تأثیر تغذیه گیاهی در مدیریت آفات

چکیده

مواد شیمیایی مورد تغذیه گیاهان جهت رشد، نمو، تولید مثل و حفظ عملکرد اعمال حیاتی کاربرد دارد. این مواد بر مقاومت یا حساسیت به آفات ممکن است تاثیر بگذارد. تنها 17 عنصر غذایی برای رشد و نمو مناسب گیاهان ضروری است که هر یک نقش مهمی در گیاهان ایفا می کنند.

برخی حشرات مواد غذایی مورد نیاز خود را با تغذیه از گیاهان به دست می آورند.  نیتروژن اثرات مثبتی بر عملکرد حشرات دارد، که احتمالاً به دلیل افزایش نیتروژن و کاهش غلظت ترکیبات دفاعی مبتنی بر کربن است. پتاسیم مقاومت بالایی در برابر حشرات آفات ایجاد می کند. سطوح بالای پتاسیم باعث افزایش متابولیسم ترکیبات ثانویه، کاهش تجمع کربوهیدرات ها و آسیب گیاه از آفات می شود. فسفر حساسیت میزبان به حشرات آفات را کاهش می دهد.

عناصر پر مصرف ثانویه مانند کلسیم و گوگرد و  عناصر کم مصرف مانند روی نیز جمعیت آفت را کاهش می دهند. در میان عناصر معدنی، سیلیکون در مقاومت گیاه در برابر آسیب آفات نقش دارد. انتخاب ترکیبات تغذیه ای در مراحل مختلف رشد گیاه به طور غیر مستقیم بر مقاومت گیاه در برابر بسیاری از آفات تأثیر می‌گذارد. نیاز به غذاهای سالم تر، توسعه تکنیک هایی را برای افزایش مقاومت گیاه در برابر آفات ایجاب می کند.

مقدمه

 تنوع زیستی یوکاریوت ها در سطح زمین تحت سلطه گیاهان و حیوانات است که از هم تغذیه می کنند و اکثریت آنها را حشرات تشکیل می دهند. حشرات آفات تهدیدی برای تولیدات کشاورزی هستند. آنها بر عملکرد وکیفیت محصولات کشاورزی تأثیر می گذارند. کیفیت تغذیه ای بافت گیاهی، یکی از ویژگی های اصلی انتخاب گیاه میزبان توسط حشرات گیاهخوار است . تغذیه گیاهی علمی است که به نیاز گیاهان به عناصر شیمیایی خاص، اثرات و تعاملی آنها بر تمام جنبه های رشد و نمو گیاه، در دسترس بودن، جذب، انتقال و استفاده از آنها می پردازد. این عناصر شیمیایی به عنوان مواد غذایی گیاهی شناخته می شوند.

عنصر غذایی گیاهی

یک عنصر غذایی گیاهی یک عنصر شیمیایی است که برای رشد و تولید مثل گیاه ضروری است.  عنصر ضروری اصطلاحی است که اغلب برای شناسایی یک ماده غذایی گیاهی استفاده می شود.  عناصر غذایی گیاهی را می توان بر اساس ترکیب معدنی، غلظت عناصر غذایی و بر اساس عملکرد فیزیولوژیکی آنها طبقه بندی کرد. علاوه بر کربن، هیدروژن و اکسیژن که گیاهان از دی اکسید کربن و آب به دست می‌آورند، 14 ماده غذایی برای گیاهان ضروری است که شامل  عناصر پرمصرف اولیه (نیتروژن، فسفر و پتاسیم)، عناصر پر مصرف ثانویه (کلسیم، منیزیم و گوگرد) و عناصر کم مصرف یا ریز مغذی‌ها (آهن، منگنز، روی، مس، بور، مولیبدن، کلر و نیکل) می باشد.

فراوانی نسبی مواد غذایی مختلف بر رشد و تناسب اندام حشرات گیاه خوار تأثیر می گذارد، که زیست توده آنها به طور کلی حاوی غلظت بسیار بیشتری از عناصر در مقایسه با گیاهان است.  نیازهای غذایی کیفی حشرات شامل کربوهیدرات ها، پروتئین ها، اسیدهای آمینه، اسیدهای چرب، مواد معدنی و ویتامین ها است.

