Tamadun seperti yang dikenali hari ini tidak boleh berkembang, dan tidak boleh hidup, tanpa bekalan makanan yang mencukupi. - Norman Borlaug

Kebanyakan orang tidak pernah mendengarnya Norman Borlaug. Beliau adalah, setakat ini, satu-satunya saintis pertanian yang pernah memenangi Hadiah Keamanan Nobel. Kerja-Nya dalam pembangunan tanaman bijirin yang tahan tinggi dan penyakit yang disimpan lebih dari satu bilion (ya, bilion) orang dari kelaparan.

Walaupun dia mengucapkan kata-kata ini hampir 50 tahun lalu, mesejnya tidak dapat lebih relevan hari ini. Kita hidup di dunia yang dijangka melebihi sembilan bilion orang sekitar 2050, dan pada masa ini, beberapa 800 juta orang tidak mempunyai makanan yang cukup untuk menjalani kehidupan yang sihat dan aktif.

Projek-projek Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu Makanan dan Pertanian yang perlu kita meningkatkan pengeluaran makanan dengan sekurang-kurangnya 70% untuk menampung peningkatan ini dalam pertumbuhan penduduk. Ini adalah tugas yang menakutkan, dibuat lebih sukar oleh fakta bahawa hampir 20% daripada tuaian global hilang ke penyakit tumbuhan. Salah satu cara yang paling berkesan untuk memerangi penyakit ini adalah melalui kawalan kimia - penggunaan racun perosak. Walau bagaimanapun, patogen dapat dengan cepat mengembangkan daya tahan terhadap racun perosak, yang kemudiannya memerlukan penggunaan yang lebih tinggi untuk mengekalkan pengeluaran. Terdapat juga kebimbangan alam sekitar dan kesihatan dikaitkan dengan penggunaan bahan kimia yang berpotensi toksik ke medan.

permintaan yang mendesak untuk kaedah yang lebih selamat dan lebih mampan perlindungan tanaman. Itulah di mana kita, ahli patologi tumbuhan, campur tangan. A patologi tumbuhan pakar dalam kesihatan tumbuhan dengan cara yang sama dengan doktor pakar dalam kesihatan manusia, dan kita bekerja keras untuk melindungi bekalan makanan kita.

Satu bidang penyelidikan baru dalam perang terhadap patogen bertumpu kepada meningkatkan sistem imun semula jadi tumbuhan. Jika tumbuhan dapat melawan jangkitan dengan sendirinya, kita dapat mengurangkan jumlah racun perosak yang diperlukan. Sama seperti cara kanak-kanak diberikan vaksin untuk melindungi daripada penyakit masa depan, ahli patologi tumbuhan menggunakan metodologi yang sama untuk "mengimunkan" tumbuh-tumbuhan terhadap patogen, dengan matlamat untuk memperkuat pertahanan imun mereka terhadap penceroboh. Kaedah pemanfaatan sistem imun tumbuhan boleh menjadi cara yang selamat dan berkesan untuk menyelamatkan sebahagian daripada penuaian global yang kini hilang kepada penyakit.

Seorang pakar ubi kayu memeriksa tanaman yang berpenyakit di timur laut Thailand. CIAT, CC BY-SA

Memahami Sistem Imun Tanaman

Tanaman secara semulajadi terdedah kepada pelbagai mikrob patogen, seperti bakteria, kulat dan virus. Berbeza dengan manusia, yang mempunyai keupayaan untuk menghindari jangkitan secara fizikal, tumbuhan tidak bergerak. Oleh itu, setiap sel di dalam kilang mesti mempertahankan dirinya daripada serangan. Tumbuhan mempunyai sistem imun pelbagai peringkat yang membantu mereka melawan mikroorganisma ini. Ia berfungsi dengan cara yang sangat serupa dengan sistem imun manusia.

Tanaman mengesan patogen dengan mengiktiraf "corak" mikroba. Ini adalah ciri unik dari jenis mikroba (berfikir flagella bakteria) bahawa tumbuhan telah berkembang untuk dikenali sebagai "tidak diri." Kita boleh menyamakan kemampuan ini untuk pengiktirafan antigen oleh badan manusia, yang mendorong tindak balas imun. Malangnya, patogen terus berkembang untuk mengelakkan pengiktirafan, biasanya dengan melindungi atau menyamarkan pola ini. Keupayaan ini membolehkan mereka menjajah sel-sel tumbuhan sebelum dapat melancarkan tindak balas imun yang berkesan.

Priming Pertahanan Sama Seperti Vaksinasi

Salah satu matlamat penyelidikan utama kami adalah untuk memanfaatkan corak ini sebagai perdana sistem imun tumbuhan, Mewujudkan perlindungan yang dipertingkatkan terhadap mikrob patogenik, sebagai ganti kaedah kawalan kimia tradisional.

