A magas hőmérsékletek hatása a kultúrnövények betegségeinek és kártevőinek fejlődésére

Összefoglaló

Az elmúlt évtizedben tartós tendencia figyelhető meg az átlagos éves hőmérsékletek globális szintű emelkedésére. Ennek jelentős hatása van a mezőgazdasági termelésre, beleértve a termesztett növények élettanát, az agronómiai gyakorlatokat és a termésstabilitást. A magasabb hőmérsékletek jelentősen befolyásolják számos gazdaságilag fontos betegség és kártevő fejlődési dinamikáját, elterjedését és biológiáját, új kihívásokat teremtve a növényvédelem és az agro-ökológiai rendszerek fenntartható kezelése számára.

Számos tanulmány igazolja, hogy a magas hőmérsékletek egyidejűleg hatnak a kórokozókra, a kártevőkre és a növényi rezisztenciára, ami a hagyományos fejlődési ciklusok eltolódásához, a fertőzési nyomás növekedéséhez és a patogén mikroorganizmusok alkalmazkodásához vezet. A hőmérsékleti stressz széles spektrumú hatással van a növények élettanára és biokémiájára. A termesztett növényekben a magas hőmérséklet következtében fellépő élettani károsodások leggyakrabban a levelek és szárak perzselődésében, a korai levélhullásban, a fiatal hajtások növekedésének gátlásában, valamint a termések deformálódásában vagy elhullásában nyilvánulnak meg. Ezek a változások a fotoszintetikus aktivitás jelentős csökkenéséhez, a vízháztartás zavarához és végső soron a terméshozam csökkenéséhez és a termékminőség romlásához vezetnek. Egyes fajoknál felgyorsult szövetöregedést, a beporzás zavarát, valamint fokozott érzékenységet a kórokozókkal és abiotikus stressztényezőkkel szemben is megfigyeltek.

Magas hőmérséklet okozta károsodás málnában

A hőmérsékleti stressz hatására a gyümölcstermő növények jelentős biokémiai változásokon mennek keresztül, amelyek mind az elsődleges anyagcserét, mind a védővegyületek szintézisét érintik. A leggyakoribb reakciók közé tartozik a reaktív oxigénfajták fokozott felhalmozódása, amely oxidatív stresszt indukál a sejtekben (Mittler, 2002). Ez enzimes antioxidáns rendszereket aktivál, amelyek a méregtelenítés és a membránintegritás stabilizálása felé irányulnak (Hasanuzzaman et al., 2013). Ezen kívül megfigyelhető az ozmoprotektív anyagok, mint a prolin, cukrok és glicerol fokozott szintézise, amelyek a vízmegtartást segítik és megvédik a fehérjéket a denaturációtól (Wahid et al., 2007). A hőmérsékleti stressz gátolja a fotoszintézissel kapcsolatos kulcsfontosságú enzimek aktivitását, megzavarja a makrotápanyagok (mint a Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺) anyagcseréjét és csökkenti a klorofill szintézist, ami fotodegradációhoz vezet (Camejo et al., 2005).

Magas hőmérséklet okozta károsodás szilvában és mogyoróban

Hosszú ideig tartó stressz hatására fenolos vegyületek, flavonoidok és fitoaalexinek felhalmozódása figyelhető meg, amelyek védelmi funkcióval rendelkeznek, beleértve az antimikrobiális aktivitást, de gyakran a növekedés és a terméshozam rovására (Krasensky & Jonak, 2012). A biokémiai válasz intenzitása faj- és fajtaspecifikus, és függ a növény korától és a korábbi termesztési feltételektől.

A gabonanövényekben megállapították, hogy a magas hőmérsékletek a nitrát-reduktáz enzim aktivitásának csökkenéséhez vezetnek, amely a nitrogén-anyagcserét szabályozza. Ez erősen befolyásolja mind a szemek összetételét, mind a tömegüket (Paulsen, 1994).

A növényeken kívül a magas hőmérsékletek a betegségek és kártevők fejlődését is befolyásolják.

A hőmérséklet az egyik fő tényező, amely erősen befolyásolja a rovarok elterjedését és fejlődését (Stange és Ayres, 2010). A rovarok poikiloterm organizmusok, azaz nincs saját állandó testhőmérsékletük. Környezetük hőmérsékletét veszik fel és ettől függenek. Minden anyagcserés folyamat bizonyos hőmérsékleti határok között zajlik. A hőmérséklet emelkedésével a legtöbb rovarfaj több táplálékot kezd el fogyasztani, felgyorsul a fejlődésük és aktívabbá válnak, ami viszont hatással van életciklusukra, populációméretükre és földrajzi elterjedésükre (Porter et al., 1991). Egyes fajok nem tudnak alkalmazkodni a magasabb hőmérsékletekhez, ami lassabb fejlődéshez és populációjuk csökkenéséhez vezet. Másrészt számos olyan rovarfaj létezik, amelyek számára a magasabb hőmérsékletek hozzájárulnak a gyorsabb szaporodáshoz, a generációk számának növekedéséhez és a populáció sűrűségének emelkedéséhez (Bale et al., 2002; Skendžić et al., 2021). Például magasabb hőmérsékleten és magasabb levegő páratartalom mellett a dohányfehérszárnyú (Bemisia tabaci) populációi jelentősen megnőnek (Pathania et al., 2020). A zöldségfélékben Reddy (2013) felgyorsult fejlődést figyelt meg a káposztalégy (Delia brassicae W.), a hagymalégy (Delia antiqua M.), a kolorádóbogár (Leptinotarsa decemlineata S.) és a kukoricamoly (Ostrinia nubilalis H.) populációiban.