حشرات مواد مغذی خود را از طریق تغذیه از گیاهان دریافت می کنند.تغذیه حشرات علمی است که تعامل مواد غذایی و سایر مواد موجود در غذا را در رابطه با نگهداری، رشد، تولید مثل، سلامت و بیماری تفسیر می کند. این شامل مصرف غذا، جذب، بیوسنتز، کاتابولیسم و دفع است.

نیازهای تغذیه ای حشرات:

کربوهیدرات ها

کربوهیدرات های رژیمی عمدتاً به عنوان منبع انرژی برای سنتز چربی و گلیکوژن استفاده می شوند. قندها تنها غذای برخی حشرات بالغ را تشکیل می دهند که در رفتار تغذیه و جهت گیری برخی حشرات گیاهخوار بر روی گیاهان میزبان نقش دارند.

پروتئین ها و اسیدهای آمینه

آنزیم ها، مورفوژنز به عنوان مثال: تیروزین (اسکلروتیزاسیون کوتیکول)، تریپتوفان (رنگدانه غربالگری بصری)

چربی ها

اسیدهای چرب، فسفولیپیدها و استرول ها اجزای دیواره سلولی هستند. دی اسیل گلیسریدها، تری اسیل گلیسریدها و مشتقات اسیدهای چرب چند غیراشباع مهم در تولید مثل هستند. استیل کولین و فسفاتیدیل کولین ها جزء فسفولیپیدها هستند. حشرات با تغذیه از بافت گیاهی (کلسترول) استرول می گیرند.

ویتامین ها

ویتامین های محلول در آب، بتاکاروتن، ویتامین E، بیوتین، اسید فولیک و غیره. کمبود ویتامین C منجر به اکدیس سقط جنین و مرگ می شود.

مواد معدنی

مهم در سخت شدن کوتیکول فک پایین در بسیاری از حشرات مانند: آهن، روی، منگنز و غیره.

تاثیر نیتروژن بر گونه های مختلف شته ها

اثرات	گونه	حشره
حداقل زمان بین نسل ها، بالاترین نرخ زادآوری در هنگام تغذیه از گل داوودی کوددهی شده در سطح 150 درصد	Aphis gossypii	شته ها
رابطه مثبت باروری و بقا با افزایش غلظت نیتروژن عملکرد شته ها روی گیاهانی که با نیتروژن تغذیه نشدند به طور قابل توجهی کمتر بود	Macrosiphum euphorbiae
طول عمر تحت تأثیر سطوح کود دهی قرار نگرفت، اما باروری شته با هر سطح اعمال شده ی کود نیتروژن افزایش یافت. شته هایی که در گلخانه تغذیه و رشد می یابند بیشتر از شته هایی که در مزرعه اند، عمر می کنند.	شته های غلات (Metopolophium dirhodum)

تأثیر نیتروژن بر پارامترهای رشد جمعیت حشرات

نیتروژن اصلی ترین ماده غذایی مورد نیاز حشرات است و در بیشتر موارد عامل محدود کننده اصلی رشد بهینه حشرات است. مصرف کود نیتروژن معمولا رفتار تغذیه ای، میزان مصرف غذا، رشد، بقا، تولید مثل و تراکم جمعیت حشرات گیاه خوار را افزایش می دهد. البته در این خصوص استثناء هایی هم وجود دارد.

