Comportamentul viermelui vestic al rădăcinilor de porumb (Diabrotica virgifera virgifera, WCR) este una dintre cele mai bine documentate povești de adaptare la practicile agricole moderne.
Corn Belt-ul din SUA a devenit un teritoriu-laborator, în care schimbările din tehnologie, rotație și condiții au modelat evoluția dăunătorului. În paralel, aceste adaptări încep să fie observate, în forme mai moderate, și în Europa.
Viermele vestic al rădăcinilor de porumb a fost detectat în Europa la începutul anilor ’90, în Serbia, apoi s-a extins rapid în zona central-estică. Până în 2010 populațiile erau deja bine instalate în multe țări.
În România, a fost depistat pentru prima oară în 1996 la Nădlac, județul Arad, iar de atunci s-a extins treptat către est, ajungând în prezent să infesteze majoritatea zonelor cultivatoare de porumb.
Perioada de început: când rotația era suficientă
Până în anii ’90, biologia viermelui vestic era simplă și previzibilă. Larvele se dezvoltau doar pe rădăcinile de porumb, iar femelele depuneau ouă în câmpurile cu porumb, acolo unde larvele ar fi găsit gazdă în anul următor.
Fermierii aveau o soluție practică de control, rotația porumb–soia. Un an de pauză era suficient pentru a întrerupe ciclul. Monocultura intensă reprezenta riscul major, dar presiunea populațiilor era gestionabilă.
Prima schimbare majoră: adaptarea la rotația porumb-soia
Introducerea rotației rigide porumb–soia pe milioane de hectare a creat o presiune selectivă fără precedent.
În mai puțin de un deceniu, în state precum Illinois, Indiana și Iowa au fost raportate comportamente noi ale dăunătorului.
2.1. Ovipoziția în câmpurile de soia
Mai multe studii au arătat că anumite populații de Diabrotica virgifera virgifera au dezvoltat un comportament adaptativ prin care femelele depun ouă în câmpurile de soia, deși aceasta nu este plantă-gazdă.
Cercetările de teren au confirmat prezența ouălor în solul din soia, uneori la densități comparabile cu cele din porumb.
Alte studii au demonstrat că adulții migrează activ din porumb spre soia în perioada de ovipoziție, reducând eficiența rotației porumb–soia.
Experimentele comportamentale indică faptul că acest tipar este specific populațiilor „rotation-resistant”, care își intensifică ovipoziția în prezența soiei, permițând larvelor să apară în anul următor pe parcelele unde porumbul revine în rotație.
„Diapauză extinsă” – ouăle eclozează după doi ani
O altă adaptare asociată tot cu ocolirea rotației, de această dată de natură fiziologică, este diapauza prelungită a ouălor.
Acest fenomen a fost documentat în special la o specie înrudită, Diabrotica barberi care a evoluat în nordul Corn Belt-ului.
În loc să eclozeze primăvara imediat următoare, o parte din ouăle acestui dăunător pot rămâne latente în sol timp de doi ani, așteptând astfel întoarcerea porumbului pe parcelă.
Această „diapauză extinsă” permite larvelor să supraviețuiască unui an în care terenul a fost cultivat cu altceva (soia, de exemplu) și să apară abia în al doilea an, când porumbul revine în rotație .
Practic, rotația bienală porumb-soia devine ineficientă și împotriva acestei specii, deoarece dăunătorul așteaptă întoarcerea porumbului.
La viermele vestic (D. virgifera virgifera), diapauza are în mod normal durata unei ierni, însă s-a observat că un procent foarte mic de ouă ce pot hiberna suplimentar și ecloza abia în al doilea an.
Acest procent nu a fost suficient (deocamdată) pentru a genera pierderi semnificative în fermele europene care practică rotația anuală, însă arată potențialul genetic al speciei de a extinde diapauza dacă ar exista o presiune de selecție în acest sens.
Astfel, larvele „așteaptă” până revine porumbul pe aceeași parcelă. Este o adaptare complet diferită față de ovipoziția în soia, dar are același obiectiv: exploatarea rotației fermei.
2.3. Mobilitate crescută
Adulții au început să zboare pe distanțe mai mari și să exploreze mai activ câmpurile. Această dispersie le permite să identifice câmpurile în rotație și să colonizeze zone noi.
2.4. Diabrotica virgifera câștigă maratonul rezistenței la insecticide
Un alt capitol important din istoria adaptativă a acestui dăunător îl reprezintă rezistența la insecticidele chimice.
