در جریان تحقیقات در مورد دفع آفات نهال مرکبات، یک سویه تریکودرما Trichoderma lignorum یافت شده است که تعدادی از قارچهای بیماری زا را در کشت آزمایشگاهی، یعنی Rhizoctonia solani ، Phytophthora parasitica ، Pythium ، Rhizopus و Sclerotium را انگلزدایی می کند. مهار و مرگ هیفا میزبان از دو طریق به وجود می آید: (الف) در هیف هوایی با تماس نزدیک یا با سیم پیچ کردن ریسه قارچ بیمارگر توسط ریسه های Trichoderma. (ب) به وسیله ترشحاتی که ریسه های تریکودرما به اطراف آزاد می کنند و این ترشحات از راه دور می تواند باعث مرگ و عدم رشد ریسه های قارچ بیمارگر شوند.
کنترل قارچهای بیماریزای گیاه (قارچکش تریکودرماروت نیکورایی)
این مجموعه مقالات (راجع به مرکبات) از اولین نشانه هایی بود که نشان می دهد گونه های تریکودرما استفاده صنعتی داشته و از پتانسیل تجاری گسترده ای برخوردار هستند که فقط در حال حاضر روی آن ها آزمایش می شود. این قارچ ها از قارچ های بسیار پراکنده و رایج در طبیعت هستند. آنها در آب و هوایی اعم از تندرا تا مناطق استوایی وجود دارند و طیف وسیعی از زیستگاه ها را استعمار می کنند. آنها بسیار متداول در خاک بوده و غالباً از جمله شایع ترین قارچ ها در آنجا هستند که غالباً در سطح ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰ تکثیر در هر گرم خاک مشاهده می شوند. آنها همچنین در محیط های دیگر وجود دارند و اغلب در پوسیدگی چوب یا سایر بسترهای سلولزی مانند پوسیدگی پارچه های پنبه در مناطق استوایی یافت می شوند. علاوه بر این، گونه های تریکودرما ممکن است در قسمتهای هوایی و زیر زمینی و گیاهان یافت شوند. آنها یکسری مکانیسم برای بقا و تکثیر دارند، از جمله حمله فیزیکی سایر قارچ ها و تخریب و استفاده از کربوهیدرات های پیچیده. در بیشتر موارد آنها برای منافع اقتصادی انسان مفید هستند به ویژه که بدون شک بیماری های گیاهی را در تقریباً تمام محیط های کشاورزی کاهش می دهد. با این حال، استثنائاتی نیز وجود دارند. به عنوان مثال برخی از سویه ها پارچه های نخی را تجزیه می کنند در حالی که سایر گونه های خاص روی قارچ های تجاری تغذیه می کنند. مکانیسم هایی که برای تکامل این قارچ های مهم وجود دارند برای کاربردهای تجاری مورد بهره برداری قرار گیرند.
استفاده تجاری صنعتی از آنزیم های تریکودرما
مهمتر از همه تریکودرما ها تولیدكنندگان بسیار كارآمد تعدادی از آنزیم ها هستند. این آنزیم ها شامل سلولز و همی سلولز هستند که می توانند برای بسیاری از اهداف مورد استفاده قرار گیرند، از جمله تیمارهای پارچه ای، تقویت ترکیب تغذیه ای خوراک دام و همچنین بهبود خواص و افزایش بازده روغنهای گیاهی و آب میوه. آنها همچنین مقادیر آنزیمهای دیگر، به ویژه کیتینازها و گلوکانازها که به شدت قارچ کش هستند تولید می کنند. هم چنین تریکودرما استفاده صنعتی داشته و پتانسیل قابل توجهی برای استفاده از این آنزیم ها به عنوان ضد قارچ مهاجمان در برنامه های متعدد وجود دارد. این آنزیم های مفید نه تنها در مقادیر زیادی تولید می شوند بلکه انواع مختلفی از هر کلاس از آنزیم نیز وجود دارد. این اشکال متعدد تقریباً همگی با هم، هم افزایی دارند و در کنار هم مخلوط های آنزیمی بسیار قدرتمندی برای برنامه های تجاری مختلف ایجاد می کنند.
