تفاوت آفت‌کش‌های زیستی و شیمیایی و بررسی مزیت‌های آفت‌کش‌های گیاهی نسبت به انواع شیمیایی
چکیده
آفت‌کش، ماده یا مخلوطی از مواد است که برای از بین بردن، کنترل و یا جلوگیری از پیشروی آفاتی از جمله حشرات، قارچ‌ها، جوندگان یا گونه‌های ناخواسته گیاهان که برای تولید و نگهداری محصولات زیان‌بار هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، به منظور کنترل سایر موجودات زنده (نماتدها، حشرات، برخی مهره‌داران و بندپایان) که سبب از بین رفتن منابع غذایی انسانی می‌شوند و مشکلات متعددی را برای سلامتی انسان‌ها بوجود می‌آورند، نیز کاربرد دارد.
علاوه‌بر این؛ افزایش کارایی محصولات کشاورزی، کنترل علف‌های هرز، صرفه‌جویی در زمان و نیروی انسانی از دیگر مزایای بهره‌وری از آفت‌کش‌هاست.
آفت‌کش‌ها در کشاورزی کنونی، در جهت رفع نیازهای مرتبط با افزایش جمعیت به کار می‌روند. کاربرد آفت‌کش‌ها به کشاورزی محدود نشده و برای اهداف مختلفی، از جمله کنترل آفات خانگی، حشرات ناقل بیماری و باغبانی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استفاده گسترده و بدون اقدامات ایمنی از آفت‌کش‌ها به دلیل سمیت این محصولات شیمیایی و خطرات حادی که برای سلامت انسان و محیط زیست به دنبال دارند، از طرفی، کارگران کشاورزی در صورت استفاده از این محصولات، به طور مستقیم و غیرمستقیم در معرض خطرات حاصل از آنها قرار می‌گیرند؛ به گونه‌ای که ارتباط یک انسان معمولی با این آفت‌کش‌ها از طریق تماس پوستی یا راه‌های مشابه، نشت و رانش آفت‌کش‌ها تهدیدی جدی برای سلامت و ایجاد کننده اختلالاتی همچون دیابت و اختلالات تولید مثلی، اختلال عملکرد عصبی، سرطان و اختلالات تنفسی خواهد بود.
لغت “آفت‌کش” اصطلاحی گسترده است که انواع حشره‌کش‌ها، علف‌کش‌ها، قارچ‌کش‌ها و جونده‌کش‌ها ( که البته در موارد کمتری برای کشتن این موجودات به کار می‌رود) را در برمی‌گیرد و بر اساس آفات طبقه‌بندی می‌گردد:
_ آفت‌کش‌های زیستی یا بیولوژیک
_آفت‌کش‌های شیمیایی
آفت‌کش‌های زیستی، موجودات زنده یا فرآورده‌های طبیعی هستند که به کنترل آفات کمک می‌کنند؛ این دسته از آفت‌کش‌ها را می‌توان به گروه‌های مختلفی همچون آفت‌کش‌های میکروبی، مواد محافظ گیاهی و بیوشیمیایی طبقه‌بندی کرد. در واقع، این آفت‌کش‌ها جزء حیاتیِ مدیریت آفات هستند و به دلیل سازگاری با محیط زیست، نسبت به انواع شیمیایی آفت‌کش‌ها ایمن‌تر هستند و سمیت کمتری دارند. اما آفت‌کش‌های شیمیایی به دلیل سمیت، فاقد خاصیت زیست‌تخریب‌پذیری هستند.
پس از شناسایی و به کارگیری آفت‌کش‌های زیستی، محصولات متعددی در این زمینه با هدف مدیریت بالقوه آفات تولید و به بازار عرضه شد.
انواع زیستی آفت‌کش‌ها روی هدف خاصی متمرکز هستند و بسیار اختصاصی عمل می‌کنند. این در حالی است که آفت‌کش‌های شیمیایی به صورت غیر اختصاصی وارد عمل شده و طیف گسترده‌ای از فعالیت‌ها را در برمی‌گیرند.
مقدمه
اصطلاح آفت‌کش و استفاده از محصولاتی تحت عنوان آفت‌کش، یک نوآوری نیست. سومری‌ها، یونانی‌ها و رومی‌ها مواد مختلفی همانند گوگرد، جیوه، مس و عصاره‌های گیاهی را به منظور کشتن حشرات به کار می‌گرفتند. در دوران پس از جنگ جهانی دوم، استفاده از آفت‌کش‌ها با شروع استفاده از ترکیباتی همچون دی کلرو دی فنیل تری کلرواتان، اسید 2.4_دی کلروفنوکسی استیک، هگزاکلرید بنزن، آلدرین و دیلدرین ایجاد گردید.