De-a lungul ultimelor șase decenii, Diabrotica virgifera virgifera a trecut succesiv printr-un „maraton” al rezistenței față de aproape toate clasele majore de insecticide folosite împotriva sa.
În zonele de monocultură porumb din Corn Belt-ul vestic (state precum Kansas, Nebraska etc.), fermierii au aplicat intensiv insecticide la sol încă din anii 1950 pentru a proteja culturile de viermele rădăcinilor.
Acest fapt a condus la apariția în serie a populațiilor rezistente: mai întâi la ciclodiene (organo-clorurate) precum aldrinul și heptaclorul (în anii 1960), apoi la organofosforice (ex. izofenfos, clorpirifos), la carbamați (ex. carbofuran) și mai recent la piretroizi (ex. teflutrin, bifentrin).
Practic, din anii 1950 până astăzi, aproape fiecare grup de insecticide introdus în uzul curent contra larvelor de Diabrotica a pierdut în timp eficacitatea pe teren, pe măsură ce dăunătorul a evoluat.
Mecanismele acestei rezistențe multiple sunt complexe și de natură fiziologică: analize biochimice au arătat că anumite populații de vierme vestic pot metaboliza și detoxifia rapid insecticidele datorită nivelurilor crescute de enzime oxidative și hidrolitice (citocrom P450, esteraze etc.).
Aceste adaptări enzimatice conferă totodată rezistență încrucișată – de exemplu, un metabolism intensificat ce permite descompunerea unui organofosforic poate oferi protecție și față de un piretroid, făcând ca schimbarea substanței active să nu mai garanteze succesul scontat.
În plus, s-au identificat și modificări genetice țintă: de pildă, rezistența la ciclodiene a fost corelată cu o mutație a receptorului neuronal GABA, care împiedică insecticidul să-și mai facă efectul asupra sistemului nervos al dăunătorului.
Un aspect îngrijorător pentru management este că rezistențele dobândite tind să persiste mult timp în absența presiunii de selecție, semn că genele implicate nu penalizează supraviețuirea insectei.
Studiile de monitorizare au constatat că populațiile rezistente pot rămâne stabile ani la rând chiar dacă nu se mai aplică insecticidul respectiv.
În Europa, datele privind rezistența la insecticide sunt limitate, însă există dovezi punctuale care sugerează că unele trăsături pot fi „importate” odată cu populațiile invadatoare.
Un studiu realizat de Ciosi și colaboratorii a analizat susceptibilitatea la insecticide a unor populații de Diabrotica virgifera virgifera din Europa Centrală, considerate a proveni din introduceri independente din America de Nord.
Rezultatele au arătat prezența rezistenței la aldrin (un insecticid organoclorurat istoric), în timp ce nu a fost detectată rezistență la methyl-parathion.
Autorii subliniază că rezistența la aldrin era deja larg răspândită în America de Nord înainte de invazia europeană și că aceasta a fost probabil introdusă în Europa odată cu dăunătorul, mai degrabă decât să fi evoluat local sub presiunea tratamentelor.
Studiul evidențiază importanța istoricului genetic al populațiilor invadatoare și faptul că unele mecanisme de rezistență pot fi prezente încă din fazele inițiale ale colonizării, chiar și în absența unei utilizări intensive a insecticidelor în noile areale.
Fermierii din SUA au învățat pe parcursul a zeci de ani că nu se pot baza exclusiv pe chimicale: D. virgifera găsește mereu o cale să se adapteze, dacă este expusă repetat la aceeași metodă de combatere.
Adaptări genetice (rezistența la porumbul Bt)
Introducerea hibrizilor de porumb Bt pentru combaterea Diabrotica virgifera virgifera în SUA, începând cu 2003, a oferit inițial un control foarte eficient al dăunătorului.
Totuși, la doar câțiva ani de la adoptarea pe scară largă, au fost raportate primele cazuri de rezistență de câmp, în special la proteina Cry3Bb1, urmate de rezistență și la alte toxine Bt utilizate împotriva viermelui rădăcinilor.
În prezent, în anumite zone din Corn Belt există populații rezistente la toate trăsăturile Bt disponibile comercial, ceea ce a redus semnificativ eficacitatea acestei tehnologii.
Rezistența are o bază genetică și este favorizată de moștenirea incomplet recesivă, de costuri fitness reduse și de utilizarea repetată a acelorași hibrizi Bt fără refugii adecvate.
Experiența din SUA arată că porumbul Bt, folosit singur și continuu, nu oferă o soluție durabilă.
