14.3 حماية النباتات من مسببات الأمراض في علم الأحياء المائية

في الوقت الراهن الممارسين أكوابونك تشغيل نظام مقترن هم عاجزون نسبيا ضد الأمراض النباتية عندما تحدث، وخاصة في حالة مسببات الأمراض الجذرية. لم يتم تطوير أي مبيد آفات أو مبيد بيولوجي خصيصا للاستخدام المائي (راكوسي 2007؛ راكوسي 2012؛ سومرفيل وآخرون 2014؛ بيتسانسكي وآخرون 2015؛ سيراكوف وآخرون 2016). وباختصار، لا تزال الطرق العلاجية تفتقر. فقط سومرفيل وآخرون. (2014) سرد المركبات غير العضوية التي يمكن استخدامها ضد الفطريات في أكوابونيكش. وعلى أي حال، فإن التشخيص المناسب للممرض (العوامل) المسببة للمرض إلزامي من أجل تحديد الهدف (الأهداف) للتدابير العلاجية. ويتطلب هذا التشخيص خبرة جيدة من حيث القدرة على المراقبة، وفهم دورة مسببات الأمراض النباتية وتحليل الوضع. ومع ذلك، في حالة الأعراض العامة (غير المحددة) واعتمادا على درجة الدقة المطلوبة، غالبا ما يكون من الضروري استخدام التقنيات المختبرية للتحقق من صحة الفرضية فيما يتعلق بالعامل السببي (Lepoivre 2003). استعرض Postma وآخرون (2008) الأساليب المختلفة للكشف عن مسببات الأمراض النباتية في الزراعة المائية، وتم تحديد أربع مجموعات هي:

1 - المراقبة المجهرية والميكروسكوبية المباشرة للممرض

2 - عزل الممرض

3 - استخدام الطرق المصلية

4 - استخدام الطرق الجزيئية

14-3-1 طرق الحماية غير البيولوجية

الممارسات الزراعية الجيدة لمكافحة مسببات الأمراض النباتية هي الإجراءات المختلفة الرامية إلى الحد من أمراض المحاصيل بالنسبة لكل من الغلة ونوعية المنتجات (FAO 2008). GAP التي يمكن نقلها إلى الأحياء المائية هي أساسا ممارسات فيزيائية أو زراعية غير علاجية يمكن تقسيمها في تدابير وقائية ومعالجة المياه.

** تدابير وقائية**

ولل تدابير الوقائية غرضان متميزان. الأول هو تجنب دخول لقاح الممرض إلى النظام والثاني هو الحد من (1) عدوى النبات، (2) تطور و (3) انتشار الممرض خلال فترة النمو. والتدابير الوقائية الرامية إلى تجنب دخول التلقيح الأولي إلى الدفيئة هي، على سبيل المثال، فترة إفراح، وغرفة محددة للمرافق الصحية، ومرافق الصرف الصحي للغرف (مثل إزالة حطام النبات والتطهير السطحي)، وملابس محددة، وبذور معتمدة، وغرفة محددة لإنبات النباتات، الحواجز (ضد ناقلات الحشرات) (ستانغيليني وراسموسين 1994؛ جارفيس 1992؛ ألباجيس وآخرون 2002؛ سومرفيل وآخرون 2014؛ بارفاثا ريدي 2016). ومن أهم الممارسات المستخدمة في النوع الثاني من التدابير الوقائية، استخدام أصناف النباتات المقاومة، وأدوات التطهير، وتجنب الضغوط اللاأحيائية النباتية، والمباعدة الجيدة للنباتات، وتجنب تطور الطحالب، وإدارة الظروف البيئية. ويعني التدبير الأخير، أي إدارة الظروف البيئية، السيطرة على جميع بارامترات الاحتباس الحراري من أجل تجنب الأمراض أو الحد منها بالتدخل في دورتها البيولوجية (المرجع نفسه). عموما، في هياكل الاحتباس الحراري واسعة النطاق، وتستخدم برامج الكمبيوتر والخوارزميات لحساب المعلمات المثلى التي تسمح لكل من الإنتاج النباتي ومكافحة الأمراض. المعلمات المقاسة، من بين أمور أخرى، هي درجة الحرارة (الهواء ومحلول المغذيات)، والرطوبة، وعجز ضغط البخار، وسرعة الرياح، واحتمال الندى، وبلل الأوراق والتهوية (المرجع نفسه). يعمل الممارس على هذه المعلمات عن طريق التلاعب في التدفئة، والتهوية، والتظليل، وتكملة الأضواء، والتبريد والضباب (المرجع نفسه).