آفت‌کش‌ها را می‌توانیم بر اساس کاربرد، ارگانیسم مورد هدف و ماهیت شیمیایی آنها به گروه‌هایی طبقه‌بندی نماییم:
بر اساس کاربرد: کاربردهای کشاورزی ( به جهت محافظت از گیاهان در برابر آفت‌ها؛ حشرات و علف‌های هرز)؛ بهداشت عمومی ( برای از بین بردن ناقلی که باعث ایجاد بیماری‌ها می‌شود) و آفت‌کش‌های خانگی ( برای کشتن حشراتی مانند سوسک، باکتری‌ها و تکیاختهها)
بر اساس ارگانیسم هدف نیز، آفت‌کش‌ها را می‌توانیم به حشره‌کش‌هایی طبقه‌بندی کنیم که هر کدام برای از بین بردن طبف خاصی از حشرات یا موجودات ( موش و…) مورد استفاده قرار می‌گیرند..
این مواد شیمیایی و البته مصنوعی، به علت کارایی بالایی که داشتند و در کاهش و کنترل آفات موفق بودند؛ همچنین استفاده ساده و هزینه کم بصورت گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. آفت‌کش‌ها به صورت گسترده در مناطق بزرگ زراعی دنیا به کار گرفته شده‌اند و آلودگی‌های ناشی از آفات را به حداقل رسانده‌اند؛ در نتیجه محصولات را از خطرات تلفات احتمالی هنگام برداشت و کاهش کیفیت آنها محافظت می‌کنند.
اما مدتی بعد، به دلیل استفاده مداوم از این آفت‌کش‌ها، این محصولات، اثری بر روی تعدادی از آفات نداشتند و بقایای آفت‌کش‌هایی که در این مکان‌ها بر جا می‌ماند، خطرات عمده‌ای برای محیط زیست و استفاده طولانی مدت از آنها اثرات نامطلوبی برای سلامت انسان به همراه داشت.
به عنوان مثال، افزایش تعداد بیماران مبتلا به لنفوم (نوعی سرطان غدد لنفاوی) در نتیجه استفاده از این آفت‌کش‌ها مورد بحث است.
بر اساس کتابی تحت عنوان “بهار خاموش” که در سال 1962 منتشر شد، اثرات مرگبار آفت‌کش‌ها بر اکوسیستم به تصویر کشیده شد.
به همین جهت، آفت‌کش‌های زیستی به عنوان جایگزینی برای مواد شیمیایی به کار می‌روند؛ تا علاوه‌بر دفع آفات، به مدیریت و تولید پایدار محصولات نیز بپردازند و به دلیل اثرگذاری بر یک هدف یا آفت به خصوص، اختصاصی عمل کرده و خطرات و چالش‌های زیست‌محیطی کمتری از خود نشان می‌دهند.
کشت اولین نمونه آفت‌کش مدرن در سال 1939 به نام دی کلرو دی فنیل_تری کلرواتان (DDT) توسط پل مولر، سبب اعطای جایزه نوبل به وی شد، همچنین جایزه‌ای در حوزه پزشکی به دلیل کاهش آسیب‌های ناشی از آفت‌کش‌ها در کشاورزی و مشکلات مرتبط با سلامتی همانند مالاریا و تیفوس به این محقق تعلق گرفت.
همانطور که اشاره شد، DDT یکی از آفت‌کش‌هایی بود که استفاده از آن دوام چندانی نیافت و اثرات مضر آن در کتاب “بهار خاموش” ریچل کارسون تبیین گردید. به همین علت، استفاده از این آفت‌کش در بسیاری از ایالت‌ها ممنوع شد، به گونه‌ای که هنوز هم نگرانی‌های عمومی در رابطه با آن وجود دارد؛ زیرا با توجه به رشد تصاعدی جمعیت در دهه‌های گذشته، تولید جهانی آفت‌کش‌ها در حال رشد و افزایش است و از سویی تأثیرات خطرناک آن بر روی جوامع به خصوص گروه‌های حساسی همچون کودکان و افراد مسن غیر قابل انکار است.
در ضمن، طبق مقرراتی که از سوی اتحادیه اروپا تعیین گردیده، تولیدکنندگان موظف به تولید حداقلی آفت‌کش‌ها هستند، که در پی آن، استفاده از این محصولات نیز باتوجه به خطرات جدی که ایجاد می‌کنند به حداقل خواهد رسید؛ در این میان، رشد و تکثیر گیاهان مقاوم به آفت‌کش‌ها نیز حائز اهمیت و بررسی است.
نحوه ورود آفت‌کش‌ها می‌تواند سیستمیک یا غیرسیستمیک باشد:
_ آفت‌کش‌های سیستمیک توسط حیوانات و یا گیاهان جذب می‌شوند و به بافت‌های دیگر نیز منتقل می‌گردند. علف‌کش‌های سیستمیک، داخل گیاه قادر هستند خود را به نواحی ساقه، ریشه یا برگ برسانند (نواحی که تحت درمان با علف‌کش قرار نگرفته‌اند و بوسیله جریان سیستمیک علف‌کش درمان می‌شوند) و به این ترتیب، به از بین بردن علف‌های هرز کمک کنند؛ چنین رخدادی حتی با پوشش نسبی گیاه توسط اسپری آفت‌کش به وقوع می‌پیوندند.
