فناوری هستهای با روش رهاسازی حشرات استریل، راهکاری نوین و موثر برای مقابله با آفات مخرب گلخانهای ارائه داده که میتواند خسارات میلیاردی کشاورزان را کاهش دهد.
نمابان و به نقل از خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ کنهها (مانند Tetranychus urticae) و سفیدبالکها (Trialeurodes vaporariorum و Bemisia tabaci) از مهمترین آفات گلخانهای در تولید گل، سبزی و میوه هستند که سالانه خسارات میلیاردی دلاری به بار میآورند. کنترل شیمیایی این آفات، علاوه بر هزینههای بالا، منجر به مقاومت سریع آنها به سموم، کاهش تنوع زیستی و بقایای مضر در محصولات میشود. در این زمینه، فناوری هستهای، بهویژه روش رهاسازی حشرات استریل (Sterile Insect Technique یا SIT)، یک جایگزین پایدار و غیرشیمیایی ارائه میدهد. این روش بر این اصل ساده استوار است که حشرات نر در آزمایشگاه تحت تابش کنترلشده پرتو گاما یا الکترون قرار گرفته، استریل میشوند و پس از رهاسازی، با جفتگیری با مادههای وحشی، تخمهای غیرقابل لقاح تولید میکنند. این روش نخستینبار در دهه 1950 در آمریکا برای کنترل کرم گاوی (Cochliomyia hominivorax) موفقیتآمیز بود و اکنون برای بیش از 20 گونه آفت در جهان بهکار گرفته میشود. در گلخانهها، که محیطی کنترلشدهتر از مزرعه باز است، این روش میتواند با دقت بالاتری پیادهسازی شود و در ترکیب با روشهای دیگر IPM، چرخه تولیدمثل آفات را در عرض چند نسل متوقف کند.
ضرورت مبارزه با آفات گلخانهای در تولید پایدار محصولات کشاورزی
گلخانهها بهعنوان سیستمهای تولید شدید (intensive systems)، شرایط ایدهآلی برای تکثیر سریع آفات فراهم میکنند: دما و رطوبت ثابت، تراکم بالای میزبان و عدم دشمنان طبیعی مؤثر. در این شرایط، سفیدبالک و کنه میتوانند در عرض چند روز جمعیت خود را دهبرابر کنند. استفاده مکرر از آفتکشها نهتنها هزینههای تولید را افزایش میدهد، بلکه باقیماندههای سمی در محصول، آب و خاک، سلامت مصرفکنندگان و اکوسیستم را بهخطر میاندازد. سازمان جهانی بهداشت (WHO) هشدار داده که 3 میلیون مورد مسمومیت حاد سالانه در جهان ناشی از سموم کشاورزی است. در مقابل، روشهای زیستی و فیزیکی، از جمله فناوری هستهای، چارچوبی برای «کشاورزی بدون بقایای سمی» فراهم میکنند. علاوه بر این، تقاضای جهانی برای محصولات ارگانیک و بدون سم با نرخ سالانه 10 تا 15 درصد در حال رشد است. بنابراین، توسعه راهکارهای پایدار مانند SIT نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت رقابتی برای کشورهای صادرکننده محصولات گلخانهای محسوب میشود. ایران با بیش از 25 هزار هکتار گلخانه فعال، میتواند از این فناوری برای تضمین کیفیت و بازارپذیری بینالمللی محصولات خود بهره ببرد.
اصول کلی رادیواستریلیزاسیون و استفاده از پرتوهای یونیزان در کشاورزی
رادیواستریلیزاسیون در کشاورزی بر اساس اثر پرتوهای یونیزان (مانند گاما، الکترون و اشعه ایکس) بر DNA سلولهای زایا است. هنگامی که حشرات در مرحله پیش از بلوغ (معمولاً شفیره یا حشره بالغ جوان) تحت تابش قرار میگیرند، پرتو باعث شکست دو رشتهای DNA میشود؛ در سلولهای معمولی، سیستم ترمیم DNA ممکن است خرابیها را جبران کند، اما در سلولهای زایا (اسپرماتوگونیا و اُوسیتها)، این آسیبها غیرقابل ترمیم بوده و منجر به استریلیته میشوند. دوز بهینه پرتو برای هر گونه متفاوت است: برای سفیدبالک معمولاً 70 تا 100 گری (Gy)، و برای کنهها 100 تا 150 گری. دوز پایین، استریلیته ناقص ایجاد میکند و دوز بالا، زیستپذیری حشره را کاهش داده و موفقیت رقابتی آن را در طبیعت ضعیف میکند. پرتو گاما از منابع کبالت-60 رایجترین منبع در جهان است، چرا که نفوذ عمیق، توزیع یکنواخت و عملکرد پایدار دارد. سیستمهای الکترونی (EB) نیز بهدلیل هزینه کمتر و عدم نیاز به مواد رادیواکتیو، در حال گسترش هستند، هرچند برای حشرات بزرگتر محدودیت نفوذ دارند.