În Uniunea Europeană, unde hibrizii Bt anti-Diabrotica nu sunt cultivați, aceste populații nu au fost încă supuse presiunii de selecție, însă cazul american reprezintă un avertisment important pentru orice posibilă introducere viitoare.
Direcții actuale de cercetare și metode de control avansate
Confruntați cu un dăunător atât de adaptabil, oamenii de știință din domeniul agricol explorează diverse inovații tehnice și strategii de management integrat (IPM) pentru a-i ține piept.
Vom trece în revistă câteva direcții de cercetare de ultimă oră care promit să îmbunătățească controlul viermelui vestic al rădăcinilor porumbului, precum și metode biologice sau IPM avansat ce pot completa arsenalul fermierilor.
Tehnologia RNAi pentru combaterea Diabrotica
O abordare revoluționară aflată în curs de implementare este utilizarea mecanismului de interferență ARN (RNAi) pentru a afecta dăunătorul.
Această tehnologie presupune introducerea în plantă (porumb) a unei secvențe de ARN dublu-catenar care, odată ingerată de insectă, declanșează silențierea unui gene esențiale din organismul acesteia, cauzând în final moartea dăunătorului.
Totuși, cercetările avertizează că nici RNAi nu este infailibil. Având în vedere că în multe regiuni există deja rezistență larg răspândită la Cry3Bb1 și apar cazuri emergente de rezistență la Cry34/35Ab1, beneficiul de management al rezistenței prin piramidare ar putea fi compromis parțial.
În laborator, oamenii de știință au reușit să selecteze rezistență la RNAi în populații de D. virgifera: după numai șapte generații de expunere forțată, unele linii de viermi ai rădăcinilor au devenit rezistente la mai multe molecule de ARNd testate.
Acest rezultat arată că dăunătorul are potențialul de a se adapta și la acest mod de acțiune, probabil prin mecanisme genetice (ex. creșterea degradării ARN-ului dublu sau mutații în calea de interferență).
Ca răspuns, companiile explorează strategii de dublă piramidare.
Hibrizi de porumb cu rezistență nativă
În paralel cu soluțiile transgenice, cercetătorii lucrează intens la valorificarea resurselor genetice naturale ale porumbului pentru rezistența la dăunători.
Porumbul cultivat modern (liniile elite comerciale) nu are practic rezistență înnăscută la viermele rădăcinilor – s-a constatat că hibrizii folosiți pe scară largă sunt susceptibili.
Însă în fondul genetic global al speciei Zea mays există variație: unele rase locale sau linii exotice din America de Sud, America Centrală sau alte regiuni au demonstrat că pot tolera mai bine atacul larvelor de Diabrotica.
Un proiect de anvergură la Universitatea Illinois (Germplasm Enhancement of Maize – GEM) a evaluat sute de accesii exotice și a identificat câteva linii de porumb cu niveluri utile de rezistență la viermele rădăcinilor.
Prin încrucișarea acestor linii exotice cu linii elite americane s-au obținut însă linii ameliorate care păstrează o parte din genele de rezistență dar au ciclul și talia mai apropiate de cerințele agricole moderne.
Un alt set de gene identificate pare legat de emiterea unor semiochimicale atrăgătoare pentru nematozi benefici (prădători naturali ai larvelor).
Se știe că unele plante de porumb, atunci când sunt atacate la rădăcină, eliberează în sol substanțe care cheamă nematozi entomopatogeni; la liniile rezistente acest mecanism de apel al „cavaleriei” (nematozilor) ar fi deosebit de pronunțat.
Aceste rezultate oferă pentru prima dată indicii clare despre cum ar putea fi obținută rezistența nativă la Diabrotica. Următorul pas este introducerea acestor gene benefice în hibrizi competitivi comercial.
Chiar dacă acest deziderat este la câțiva ani distanță, ameliorarea pentru rezistență nativă constituie un domeniu de cercetare tot mai activ în SUA și Europa.
Viermele vestic al rădăcinilor de porumb – combatere biologică și IPM avansat
În ecologia porumbului, viermele vestic al rădăcinilor are puțini dușmani naturali eficienți, mai ales într-un mediu de monocultură.
Totuși, cercetătorii și companiile bio de protecție au depus eforturi pentru a identifica și utiliza organisme benefice în lupta contra acestui dăunător.
Cea mai de succes intervenție biologică de până acum este folosirea nematozilor entomopatogeni, microorganisme parazite care pot infesta și ucide larvele din sol.