تأثیر نیتروژن بر گروه های مختلف آفات حشرات: 

در  جداول ذیل تاثیر مصرف نیتروژن در راسته های  بال ریشکداران، بال پولکداران، سخت بالپوشان  و کنه ها آورده شده است:

بال ریشکداران
تاثیرات	گونه	حشره
افزایش  مصرف نیتروژن باعث افزایش جمعیت می شود با افزایش مصرف نیتروژن در گیاه، تولید گل بیشتر می شود که نتیجه آن تغییرات آمینو اسیدها در اوج پیک جمعیت تریپس ها بود. فراوانی ماده های بالغ با غلظت فنیل آلانین گل در طول پیک جمعیت ارتباط زیادی دارد.	Frankliniella occidentalis   تریپس غربی  گل	تریپس

بال پولکداران
تاثیرات	گونه	حشره
افزایش حضور آفت با افزایش سطح نیتروژن در برنج با افزایش سطح نیتروژن خسارت بیشتر شد	Scripophaga incertulas     Cnaphalocrocis medinalis	پروانه ها و شب پره ها
با افزایش مصرف نیتروژن تغذیه و خسارت آفت در کلم افزایش یافت	Plutella   xylostella

سخت بالپوشان
تاثیرات	گونه	حشره
اثر بی‌ثبات‌کننده رسوب نیتروژن بر فعل و انفعالات  حشرات گیاه‌خوار سبب افزایش شیوع دوره ای آن می شود	Lochmaea suturalis	قاب بالان

کنه ها
جمعیت کنه	محصول	گونه	عنصر غذایی
افزایش	سیب	Panonychus ulmi	نیتروژن
افزایش	سیب	Tetranychus telarius	نیتروژن
افزایش	لوبیا	Tetranychus telarius	نیتروژن
افزایش	لوبیا/ هلو	Two spotted spider mite	نیتروژن، فسفر، پتاسیم

چرا نیتروژن جمعیت حشرات را افزایش می دهد

مصرف زیاد کودهای نیتروژن تولید گیاهان سرسبز آبدار و شاداب کرده که برای حشرات آفت جذاب است. مصرف کود نیتروژن در گیاهان وزن خشک گیاهان، سطح برگ، کلروفیل برگ و عملکرد دانه را افزایش می دهد. افزایش نیتروژن سبب افزایش بیوسنتز یا تجمع پروتئین ها، اسیدهای آمینه آزاد و قندها  شده که ممکن است حشرات را جذب کنند. مانند مگس های سفید در بامیه. مشخص شد که مصرف تنها نیتروژن یا دوزهای بالاتر نیتروژن باعث افزایش جمعیت شته ها می شود در حالی که استفاده از فسفر و پتاس با یا بدون ترکیب نیتروژن باعث کاهش تجمع جمعیت می شود.

اما کاربرد 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار علیرغم افزایش جمعیت باعث افزایش عملکرد شد. مقدار نیتروژن گیاه به طور مستقیم با میزان مصرف کود نیتروژن بستگی دارد. مصرف زیاد نیتروژن سبب افزایش جمعیت سفید بالک vaporariorum Trialeurodes  در گلخانه گوجه فرنگی شد. حشرات ماده مگس سفید تجمع و تخم ریزی بیشتری در گیاهانی که کود نیتروژن و آب بیشتری دریافت کرده بودند داشتند. اعتقاد بر این است که افزایش نیتروژن در تغذیه گیاه می تواند تغییر کیفیت گیاه و همچنین کاهش مقاومت گیاه در برابر شته های پنبه و آفات  مشابه داشته باشد.

مدیریت مصرف نیتروژن

مصرف کمتر نیتروژن باعث افزایش اسید کلروژنیک می شود که به عنوان یک عامل مقاومت در گل داوودی عمل می کند. فنیل پروپانوئیدهای کلروژنیک اسید و فرولوئیل کوئینیک اسید در گل های داوودی مقاوم به تریپس به میزان بیشتری وجود دارد. استفاده صحیح از کودهای نیتروژن برای مدیریت حشرات گیاهخوار مانند شته پنبه مفید خواهد بود. مصرف بهینه کود نیتروژن در مزارع شالیزار جهت افزایش کارایی کود نیتروژن و کاهش الودگی محیط زیست پیشنهاد شده است.

