Mikrobiologiske bekæmpelsesmidler og toksiske metabolitter

3. Mikrobiologisk bekæmpelse af plantepatogener

3.1 Generelle forhold og principper
3.2 Metoder til applikation af biologiske bekæmpelsesmidler

3.1 Generelle forhold og principper

Definitioner

Biologisk bekæmpelse af plantepatogener kan i bred betydning defineres som "ethvert tiltag der bygger på biologiske mekanismer eller organismer, der kan reducere mængden eller effekten af patogener" . En definition der bygger på en almindelig accepteret definition udarbejdet af Baker & Cook (1974) "Biological control is the reduction of inoculum density or disease-producing activities of a pathogen or parasite in its active or dormant state, by one or more organisms, accomplished naturally or through manipulation of the environment, host, or antagonist or by mass introduction of one or more antagonists".

Når biologisk bekæmpelse foretages med mikrobiologiske bekæmpelsesmidler (MBO) kan definitionen dog indsnævres til at gælde "kontrolleret applikation af gavnlige mikroorganismer (antagonister), der kan hæmme patogener og sygdomsudvikling". I den forbindelse skal det nævnes at aktivstoffer i mikrobiologiske bekæmpelsesmidler ifølgedansk lovgivning er defineret som følger: Ved mikrobiologiske aktivstoffer forestås levende mikroorganismer, herunder vira, som har generel eller specifik virkning mod skadegørere eller på planter, plantedele eller planteprodukter i kraft af mikroorganismerne selv eller et eller flere stoffer produceret af disse" (jf. lovbekendtgørelse nr. 583 af 9. juli 1993)

Principper

Forskellige strategier kan lægges til grund for biologisk bekæmpelse af plantepatogener (1) at reducere det primære inokulum i form af patogenets hvile eller overlevelsesstrukturer, (2) at hæmme eller forhindre at patogenet penetrerer og inficerer værtplanten (3) at undertrykke patogenets mulighed for mycelievækst eller sporulering og dermed hindre eller reducere sygdomsspredning ved at reducere sekundær smitte (Papavizas & Lumsden, 1980; Fokkema, 1995).

Virkningsmekanismer

De mekanismer, der er involveret i biologisk bekæmpelse, deles ofte op i fire hovedgrupper: (1) Antibiosis: kan defineres som en organismes inhibering af en anden ved produktion og udskillelse af en eller flere sekundære metabolitter. Der vil ofte være tale om væksthæmning men effekten kan også være letal, (2) Konkurrence: hvor antagonisten konkurrere med patogenet om næring (i form af carbonhydrater og N-forbindelser, plads og O₂, (3) mykoparasitisme: hvor antagonisten parasiterer patogenet og modtager en del eller al sin næring fra vært svampen og (4) Induceret resistens: antagonisten inducerer resistensmekanismer i værtplanten, der har en hæmmende effekt på patogenet

. En antagonists virkemåde vil som oftest være et samspil mellem flere mekanismer, og grænserne mellem mekanismerne er ikke klart adskilte. Derudover er det også muligt at forskellige mekanismer er operative under forskellige miljøforhold (Cook & Baker, 1983). I de fleste tilfælde, hvor biologisk bekæmpelse af patogener er påvist in vivo, er den/de specifikke virkningsmekanismer ikke kendt.

Et generelt erkendt problem ved biologisk bekæmpelse har været meget uensartede resultater og svigtende bekæmpelseseffekt, når testen af organismerne flyttes fra kontrollerede laboratorier eller væksthusbetingelser til markforhold, det gælder både for bekæmpelse af jordbårne patogener og for patogener i fyllosfæren. I forhold til rhizosfære og fyllosfære udgør efterhøst miljøet formodentlig den økologiske niche, hvor biologisk bekæmpelse har størst chance for at blive en succes. Det skyldes, at det i langt højere grad er muligt at kontrollerer miljøbetingelserne på et lager på en sådan måde at disse er fremmende for den biologiske bekæmpelsesorganisme (Spotts & Sanderson, 1994).

