Potatiscystnematoder: förödande skadedjur

Potatis (Min solanum tuberos L.) är en viktig global mat eftersom de är rika på kolhydrater och erbjuder betydande mängder protein, vitaminer och kostfibrer. Även om potatis trivs bäst i tempererade klimat, odlas den i över 150 länder. Liksom många jordbruksgrödor möter potatis utmaningar från en rad skadedjur och patogener. Bland dessa utmärker sig potatiscystnematoder (PCN) som en av de allvarligaste skadedjuren inom potatisproduktion.

Två arter av PCN, Globodera rostochiensis (Wull.) och Globodera pallida (Sten), är betydande hot mot växter i familjen Solanaceae. Dessa nematoder har sitt ursprung i Sydamerikas Andinska region och har etablerat en global närvaro tillsammans med potatis. Den första spridningen av PCN var sannolikt en introduktion till Europa som skedde på 1850-talet genom transporter av kontaminerade fröer. Dessa sändningar föranleddes av Europas sökande efter resistent bakterieplasma efter förödelsen av den irländska potatissvälten. Det var inte förrän 1881 som PCN-skador registrerades, eftersom det tog nästan tre decennier för PCN-populationer att nå de nivåer som krävdes för att orsaka märkbar skada på grödan.

För att skapa effektiva lösningar för att bekämpa PCN är det viktigt att förstå deras livscykel. Både G. rostochiensis och G. pallida uppvisar liknande livscykler. Innan den kläcks genomgår den unga (J1) nematoden i första stadiet sin första molt inuti cystan och blir en andra stadiet infektiv juvenil (J2). Kläckning från ägget är beroende av olika miljöfaktorer, där den primära utlösaren är rotexsudat som utsöndras av värdväxter. Sådana utsöndringar signalerar till J2 att en livskraftig matkälla finns i närheten. Efter att ha hittat en värdrot, punkterar J2 den och flyttar till pericykeln. Inom denna region väljer J2 en cell för att omvandlas till ett matningsställe, känt som ett syncytium. J2 genomgår ytterligare tre molts för att gå vidare mot vuxenstadiet. Under dessa utvecklingsmolts bestäms nematodens kön baserat på tillgången på näringsämnen. Begränsade näringsämnen resulterar i manliga PCN, medan tillräckligt med näringsämnen producerar kvinnliga PCN. Den fjärde och sista molten markerar övergången till vuxenstadiet. Honor stannar kvar i roten för att fortsätta att ta upp näringsämnen och expandera i storlek tills de brister i rotens cortex. Hanar lämnar roten för att lokalisera honor och styrs av feromoner som produceras av de senare för sexuell reproduktion. Efter befruktningen förstoras honan och dör så småningom i svullet tillstånd. Nematodnagelbandet hårdnar för att bilda en skyddande cystvägg. Cystfärg ger ett enkelt sätt att skilja mellan arterna. Globodera rostochiensis cystor är guldgula, medan G. pallida cystor är vita eller krämfärgade.

Inuti cystan utvecklas hundratals J2-nematoder från J1 i ägg och väntar på att en signal kläcks. Dessa vilande ägg kan finnas kvar i jorden i 20 år eller mer utan en värdskörd. Den exceptionellt långa perioden som PCN kan överleva utan en värd utgör betydande utmaningar för odlare eftersom det kräver noggrann vård och strategisk planering för effektiv PCN-hantering. En typisk växtföljd (t.ex. mottaglig potatis följt av 3 år av olika icke-värdgrödor) är effektiv för att hantera många andra jordburna sjukdomar men är för kort för att på ett meningsfullt sätt minska PCN-populationsnivåerna.

PCN kan avsevärt minska potatisavkastningen beroende på miljöförhållandena, initial PCN-densitet och odlad sort. Avkastningsminskningen orsakas inte av skador på knölarna, utan beror snarare på att nematoderna avleder viktiga näringsämnen, vilket stör växtens tillväxt och sänker produktiviteten. När nematoder kommer in och rör sig genom rötterna orsakar de också fysisk skada, vilket gör växten mottaglig för sekundära infektioner från andra patogener. Dessutom försämrar PCN rotfunktionen genom att minska rotförlängningen och minska näringsupptaget). Detta leder till hämmad tillväxt av potatisgrödor och gulnar blad. Även om dessa symtom är indikationer på PCN, är de inte exklusiva för skadedjuret. Detta gör att de inte kan upptäckas under långa perioder. Den typiskt ojämna förekomsten av PCN-symtom i ett angripet fält tillskrivs ojämn fördelning av PCN, eftersom deras begränsade rörlighet begränsar dem till lokala fickor. Spridningen av PCN underlättas vanligtvis av kontaminerade jordbruksmaskiner, utrustning eller utsädespotatis täckt med angripen jord.

Eftersom PCN dramatiskt kan minska avkastningen och är svåra att hantera, klassificeras PCN i många jurisdiktioner (som USA) som karantänskadegörare. Denna beteckning kräver att drabbade odlare följer förbättrade fytosanitära åtgärder för att förhindra ytterligare spridning och för att underlätta en gradvis minskning och eventuell eliminering av nematodpopulationen.

Det finns en rad metoder för att hantera PCN, inklusive användning av nematicider, fällgrödor och jordbehandlingar. Eftersom denna recension är fokuserad på kontroll genom att använda resistenta sorter, kommer vi inte att diskutera de andra metoderna ytterligare, annat än att notera att de uppvisar varierande effektivitetsnivåer och att de kan användas för att minska PCN-populationer antingen ensamma eller i samband med utplaceringen av resistenta sorter.

Resistenta sorter används vanligtvis som en del av en växtföljd. New Yorks svar på upptäckten av G. rostochiensis representerar en framgångssaga om hur växelbruk kan kontrollera PCN utan behov av långvarig användning av nematicider.

Liksom fångstgrödor orsakar de resistenta sorterna i denna rotation att PCN:n kläcks men tillåter liten eller ingen reproduktion. Detta minskar G. rostochiensis inokulumnivåer med 90 % eller mer varje gång en resistent sort odlas. Icke-värdgrödan minskar inokulumnivåerna ytterligare, medan den mottagliga sorten tillåter inokulumnivåerna att öka, om än inte till nivåer högre än när rotationen började. Syftet med den mottagliga sorten har utvecklats över tiden. Till en början inkluderades det eftersom många odlare inte gillade de resistenta sorter som fanns när rotationsschemat först etablerades. Nuförtiden uppmuntras en mottaglig sort eftersom den hjälper till att bromsa utvecklingen av resistensbrytande G. rostochiensis stammar.

Förutom växtföljd använder New York andra förvaltningsmetoder för att hjälpa till med PCN-kontroll, inklusive obligatorisk tvättning av jordbruksutrustning innan den kan lämna ett angripet fält. USDA-APHIS undersöker jorden i angripna fält efter varje potatisskörd för att säkerställa att PCN-populationsnivåerna inte har ökat till en nivå där spridning är en risk. Ökande populationsnivåer kan vara en indikation på att en resistensbrytande stam har utvecklats. I slutändan New Yorks framgångsrika förvaltning av G. rostochiensis var endast möjligt genom en samverkan som involverade uppfödare, nematologer, förlängningsforskare, odlare och statliga och federala tillsynstjänstemän som agerade i samförstånd för att begränsa skadedjuret.

Referens: EPPO Lagring EPPO Global databas. https://gd.eppo.int 

Referens: Spychalla, P., & De Jong, WS (2024). Avel för potatiscystnematodresistens i Min solanum tuberos. Skördevetenskap64, 1167-1182. https://doi.org/10.1002/csc2.21244