Uudised

Doktoritöö: kaubanduslikke eeterlikke õlisid ja taimeekstrakte on võimalik kasutada kui botaanilisi fungitsiide

28. novembril tuleb Eesti Maaülikoolis kaitsmisele doktoritöö, mis keskendub kartuli-lehemädanik​ule. 

Neda Najdabbasi kaitsmisele tulevast doktoritööst "Alternatiivsed biotõrje strateegiad kartuli-lehemädaniku integreeritud tõrjeks. Alternative Biocontrol Strategies in the Potato-Phytophthora infestans Pathosystem for Integrated Management of Late Blight" selgub, et kaubanduslikke eeterlikke õlisid ja taimeekstrakte on võimalik kasutada kui botaanilisi fungitsiide.

Kartuli-lehemädanik, mida põhjustab oomütseetne patogeen Phytophthora infestans, on ajalooliselt olnud üks traagilisemaid ja laastavamaid kartulihaigusi. See patogeen võib nakatada kõiki kartuli maapealseid ja maa-aluseid osi. Tõrje puudumisel võib patogeen põhjustada ulatuslikke tootmiskadusid.

Kui haigestumise tase on kõrge ja taimed kaitseta, siis soodsates tingimustes (kõrge niiskuse ja mõõduka temperatuuriga perioodid) võib kartuli-lehemädanik 7-10 päeva jooksul hävitada kogu saagi. P. infestans on tuntud kui uuesti kartulipõllul esilekerkiv patogeen, põhjustades kartulikasvatusele väga tõsiseid kahjustusi. Selle põhjusteks võivad olla haigustekitaja agressiivsuse tõus, fungitsiidide efektiivsuse vähenemine ja patogeeni parem ellujäämisvõime mullas või taimejäätmetes.

Endiselt on kartulikasvatuses patogeeni poolt esile kutsutud kartuli-lehemädaniku ohjamine suur väljakutse, vaatamata pestitsiidide kasutamise sageduse suurenemisele, resistentsete sortide ja tervendatud seemnemugulate kasutamisele või siis esmaste inokulaadi allikate kontrollimisele. Kuna enamik kartulikasvatajaid tuginevad kahjustaja tõrjes fungitsiidide korduvkasutamisele, jäävad püsima kemikaalide kõrvalmõjudest tingitud ohud keskkonnale ja inimeste tervisele.

Kemikaalidest loobumiseks või nende koguste vähendamiseks on vajadus välja töötada alternatiivsed meetodid, mis on sünteetilistest fungitsiididest vähem sõltuvad. Kuigi resistentsete sortide aretamine on põllumajandussüsteemides esmatähtis, on nüüd juba ka välja pakutud bioloogilise tõrje väljatöötamise kavasid kui paljulubavaid alternatiive ja jätkusuutlikke strateegiaid kartuli-lehemädaniku ohjamiseks. Nende eesmärgiks on minimeerida sõltuvust sünteetilistest fungitsiididest ja vähendada negatiivset mõju keskkonnale.

Sellest lähtuvalt oli käesoleva töö eesmärgiks süsteemis kartul – patogeen P. infestans võimalike alternatiivsete biotõrjestrateegiate väljatöötamine kartuli-lehemädaniku integreeritud tõrjeks. Sellega seoses viidi uuringute käigus läbi erinevad biotestid (I, II, II), mille peamiseks väljundiks oleks nende võimalik rakendamine biotõrjes. (I) Taimse päritoluga ühendite biotsiidne toime Phytophthora infestans tõrjeks: alternatiivne lähenemine kartuli-lehemädaniku ohjamisele. Uuringu esimeses osas määrati erinevate eeterlike õlide (EO), sealhulgas kadaka (Juniperus communis), nelgi (Syzygium aromaticum), tüümiani (Thymus vulgaris), kaneeli (Cinnamomum cassia), kurkumi (Curcuma longa), teepuu (Melaleuca alternifoliai), pipra (Piper nigrum), rosmariini (Rosmarinus officinalis) ja võrdlusena tüümiani (T. vulgaris) ekstrakti Timbor®, biotsiidne aktiivsus patogeeni P. infestans kõige agressiivsema genotüübi (EU-13-A2) vastu, kasutades EO-de erinevaid kontsentratsioone.