تراکم جمعیت شته پنبه به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر اثر متقابل کودهای نیتروژن و پتاسیم در آزمایش‌های مزرعه‌ای دو ساله قرار گرفت. این نتایج نشان داد که تراکم جمعیت شته‌های پنبه در مرحله گیاهچه با کود پتاسیم و ترکیب پتاسیم و کودهای نیتروژنی در نسبت های مناسب کاهش یافت.مصرف بهینه کودهای  نیتروژن و پتاسیم در کاهش خسارت حشرات آفت نظیر شته پنبه موثر است. همبستگی مثبت بین نرخ رشد جمعیت شته سبز هلو با غلظت اسیدهای آمینه آزاد در برگ های گیاهانی که کود نیتروژن دریافت کردند  وجود دارد.     

تاثیر   فسفر بر حشرات

حشرات گیاهخوار دارای مقدار نیتروژن و فسفر بسیار بالاتری نسبت به گیاهان میزبان خود هستند. کاربرد فسفر با یا بدون نیتروژن باعث کاهش تجمع جمعیت شته خردل شد. با افزایش میزان کاربرد، جمعیت به طور قابل توجهی کاهش یافت.  افزایش مصرف فسفر سبب افزایش جمعیت زنجرک قهوه ای شد. در حالیکه افزایش مصرف فسفر باعث کاهش جمعیت سن ها شد.

واکنش	صفت اندازه گیری شده	گونه آفت	میزبان
کاهش	جمعیت	Lipaphis erysimi	خردل
کاهش	جمعیت	Clavigralla sp.	لوبیا چشم بلبلی
کاهش	ظهور	Bemisia tabaci	پنبه
افزایش	جمعیت	Empoasca sp.	پنیه
افزایش	جمعیت ماده بالغ	Frankliniella occidentalis	گل حنا

مدیریت مصرف فسفر

فسفر با تغییر متابولیت های ثانویه مانند فنول ها و ترپن ها و تجمع فنول ها (تانن، لیگنین) به عنوان سدی با اثرات بازدارنده (ضد تغذیه) یا مستقیماً سمی (حشره کش) بر روی حشرات گیاه خوار، قابلیت میزبانی گیاه سیب زمینی را در برابر آفات مختلف کاهش می دهد. فنولیک ها با هضم، رشد آهسته، مسدود کردن فعالیت آنزیم ها و تقسیم سلولی در ارتباط اند. ترپن‌ها مانند مونوترپن‌ها، سسکوی‌ترپن‌ها، پلیمرهای ترپن با انتقال عصبی تداخل می‌کنند، فسفوریلاسیون را مسدود و حشرات را محدود می‌کنند. مصرف بیش از حد فسفر (1%) باعث کاهش رشد و بقای برخی حشرات می شود. مانند ملخ های  Schistocerca americana

تأثیر پتاسیم در گروه های مختلف آفات

بیشترین نشانه ها (%89) مربوط به پنج گروه آفت است که به ترتیب اهمیت شامل راسته نیم بال پوشان، بال پولکداران، کنه ها، سخت بالپوشان و بال ریشکداران می باشند.

پتاسیم مقاومت بالایی در برابر حشرات آفات ایجاد می کند. سطوح بالای پتاسیم باعث افزایش متابولیسم ترکیبات ثانویه، کاهش تجمع کربوهیدرات ها و آسیب های گیاهی از آفات می شود. برهمکنش معنی‌داری بین سطوح نیتروژن و پتاسیم مشاهده شد که در آن بیشترین افزایش ماده خشک اندام هوایی و ریشه با افزایش سطوح N در بالاترین سطح پتاسیم مشاهده شد. مصرف زیاد پتاسیم باعث کاهش زنجرک قهوه ای شد. ترکیب سیلیکات پتاسیم در محلول‌های غذایی، مقاومتی در برابر جمعیت آفاتی که روی برگ‌های بنت قنسول رشد می‌کنند ایجاد نکرد و کاربرد کود سیلیکون نتوانست رشد گیاه را در برابر سفید بالک گلخانه   Trialeurodes vaporariorum افزایش دهد. درصد لاروهای زنده مانده، وزن بدن و جمعیت کرم ساقه خوار نیشکر (Chilo suppressalis)، برگ باف برنج  (Cnaphalocrocis medinalis)  به دلیل مصرف زیاد پتاسیم کاهش یافت.