După peste 10 ani de cercetare și testări, un consorțiu de parteneri din Europa (Germania, Ungaria, Elveția) a reușit dezvoltarea unei tehnologii de producere în masă a unui astfel de agent biologic – nematodul Heterorhabditis bacteriophora – și chiar punerea pe piață a unui produs comercial pe bază de nematozi vii.
Din 2012, fermierii din țări europene afectate de Diabrotica au la dispoziție această soluție de biocontrol, aplicată de regulă sub formă de suspensie lichidă la momentul semănatului (injectată în sol în brazdă).
Nematodul pătrunde în larvele de vierme al rădăcinilor, eliberează bacterii care le consumă din interior și astfel le omoară înainte să provoace daune mari plantelor.
Studiile de eficacitate au arătat că, la doze suficiente, tratamentul cu Heterorhabditis poate fi comparabil ca rezultate cu un insecticid granular.
Un avantaj este că nematozii sunt specifici și nu lasă reziduuri chimice, fiind agreați în agricultura ecologică. Produsul nu necesită omologare în unele țări (precum Germania, Franța) deoarece agentul biologic este considerat parte a faunei locale și nu un pesticid per se.
Desigur, utilizarea nematozilor are și provocări: ei sunt sensibili la secetă (solul trebuie să aibă umiditate pentru mobilitatea lor), iar costul pe hectar este mai ridicat decât la un insecticid convențional.
Pentru a îmbunătăți această metodă, proiectele actuale vizează selecția unor tulpini de nematozi mai rezistenți la secetă și mai virulenți, precum și îmbunătățirea formulărilor (de exemplu, încapsularea nematozilor pentru aplicare mai ușoară).
Alte metode biologice aflate în cercetare includ utilizarea unor ciuperci entomopatogene (de exemplu Metarhizium anisopliae și Beauveria bassiana), care pot infecta larvele sau adulții.
Acestea s-au dovedit eficiente în laborator, însă în câmp rezultatele sunt variabile – supraviețuirea conidiilor în sol, contactul cu gazda și condițiile de mediu pot limita fiabilitatea lor.
Toate aceste metode – biologice, biotehnologice, cultural-agronomice – converg spre conceptul de combatere integrată avansată a viermelui porumbului.
Specialiștii subliniază că niciun glonț magic nu va rezolva de unul singur problema, ci integrarea diverselor tactici este cheia succesului pe termen lung.
De exemplu, un program IPM avansat pentru D. virgifera ar putea include:
- rotația culturilor acolo unde este eficientă (evitând monocultura prelungită de porumb)
- folosirea hibrizilor transgenici sau a celor cu rezistență nativă (când vor fi disponibili) în combinație cu refugii
- aplicarea de nematozi sau alte biopreparate în locul insecticidelor chimice
- monitorizarea riguroasă a adulților cu capcane feromonale
- tratamente localizate doar dacă populațiile depășesc pragurile
- alternarea claselor de insecticide dacă se folosesc
- și menținerea unei diversități agricole care să descurajeze adaptarea dăunătorului la un sistem simplu.
Scopul este crearea unui sistem agricol robust, în care viermele rădăcinilor să nu găsească breșe de exploatat pentru a deveni predominant.
Bibliografie utilizată
- Spencer, J. L., Levine, E., Isard, S. A., & Mabry, T. R. (2000). Aerial movement of western corn rootworm: implications for crop rotation. Environmental Entomology, 29(6), 1143–1154.
- Spencer, J. L., Mabry, T. R., & Levine, E. (2006). Oviposition behavior of the western corn rootworm in rotated corn and soybean fields. Environmental Entomology, 35(2), 423–431.
- Knolhoff, L. M., Glas, J. J., Spencer, J. L., & Berenbaum, M. R. (2010). Behavioral differences between rotation-resistant and wild-type western corn rootworm. Environmental Entomology, 39(6), 1922–1935.
- Levine, E., Spencer, J. L., Isard, S. A., Onstad, D. W., & Gray, M. E. (2002). Adaptation of the western corn rootworm to crop rotation. Annual Review of Entomology, 47, 331–356.
- Baufeld, P., & Enzian, S. (2005). Spread of Diabrotica virgifera virgifera in Europe. EPPO Bulletin, 35, 135–138.
- Grozea, I., et al. (2011). Western corn rootworm in Romania: distribution and control. Bulletin UASVM Agriculture, 68(1), 326–331.
- EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization). Diabrotica virgifera virgifera – datasheets and pest risk analysis.