تولید آنتی بیوتیک های قوی توسط تریکودرما
قارچ های جنس تریکودرما نه تنها آنزیم های ضد قارچی قوی تولید می کنند بلکه سیستم پیچیده ای از پارازیت گری روی سایر قارچ ها را نیز تکامل داده و چندین ترکیب آنتی بیوتیکی تولید می کنند. این ترکیب از خصوصیاتی بود که ویندلینگ در دهه های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ شروع به مطالعه کرد. سرانجام ، شصت سال بعد ، توانایی این قارچ ها برای کنترل بیماری های گیاهی در کشاورزی تجاری شروع به بهره برداری شد. اولین محصولات موفق هم اکنون در بازار موجود است و باید ابزارهای قدرتمندی را برای مدیریت یکپارچه بیماریهای گیاهی ارائه دهد. نه تنها انواع كنترل تریکودرما، بلكه به نظر مي رسد كه آنها با استفاده از مكانيسم هايي كه اكنون در حال كشف و بهره برداري هستند رشد گياه را نيز بهبود مي بخشند. سرانجام پیشرفت بسیار چشمگیری در توسعه تکنیک های مولکولی مربوط به این قارچ ها به وجود آمد. قارچ ها به خودی خود تولید شده اند که بطور بسیار کارآمدی آنزیم های صنعتی تولید می کنند. بسیاری از ژن های آن ها کلون شده اند و برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها تحت کنترل پروموتورهای بسیار مؤثر قرار گرفته اند. همچنین از تریکودرما استفاده صنعتی شده و برای تولید آنزیمهای مختلف از آنها استفاده می شود. همچنین این ژن ها به گیاهان منتقل شده و به طور مؤثر بیان شده و در نتیجه گیاهانی با مقاومت بالا در برابر چندین قارچ بیماری زا گیاه آفریده اند. بنابراین این قارچها پتانسیل قابل توجهی برای انواع کاربردهای تجاری دارند. از آنجا که توانایی ژنتیکی و فیزیولوژیکی آنها را بیشتر می فهمیم ما قادر خواهیم بود از این قارچ ها و ژن ها و محصولات ژنی آنها به روش های مختلفی استفاده کنیم. از مطالعات اولیه ویندلینگ تا استفاده تجاری اولیه این قارچها شصت سال طول کشید. در دهه بعد باید پیشرفت بسیار چشمگیری در درک این قارچ های تریکودرما و همچنین استفاده از آنها برای طیف گسترده ای از کاربردهای مفید برای بشر مشاهده کرد.
برچسب: کنترل بیولوژیک
تریکودرما و کنترل بیولوژیک سراتوسیستیس
زمانی که هر دو گونه تریکودرما (T. viridae و T. harzianum) در پتری های کشت دو گانه کشت می شوند، رشد C. paradoxa به طور قابل توجهی کاهش می یابد. رشد C. paradoxa در پلیت كشت دوگانه به طور قابل توجهی كمتر از رشد در كشت منفرد است. هر دو کشت در شرايط مشابه و مدت زمان مشابه انكوباتور شده اند. تقریباً در تمام پتری های کشت دوتایی، منطقه تماس به عنوان یک منحنی ظاهر می شود و انحنا به سمت C. paradoxa نشان داده شده است. رشد شعاعی کلونی عامل بیوکنترل و کلنی قارچهای بیماری زا در همان پتری حاوی محیط کشت PDA به میزان رشد هر کلونی بستگی دارد. در این مطالعه، همه ایزوله های تریکودرما سرعت رشد سریع تری نسبت به C. paradoxa نشان دادند و همچنین به عنوان یکی از خصوصیات یک عامل بیوکنترل خوب عمل می کند. پتانسیل کنترل بیولوژیکی همه ایزوله های تریکودرما به دلیل مهار صد درصد رشد قارچ های بیماری زا تعیین شد. این روش غالباً مورد استفاده قرار می گیرد و نشان می دهد که یک روش مفید در بیان توانایی بالای کنترل بیولوژیکی عامل کنترل بیولوژیکی است.
