Οικοφυσιολογικές γνώσεις βοηθούν στον βιολογικό έλεγχο του ζιζανίου παρθενίου

Τα φυτοφάγα έντομα έχουν τη δυνατότητα να καταστρέψουν ορισμένα είδη φυτών, ένα χαρακτηριστικό που οι επιστήμονες έχουν εκμεταλλευτεί έξυπνα για τον έλεγχο και τη διαχείριση ανεπιθύμητων και προβληματικών χωροκατακτητικών φυτών. Ονομαζόμενη «βιολογικός έλεγχος» ή «βιοέλεγχος», αυτή η οικολογική πρακτική στοχεύει στην καταστολή των χωροκατακτητικών ειδών μέσω της εισαγωγής και απελευθέρωσης των συγκεκριμένων φυσικών εχθρών ή αρπακτικών τους [1]. Ωστόσο, η επιτυχία αυτών των προσπαθειών βιολογικού ελέγχου μπορεί να επηρεαστεί από μια ποικιλία αβιοτικών και βιοτικών παραγόντων, με πιο ενδιαφέρον από την ανταπόκριση του φυτού-στόχου στο φυτοφάγο.

Είναι γνωστό ότι πολλές αποκρίσεις των φυτών προκαλούνται από φυτοφάγα και ομαδοποιούνται ευρέως ως αμυντικές ή αντισταθμιστικές. Οι αμυντικές αντιδράσεις επιδιώκουν να αποτρέψουν ή να αποτρέψουν τη φυτοφαγία και περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά όπως τρίχες φύλλων ή δευτερεύουσες ενώσεις φύλλων. Ενώ οι αντισταθμιστικές αποκρίσεις προσπαθούν να μετριάσουν ή να ξεπεράσουν τις απώλειες που προκύπτουν από το φυτοφάγο και συχνά περιλαμβάνουν προσαρμογές στις φυσιολογικές, δηλαδή φωτοσυνθετικές, διαδικασίες των φυτών [2].

Με καταγωγή από την Κεντρική και Νότια Αμερική, ο ετήσιος θάμνος Parthenium hysterophorus (Parthenium) είναι ένα διεισδυτικό ζιζάνιο παγκόσμιας σημασίας. Το ζιζάνιο έχει σοβαρές αρνητικές κοινωνικοοικονομικές και οικολογικές επιπτώσεις, συμπεριλαμβανομένων απειλών για τη γεωργία, την επισιτιστική ασφάλεια, την ανθρώπινη υγεία και τη βιοποικιλότητα. Δεδομένων αυτών των απειλών, πολλές χώρες επιλέγουν να χρησιμοποιήσουν τον βιολογικό έλεγχο ως έναν περιβαλλοντικά ασφαλή, οικονομικά αποδοτικό και βιώσιμο τρόπο διαχείρισης των εισβολών του Παρθενίου [3].

Στη Νότια Αφρική, συνολικά τέσσερις παράγοντες βιολογικού ελέγχου έχουν απελευθερωθεί μέχρι σήμερα:ένας μύκητας σκουριάς φύλλων και τρία έντομα [4]. Ο πιο πολλά υποσχόμενος από αυτούς τους παράγοντες εντόμων ήταν ο σκαθάρι που τρέφεται με φύλλα Zygogramma bicolorata, κυκλοφόρησε για πρώτη φορά το 2013. Αν και οι πρόσφατες προσπάθειες στη Νότια Αφρική επαινούνται, το σκαθάρι Z. bicolorata δεν έχει ακόμη αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητές του, παρακινώντας τη διερεύνηση προς την κατανόηση και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς του.

Σε αυτό το πλαίσιο, η έρευνά μας αξιολόγησε τις φυσιολογικές αποκρίσεις του Parthenium στη τροφοδοσία των φύλλων από το σκαθάρι βιοελέγχου Z. bicolorata. Η μελέτη διερεύνησε περαιτέρω τους μηχανισμούς με τους οποίους αυτά τα σκαθάρια μπορούν να μειώσουν τη φωτοσύνθεση του Παρθενίου, με έμφαση στις μικροβιακές αλληλεπιδράσεις. Για να διερευνηθεί αυτό, διεξήχθη μια ποικιλία φυσικών και προσομοιωμένων πειραμάτων φυτοφάγων, με χρήση ανταλλαγής αερίων και μικροβιακής δειγματοληψίας.

Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι τα σκαθάρια ήταν σε θέση να μειώσουν τη φωτοσυνθετική απόδοση των κατεστραμμένων φύλλων του Παρθενίου κατά 36%. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η μείωση δεν οφειλόταν στην αφαίρεση του ιστού των φύλλων, όπως υποψιαζόταν, αλλά μάλλον στην εισαγωγή μικροβίων από τον Z. bicolorata . Μεγάλοι αριθμοί βακτηριακών και μυκητιακών μικροβίων βρέθηκαν σε φυτοφάγα φύλλα σκαθαριού, που πιθανότατα προέρχονται από τα στοματικά μέρη και τις εναποθέσεις αρώματος του Z. bicolorata . Αυτό υποδηλώνει ότι τα μικρόβια συμβάλλουν πολύ στον βιολογικό έλεγχο του Παρθενίου και μπορεί να είναι εξίσου, αν όχι πιο επιβλαβή, από την αφαίρεση του ίδιου του ιστού των φύλλων.

Εκτός από τη μείωση της παραγωγικότητας του Παρθενίου (φωτοσύνθεση), η φυλλοτροφή των σκαθαριών βλάπτει επίσης τον μεταβολισμό των φυτών. Αυτές οι μεταβολικές διαταραχές μείωσαν την αποτελεσματικότητα χρήσης νερού και θρεπτικών συστατικών του Parthenium, αποδυναμώνοντας το φυτό και καθιστώντας το πιο ευαίσθητο τόσο σε φυτοφάρμακα όσο και σε υδάτινο στρες.

Το Parthenium προσπάθησε να αντισταθμίσει τη φυτοφάγαση των σκαθαριών ρυθμίζοντας προς τα πάνω τη φωτοσύνθεση σε άθικτα φύλλα κατά 11%. Αν και αυτή η ανοδική ρύθμιση είναι πράγματι εντυπωσιακή, είναι μερική και ανίκανη να ξεπεράσει τις απώλειες και τις φυσιολογικές πιέσεις που σχετίζονται με τη συνεχιζόμενη φυτοφάγαση από τα σκαθάρια. Επιπλέον, αυτά τα σκαθάρια μπορεί να μετριάσουν τη φωτοσυνθετική προς τα πάνω ρύθμιση του Parthenium αποφυλλίζοντας περίπου το ένα τρίτο του φυτού.

Αυτή η έρευνα δείχνει τις δυνατότητες του Z. bicolorata να είναι ένα πολύ επιβλαβές έντομο, παρά τις προσπάθειες του Parthenium να αντισταθμίσει τη φυτοφάγα του. Δεδομένου του δυναμικού βιολογικού ελέγχου του Z. bicolorata , θα πρέπει να συνεχιστούν οι ερευνητικές προσπάθειες για την αύξηση του αριθμού των σκαθαριών και των ζημιών στο πεδίο.

Αυτή η εργασία είναι σημαντική καθώς υπογραμμίζει την αποτελεσματικότητα που προσφέρει ο βιολογικός έλεγχος στον έλεγχο προβληματικών χωροκατακτητικών ειδών όπως το Παρθένιο. Η έρευνα υποστηρίζει επίσης τη χρήση οικοφυσιολογικών αξιολογήσεων ως εργαλείου για την καλύτερη κατανόηση και βελτίωση των σημερινών και μελλοντικών προσπαθειών βιολογικού ελέγχου.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Physiological response of Parthenium hysterophorus στην αποφύλλωση από το σκαθάρι που τρέφεται με φύλλα Zygogramma bicolorata , που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Biological Control . Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν ο Blair Cowie από το Πανεπιστήμιο του Witwatersrand, Γιοχάνεσμπουργκ, Νότια Αφρική.

Αναφορές:

1. McEvoy, P.B. και Coombs, E.M. 1999. Βιολογικός έλεγχος φυτικών εισβολέων:περιφερειακά πρότυπα, πειράματα πεδίου και μοντέλα δομημένου πληθυσμού. Οικολογικές Εφαρμογές 9:387-401.
2. Nabity, P.B., Zavala, J.A. και DeLucia, E.H., 2009. Έμμεση καταστολή της φωτοσύνθεσης σε μεμονωμένα φύλλα από αρθρόποδα φυτοφάγα. Annals of Botany 103(4):655–663.
3. Dhileepan, K. and Strathie, L. 2009. Parthenium hysterophorus L. (Asteraceae). Σελ 274-318 στο Muniappan, R., Reddy, G.V.P and Raman, A. editors. Βιολογική καταπολέμηση τροπικών ζιζανίων με χρήση αρθρόποδων. Cambridge University Press, Νέα Υόρκη, Η.Π.Α.
4. Strathie, L.W., McConnachie, A.J. και Retief, E., 2011. Έναρξη βιολογικού ελέγχου κατά του Parthenium hysterophorus L. (Asteraceae) στη Νότια Αφρική. Αφρικανική Εντομολογία 19 (SP):378-392.