Uuringu peamised eesmärgid olid: i) hinnata EO-de ja võrdlustoote erinevate kontsentratsioonide mõju patogeeni P. infestans sporangiaalsele idanemisele, kasutades optilise tiheduse meetodit); (ii) analüüsida erinevate taimsete ühendite kontsentratsioonide mõju patogeeni mütseeli kasvule; (iii) uurida erinevate taimsete ühendite tõhusust haiguse arengule in vivo; ja (iv) selgitada lehemädaniku tõrjeks kõige tõhusamate EO-de toimet kasvuhoone tingimustes kasvatatavatele kartulitaimedele. Töö tulemustest selgus, et võrreldes fungitsiidi kontrollrühmaga Ranman-top®, inhibeerisid üheksast testitud ühendist kõige enam eoste idanemist tüümiani ja teepuu eeterlikud õlid.

Isegi nelgi ja tüümiani eeterlike õlide ning preparaadi Timbor® kõige madalamad kontsentratsioonid inhibeerisid oluliselt kartuli-lehemädaniku tekitaja mütseeli kasvu. Tulemused toetasid püstitatud hüpoteese, et taimse päritoluga ühendite erinevad kontsentratsioonid pärsivad patogeeni P. infestans genotüübi sporangiaalset idanemist ja mütseeli kasvu. Lisaks sellele, olid mõned testitud ühendid tõhusad ka kartuli-lehemädaniku in vivo tõrjes ja ka kasvuhoonetingimustes, kus pipra, rosmariini, tüümiani EO-d ja Timbor® pärssisid haiguse arengut üle kuu aja. Need tulemused toetasid kahte järgnevat hüpoteesi, et taimse päritoluga ühendid on tõhusad kartulilehe-mädaniku tõrjeks in vivo ja taimse päritoluga ühendite valitud kontsentratsioonid on kartuli-lehemädaniku tõrjeks tõhusad kasvuhoone tingimustes.

Uuring tõestas, et kaubanduslikke eeterlikke õlisid ja/või taimeekstrakte on võimalik kasutada kui botaanilisi fungitsiide. Seega võivad nad kartuli-lehemädaniku tõrjes olla alternatiiviks sünteetilistele fungitsiididele - neil on madal toksilisus ja jääkainete hulk ning seega on nad keskkonnasõbralikud. (II) Rohelistest lehtedest pärinevad orgaanilised lenduvad ühendid aitavad ohjata kartuli-lehemädanikku.

Üha enam pööratakse tähelepanu lenduvate orgaaniliste ühendite (VOC) agronoomilisele potentsiaalile – kaitsta taimi looduslikult ja keskkonnasõbralikult patogeenide ja keskkonnamõjude eest. Rohelistest lehtedest pärinevad orgaanilised lenduvad ühendid (GLV) on taime kaitse jaoks peamised mehhanismid, mis muudavad ta edasise stressi vastu tugevamaks, reageerimise kiiremaks ja varasemaks. Selle tulemuseks on vastupanuvõime suurenemine võimalikele eelseisvatele pingetele. Hoolimata rohelistest lehtedest lenduvate ainete (GLV) ainulaadsest võimest pärssida laia valikut seenpatogeene, on nende funktsioone kaitseühenditena kartuli-lehemädaniku tekitaja P. infestans tõrjeks vähe uuritud.

Seetõttu hinnati uuringu teises osas GLV Z-3-heksenüülatsetaadi (Z-3-HAC) võimalikku mõju kartuli-lehemädaniku intensiivsuse vähendamisele ja analüüsiti sellise mõjuni viivaid geenipõhiseid tõendeid. Uuringu selle osa eesmärgid on: (i) uurida in vivo lenduva ühendiga Z-3-HAC eelnevalt kokku puutunud kartulitaimede kaitsevõime muutusi lehemädaniku P. infestans viie genotüübi (EU-1-A1, EU-6-A1, EU) vastu (EU-13-A2, EU-36-A2 ja EU-37-A2); (ii) uurida eelnevalt lenduva ühendiga Z-3-HAC kokku puutunud kartulitaimede võimalikke kaitsereaktsioone järgneva nakkuse vastu, kasutades molekulaarseid analüüse.