اجزای اصلی سیستمهای رادیوبیولوژیکی برای کنترل آفات
یک سیستم عملیاتی SIT شامل چهار مؤلفه کلیدی است: (1) پرورش انبوه آفت هدف در شرایط آزمایشگاهی، (2) دستگاه تابش (Irradiator)، (3) سیستم رهاسازی و پایش، و (4) تیم تخصصی چندرشتهای. پرورش انبوه نیازمند رژیم غذایی بهینه، کنترل دما و رطوبت و جداسازی جنسیت است — چرا که تنها نرها باید رهاسازی شوند (در برخی گونهها، استفاده از مادههای استریل باعث تحریک تخمریزی و افزایش جمعیت میشود). دستگاههای تابش عموماً از نوع self-contained dry-storage هستند که منبع رادیواکتیو (کبالت-60) درون یک محفظه سربی قرار دارد و نمونهها در مسیر تابش، با سرعت کنترلشده عبور داده میشوند. سیستم رهاسازی میتواند دستی، با پخشکنندههای هوایی یا رباتیک باشد؛ در گلخانههای بزرگ، سامانههای هوشمند مبتنی بر GPS داخلی و سنسورهای تصویربرداری، توزیع را بهینه میکنند. پایش جمعیت پس از رهاسازی نیز با تلههای نوری، چسبی و DNA barcoding انجام میشود تا اثربخشی برنامه سنجیده شود.
روشهای مختلف استفاده از فناوری هستهای در مدیریت آفات
فناوری هستهای در مدیریت آفات تنها محدود به این روش نیست. سه روش اصلی عبارتاند از: (1) SIT خالص — رهاسازی حشرات استریل برای سرکوب جمعیت؛ (2) SIT ترکیبی با RIDL (Release of Insects carrying Dominant Lethal genes) — که در آن حشرات حامل ژنهای کشنده کنترلشده با تتراسایکلین هستند و در طبیعت فاقد آنتیبیوتیک، نابود میشوند [11]؛ و (3) رادیوموتیشن — القای جهش در گونههای گیاهی برای ایجاد مقاومت ذاتی به آفات. در مورد کنه و سفیدبالک، SIT خالص بیشتر مورد توجه است، چرا که چرخه زندگی کوتاه و تکثیر سریع آنها، سرعت پاسخ به رهاسازی را افزایش میدهد. سازمان IAEA برنامههای «SITplus» را توسعه داده که SIT را با کشتار انبوه حشرات (mass trapping)، استفاده از فرومونها و رهاسازی دشمنان طبیعی (مانند کفشدوزک Delphastus catalinae برای کنه) تلفیق میکند. این رویکرد چندلایه اثربخشی را بالا میبرد، و میزان حشرات مورد نیاز برای رهاسازی را تا 50 درصد کاهش میدهد.
استانداردهای بینالمللی و ملی در بهکارگیری پرتو در کشاورزی
استفاده از پرتو در کشاورزی تحت نظارت سختگیرانه سازمانهای بینالمللی است. استانداردهای اصلی توسط IAEA Safety Standards Series (GSR Part 3) و IAEA Technical Reports Series No. 481 تعیین شدهاند که دوزهای مجاز، طراحی ایمن ایرادیتورها، آموزش پرسنل و پایش محیطی را مشخص میکنند. سازمان FAO نیز Guidelines for the Use of Nuclear Techniques in Agriculture را منتشر کرده که پروتکلهای بیولوژیکی (مانند تعیین دوز بهینه و آزمایشهای زیستسنجی) را پوشش میدهد. در سطح ملی، در ایران، سازمان انرژی اتمی (AEOI) مجوزهای ایمنی را صادر میکند و «دستورالعملهای ایمنی در استفاده از اشعه یونیزان در کشاورزی» در سال 1400 تدوین شد. این سند بر لزوم ارزیابی اثرات زیستمحیطی، استفاده از سیستمهای دوزیمتری فردی و دوربینهای نظارتی تأکید دارد. همچنین، محصولات تیمارشده با پرتو (مانند دانههای جهشیافته) باید مطابق با استاندارد ملی ISIRI 27383 برچسبگذاری شوند.
