

ś

lin transgenicznych opornych na infekcj

ę

oraz indukcji odporno

ś

ci ro

ś

lin:

Biokontrola cd

Biokontrola cd

Przykłady grzybowych preparatów biokontrolnych

produkowanych w Europie

Preparaty u

ż

ywane do biologicznej ochrony; promocji wzrostu ro

ś

lin oraz „sanitacji” gleby

(np.

ś

rodki oparte na Trichoderma)

Wybrane preparaty BCA u

ż

ywane w ochronie ro

ś

lin przed

patogenami grzybowymi

[

http://www.oardc.ohio-state.edu/apsbcc/productlist.htm

]

Ró

ż

norodno

ść

form i metod

Torf

Proszek

Aerozol

Metody optymalizacji

formulacji

s

ą

bardzo ró

ż

norodne i uzale

ż

nione od grupy organizmów, dla

których maj

ą

by

ć

zastosowane.

Ś

rodki zawieraj

ą

ce wirusy, mikroorganizmy i nicienie produkowane s

ą

w formie:

– koncentratów płynnych lub półpłynnych do przygotowania zawiesiny grubo-, drobno-
ultradrobnokroplistej,
– fomulacji proszkowych do przygotowania zawiesiny wodnej,
– granulatów do przygotowania zawiesiny lub do bezpo

ś

redniego stosowania do gleby.

Natomiast

ś

rodki zawieraj

ą

ce

ż

ywe makroorganizmy mog

ą

by

ć

przygotowywane:

– bez jakiejkolwiek formulacji – do bezpo

ś

redniego uwalniania form lataj

ą

cych,

– w formie zawieszek kartonowych ze spaso

ż

ytowanymi gospodarzem,

– w formie mieszaniny

ż

ywych organizmów z wermikulitem, otr

ę

bami, etc.,

– w formie mini-hodowli zawieraj

ą

cych drapie

ż

c

ę

, jego ofiary oraz ich pokarm.

Przykładem dynamicznego rozwoju sposobu formulacji czynników biologicznych
w preparacie handlowym dostarczaj

ą

nicienie owadobójcze.

W ci

ą

gu zaledwie kilku lat optymalizacja ich formulacji przeszła seri

ę

zmian

od

zawiesiny wodnej

przeznaczonej do natychmiastowego wykorzystania,

poprzez

wilgotn

ą

piank

ę

poliuretanow

ą

,

ż

ele poliakrylamidowe

na siatkach z tworzyw sztucznych,

granulaty silikonowe

i

sproszkowany wermikulit

do

sproszkowanych glinek mineralnych

(kaolinit, atapulgit)

pozwalaj

ą

cych na przechowywanie

ś

rodka przez okres kilku miesi

ę

cy.

Typy formulacji biopestycydów

Biopestycydy obecne na rynku w postaci płynów stanowią
ok. 60% wszystkich typów biopestycydów.
Typ formulacji powinien uwzględniać łatwość aplikacji,
ale także preferencje użytkowników oraz typ sprzętu używany do aplikacji.
Często ten sam produkt jest sporządzany w 4 typach formulacji.

Ograniczenia marketingowe

Porównanie
kosztów

Klucz do sukcesu stosowania biopestycydów:

- Powinny by

ć

stosowane zapobiegawczo, profilaktycznie;

- Powinny by

ć

zintegrowane z innymi strategiami ochrony ro

ś

lin (IPM)

- Warunkiem koniecznym ich stosowania jest uprzednie dokładne
rozpoznanie czynnika wywołuj

ą

cego chorob

ę

-Mog

ą

znale

źć

zastosowanie szczególnie do ochrony w okresie zbiorów,

kiedy zabronione jest stosowanie konwencjonalnych pestycydów

Informacje o efektywno

ś

ci wielu biopestycydów w badaniach polowych w

Plant Disease Management Reports

http://www.plantmanagementnetwork.org/pub/trial/pdmr/

http://www4.agr.gc.ca/resources/prod/doc/pcm/pdf/

i wiele innych wymienionych dalej:

Fakt istnienia mechanizmów

indukcji odporno

ś

ci ro

ś

lin

(w znacznym stopniu analogicznej do immunizacji zwierz

ą

t)

stwarza wielkie nadzieje

na opracowanie skutecznej i niezawodnej szczepionki dla ro

ś

lin

American Phytopathology Society (APSnet): APS is a global community of researchers that provide
valuable information about plant health. http://www.apsnet.org/
National Organic Program: The federal regulatory agency that normalizes the organic food.
http://www.ams.usda.gov/nop/indexNet.htm
National Pesticide Information Retrieval System (NPIRS): A collection of pesticide databases
managed by the Center for Environmental and Regulatory Information (CERIS) at Purdue University
(IN). http://ppis.ceris.purdue.edu/npublic.htm
National Sustainable Agriculture Information (ATTRA): An information service organization that
provides technical assistance for extension agents, farmers, and educators involved in sustainable
agriculture. http://www.attra.org/
Ohio Department of Agriculture (ODA): The state agency that provides regulatory protection to
producers, agribusinesses, and the consuming public in Ohio. http://www.ohioagriculture.gov/
Organic Food and Farming Education and Research Program (OFFER): A group of researchers
from The Ohio State University that offer research and education for organic production, processing,
and marketing. http://oardc.osu.edu/offer/
Organic Review Materials Institute (OMRI): An institution that evaluates and certifies products for
use in certified organic productions, handling, and processing. http://www.omri.org/
OSU Fruit Pathology Laboratory: A research and extension laboratory at The Ohio State University
that provides information about diseases in fruits crops (several fact sheets available).
http://www.oardc.ohio-state.edu/fruitpathology/
OSU Vegetable Pathology Laboratory: A research and extension laboratory at The Ohio State
University that provides information about diseases in vegetable crops (several fact sheets available).
http://www.oardc.ohio-state.edu/millerlab/
OSU Research in Biological Control of Plant Diseases Laboratory: A research laboratory at The
Ohio State University dedicated to the understanding of biological control agents in several crops.
http://oardc.osu.edu/mcspaddengardenerlab/
United States Department of Agriculture/Organic Farming: A subdivision of the U.S. Department
of Agriculture with information about organic agriculture. http://www.ers.usda.gov/Briefing/Organic/