Selleks eksponeeriti haigusele väga vastuvõtlikud kartulitaimed (sort Bintje) Z-3-HAC-ga, kasutades dünaamilist push-pull küvetisüsteemi, seejärel inokuleeriti neid erinevatel ajahetkedel patogeeni P. infestans erinevate genotüüpidega. Tulemusena täheldati Z-3-HAC tugevat pärssivat toimet P. infestans in planta genotüüpidele. Võrreldes töötlemata taimedega olid nii eoste tekke intensiivsus kui ka haiguse raskusaste (kuni 70%) madalamad. Tulemus toetab hüpoteesi, et kartulitaimede eelneval kokkupuutel GLV Z-3-HAC-ga on kaitsev toime P. infestans erinevate genotüüpide nakatumisele. Selleks, et kontrollida teist hüpoteesi, milleks on kartulitaimede eelneva kokkupuute tulemusel ühendiga Z-3-HAC taim indutseerib kaitsega seotud geenide ekspressiooni P. infestans nakkuse vastu, kasutati reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) ning SA ja JA sünteesides osalevaid geenispetsiifilisi praimereid.

Leiti, et mitmete kaitsega seotud geenide, eriti nende, mis on seotud ROS-i tootmisradadega, transkriptsioonitasemed ekspresseerusid kartulitaimedes märkimisväärselt. Seega andis käesolev uurimus teavet Z-3-HAC osast taimede immuunsuse kaudu toimuvast kartulitaimede suurenenud kaitsest kartuli-lehemädaniku vastu ning avas uusi võimalusi kartulihaiguste jätkusuutlikuks tõrjeks. GLV-de laialdane kasutamine tõrjekavades on siiski meetodi kalliduse tõttu endiselt väljakutse. (III) Kaaliumfosfiidi ja fungitsiidide vähendatud annuste kombinatsioon soodustab patogeeni Phytophthora infestans vastast kaitset. Fungitsiidide annuste ja pritsimissageduse vähendamine ning alternatiivsete haigustõrje meetodite kombineerimine fungitsiididega on integreeritud lähenemisviisid, mis võivad olla lootustandvad tarbijate pikaajaliste nõudmiste rahuldamiseks.

Uuringu käigus selgus, et kaaliumfosfiidil (KPhi) on erineva resistentsustasemega kartulisortide puhul kartuli-lehemädaniku vastu kaitsev toime erinev. Tulemuseks oli sordil Bintje suurim DSI vähenemine kõikide sortide hulgas. Teises katseseerias hinnati kartulitaimedel patogeeni P. infestans nakkuse tõrjet KPhi-ga, kombineerides seda viie erineva fungitsiidi toimeainega (AI): tsüasofamiid, mankotseeb, mandipropamiid, asoksüstrobiin, bentiavalikarb-isopropüül, kasutades nii tavatõrjeks soovitatavaid kui ka vähendatud annuseid. In vivo läbiviidud kasvuhoone- ja põldkatsete tulemustest selgus, et fosfiidi ja fungitsiidi toimeainetel oli sünergiline koostoime, mis võib mängida Phytophthora nakkuse vastu olulist kaitsvat rolli ja seda isegi haigusele vastuvõtlike sortide puhul.

Sellest lähtuvalt toetasid uuringu tulemused edukalt antud tööosas püstitatud kolme hüpoteesi: eraldatud lehel läbiviidud bioanalüüs võimaldab kiiret in vivo sõeluuringut KPhi efektiivsuse hindamisel eraldi ja koos toimeainete erinevate annustega P. infestans vastu kartulilehtedel; KPhi kombinatsioonis erinevate toimeainete soovitatavate ja vähendatud annustega näitab potentsiaalset kaitsvat toimet kartulipatogeeni P. infestans vastu kasvuhoones; ja KPhi kombinatsioonid kõige laialdasemalt kasutatava fungitsiidiga näitavad tõrjestrateegia integreerimise potentsiaalset kasu lehemädaniku arengu vastu mitme muutujaga välitingimustes. Uuringu tulemustest selgus, et preparaatide optimeerimisel KPhi lisamisega saab kartulikasvatuses vähendada fungitsiidide toimeainete sisaldust. Lisaks võib KPhi mõju kartuli-lehemädaniku arengule muuta selle aine potentsiaalseks komponendiks integreeritud taimekaitses.

Neda Najdabbasi kaitseb filosoofiadoktori väitekirja 28. novembril kell 13.15 videosilla vahendusel. Doktoritöö juhendajad on prof. Marika Mänd (Eesti Maaülikool), prof. dr. ir. Geert Haesaert (Ghent University), prof. dr. ir. Kris Audenaert (Ghent University) ning oponent Dr. Inmaculada Larena (Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA)). Dissertatsiooniga saab tutvuda Eesti Maaülikooli digitaalarhiivis EMU DSpace