مزایای این روش نسبت به روشهای شیمیایی و بیولوژیکی
این روش چندین برتری ساختاری دارد:
در مقابل، روشهای بیولوژیکی (مانند رهاسازی Encarsia formosa برای سفیدبالک) گاهی محدودیتهایی مانند حساسیت به شرایط محیطی، هزینه بالای تولید و عدم تطابق با شیمیدرمانی همزمان دارند.
چالشهای فنی، اجتماعی و نظارتی در بهکارگیری این روش
با وجود مزایا، SIT با چالشهایی روبهروست:
چگونهاین روش به کاهش مقاومت دارویی و حفظ تنوع زیستی کمک میکند
کنههای گلخانهای در ایران به بیش از 20 نوع آفتکش (از جمله بیهوشکنندههای عصبی مانند بیفرنترین) مقاوم شدهاند. این مقاومت هم هزینه را بالا میبرد، و هم موجب استفاده از سموم قویتر و خطرناکتر میشود. این روش با قطع چرخه تولیدمثل، فشار انتخابی را بر جمعیت آفات کاهش میدهد و این امکان را فراهم میکند که در صورت نیاز، از سموم قدیمی (و کمخطرتر) با دوز پایین استفاده شود. علاوه بر این، با عدم آسیب به حشرات غیرهدف (زنبورها، کفشدوزکها، سوسکهای شکارچی)، تنوع زیستی داخل گلخانه حفظ میشود. مطالعه در هلند نشان داد که گلخانههایی که از این روش در آنها استفاده شده است، دارای 3 برابر حشرات مفید بیشتری نسبت به گلخانههای شیمیایی هستند.
پیشرفتهای نوین در ترکیب این روش با فناوریهای ژنتیکی و هوش مصنوعی
تحولات اخیر، مبارزه با آفات را هوشمندتر و هدفمندتر کردهاند:
زیرساختهای لازم برای تحققاین روش در گلخانههای صنعتی
برای اجرای SIT در سطح صنعتی، سه زیرساخت کلیدی ضروری است:
آموزش و ظرفیتسازی نیروی انسانی در حوزه کشاورزی پرتویی
موفقیت SIT به آموزش تخصصی بستگی دارد. برنامههای پیشنهادی:
امنیت زیستی، محیطزیستی و جامعه در بهکارگیری پرتوها
نگرانیها درباره ایمنی SIT بیشتر بر اساس سوءتفاهم است. واقعیتها:
آیندهشناسی و راهکارهای تسریع در گسترش کاربرد فناوری هستهای در گلخانهها
پیشبینی میشود تا سال 2035، SIT بخشی از استاندارد جهانی گلخانههای هوشمند شود. برای تسریع در ایران:
جمعبندی
فناوری هستهای، بهویژه روش SIT، دیگر یک «آیندهنگری» نیست، بلکه یک راهحل عملی، اثباتشده و اقتصادی برای چالشهای کنترل آفات گلخانهای است. این فناوری نهتنها با اصول کشاورزی پایدار، ارگانیک و بدون بقایای سمی همسو است، بلکه امنیت غذایی، صادرات و سلامت جامعه را تقویت میکند. ایران با داشتن زیرساختهای هستهای صلحآمیز، تخصص علمی و گستردگی گلخانهها، ظرفیت منحصربهفردی برای رهبری منطقهای در این حوزه دارد. موفقیت کلیدی، تحول نگرش از «تابش = خطر» به «تابش = ابزار دقتبالا برای حفظ طبیعت» است. با سیاستگذاری هوشمند، همکاری بینبخشی و مشارکت بینالمللی، کنترل کنه و سفیدبالک گلخانهای میتواند نمادی از کاربرد صلحآمیز انرژی اتمی در خدمت به زندگی روزمره باشد.
———
منابعی برای مطالعه بیشتر
[1] Van Leeuwen, T., & Dermauw, W. (2016). The molecular evolution of xenobiotic metabolism and resistance in Chelicerate mites. Experimental & Applied Acarology, 70(1), 123–135.
[2] Klassen, W. (2005). Sterile Insect Technique: Principles and Practice in Area-Wide Integrated Pest Management. Springer.
[3] Biondi, A., et al. (2012). The global status of Bemisia tabaci species complex and insecticide resistance. Phytoparasitica, 40(2), 225–242.
[4] WHO. (2021). The use of pesticides in public health. World Health Organization.
[5] FiBL & IFOAM. (2023). The World of Organic Agriculture: Statistics and Emerging Trends. Research Institute of Organic Agriculture.
[6] Bakri, A., et al. (2005). Sterilizing insects with ionizing radiation. In Sterile Insect Technique (pp. 231–248). Springer.
[7] Parker, A. G., et al. (2021). Dose–response of Bemisia tabaci to gamma radiation. Journal of Economic Entomology, 114(3), 1192–1198.