مهار قارچ های پاتوژن با تریکودرما
مهار قارچ بیمارگر با درصد بالای ۴۰ نشان می دهد که تریکودرما به عنوان یک عامل کنترل بیولوژیکی خاص است. با توجه به نتایج به دست آمده همه ایزوله های Trichoerma مهار درصد قابل توجهی بالاتر از زمان را نشان دادند. در بین آنها، ایزوله های مربوط به ترکودرما هارزیانوم در ابتدا بیشترین درصد مهار را نشان دادند در حالی که در روزهای بعدی، آنها کمترین درصد مهار را نشان دادند و تأیید کردند که ایزوله ها میزان مهار پاتوژن کم دارند. این نشان می دهد که این جدا شده ها از نظر کنترل بیولوژیکی چندان مناسب نیستند زیرا پس از مدتی توانایی کنترل بیولوژیکی آنها را کاهش می دهد. با این حال این جدایه ی T. harzianum باعث مهار رشد میسلیومی قارچ C. paradoxa را قبل از تماس میسلیومی می شود. این می تواند به دلیل تولید ترکیبات ضد میکروبی قابل انتشار مانند آنزیم های لیتیک یا متابولیت های محلول در آب توسط جدا شده های تریکودرما باشد. تعدادی از ایزوله های T. harzianum و تعدادی از ایزوله های T. viridae از ابتدا درصد مهار نسبتاً کمی داشتند در حالی که بعداً مهارکنندگی بالایی را از خود نشان می دهند. بنابراین این جدایه ها بیشترین میزان مهار کنندگی عامل بیماریزا را دارند. این امر باعث می شود كه آنها عوامل کنترل بیولوژیکی بسیار مؤثری باشند زیرا با گذشت زمان پتانسیل كنترل بیولوژیك آنها افزایش می یابد. یکی از ایزوله های T. polysporum و دو ایزوله از T. viridae میزان مهار متوسطی را در بین تمامی ایزوله ها را نشان داده اند.
تفاوت گونه ها در توانایی کنترل بیولوژیکی
در این مطالعه همچنین مشخص شد که توانایی کنترل بیولوژیکی ایزوله های مختلف تریکودرما که به گونه های اختصاصی یکسانی تعلق دارند متفاوت است. مطالعات قبلی همچنین گزارش کرده اند که حتی همین گونه Trichoderma می تواند در موارد مختلف توانایی های مختلفی را برای کنترل همان پاتوژن نشان دهد. طبق گزارش یکی از مححقان مشخص شد که T. harzianum توانایی های مختلفی را برای کنترل Sclerotium rolfsii دارد. وجود مکانیسم های مختلف مهار در گونه های مشابه در موقعیت های مختلف نیز گزارش شده است. این پدیده می تواند ناشی از مکانیسم های کنترل بیولوژیکی متمایز باشد که توسط ایزوله ها ایجاد شده اند. یکی دیگر از توضیحات احتمالی این وضعیت این است که راندمان بیان ژن مسئول توانایی های کنترل بیولوژیکی ممکن است در ایزوله های مختلف متفاوت باشد. ایزوله هایی که می توانند این ژن ها را سریعتر و مؤثرتر بیان کنند معمولاً عوامل کنترل کننده بیولوژیکی بهتری نسبت به سایر ایزوله ها هستند. اگرچه تلاش شده است با استفاده از روش كشت اسلایدها، اثر متقابل هیفال بین پاتوژن و عامل بیوکنترل در كشت دوگانه مشاهده شود با این حال این امر ناموفق بود زیرا هیچ اثر متقابل هیفال مشاهده نشد اما گزارش شده است که تقاطع میسلیوم و همپوشانی متعاقب آن بر روی دیافراگمهای عامل بیوکنترل و پاتوژن C. paradoxa پس از ۳ تا ۴ روز شروع به شکل گیری می کنند و به دنبال آن نفوذ به درون هیفاوی پاتوژن آغاز می شود.