Prinsip "priming pertahanan"Sangat serupa dengan cara kita membangunkan vaksin untuk merawat penyakit manusia. Vaksin berfungsi dengan bertindak sebagai penipu patogen. Ia menipu sistem kekebalan tubuh ke dalam fikiran ia diserang, yang merangsang respon pertahanan, seperti pengeluaran antibodi. Ini mewujudkan ingatan pertahanan, yang membolehkan sistem kekebalan tubuh mengingati patogen tertentu jika tubuh menemuinya pada masa akan datang. Ia kemudian dapat bertindak pantas dan teguh, terima kasih kepada ingatannya yang mula-mula dari vaksin.

Kita boleh menggunakan prinsip yang sama untuk hubungan tumbuhan-patogen. Sebagai contoh, sebaik sahaja kita mengenal pasti corak kepentingan patogen, kita berusaha untuk mengasingkan dan membersihkannya. Langkah ini adalah seperti pembuatan vaksin. Kita kemudian boleh menanam tumbuhan dengan corak yang disucikan - contohnya, dengan menyuntikkannya ke dalam batang atau daun dengan jarum suntikan. Matlamatnya adalah untuk merangsang tindak balas imun semulajadi tumbuhan, yang mengakibatkan tindak balas pertahanan yang lebih cepat dan / atau lebih kuat pada waktu berikutnya tanaman menemui patogen tersebut.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Kami pada asasnya memastikan bahawa tumbuhan disediakan untuk berperang sebelum serangan musuh. Tumbuhan primed memaparkan dipertingkatkan toleransi kepada jangkitan, yang sering dicirikan oleh gejala-gejala kurang dan mengurangkan populasi patogen dalam kilang. Walaupun tumbuhan bersedia belum lagi dilaksanakan secara besar-besaran dalam bidang pertanian komersial, saintis giat menjalankan penyelidikan mengenai penggunaan pertahanan pertahanan di rumah hijau dan lapangan tetapan untuk perlindungan terhadap bakteria, virus dan kulat.

Penyelidikan saya sendiri menumpukan terutamanya kepada penggunaan priming pertahanan untuk perlindungan terhadap patogen bakteria yang dipanggil Xylella fastidiosa yang menjejaskan industri wain, meja dan raisin berbilang bilion dolar. Ia menyebabkan penyakit Pierce, yang menyebabkan keadaan California lebih daripada AS $ 100 juta setiap tahun dalam perbelanjaan kerugian tanaman dan usaha untuk merawatnya. Pada masa ini tiada ubat untuk penyakit yang disebabkan oleh patogen tumbuhan ini, tetapi matlamat kami adalah untuk menggunakan priming pertahanan untuk mengalahkannya.

Tumbuhan juga sakit! Kulat karat batang pada gandum. Yue Jin, Perkhidmatan Penyelidikan Pertanian

Potensi Dalam Pertanian Komersial

Berbeza dengan sistem kekebalan tubuh manusia, di mana respons pertahanan khusus kepada kuman tertentu, kesan penyerapan tumbuhan adalah spektrum luas, melindungi tumbuhan terhadap pelbagai penyakit dan serangga perosak.

Satu lagi manfaat utama pembelahan pertahanan adalah bahawa tidak ada sedikit pengurangan dalam tumbuhan kecergasan - tumbuhan masih tumbuh dan membiak secara normal. Ini adalah kelebihan kritikal dalam bidang pertanian komersil, di mana kejayaan bergantung kepada hasil yang tinggi.

Tambahan pula, keadaan primed adalah tahan lama dan boleh dikekalkan lama selepas rangsangan awal. Penyelidikan semasa juga menunjukkan bahawa tumbuh-tumbuhan boleh menyampaikan memori pertahanan ini kepada keturunan mereka, menyediakan perlindungan multigenerational tanpa pengubahsuaian genetik.

Penyelidikan selanjutnya diperlukan untuk meningkatkan pemahaman kita tentang mekanisme molekul di sebalik fenomena ini, tetapi pembelahan pertahanan kelihatan cenderung menjadi alat yang berharga dan menjanjikan pada masa depan pertanian lestari.

Tentang Pengarang

Jeannette Rapicavoli adalah PhD Calon di Plant Pathology di University of California, Riverside. Kajian saya memberi tumpuan kepada asas molekul interaksi host-patogen tumbuhan bakteria patogenik yang tinggal di xilem, atau tisu menjalankan air-sistem tumbuhan vaskular. Secara khusus, saya bekerja dengan patogen bakteria yang menyebabkan penyakit yang teruk dalam khabar-khabar angin dan limau, antara tuan rumah tumbuhan ekonomi penting yang lain. Pada masa ini, kajian saya telah menekankan peranan bakteria polisakarida permukaan sel sebagai elisitor yang digunakan tumbuhan semula jadi sistem imun.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Tempah berkaitan:

at

Terima kasih kerana melawat InnerSelf.com, mana ada 20,000 + rencana mengubah hidup yang mempromosikan "Sikap Baharu dan Kemungkinan Baharu." Semua artikel diterjemahkan ke dalam 30+ bahasa. Langgan kepada Majalah InnerSelf, diterbitkan setiap minggu, dan Inspirasi Harian Marie T Russell. lahirnya Magazine telah diterbitkan sejak tahun 1985.