[8] Hsu, J. C., et al. (2020). Electron beam irradiation for pest control: A review. Radiation Physics and Chemistry, 177, 109074.
[9] IAEA. (2018). Manual for the Use of Radiation in Insect Sterilization. IAEA-TECDOC-1862.
[10] Dyck, V. A., et al. (2021). Sterile Insect Technique: Principles and Practice in Area-Wide Integrated Pest Management (2nd ed.). CRC Press.
[11] Harvey-Samuel, T., et al. (2017). Towards the genetic control of Aedes albopictus. Parasites & Vectors, 10(1), 1–14.
[12] Vreysen, M. J. B., et al. (2022). SITplus: An integrated approach for sustainable pest control. Insects, 13(6), 522.
[13] IAEA. (2018). Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. IAEA Safety Standards Series No. GSR Part 3.
[14] FAO/IAEA. (2020). Guidelines for the Use of Nuclear Techniques in Agriculture. Joint FAO/IAEA Division.
[15] ISIRI. (2022). Standard No. 27383: Labeling of Food Irradiated by Ionizing Radiation. Institute of Standards and Industrial Research of Iran.
[16] Esteban-Durán, J. R., et al. (2019). Economic impact of SIT in greenhouse tomatoes in Spain. Crop Protection, 124, 104851.
[17] Cayol, J. P. (2007). Changes in operational procedures and costs of SIT. Florida Entomologist, 90(1), 15–20.
[18] Ministry of Agricultural Jihad of Iran. (2023). Report on Greenhouse Export Potential. Tehran.
[19] El-Elaimy, I. A., et al. (2020). Optimal sterilizing dose for Trialeurodes vaporariorum. Egyptian Journal of Biological Pest Control, 30(1), 1–7.
[20] Robinson, A. S., et al. (2022). Practical implementation of SIT in confined environments. Journal of Pest Science, 95(2), 789–801.
[21] Barclay, H. J., & Klassen, W. (2020). Sterile Insect Technique for Pest Control. Encyclopedia of Pest Management.
[22] Gerling, D. (2019). Whiteflies: Their Bionomics, Pest Status and Management. Springer.
[23] Mastrangelo, T., et al. (2021). Quality control in SIT programs. Insects, 12(8), 703.
[24] Rempoulakis, P., et al. (2022). Challenges in scaling up SIT: A global review. Frontiers in Sustainable Food Systems, 6, 842101.
[25] Tabari, M., et al. (2021). Acaricide resistance in Tetranychus urticae in Iran. Experimental & Applied Acarology, 84(1), 1–15.
[26] Messelink, G. J., et al. (2018). Biological control in greenhouse systems: Status and future. BioControl, 63(1), 1–15.
[27] Zhang, D., et al. (2020). Wolbachia-based incompatible insect technique. Trends in Parasitology, 36(10), 854–864.
[28] Liu, Y., et al. (2023). AI-based monitoring of greenhouse pests. Computers and Electronics in Agriculture, 204, 107521.
[29] Chen, J., et al. (2022). CRISPR-SIT: A new era in pest control. Nature Communications, 13, 6543.
[30] Porta, A., et al. (2021). SIT for Bemisia tabaci in Sicilian greenhouses. Journal of Pest Science, 94(5), 1421–1432.
[31] Flores, M. E., et al. (2020). Integrated control of Tetranychus urticae in rose greenhouses. Agriculture, 10(10), 453.
[32] Li, H., et al. (2022). Electron beam SIT in China. Radiation Physics and Chemistry, 190, 109782.
[33] AEOI. (2020). Annual Report on Nuclear Applications in Agriculture. Atomic Energy Organization of Iran.
[34] Karimi, R., et al. (2023). Preliminary studies on SIT for greenhouse whitefly in Iran. Iranian Journal of Nuclear Science and Technology, 12(2), 45–58.
[35] Supreme Council of Biotechnology. (2022). National Roadmap for Agricultural Biotechnology. Tehran.
[36] FAO/IAEA. (2021). EMARSA Network Report. Joint Division.
[37] IAEA. (2023). NUTEC Plants Initiative: Project Brief. Vienna.
[38] Vreysen, M. J. B. (2019). Regional SIT hubs: A model for developing countries. Outlooks on Pest Management, 30(4), 151–156.
[39] IAEA. (2022). E-learning Platform for Nuclear Applications in Agriculture. https://elearning.iaea.org
[40] FAO. (2020). Environmental Safety of SIT. FAO Plant Production and Protection Paper No. 228.
[41] Ministry of Agricultural Jihad. (2024). Draft National Strategy for SIT Implementation. Tehran.
انتهای پیام/
منبع: خبرگزاری تسنیم
بدون دیدگاه