Aplikovaná entomologie Škodlivý hmyz v zemědělství MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 Aplikovaná entomologie Škodlivý hmyz v zemědělství Igor Malenovský Ústav botaniky a zoologie, PřF MU E-mail: malenovsky@sci.muni.cz

„Škůdci“ (Pests) z antropocentrického pohledu: hmyz se stane škůdcem, pokud se dostane svou činností do konfliktu se zájmy člověka, zj. ekonomickými, zdravotními, estetickými a ochranou přírody (nepůvodní invazní druhy ohrožující autochtonní flóru a faunu) status škůdce závisí na 1) jeho abundanci a 2) způsobovaných škodách (např. poškození asimilačních částí rostliny-snížení výnosu vs. poškození plodů a snížení atraktivity pro trh, přenos chorob apod.) Melolontha hippocastani Cydia pomonella

Ekonomické hledisko ekonomická hladina škodlivosti (economic injury level, EIL): denzita škůdce (např. počet jedinců/ha), při které se ekonomická ztráta způsobená škůdcem rovná nákladům na jeho potlačení, tj. nejnižší početnost škůdce, která již způsobuje hospodářskou ztrátu EIL = C / V*D*K C – cena ochranných opatření (např. v Kč/ha) V – tržní hodnota plodiny (např. v Kč/kg) D – ztráta výnosu plodiny způsobená škůdcem (např. v kg/n jedinců škůdce) K – procento snížení početnosti škůdce při použití ochranných opatření (efektivita ochrany) EIL je různá pro různé druhy hmyzu a různé plodiny, závisí na oblasti i počasí ochranná opatření je většinou nutné provést dříve než hmyz dosáhne EIL práh škodlivosti (economic threshold, ET) – populační hustota škůdce (kritické číslo) , při níž je aplikováno opatření, aby se předešlo překročení hladiny škodlivosti

Škodlivé druhy z ekonomického hlediska bez hospodářského významu: nikdy nedosahují hladiny ekonomické škodlivosti příležitostný škůdce (occasional pest): za určitých okolností (např. počasí, nesprávné použití insekticidů apod.) dosahuje hladiny ekonomické škodlivosti pravidelný škůdce (perennial pest): rovnovážný stav výskytu škůdce v blízkosti hladiny ekonomické škodlivosti, k jejímu dosažení dochází pravidelně klíčový škůdce (severe/key pest): bez provádění ochranných opatření dochází vždy významným ekonomickým ztrátám EIL nevyjadřuje další důležité okolnosti, např. roli přirozených nepřátel, rezistence proti insekticidům, spojené působení více druhů škůdců apod. nelze uplatnit např. v lesnictví (dlouhodobý charakter produkce) pokud je škůdce přenašečem vážné choroby rostliny, práh škodlivosti je minimální (první zaznamenání výskytu) a často jsou nutná preventivní opatření (monitoring, modelování výskytu apod.) nevyjádřené náklady na karanténní opatření (export/import do jiných zemí)

bez hospodářského významu příležitostný škůdce pravidelný škůdce klíčový škůdce

Proč se hmyz stává škůdcem monokultury: agregace zdrojů potravy, zjednodušené ekosystémy (přirození nepřátelé vyžadují rozmanitější životní prostředí) zavlečení mimo oblast původního výskytu, často spolu s pěstovanou rostlinou (absence přirozených nepřátel) přesun autochtonních druhů na pěstovanou plodinu (viz např. mandelinka bramborová, zavíječ kukuřičný) přenos patogenních mikroorganismů (virů, bakterií včetně fytoplazem, hub, prvoků, hlístic) nevhodné pěstitelské postupy (např. nestřídání plodin/úhoru – růst populací škůdců, nevhodné používání pesticidů – likvidace přirozených neprátel, selekce resistence, šlechtění citlivých odrůd rostlin)

Vývoj populace červce zhoubného (Icerya purchasi) v Kalifornii Stern et al. 1959

Přenos patogenů rostlin neperzistentní/semiperzistentní: mechanický, nespecifický, např. na kontaminovaném ústním ústrojí (stylet-borne viruses), bezprostředně a spíše na malou vzdálenost (zj. mšice) perzistentní: cirkulativní/propagativní, 3 fáze: zisk patogenu, latence a inokulace (např. křísi, mery, molice, ploštice, třásněnky), vzácně i transovariálně Raccah & Fereres 2009 neperzistentní přenos perzistentní (circulativní) přenos

Velikost různých původců rostlinných chorob v poměru k rostlinné buňce Agrios 1997

