Biologisk bekämpning av skadegörare är framtidens växtskydd

Modernt jordbruk är grundförutsättningen för den globala livsmedelsförsörjningen och i hög grad utformat för att ge maximal produktion. Som en effekt av det bedrivs jordbruket i princip alltid som monokultur, det vill säga samma gröda odlad på stora arealer. Detta gör dock odlingarna mycket sårbara, eftersom en enda specialiserad sjukdomsalstrande mikroorganism kan slå ut hela fält. Sjukdomsbekämpning är därför en absolut nödvändighet för hela världens livsmedelsförsörjning. Motståndskraftiga grödor och varierad växtföljd har stor betydelse för att förebygga sjukdomsutbrott, men den absolut dominerande metoden det sistlidna seklet har varit kemiska pesticider. Nu är emellertid andra alternativ på stark frammarsch.

Biologisk bekämpning av skador och sjukdomar brukar definieras som att med hjälp av levande organismer (antagonister), nästan uteslutande svampar eller bakterier, skydda eller stärka andra organismer, vanligtvis jordbruksgrödor, mot olika former av skadegörare. Metoden har diskuterats sedan 70-talet, och det saknas inte exempel på situationer där det varit, och är, ett givande förfarande. Det breda genomslaget har dock låtit vänta på sig. Den huvudsakliga anledningen till det har varit att den kemiska bekämpningsmetoden varit ekonomiskt överlägsen. Sådana preparat har varit billigare att utveckla och inhandla, enklare att applicera, verksamma mot fler organismer, och dessutom gett större skördar i slutändan, varför biologiska bekämpningsmetoder i många år framstått som en lovande, men något utopisk, sidogren.

Problem med kemiska metoder

För närvarande finns dock starka indikationer på att biologiska kontrollmetoder kommer att få en betydligt större roll i framtiden. Detta behandlas i en ny litteraturstudie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid SLU, skriven av bland andra professor Dan Funck Jensen.

"Det finns flera orsaker till den här utvecklingen", säger Dan. "Den globala försörjningsfrågan är en faktor. Visserligen har kemiska pesticider givit stora skördar, men redan med dagens användning finns en påtaglig oro över vilka effekter dessa kemikalier medför för miljön, eller för människor om de hamnar i dricksvattnet eller finns kvar i restmängder på den färdiga grödan. Det gör att man nu vill reducera användningen. Till följd av ny EU-lagstiftning är flera typer av pesticider redan förbjudna. Ambitionen är att istället i högre grad arbeta med andra metoder, som biologisk bekämpning eller innovativa jordbrukstekniker för förebyggande av sjukdomar.

Det finns också andra risker med ett stort användande av pesticider. Flera kemiska bekämpningsmedel slår brett och angriper många olika organismer, vilka dels kan ha direkt gynnsamma effekter som bör bevaras, och dels vara en viktig del i någon okänd ekologisk balansakt, vilken skulle kunna förskjutas till förmån för någon hittills mindre allvarlig patogen. Samtidigt finns den mycket påtagliga faran för att gynna individer som är resistenta mot bekämpningen, vilket tvingar fram allt högre doser av pesticider och kan i slutändan leda till att hela grupper av bekämpningsmedel tappar sin effektivitet. Detta har redan visat sig vara ett stort problem vid bekämpningen av några av lantbrukets allvarligaste sjukdomar, där man använder mer specifikt verkande pesticider. Resistens och tolerans kan även gynnas hos andra mikroorganismer i den miljö där bekämpningsmedlet används. Dessa kanske inte utgör en risk idag, men om de börjar gynnas av bekämpningen, förskjuts den ekologiska balansen med oförutsägbara följder. Dessutom har kemikalisk bekämpning andra problem, som att den inte kan användas när som helst under växtsäsongen, särskilt inte strax innan skörd och på den skördade produkten, eller när odlaren önskar klassificera sin odling som ekologisk.

"Dessa orosmoln har lett till allt striktare regler kring kemisk bekämpning i hela EU-området", säger Dan Funck Jensen. "Samtidigt förtydligas lagstiftningen för nya biologiska bekämpningsmedel, vilket fått ledande pesticidtillverkare att börja satsa på denna utveckling."

Integrerat växtskydd

Denna strävan efter en mer dynamisk sjukdomsbekämpning brukar kallas IPM, "integrated pest management". Det är värt att påpeka att IPM inte innebär till varje pris kemikaliefri bekämpning. Ibland är kanske en kombination av kemiska och biologiska preparat en bra lösning, bland annat för att minska risken med resistenta skadegörare, eller för att förhindra att andra mikroorganismer i grödan konkurrerar med bekämpningsorganismen. Faktum är att denna kombination verkar så fruktsam att forskningen aktivt söker biologiska bekämpningsorganismer med pesticidtolerans  så att de kan kombineras med reducerade doser av kemiska bekämpningsmedel; det finns exempel på i övrigt lovande antagonister som tvingats överges på utvecklingsstadiet eftersom de inte haft denna motståndskraft. IPM-tankesättet innefattar förutom det nyss nämnda även att begränsa sjukdomar genom växtföljdsvariation, plöjning och annan jordbearbetning, bevarande av naturligt resistenta och toleranta växtgenotyper, prognostisering och minimerande av risken för sjukdomsspridning orsakad av människan.