گزارش شده است که تریکودرما گونه T. harzianum توانایی نفوذ به دیواره سلولی اسپورهای استراحت و قارچهای دیگر قارچها را دارد که به تولید آنزیمهایی که کاتالیزکننده شکستن کیتین است ، یکی از مؤلفههای اصلی دیوارههای سلولهای قارچی پاتوژن است.
جمع بندی تریکودرما و کنترل بیولوژیک سراتوسیستیس
این تحقیقات روش های جدید استفاده از گونه ها قارچ تریکودرما Trichoderma را برای کنترل بیولوژیکی سراتوسیستیس روشن می کند. در كنترل پاتوژن گياهی سراتوسیستیس كه يكي از عوامل بيماريزاي قارچي جدي است كه باعث ايجاد نشت ساقه در Cocos nusifera مي شود. نتایج حاضر همچنین نشان می دهد که T. viridae ، T. polysporum و T. harzianum قادر به کنترل رشد C. paradoxa هستند. مزایا و پیامدهای دقیق یافته های حاضر راه های مختلفی را برای تحقیقات آینده در زمینه بیوکنترل و بیوتکنولوژی فراهم می کند.
کنترل بیولوژیک بیماریهای گیاهی
کنترل بیولوژیک بیماریهای گیاهی یعنی شرایط و یا اقداماتی که در اثر آن ها زندگی و فعالیت یک موجود زنده بیماریزا توسط موجود زنده دیگری مختل شود (به غیر از انسان). تعریف دیگر آن کاهش جمعیت و تراکم و یا فعالیت بیماریزایی یک پاتوژن در یک یا تمام مراحل زندگی اش توسط میکروارگانیسم آنتاگونیست هایی که بصورت طبیعی و یا دستکاری شده. در کل هر موجود در طبیعت دارای دشمنان و رقیبانی است. در کنترل بیولوژیک از دشمنان و رقیبان عوامل بیماریزای گیاهی برای کنترل و کاهش جمعیت آن ها استفاده می شود. در محیط زیست هر موجودی دشمنان و رقیبان او نیز حضور دارند به همین دلیل جمعیت آن کنترل می شود اما در بسیاری از شرایط، محیط برای زندگی بیمارگر مناسب تر بوده بنابراین جمعیت آن بیش از حد افزایش یافته و موجب زیاد شدن بیماری می شود. این شرایط می تواند شامل کاشتن یک گونه گیاهی یکسان در یک منطقه وسیع است. این شرایط باعث دستکاری تنوع گونه ای شده و بیمارگرانی که میزبانشان این گوگنه گیاه می باشد به سرعت به جمعیت بالایی می رسند. برای برگرداندن شرایط به روال قبل باید دشمنان و رقیبان طبیعی آن ها نیز بالا رفته تا کنترل شوند.
زمانی که مطالعه روی عوامل کنترل بیولوژیک پاتوژن های گیاهی شروع شد بیش تر تمرکز روی عوامل بیولوژیک خاک بود. از خصوصیات خاک این است که نسبتا دارای شرایط با ثبات تر بوده و عواملی مانند دمای هوا کم تر می تواند روی آن تاثیر گذارد. اما قسمت های بالایی گیاه (اندام های هوایی) در معرض نور، دما، باد، باران، حرارت و غیره هستند و این شرایط می تواند روی عامل بیوکنترل تاثیرات زیادی گذارد. هم چنین آنتاگونیست ها در محیط رایزوسفر رایج تر هستند. در طبعیت بسیاری از پاتوژن ها توسط آنتاگونیست هایی که در فیلوسفر (محیط اطراف اندام های هوایی گیاه) و رایزوسفر (محیط اطراف ریشه گیاه) هستند کنترل می شوند.