Patogeny rostlin přenášené hmyzem viry většina rostlinných virů je závislá na přenašečích, zejména hmyzu (k infekci je nutné porušit kutikulu na epidermis rostliny, rostliny jsou nepohyblivé) přenos neperzistentní/perzistentní, 7 řádů hmyzu, zj. Hemiptera (ca. 300 spp.) a Thysanoptera (6 spp.), méně Coleoptera (Chrysomelidae, Coccinellidae, Curculionidae, Meloidae), Orthoptera, Dermaptera, Lepidoptera a Diptera příklady epidemií: mšice Toxoptera citridis v Jižní Americe ve 30. letech 20. století, tospoviry (Tomato spotted wilt virus, TSWV) – třásněnka západní (Frankliniella occidentalis) v poslední době

fytoplasmy (phytoplasmas) a spiroplasmy specializované bakterie bez buněčné stěny (Mollicutes: Acholeplasmatales), nepravidelně kulovitý až vláknitého tvaru, ca. 1 μm, s velmi malým genomem, obligátní paraziti, objeveny 1967 (MLO), fytoplasmy nemohou být pěstovány in vitro mimo hostitelské buňky (označení Candidatus…) – detekce možná např. kvantitativní PCR ca. 60 druhů perzistentní přenos hmyzem, zj. křísy a merami, případně parazitickými rostlinami (Cuscuta) časté příznaky: fylodie (změna aktivity apikálních meristémů), žloutnutí (rozpad chlorofylu), zelenání, čarověníky příklady chorob: stolbur/bois noir (Candidatus Phytoplasma solani), flavescence dorée (Ca. P. vitis), proliferace jabloní (Ca. P. mali), Evropská žloutenka peckovin (Ca. P. prunorum), chřadnutí hrušní (Ca. P. pyri), žloutenka astry,…

příklady dalších bakterií Candidatus Liberibacter (Rhizobiaceae) – 7 druhů přenášených merami – významné choroby citrusů (huanglongbing /citrus greening disease) a lilkovitých rostlin (zebra chip disease) Xylella fastidiosa – napadá xylém, např. Pierceova choroba na révě. přenos křísy (např. Homalodisca vitripennis), 2013 v Itálii! Pseudomonas savastanoi – vrtule Bactrocera oleae – olive knot disease na olivovnících Erwinia carotovora – květilka všežravá (Delia platura) – měkká hniloba brambor Bactericera cockerelli

houby mnoho chorob, přenos většinou nespecifický/náhodný, spory na těle hmyzu do ran způsobených při kladení vajíček nebo požeru/sání např. kořenové hniloby způsobované rody Pythium, Fusarium, Sclerotium, monilióza plodů, nádory na větvích (např. Neofabrea/Cryptosporiopsis perennans, přenašeč Eriosoma lanigerum), černě (zj. na medovici), dřevokazné houby, padlí, rzi, plísně vzácně symbiotický vztah houba-hmyz (např. grafióza jilmů: Ophiostoma ulmi – Scolytus multistriatus)

hlístice (Nematoda) vícenásobný vznik tritrofického vztahu hlístice-rostlina-hmyz v řádech Aphelenchida a Tylenchida hospodářský význam mají háďátka Bursaphelenchus xylophilus přenášené tesaříky z rodu Monochamus na borovicích a B. cocophilus přenášené nosatci Rhynchophorus palmarum na kokosových palmách Bursaphelencgus xylophilus Monochamus galloprovincialis

Trend počtu nepůvodních druhů členovců v Evropě Roques 2010

Roques 2010

Biotopy druhů členovců zavlečených do Evropy Lopes-Vaamonde et al. 2010

Zavlečené druhy zemědělských škůdců v ČR celkem v ČR ca. 400 nepůvodních druhů hmyzu (1.5 % fauny, Šefrová & Laštůvka 2005): 53 spp. škodí na rostlinách ve sklenících a domácnostech 28 spp. významně škodí v zemědělství a lesnictví Macrosiphum euphorbiae (kyjatka zahradní) 1900, S. Amerika Eriosoma lanigerum (vlnatka krvavá) konec 19. stol., S. Amerika Viteus vitifoliae (mšička révokaz) 1890, S. Amerika

Diabrotica virgifera (bázlivec kukuřičný) 2002, S. Amerika (2014 zrušena karanténa v EU) Quadraspidiotus perniciosus (štítenka zhoubná) 1933, vých. Asie Otiorhynchus armadillo (lalokonosec) 2002, jižní Evropa

Bruchus pisorum (zrnokaz hrachový) začátek 19. stol., jižní Evropa Contarinia pisi (plodomorka hrachová) 1910, jižní Evropa Hyphantria cunea (přástevníček americký) 1950, S. Amerika Leptinotarsa decemlineata (mandelinka bramborová) 1945, S. Amerika

„Ante portas“ Tuta absoluta (makadlovka) 2013, J. Amerika Drosophila suzukii (octomilka) 2014, vých. Asie „Ante portas“ Scaphoideus titanus (křísek): 2014 Slovensko, původně S. Amerika

Příklady globálních invazních škůdců mera Diaphorina citri (jv. Asie) – vektor choroby huanglongbing (citrus greening disease) http://www.cabi.org

Bemisia tabaci (molice bavlníková), biotyp B http://www.cabi.org/isc/

Ceratitïs capitata (vrtule velkohlavá) http://www.cabi.org/isc/

Phenacoccus manihoti (červec maniokový) http://www.cabi.org/isc/

Problematika ochrany rostlin komplexní problém např. mezi roky 1950 a 1985 spotřeba insekticidů v USA stoupla 10x poměrné ztráty způsobované hmyzem na pěstovaných plodinách se za stejnou dobu zdvojnásobily ze 7 na 13%!