تأثیر پتاسیم بر شته های مختلف

واکنش	صفت اندازه گیری شده	گونه شته	گیاه میزبان
کاهش	جمعیت	Lipaphis eryisimi	خردل
کاهش	جمعیت	persicae  Myzus	کلزا
کاهش	جمعیت	Schizaphis graminum	گندم
کاهش	تعداد پوره در گیاه	Acyrthosiphon pisum	نخود
کاهش	جمعیت	Aphis gossypi	پنبه

مدیریت از طریق پتاسیم

دوز بالای پتاسیم جذب نیتروژن را کاهش می دهد. این واکنش بر زیست شناسی و رفتار حشرات تأثیر منفی می گذارد. افزایش دوز پتاسیم باعث کاهش مصرف و جذب مواد غذایی می شود. مقدار بیش از حد پتاسیم باعث ایجاد تغییرات کمی در تغذیه و آللوشیمیایی می شود. پتاسیم به شدت بر محیط شیمیایی گیاه تأثیر می گذارند و نقش مهمی در سرکوب جمعیت آفات ایفا می کند. تجمع زیاد پتاسیم در محصولات زراعی در شرایط رشد بهینه ممکن است به عنوان “استراتژی بیمه” در نظر گرفته شود تا گیاه بتواند تحت تنش ناگهانی محیطی زنده بماند.

تأثیر عناصرغذایی پرمصرف  ثانویه و ریز مغذی ها

علاوه بر عناصر غذایی پرمصرف اولیه ، برخی از عناصر غذایی پرمصرف ثانویه و ریز مغذی ها نیز بر جمعیت آفات تأثیر می گذارند. عناصر غذایی پرمصرف ثانویه و ریز مغذی ها مانند کلسیم ، روی و گوگرد نیز باعث کاهش جمعیت آفات می شوند. در میان عناصر معدنی ، سیلیکون در مقاومت گیاهان در برابر حشرات آفت نقش دارد. میزان سیلیس زیاد در برگ های گیاه پنبه باعث کاهش آلودگی کرم خاردار (Earias insulana) وکرم غوزه (Helicoverpa armigera)  می شود.

اولین گزارش در مورد نقش سیلیکون در افزایش مقاومت گیاه به آفات در گیاه برنج در برابر آفت کرم ساقه خوار بود. افزایش مصرف سیلیکات کلسیم باعث کاهش جمعیت تریپس به دلیل مرگ و میر پوره در گوجه فرنگی می شود.  نقش سیلیکون در مقاومت گیاهان در برابر آفات از طریق دو مکانیسم اصلی دفاعی شامل دفاع فیزیکی و دفاع بیوشیمیایی القا شده می باشد.

این ماده به عنوان فیتولیت های اوپالین باعث افزایش سرسختی و زبری بافت می شود. همچنین بازدارنده تغذیه ای را ایجاد می کند که باعث کاهش خوش خوراکی می شود و به راحتی با سایر شیوه های مدیریت آفات قابل ادغام است.  این یک روش پیشگیری در برابر طیف گسترده ای از آفات است. تأثیر سیلیکون بالا بر کرم ساقه خوار نیشکر گزارش شده است.

تاثیر سیلیکون بر راسته بال پولکداران

واکنش	صفت اندازه گیری شده	میزبان	گونه آفت
کاهش	خسارت لارو	نیشکر	Chilo infuscatellus
کاهش	خسارت لارو	نیشکر	Eldana saccharina
کاهش	خسارت لارو	نیشکر	Diatraea saccharalis
کاهش	خسارت لارو	برنج	Chilo simplex