معالجة المياه

و يمكن استخدام المعالجة المادية لل مياه لل سيطرة على مسببات الأمراض المحتملة لل مياه. الترشيح (حجم المسام أقل من 10 ميكرومتر)، والحرارة والعلاج بالأشعة فوق البنفسجية هي من بين أكثر العوامل فعالية في القضاء على مسببات الأمراض دون آثار ضارة على صحة الأسماك والنباتات (Ehret et al. 2001؛ Hong and Moorman 2005؛ Postma et al. 2008؛ Van OS 2009؛ Timmons and Ebeling 2010). وتسمح هذه التقنيات بمكافحة تفشي الأمراض عن طريق خفض اللقاح وكمية مسببات الأمراض ومراحل انتشارها في نظام الري (المرجع نفسه). التطهير البدني يقلل من مسببات الأمراض المياه إلى مستوى معين اعتمادا على عدوانية العلاج. وبشكل عام، فإن الهدف من التطهير الحراري والأشعة فوق البنفسجية هو خفض عدد الكائنات الدقيقة الأولية بنسبة 90-99.9% (المرجع نفسه). تقنية الترشيح الأكثر استخداماً هي الترشيح البطيء بسبب موثوقيتها وتكلفتها المنخفضة. ركائز الترشيح المستخدمة عموما هي الرمل، الصوف الصخري أو البوزولانا (المرجع نفسه). تعتمد كفاءة الترشيح بشكل أساسي على حجم المسام وتدفقها. لكي تكون فعالة كعلاج للتطهير، يجب تحقيق الترشيح بحجم مسام أقل من 10 ميكرومتر ومعدل تدفق 100 لتر/msup2/sup/h، حتى لو أظهرت المعلمات الأقل إلزاماً أداءً مرضياً (المرجع نفسه). الترشيح البطيء لا يقضي على جميع مسببات الأمراض؛ ويبقى أكثر من 90٪ من مجموع البكتيريا الهوائية في النفايات السائلة (المرجع نفسه). ومع ذلك، فإنه يسمح لقمع الحطام النباتي والطحالب والجسيمات الصغيرة وبعض الأمراض المنقولة بالتربة مثل Pythium و Phytophthora (الكفاءة تعتمد على الجنس). المرشحات البطيئة لا تعمل فقط عن طريق العمل البدني ولكن أيضا تظهر النشاط القمعي الميكروبي، وذلك بفضل الكائنات الحية الدقيقة المعادية، كما نوقش في القسم 14.2.3 (هونغ ومورمان 2005؛ بوستما وآخرون 2008؛ فان أوس 2009؛ فالانس وآخرون 2010). المعالجة الحرارية فعالة جدا ضد مسببات الأمراض النباتية. ومع ذلك فإنه يتطلب درجات حرارة تصل إلى 95 درجة مئوية خلال 10 ثوان على الأقل لقمع جميع أنواع مسببات الأمراض، وشملت الفيروسات. هذه الممارسة تستهلك الكثير من الطاقة وتفرض تبريد المياه (مبادل حراري وخزان انتقالي) قبل إعادة ضخ المياه المعالجة مرة أخرى في حلقة الري. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه لديه عيب في قتل جميع الكائنات الحية الدقيقة بما في ذلك تلك المفيدة (هونغ ومورمان 2005؛ بوستما وآخرون 2008؛ فان أوس 2009). الأسلوب الأخير وربما الأكثر تطبيقا هو تطهير الأشعة فوق البنفسجية. 20.8٪ من الممارسين مركز Aquaponics استخدامه (Villarroel et al. 2016). الأشعة فوق البنفسجية لديها طول موجي من 200 إلى 280 نانومتر. له تأثير ضار على الكائنات الحية الدقيقة عن طريق الأضرار المباشرة للحمض النووي. وتتراوح جرعة الطاقة بين 100 و250 مليجول/CMSU2/سوب لتكون فعالة (Postma et al. 2008؛ Van OS 2009).