Ny teknologi ger nya insikter

Samtidigt som det alltså finns ett växande yttre tryck på en större satsning på IPM med biologiska bekämpningsmetoder, finns det nu också helt andra vetenskapliga förutsättningar för att möta detta tryck. Det senaste årtiondets dramatiska utveckling inom DNA-analyser har gjort det möjligt att detaljstudera interaktionerna mellan den skyddande mikroben, patogenen och värdväxten. Exempelvis har man sett att vissa antagonister är dubbelt effektiva; den rotkoloniserande Trichoderma harzianum kan, förutom att vara en parasit på sjukdomsalstrande svamp, också inducera olika värdväxters immunförsvar och därmed göra dem bättre rustade mot angripare.

"En annan sak som dessa tekniker redan lärt oss är hur vissa organismer som visat sig lämpliga som biologiska bekämpningsmedel kan hantera den toxiska miljö som patogenerna skapar. Chlonostachys rosea, som även den parasiterar på andra svampar och är en lovande organism för biologisk bekämpning, har visat sig ha ett mycket stort antal så kallade transportörer i sitt cellmembran. Dessa finns i alla celler och pumpar ut oönskade substanser för att förhindra förgiftning. Svampens förmåga att överleva runt patogenen verkar alltså bero på dess förmåga att snabbt avgifta sig själv. Detta gör också att Chlonostachys har god resistens mot kemiska pesticider och kan användas för IPM."

Sökande efter nya antagonister

Såväl det samhälleliga intresset som de tekniska förutsättningarna för att satsa på biologisk bekämpning finns alltså, men hur går det då till när nya sådana antagonister tas fram?

"Det viktigaste steget är egentligen det första", säger Dan Funck Jensen, "det vill säga att hitta en art som kan hämma sjukdomens utveckling i fält. Det är en gammal sanning att det bästa stället att leta på är där sjukdomen tycks ha alla förutsättningar att finnas, men ändå inte finns. Då är chansen god att anledningen är någon sorts konkurrens av en annan art, som man alltså vill försöka hitta. Sedan gäller det att leta så brett som möjligt, för att inte råka välja bort den utslagsgivande arten, men framförallt att leta i miljöer där antagonismen är tänkt att verka. Arter som tidigare klassats som lovande enbart baserat på interaktionsstudier med sjukdomen på lab, har ofta visat sig vara overksamma i naturen."

Dan Funck Jensen nämner också att man med moderna molekylära metoder kan utveckla markörer för vissa gener eller egenskaper som man sedan tidigare känner till som önskvärda för en antagonist, som exempelvis transportörer för att hantera toxicitet eller kitinaser för att bryta ner svampceller. Med sådana markörer kan man tidigt avgöra vilka av kandidatorganismerna som har dessa egenskaper och eventuellt välja ut dem. Samtidigt för detta med sig en risk att välja bort andra organismer, som kanske inte har just de gener som eftersöks men väl andra, vars eventuella antagonistiska effekt ännu kan vara okänd. Sådana urvalskriterier bör alltså utformas och tillämpas med försiktighet.

Varje sjukdomssituation är unik

"Det är också fördelaktigt att inte stirra sig blind på antagonism i en strikt bemärkelse när man överväger vilka organismer som kan vara potentiella antagonister," fortsätter Dan. "Om man med antagonister enbart avser de som direkt attackerar, parasiterar eller fysiskt blockerar en tänkt angripare, missar man de som exempelvis gynnar värdväxtens tillväxt, vilket dels i sig är en ekonomisk fördel och dels ett indirekt skydd, eftersom stora växter är mindre känsliga för fysiska skador än små. Detta kan ske genom att mikroberna stimulerar produktionen av växthormon eller utvecklingen av rotsystemet. På det viset kan exempelvis mykorrhizasvampar eller andra mikrober med sådana gynnsamma egenskaper också användas i ett integrerat biologiskt växtskydd, tillsammans med mer direkt verkande antagonister. Faktum är att man ibland, som i fallet med vissa Trichoderma-arter, medvetet utgått från svampar med mätbart tillväxtgynnande egenskaper och sedan undersökt dessas antagonistiska egenskaper för att utveckla bra arter för biologisk bekämpning."

Varje antagonist-patogen-värdgröda-förhållande är unikt och kräver en särskild behandlingsregim för att vara effektiv. Dessa behandlingar varierar stort. Medlet ContansWG, som innehåller en parasit på sjukdomsalstrande Sclerotinia-svampar, blandas i jorden direkt efter skörd, långt innan den nya grödan sås. Där angriper det svampens övervintrande delar, sklerotier, som annars infekterar den nya grödan.