مدیریت از طریق  عناصر غذایی پرمصرف  ثانویه و ریز مغذی ها

مکانیسم آنتی بیوز با مصرف مقادیر کافی از عناصر ضروری تولید می شود. مانند متابولیت های سمی (آلکالوئیدها ، گلوکزیدها). به عنوان مثال: روی و آهن اثر آنتی بیوز را در برنج در برابر زنجرک قهوه ای ایجاد می کند. جمعیت زنجرک قهوه ای با افزایش مصرف روی و گوگرد کاهش یافت. استفاده از سیلیکون در  محصولات زراعی به عنوان یک روش مبارزه در مدیریت کنترل آفات و بیماری ها استفاده می شود بدون آن که باعث آلودگی در مواد غذایی یا محیط زیست شود و می تواند به راحتی با سایر شیوه های مدیریت آفات ادغام شود. بر اساس تحقیقات انجام شده افزایش تعداد مصرف کود سیلسکات کلسیم سبب کاهش جمعیت پوره تریپس در گوجه فرنگی شد. سیلیکون باعث کاهش جمعیت کرم ساقه خوار می شود. مرگ و میر کرم ساقه خوار برنج با مصرف بیشتر ژل سیلیس و تجمع بیشتر سیلیکون در ساقه برنج افزایش می یابد.     

مدیریت از طریق تغذیه

 اثرات غیرمستقیم شیوه های تغذیه که از طریق تغییر در ترکیب مواد غذایی محصول عمل می کنند، بر مقاومت گیاه در برابر بسیاری از آفات تأثیر می گذارد. استفاده بیش از حد و یا نامناسب از کودهای معدنی می تواند باعث عدم تعادل مواد غذایی و کاهش مقاومت در برابر آفات شود. 

تغذیه مناسب برای ایجاد سطح مشخصی از مقاومت گیاهان در برابر آفات ضروری است.  سدهای دفاعی اولیه گیاهان در برابرآفات مانند سدهای فیزیکی و بیوشیمیایی می تواند باتغذیه متعادل گیاه افزایش یابد. نتیجه گیری می شود هنگامی که اصلاحات خاک مانند مصرف کود مرغی و کودهای معدنی برای بازگرداندن یا افزایش باروری خاک اعمال می شود، اقدامات کنترل آفات مانند استفاده از حشره کش های شیمیایی و سایر گزینه های مدیریت آفات برای کاهش خسارت حشرات در محصولات در نظر گرفته شود. افزایش سطح مواد غذایی موجود، چرخه جهانی مواد غذایی را به میزان قابل توجهی با تغییرات متعاقب آن در سیستم های زمینی و آبی تغییر داده است. استفاده از کودهای معدنی، ورمی کمپوست و کودهای زیستی باعث کاهش بروز مگس سفید در گوجه فرنگی می شود.  

نتیجه گیری

برخلاف تغذیه انسان که تأثیر آن بر «سلامتی» اهمیت قابل توجهی پیدا کرده است، اجرای تغذیه «سالم» برای بهبود مقاومت و تحمل گیاهان از پتانسیل آن عقب‌تر است. در کشاورزی مدرن، بحرانی ترین مشکل برای افزایش عملکرد و توسعه کشاورزی پایدار، تامین کود کافی و حفاظت موفق محصول در برابر آفات است.  حشرات گیاهخوار به تناوب در تغذیه گیاه میزبان حساس هستند. عناصر غذایی، پتانسیل تغییر برهمکنش گیاه – حشره از طریق تغییر در رشد و دفاع گیاه را دارد. مدیریت بهینه کودهای شیمیایی برای دستیابی به کشاورزی پایدار ضروری است. اگر بخواهیم در آینده از تولید محصول تلفیقی به طور گسترده استفاده شود، درک بیشتری از روابط بین ویژگی‌های خاک، شیوه‌های کوددهی، عناصر غذایی گیاه و توانایی آفات برای کاهش عملکرد یا کیفیت محصول مورد نیاز است. نیاز به غذاهای سالم تر، توسعه تکنیک هایی را برای افزایش مقاومت گیاه در برابر حشرات گیاهخوار می طلبد.

منبع

Translation of  : Bala, K., Sood, A. K., Pathania, V. S., & Thakur, S. (2018). Effect of plant nutrition in insect pest management: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 7(4): 2737- 2742.