وتزيل العلاجات المادية للمياه معظم مسببات الأمراض من المياه الواردة ولكنها لا تستطيع القضاء على المرض عندما يكون موجوداً بالفعل في النظام. معالجة المياه المادية لا تغطي جميع المياه (وخاصة منطقة المياه الدائمة بالقرب من الجذور)، ولا الأنسجة النباتية المصابة. على سبيل المثال، غالباً ما تفشل معالجات الأشعة فوق البنفسجية في قمع تعفن الجذور Pythium (Sutton et al. 2006). ومع ذلك، إذا كانت معالجة المياه المادية تسمح للحد من مسببات الأمراض النباتية، نظريا، لديهم أيضا تأثير على الكائنات الحية الدقيقة غير المسببة للأمراض التي يحتمل أن تعمل على قمع المرض. وفي الواقع، فإن المعالجة الحرارية والأشعة فوق البنفسجية تخلق فراغا ميكروبيولوجيا، في حين أن الترشيح البطيء ينتج عنه تحولا في تكوين ميكروبيوتا السائلة مما يؤدي إلى قدرة أعلى على قمع الأمراض (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010). على الرغم من حقيقة أن الأشعة فوق البنفسجية والمعالجة الحرارية في الزراعة المائية القضاء على أكثر من 90٪ من الكائنات الحية الدقيقة في المياه إعادة تدوير، لم يلاحظ أي انخفاض في قمع المرض. وربما كان ذلك نتيجة لانخفاض كمية المياه المعالجة وإعادة تلويث المياه بعد ملامسة نظام الري والجذور والوسائط النباتية (المرجع نفسه).

معالجة المياه Aquaponic عن طريق المواد الكيميائية محدودة في التطبيق المستمر. و استخدام الأوزون هو أسلوب يستخدم في الاستزراع المائي المعاد تدويره وفي الزراعة المائية. ولمعالجة الأوزون ميزة القضاء على جميع مسببات الأمراض، بما في ذلك الفيروسات في ظروف معينة، والتحلل السريع إلى الأكسجين (هونغ ومورمان 2005؛ فان أوس 2009؛ تيمونس وإيبلينغ 2010؛ غونسالفيس وغاغنون 2011). ومع ذلك لديها العديد من العيوب. ويمكن أن يؤدي إدخال الأوزون في المياه الخام إلى إنتاج مؤكسدات للمنتجات الثانوية وكمية كبيرة من المواد المؤكسدة المتبقية (مثل المركب المبروم والأيونات الهالوكسي السامة للأسماك) التي تحتاج إلى إزالتها، عن طريق الأشعة فوق البنفسجية، على سبيل المثال، قبل العودة إلى جزء الأسماك (استعرضتها غونسالفيس وغاغنون 2011). وعلاوة على ذلك، فإن معالجة الأوزون مكلفة، وهي مهيجة للأغشية المخاطية في حالة التعرض البشري، وتحتاج إلى فترات اتصال تتراوح من 1 إلى 30 دقيقة في نطاق تركيز يتراوح بين 0.1 و 2.0 ملغم/لتر، ويحتاج إلى مستنقع زمني للتقليل تمامًا من OSub3/sub إلى OSub2/sub ويمكن أن تؤكسد العناصر الموجودة في محلول المغذيات ، مثل مخلب الحديد، وبالتالي يجعلها غير متاحة للنباتات (هونغ ومورمان 2005؛ فان أوس 2009؛ تيمونس وإيبلينغ 2010؛ غونسالفيس وغاغنون 2011).

14-3-2 الطرق البيولوجية للحماية

وفي مجال الزراعة المائية، تستعرض العديد من الورقات العلمية استخدام الكائنات الحية الدقيقة المعادية (أي القادرة على منع الكائنات الحية الأخرى) للسيطرة على مسببات الأمراض النباتية، ولكن حتى الآن لم تجر أي بحوث لاستخدامها في علم الأحياء المائية. طريقة عمل هذه الكائنات الحية الدقيقة المعادية هو وفقا لكامبل (1989))، السياط (2001) وناراياناسامي (2013) مجمعة في:

1 - المنافسة على المغذيات والمنافذ

2 - الطفيلية

3 - المضادات الحيوية

4 - تحريض مقاومة الأمراض في النباتات

وقد ركزت التجارب التي أدخلت الكائنات الحية الدقيقة في النظم المائية على زيادة النتريفينغ بإضافة بكتيريا النتريفينغ (Zou et al. 2016) أو استخدام المروجين لنمو النباتات (PGPR) مثل Azosperillum Brasilense و Bacillus spp. لزيادة أداء النبات (Mangmang et al. 2014؛ مانغمانغ وآخرون. 2015أ؛ مانغمانغ وآخرون. 2015ب؛ مانغمانغ وآخرون. 2015c؛ دا سيلفا سيروزي وفيتزسيمونز 2016؛ بارتيلم وآخرون. 2018). وهناك الآن حاجة ملحة إلى العمل بشأن عوامل المكافحة البيولوجية (BCA) ضد مسببات الأمراض النباتية في علم الأحياء المائية فيما يتعلق بالاستخدام المحدود للعلاجات العلاجية الاصطناعية، والقيمة العالية للثقافة، وزيادة النظم المائية في العالم. وفي هذا السياق، يُعرَّف BCA بأنه الفيروسات والبكتيريا والفطريات التي لها آثار معادية على مسببات الأمراض النباتية (كامبل 1989؛ ناراياناسامي 2013).