Integrovaná ochrana rostlin (IPM) 1959 – vymezení koncepce (van der Bosch, Hagen, Smith, Stern) po selhání chemických insekticidů v pěstování bavlníku systémový přístup k potlačování škodlivých organismů s použitím všech ekonomicky, ekologicky a toxikologicky přijatelných metod pro udržení škůdců pod hladinou škodlivosti (cílem většinou není jejich úplná likvidace) kombinace biologické, agrotechnické a chemické regulace a využití rezistentních odrůd přednostní využití přirozených omezujících faktorů (meteorologie, stanovištní podmínky, vlastnosti rostliny, přirození antagonisté) u insekticidů preference méně jedovatých a selektivních přípravků – minimalizace dopadů na necílové organizmy a člověka (blízké ekologickému zemědělství) vychází z dokonalé znalosti způsobu života škůdců nutný pravidelný monitoring výskytu škůdců – zjišťování hustoty škůdců (odchyty, lapače, požerky), fenologie a meteorologická data (suma efektivních teplot) prognóza (krátkodobá – na několik dní až týdnů/dlouhodobá – několik měsíců) signalizace – opírá se o krátkodobou prognózu, stanovuje optimální termín ochranného zásahu karanténa – opatření proti zavlékání a rozšiřování škodlivých organismů, vnější/vnitřní

Modelování vývoje populací hmyzu v závislosti na teplotě princip sumy efektivních teplot: celkové množství tepla potřebné pro vývoj poikilotermního organismu, udáváno v denních/hodinových stupních – rozdíl aktuální teploty a spodního prahu vývoje

SET10,0 = 88,3 DS - vyvěšení feromonového lapače PŘÍKLAD VÝPOČTU SET10,0: Druh: Obaleč jablečný SET10,0 = 88,3 DS - vyvěšení feromonového lapače Spodní práh vývoje SPV): 10.0 oC Horní práh vývoje (HPV): nestanoven Počátek načítání (START): 1.3. 1. Výpočet SET v denních stupních (DS) v období 1.3.-7.3. Hodnocení SET    OD (1.4.) Průměrná denní teplota  T oC Spodní práh vývoje organismu SPV oC Efektivní teplota za den  ET (DS) Suma efektivních teplot od počátku hodnocení SET (DS) 1.3. Den 1 11.0 10.0 1.0 1,0 2.3. Den 2 9,9 10,0 (-) = 0,0 3.3. Den 3 10,1 0,1 1,1 4.3. Den 4 12,3 2,3 3,4 5.3. Den 5 13,4 6,8 6.3. Den 6 13,0 3,0 9,8 7.3. Den 7 12,8 2,8 12,6 DEN 1-7 SET 12,6 (DS) http://eagri.cz/public/app/srs_pub/omor/app?service=page/TeplotniModely

Úspěchy a úskalí IPM úspěchy v některých oblastech: pěstování rýže v tropických závlahových kulturách bavlník, vojtěška, citrusy skleníkové kultury V ČR zejména ovocné sady, vinice, zelenina a chmel (integrovaná produkce=IPM + další zásady, omezení některých pesticidů) např. v USA je ale IPM stále používána jen na ca. 10% kultur nedostatečná znalost biologie škůdců a jejich antagonistů, meziroční výkyvy, migrace nutnost znát ekonomickou hladinu škodlivosti pro každého škůdce a plodinu nutnost mezioborové spolupráce a výzkumu větší riziko vzniku škod a ekonomického ohrožení zemědělců zdánlivá jednoduchost chemické ochrany + marketing firem prodávajících pesticidy nutnost osvěty mezi zemědělci a úředníky a financování podpůrných služeb (prognóza, signalizace)

Ochrana rostlin v ČR Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský (dříve Státní rostlinolékařská správa) metodiky, hlášení, prognózy, monitoring, karanténa (fytosanitární opatření, detekční průzkumy), schvalování přípravků apod. Rostlinolékařský portál: http://eagri.cz/public/app/srs_pub/fytoportal/public/#ior

Monitorování letu mšic zahájeno 1992 v Opavě 5 sacích pastí Johnston-Taylor v neustálém provozu od počátku dubna do konce listopadu sledována letová aktivita 16 druhů mšic týdenní přehledy: Aphid Bulletin

Monitoring světelnými lapači sledováno 8 druhů motýlů (Noctuidae + Ostrinia nubialis)

Odkazy Rostlinolékařský portál, http://eagri.cz/public/app/srs_pub/fytoportal/public/#ior European and Mediterranean Plant Protection Organization (EPPO), http://www.eppo.int/ Invasive Species Compendium, http://www.cabi.org/isc/ Šefrová H. 2006: Rostlinolékařská entomologie. Konvoj, Brno. Miller F. 1956: Zemědělská entomologie. Nakladatelství ČSAV, Praha. Dent D. 2000: Insect Pest Management. 2nd edition, CABI Publishing. Pedigo L.P. & Rice M.E. 2009: Entomology and Pest Management. Pearson/Prentice Hallm Columbus, OH.