Isolering og selektion

Mange af de mikroorganismer der søges anvendt til biologisk bekæmpelse er naturligt forekommende organismer, der isoleret fra eksempelvis jord, rhizosfære, fyllosfære og frugter. Ved hjælp af enten in vitro eller in vivo screeningssystemer, der selekterer for ønskede egenskaber, er potentielle antagonister udvalgt. Forbedring af specifikke egenskaber hos selekterede organismerne, så som rhizosfærekompetance, saprofytisk konkurrenceevne og produktion af antibiotika er også opnået ved hjælp af mutation, protoplast fusion og andre metoder til genmodificering af mikroorganismer (Harman, 1991; Weller & Thomashow, 1994).

Produktion og formulering

Gennem produktion og formulering af antagonisten kan den biologiske bekæmpelseseffektivitet og stabilitet samt produktets shelf-life forbedres. Her tænkes specielt på valg af antagonist struktur (eksempelvis sporer, klamydosporer, mycelium etc.), produktionsmetode og medievalg, valg af formulering eksempelvis pulver, granulat, piller eller flydende form samt formulering med specifikke næringsstoffer, klæbemidler, fyldstoffer, afspændingsmidler m.v. (Harman, 1991; Lewis & Papavizas, 1991; McIntyre & Press, 1991; Slininger et al., 1996).

3.2 Metoder til applikation af biologiske bekæmpelsesmidler

Den metode der benyttes til applikation af antagonisten er afhængig af det pågældende patogens livscyclus og patogenese og dermed hvilket trin i plantens udvikling der søges beskyttet. Denne sammenhæng er illustreret i tabel 3.1.

Frøbejdsning

Antagonisten formuleres på frøet og applikeres til jord eller voksemedium ved såning af frøet. Formålet vil være at bekæmpe frøbårne patogener og/eller jordbårne spiringsskadende patogener. Den mængde aktivt stof der udbringes ved frøbejdsning vil være afhængig af såvel doseringen af spiredygtige enheder per frø som af plantetal per m². Med de doseringer der er arbejdet med for svampe (10³-10⁵ cfu/frø ), og et plantetal per m² der kan varierer fra 5 til 400, vil det betyde, at der tilføres fra 5 x 10³ og op til 5 x 10⁷ cfu/m² (Tabel 3.2).

Tabel 3.1 Potentiel biologisk bekæmpelse af patogener på forskellige plantedele i relation til applikationsmetoden er markeret med +.

Table 3.1. Potential biological control of pathogens occurring on different plant parts in relation to method of application is market with +.

Se her

På frøet vil antagonisten kunne være aktiv i spermosfæren, og hvis antagonisten desuden er rhizosfærekompetent vil der ske en kolonisering af plantens rodnet. Graden af kolonisering er afhængig af jordtype, planteart samt konkurrence med den naturligt forekommende mikroflora i rhizosfæren som beskrevet i afsnit 2.1.3. Såfremt organismen er non- rhizosfærekompetent vil spiringsenheder, der eventuelt er produceret i spermosfæren være i hvile (fungistasis) uden mulighed for aktivitet med mindre at egnede næringskilder bliver tilgængelige. Formuleringen af antagonisten på frø med additiver som eksempelvis specifikke næringskilder og klæbemidler kan være med til at skabe et miljø omkring frøet, der er mere fordelagtig for den mikrobiologiske bekæmpelsesorganisme og derigennem fremmer organismens aktivitet og effektivitet (Harman, 1991; Harman & Taylor, 1988; Jensen et al., 1996).

Tabel 3.2. Tilført antal spiringsenheder af en antagonist per m² jord i forhold til doseringen (cfu/frø) og antal planter per m².

Table 3.2. The number of applied antagonistic propagules per m² in relation to dosage (cfu/seed) and number of plants per m².