عموما، يعتبر إدخال BCA أسهل في النظم الخالية من التربة. في الواقع، بيئة الجذر المائية هي أكثر سهولة مما كانت عليه في التربة والميكروبيوتا من الركيزة هي أيضا غير متوازنة بسبب الفراغ البيولوجي. وعلاوة على ذلك، يمكن التلاعب بالظروف البيئية للاحتباس الحراري من أجل تحقيق احتياجات النمو في مكافئات BCA. ومن الناحية النظرية، تتيح جميع هذه الخصائص إدخال وتأسيس وتفاعل أفضل لمادة BCA مع النباتات في الزراعة المائية منه في التربة (Paulitz and Bélanger 2001؛ Postma et al. 2009؛ Vallance et al. 2010). ومع ذلك، من الناحية العملية، يمكن أن تكون فعالية التلقيح المضاد للكلور البروم (BCA) في مكافحة مسببات الأمراض الجذرية شديدة التباين في النظم الخالية من التربة (Postma et al. 2008؛ Vallance et al. 2010؛ Montagne et al. 2017). وأحد التفسيرات لذلك هو أن اختيار BCA يستند إلى اختبارات مختبرية لا تمثل ظروفا حقيقية، وبالتالي ضعف تكيف هذه الكائنات الحية الدقيقة مع البيئة المائية المستخدمة في الزراعة المائية أو المائية (Postma et al. 2008؛ Vallance et al. 2010). ولمكافحة مسببات الأمراض النباتية، وخاصة تلك المسؤولة عن تعفن الجذور، يلزم اختيار وتحديد الكائنات الحية الدقيقة المشاركة في النظم المائية التي تظهر نشاطاً قمعياً ضد مسببات الأمراض النباتية. في الثقافة بدون تربة، يمكن اختيار العديد من الكائنات الحية الدقيقة المعادية بسبب الدورة البيولوجية التي تشبه مسببات الأمراض الجذرية أو قدرتها على النمو في الظروف المائية. وهذا هو الحال بالنسبة للأنواع والبكتيريا غير المسببة للأمراض - Pythium_ و_Fusarium_، حيث أن Pseudomonas و Bacillus و Lisobacter هي الأجناس الأكثر تمثيلاً في الأدب (Paulitz and Bélanger 2001؛ خان وآخرون 2003؛ Chatterton et al. 2004؛ Sutton et al. 2006؛ Liu et al. آل. 2007؛ بوستما وآخرون 2008؛ بوستما وآخرون 2009؛ فالانس وآخرون 2010؛ سوفر وساتون 2011؛ هولتبرغ وآخرون 2011؛ لي ولي 2015؛ مارتن وبر 1999؛ موروزي وآخرون 2017؛ تونغكامنغام وجيناكسورن 2017). كما تمت دراسة الإضافة المباشرة لبعض المستقلبات الجرثومية مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوي (Stanghellini and Miller 1997؛ Nielsen et al. 2006؛ Nielsen et al. 2006). على الرغم من أن بعض الكائنات الحية الدقيقة فعالة في السيطرة على مسببات الأمراض الجذرية، إلا أن هناك مشاكل أخرى تحتاج إلى التغلب عليها من أجل إنتاج مبيد بيولوجي. وتتمثل التحديات الرئيسية في تحديد وسائل التلقيح، وكثافة التلقيح، وصياغة المنتج (Montagne et al. 2017)، وطريقة إنتاج كمية كافية بتكلفة منخفضة وتخزين المنتج المصاغ. الدراسات السمية الإيكولوجية على الأسماك والكائنات الحية الدقيقة المفيدة في النظام هي أيضا نقطة مهمة. وثمة احتمال آخر يمكن استغلاله هو استخدام مجموعة من العوامل المعادية، كما لوحظ في تقنيات التربة القمعية (Spadaro and Gullino 2005؛ Vallance et al. 2010). وفي الواقع، يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تعمل في تآزر أو مع أساليب عمل تكميلية (المرجع نفسه). ويمكن أن تؤدي إضافة التعديلات أيضا إلى تعزيز إمكانات BCA من خلال العمل كبريبايوتكس (انظر [القسم 14.4](/المجتمع/المقالات/14-4-دور المادة العضوية في التحكم الأحيائي - النشاط في النظم المائية)).