چندین عنصر در کنترل بیولوژیکی نقش دارند:
۱- میکروارگانیسم های غیر بیماری زا و جمعیت آن ها (avirulent) و یا hypovirulent (با قدرت بیماریزایی کم) در بین میکروارگانیسم های بیماری زا.
۲- میزبان گیاهی که اصلاح ژنتیکی شده باشد (میزبان مقاوم) و یا این اصلاح توسط عملیات زراعی انجام شده باشد.
۳- آنتاگونیست هایی (رقیب ها، شکارچی و پارازیتیسم، آنتی بیوزها) که روی جمعیت و رشد بیمارگر ها تاثیر گذاشته و با آن ها رقابت می کنند. با توجه به این بند، اصلاح ژنتیکی یک بیوکنترل محسوب می شود.
امروزه به نقش مهم کنترل بیولوژیک در حفظ سلامت انسان کاملا شناخته شده است و در بسیاری از نقاط دیگر از سموم شیمیایی برای کنترل بیماری های گیاهی استفاده نمی شود. از سوی دیگر این کنترلل دوام بیش تری داشته و می تواند مدت زیادی جمعیت بیمارگر را در حد معمول و غیر خسارت زا نگه دارد. میوه هایی که به منظور جلوگیری از گندیدگی و پوسیدگی با مواد شیمیایی تیمار می شوند می توانند برای سلامت انسان بسیار مضر باشند اما امروزه همین عوامل بیمارگر میوه نیز با عوامل بیوکنترل کاهش یافته اند. بسیاری از بیمارگرهای خاکزی وجود دارند که به کنترل های شیمیایی و اصلاح ژنتیکی میزبان پاسخ نداده و نمی توان با این روش ها آن ها را کنترل کرد. استفاده از روش های کنترل بیولوژیک می تواند برای این دسته نیز بسیار موثر باشد. روش های بیوکنترل امروزه به جایی از پیشرفت رسیده اند که این عوامل به راحتی و به سرعت در سوبستراهایی تکثیر شده و بصورت پودر، گرانول و یا مایع استفاده می شوند. عوامل کنترل بیولوژیک علاوه بر کنترل بیمارگرها، جمعیت ریزوباکتری ها را نیز افزایش داده و سیستم های مختلف مقاومت در گیاه را تحریک می کنند. از مواد بیولوژیک می تواند بصورت تنها و یا همراه با مواد شیمیایی در کنترل بیماری های گیاهی استفاده کرد.
کنترل بیولوژیکی نماتد با Paecilomyces lilacinus
کنترل بیولوژیکی نماتد Meloidogyne incognita با قارچ Paecilomyces lilacinus strain 251
روی گوجه فرنگی.
در خاکی که قبل از کشت با این قارچ تیمار شده بود تعداد گال ها ۶۶ درصد و تعداد تخم ها ۷۴ درصد و تعداد نهایی نماتد ها در ریشه ۷۱ درصد کاهش یافت. غلظت کنیدی های تلقیح شده به خاک روی افزایش این درصد تاثیر داشت. در نهایت ۱ × ۱۰۶ CFU/g خاک برای بیوکنترل موفق این نماتد توسط قارچ مورد نیاز است به این شرط که در هر واحد خاک EC50 of 1.29 × ۱۰۶ کلنی قارچ تشکیل شود (Villarnovo, Gloria Luz Laura Carrion, et al. “Uses, methods and biological compositions of the genus Paecilomyces in the control, prevention and eradication of plant parasites in Solanaceae cultures.” U.S. Patent Application No. 10/070,653).