Gyümölcsfajokban a generációk számának növekedése figyelhető meg az almamolyban (Cydia pomonella L.) és a gyümölcsfapóknál (Panonychus ulmi Koch) (Porter et al., 1991). A rovarfejlődés számára legkedvezőbb hőmérsékletek 10° és 30°C között vannak. Az egyes fejlődési stádiumokhoz különböző optimális hőmérsékletek tartoznak, amelyek mellett az élettani folyamatok a legintenzívebben zajlanak. Ezeken az optimális hőmérsékleteken élnek a legtovább a rovarok és mutatják a maximális szaporodóképességet. Minden faj számára létezik egy úgynevezett alsó és felső fejlődési hőmérsékleti küszöb, vagyis az a legalacsonyabb és legmagasabb hőmérséklet, amely alatt és felett a rovarfejlődés lelassul vagy megáll. Amikor a hőmérséklet meghaladja a felső fejlődési küszöböt vagy a 40°C-ot, sok rovarnál letális hatás figyelhető meg. Ilyen magas hőmérsékleteken a rovar testében lévő enzimek és vérsejtek pusztulnak el, ami a halálukhoz vezet. Például az almamoly (Cydia pomonella L.) lárvái 48°C-os hőmérsékleten elpusztulnak (Tang et al., 2000). A gyapjaslepke (Lymantria dispar L.) petéi 55°C feletti hőmérsékleten nem kelnek ki (Hosking, 2001).

A hőmérséklet jelentős hatással van a termesztett növények betegségeinek fejlődésére, virulenciájára és epidemiológiájára. A bakteriális betegségek számára a fertőzés és terjedés legkedvezőbb feltételei a magas levegő páratartalom és 20-30 °C közötti hőmérsékletek kombinációja (Pokhrel, 2021). Az optimális tartományon kívüli hőmérsékletek – mind az alacsonyabbak, mind a magasabbak – jelentősen lelassíthatják vagy teljesen megakadályozhatják a betegség kialakulását a kórokozók szaporodásának és mozgékonyságának gátlásával (Cohen & Leach, 2020). A gombás kórokozók is hőmérsékletfüggőek. A szőlőben a lisztharmat (Erysiphe necator) a legintenzívebben 21 °C és 30 °C közötti hőmérsékleten fejlődik, míg a 34 °C feletti hőmérsékletek a konídiumok elhalását okozzák (Delp, 1954).

Az emelkedő hőmérsékletek kulcsszerepet játszanak a gyümölcstermő növények gombás kórokozóinak sporulációjának és fertőzésfejlődésének szabályozásában. Tanulmányok azt mutatják, hogy a Monilinia nemzetséghez tartozó fitopatogéneknél, amelyek a gyümölcsök barnarothadásáért felelősek, a konídium sporuláció és fertőzés optimális hőmérséklete 20–25 °C között van. A 10 °C alatti vagy 25 °C feletti hőmérsékletek gátolják a normális spóraképződést és lelassítják a gombás kórokozó kolonizációját (Xu et al., 2001). A Monilinia fructicola fitopatogénnel végzett tanulmány azt jelzi, hogy a hőmérséklet körülbelül 25 °C-ig történő emelkedésével az aszkospórák kibocsátásához és csírázásához szükséges idő lerövidül, míg a 30 °C-ot meghaladó hőmérsékleteken a sporuláció korlátozott.

Tanulmányok azt mutatják, hogy a Xanthomonas arboricola pv. pruni és a Pseudomonas syringae (a csonthéjas gyümölcsfélék bakteriális rákosodásának okozói) bakteriális kórokozók optimálisan 25–30 °C hőmérsékleten fejlődnek magas páratartalom mellett, és 15-35 °C tartományban képesek fertőzni a növényeket (Rojas et al., 2017; Peetz et al., 2009; West et al., 2024). Előrejelző modellek azt mutatják, hogy a baktériumok in vitro növekedési sebessége a legmagasabb értékét körülbelül 30 °C-nál éri el, míg ≥35 °C-on jelentősen csökken (Rojas et al., 2017).

Az átlagos éves hőmérséklet emelkedésével szükségessé válik bizonyos mezőgazdasági gyakorlatok megváltoztatása. A kártevők okozta károk és veszteségek csökkentése érdekében korábbi és gyakoribb rovarirtószerek alkalmazása szükséges.

Sok nemesít