Ett annat exempel är ett medel mot mjöldagg, baserat på svampparasiten Ampelomyces quisqualis, som är långsamtverkande och ineffektivt vid högt sjukdomstryck. Medlet kan dock användas effektivt i kombination med kemiska preparat, för att stävja den växande resistens mot preparaten som mjöldagg utvecklar. Ytterligare ett exempel är gråmögel, som angriper jordgubbar i anslutning till fruktbildningen, då kemisk bekämpning av förståeliga skäl är förbjuden. Svampen Ulocladium atrum tjänar då som ett gångbart alternativ för att minska angreppen. Den vanligaste typen av applicering av biologiska preparat är dock på frön, som ytbehandlas både för att minska angrepp från sjukdomar och för att samtidigt stimulera fröet till att gro snabbare. Användandet av biologiska bekämpningsmetoder är alltså potentiellt mycket mångfacetterat men ställer stora krav på utvecklarens insikter i antagonistens, patogenens och värdväxtens livscykler, och för all del även på dennes fantasi.

Samverkande antagonister

Idag appliceras de flesta biologiska bekämpningsmedel av den typ som diskuterats ovan en och en, med eller utan understödjande pesticidbehandling, och med en särskild gröda och en särskild patogen i åtanke. I linje med IPM-filosofin har det länge funnits en önskan att istället kunna applicera dem i konsortier, det vill säga flera arter tillsammans, i hopp om att olika samverkande agenters additiva eller i bästa fall synergistiska effekter bättre ska skydda växten. Sådana effekter kan exempelvis vara en mikrob som angriper den sjukdomsalstrande organismen, medan en annan inducerar värdens försvar och en tredje hjälper den med ökat näringsupptag ur jorden. Försöken har dock oftast varit misslyckade, kanske för att antagonisternas kompatibilitet är ett känsligt förhållande som rubbas i de höga koncentrationer de förekommer i som kommersiell produkt. Det finns dock förhoppningar om att nya genetiska analysmetoder ska underlätta sökandet efter arter som är toleranta mot varandra även när de appliceras som konsortium. Att metoden är principiellt möjlig har redan naturen indikerat. Så kallat kompostte, det vill säga kompostjord slammat i vatten och fermenterad en tid, har upprepade gånger visat sig ha antagonistiska effekter på skadegörare i såväl jord som bladdelar. Exakt vilka mekanismer som orsakar detta är okänt, men eftersom steriliserat kompostte tappar egenskapen är det troligt att det har med kompostens mikroflora att göra.

Metoder för förädling

En enda naturlig individ bär sällan på alla de egenskaper man önskar sig hos en optimal antagonist. Exempelvis kanske de individer som framgångsrikt kan angripa en patogen med enzymer och toxiska ämnen inte överlever förvaring över tid eller tappar sin effektivitet i den specifika miljön där patogenen är verksam. Det är därför ofta önskvärt att korsa individer, eller i mån av möjlighet arter, för att få så många av de önskade egenskaperna som möjligt.

"Motsvarande förändringar kan förstås även göras genom genmodifiering", säger Dan Funck Jensen. "Detta är särskilt praktiskt vad avser mikroorganismer; det är betydligt enklare att modifiera sådana än att exempelvis utveckla sjukdomsresistenta växter. Det är inte svårt att i enskilda individer ta bort eller lägga till enskilda oönskade och önskade gener, och det finns också flera exempel där sådana modifierade organismer används i det i slutändan kommersiellt tillgängliga bekämpningsmedlet. EU har dock stränga krav på användning av GMO-mikrober, så jag ser inte detta som en reell möjlighet för oss under överskådlig tid."

Riskhantering för biologiskt växtskydd

Med biologisk bekämpning kommer fördelen att inte behöva applicera stora mängder kemikalier på begränsade ytor, vilket kan bidra till en bättre miljö och resultera i jordbruksprodukter utan pesticidrester. Men även om den allmänna synen är att detta är en miljövänlig och mer hållbar metod för att hantera växtsjukdomar ställs stora krav på potentiella bekämpningsorganismer innan de godkänns för användning inom EU. Lagstiftningen gäller biologiska bekämpningsmedel baserade på naturliga, icke-modifierade mikroorganismer. Den kräver omfattande studier på varje antagonist eftersom man vill förvissa sig om att de inte utgör risk för miljön eller har oavsiktliga effekter på andra mikroorganismer, växter, djur eller människor. Genmodifierade organismer omfattas av en annan, betydligt mer strikt lagstiftning, vilken gör det osannolikt att GMO kan användas i biologisk bekämpning inom den närmaste framtiden. 

Sammanfattningsvis kan man dra slutsatsen att biologisk bekämpning av växtsjukdomar är av växande betydelse för jordbruket. Fler och fler biologiska bekämpningsmedel kommer ut på marknaden och det vetenskapliga området får stor uppmärksamhet, både vad gäller grundforskning och mer tillämpad forskning med analyser av biologisk bekämpning i fält. Denna utveckling kommer naturligtvis också att gagna svenskt lantbruk, och här är SLU starkt representerat.