Iblanding til voksemedier

Ved iblanding af mikrobiologiske midler til voksemediet inden såning eller udplantning af stiklinger og udplantningsplanter, er det muligt at bekæmpe rodpatogener. Det har generelt vist sig at være vanskeligt at etablerer en høj population af en introduceret mikroorganisme i et komplekst økosystem som jorden, idet en stor naturlig population af bakterier og svampe i forvejen er etableret i de næringsrige mikrohabitater (Deacon, 1991; Alabouvette & Steinberg, 1995; Lumsden & Lewis, 1989). En introduceret population af bakterier eller svampe kan overleve fra få uger og op til flere år i jorden som eksempelvis inaktive sporer (fungistasis). Aktivitet i form af spiring og vækst finder kun sted såfremt en passende næringskilde er tilstede eller tilføres til jordmiljøet. Decline i populationer af MBO introducerede til jord sker generelt hurtigere for bakterier end for svampe. Et andet problem ved iblanding af MBO direkte til jorden er, at der skal tilføres så store mængder for at opnå en god bekæmpelse, når det drejer sig om landbrugsafgrøder, at det generelt set er uøkonomisk. Derimod synes iblanding af MBO til væksthus-afgrøder at have et større perspektiv, dels fordi at der anvendes relativt små mængder voksemedium og dels fordi at mange af de anvendte voksemedier, så som sphagnum og pasteuriseret jord, menes at have en lavere mikrobiel bufferkapacitet, hvorved antagonisten får bedre mulighed for at etablere sig (Deacon, 1991; Green, 1996; Lumsden & Lewis, 1989). Etablering af MBO i jord og vokemedier kan optimeres gennem formuleringen ved eksempelvis at immobilisere organismen i alginatpiller tilsat en passende næringskilde, som antagonisten derved får førsteret til at udnytte (Lumsden & Lewis, 1989; Walter & Lumsden,1997).

Udsprøjtning/udvanding

Ved udsprøjtning af det biologiske middel er det muligt at applikere biologiske midler fra såning og frem til høst og ved lagring. Ved udsprøjtning/udvanding af suspension af produktet på jordoverfladen er det teoretisk muligt at bekæmpe frø- og jordbårne patogener. I praksis vil det dog være vanskeligt at etablerer en tilstrækkelig høj og aktiv koncentration af mikroorganismen i voksemediet generelt af samme årsag som anført vedrørende etablering af MBO ved iblanding.

Ved udsprøjtning af MBO i fyllosfæren kan blade, blomster og frugter beskyttes mod patogener. Overlevelse af MBO i fyllosfæren er generelt begrænset fra få dage til få uger, og det er derfor ofte nødvendigt med mange behandlinger. Det skyldes, at MBO'er ofte ikke er tilpasset fyllosfære miljøet og ikke kan udnytte de sparsomme næringskilder der er tilstede, og dels at der som regel allerede er en etableret mikroflora tilstede, når antagonisten introduceres. Succes vil ofte være betinget af at der er tilgængelig næring f.eks. i form af senescent væv, henfaldne kronblade, pollen og honningdug, eller at patogenet har skabt indgangsveje til næring, som antagonisten kan udnytte i konkurrence med patogenet eller at MBO introduceres til en nyligt opstået næringsrige nicher (sårflader), der endnu ikke er koloniseret af den naturlige mikroflora (Deacon, 1991; Fokkema, 1993; Elad et al., 1996; Köhl & Fokkema, 1994).

Biologisk bekæmpelse af lagersygdomme kan ske ved direkte sprøjtning med MBO på produkterne eller dypning i suspensioner af MBO for visse produkter (æble, gulerod). Et af hovedproblemerne ved mikrobiologisk bekæmpelse af lagersygdomme er, at antagonisten ofte skal være aktiv ved lav temperatur (Arul, 1994). Det skyldes, at langt de fleste frugter og grønsager lagres ved temperaturer omkring 0°- 6°C og måske også i kontrolleret atmosfære, der ikke er optimal for antagonisten (se tabel 2.6).

Opsummering

Mikrobiologisk bekæmpelse af plantepatogener bliver formodentlig kun en succes, såfremt antagonisten er stand til at være aktiv og konkurrencedygtig i det samme mikrohabitat, som patogenet, der skal bekæmpes, er tilpasset til. Det betyder som udgangspunkt, at et indgående kendskab til såvel patogenets som antagonistens økologi er nødvendigt for at kunne vælge den rette applikationsmetode og det rette applikationstidspunkt.