آفت‌کش‌های سیستمیک به صورت مؤثر قابلیت نفوذ به بافت‌های گیاه، عبور از بافت‌ها و سیستم عروقی برای از بین بردن آفت‌کش‌ها را دارا هستند؛ البته مکانیسم انتقال به بافت‌های نزدیک و قابل دسترس صورت می‌گیرد.
حشره‌کش‌هایی همچون 2.4_دی کلروفنوکسی استیک اسید D-24 و گلایفوسیت (Glyphosate) از فرآیند سیستمیک پیروی می‌کنند.
_ آفت‌کش‌های غیر سیستمیک با عنوان آفت‌کش‌های تماسی نیز شناخته می‌شوند؛ به این دلیل که این دسته از آفت‌کش‌ها اثرات مطلوب خود را زمانی ایجاد می‌کنند که با آفت در تماس باشند؛ به این صورت که این آفت‌کش‌ها باید در تماس فیزیکی با آفت قرار گیرند.
آفت‌کش غیرسیستمیک از طریق اپیدرم گیاه وارد بدن آفت شده و در هنگام تماس سبب مرگ آفت می‌شود. لزومی ندارد این آفت‌کش‌ها به بافت‌های گیاه نفوذ کنند، یعنی لزوماً از طریق سیستم عروقی گیاه منتقل نمی‌گردد.
از آفت‌کش‌های تماسی می‌توان به پاراکوات (Paraquat) ، دیکوات (Diquat) و دی برومید (Dibromide) اشاره کرد. این سموم از طریق دهان به دستگاه گوارش انتقال یافته و بر اثر ایجاد مسمومیت در حشرات، آنها را از بین می‌برند
از بین بردن روده میانی (معده) لارو، یکی از مکانیسم‌های عمل این نوع آفت‌کش‌هاست که هدف را مورد حمله قرار داده و حتی منجر به کشته شدن هدف می‌شوند.
این آفت‌کش‌ها با تولید بخار در آفات، گازهای سمی تشکیل می‌دهند که با ورود به دستگاه تنفسی آفت و سیستم نای، منجر به ایجاد مسمومیت در حشرات می‌شوند. از این آفت‌کش‌ها برای حذف و کنترل آفت از محصولات انبار شده مانند میوه‌‌ها، سبزیجات و غلات استفاده می‌کنند. همچنین، در کاربردهای بهداشت عمومی برای جلوگیری از نفوذ و آسیب‌رساندن حشرات، پشه و مگس‌ها و یا کنه‌ها، گاز گرفتن حیوانات خانگی و دام‌ها استفاده می‌شوند.
استفاده از آفت‌کش‌ها در کشاورزی تجاری
صنایع کشاورزی، یکی از صنایع بهره‌مند از آفت‌کش‌هاست که بطور خلاصه به مزایای کاربرد آفت‌کش‌ها در این حوزه اشاره می‌گردد:
1. از آفت‌کش‌ها به عنوان یک سلاح برجسته و مؤثر در مدیریت آفات کشاورزی یاد می‌شود، که کاهش شدید حشرات، بیماری‌ها و علف‌های هرزی که میزان محصولات را بطور چشمگیری می‌کاهند گزارش شده است. و از این جهت، صرفه اقتصادی از نظر برداشت محصولات کشاورزی به دنبال دارد.
2. استفاده از آفت‌کش‌ها منجر به افزایش تولید محصولات کشاورزی با کیفیت بالا شده است؛ به عنوان مثال محصولاتی چون میوه و سبزیجات که تحت تأثیر آفت‌کش‌ها قرار گرفته‌اند، توانایی غلبه بر خطرات قریب‌الوقوع ناشی از حملات آفت را داشته‌اند.
3. به کار گیری آفت‌کش‌ها، باعث حفظ بافت چوب گیاه از تخریب توسط موریانه‌ها و حشرات مشابه که چوب را مورد هدف قرار می‌دهند، می‌گردد و همچنین به کنترل انتشار ناقل مالاریا و پشه‌های آنوفل کمک می‌کنند.
4. اثرگذاری سموم دفع آفات برای کنترل آفات کشاورزی از سوی کشاورزان مورد پذیرش واقع شده و برخی محققان و تعدادی از دانشمندان را بر آن داشته که انرژی خود در زمینه تحقیق در حوزه آفت‌کش‌ها و کشف انواع بیشتری از این محصولات صرف نمایند.
برخی از معایب استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی شامل موارد زیر هستند:
1. آلودگی محیط زیست که منجر به نفوذ بیرونی آفت‌کش‌ها در هوا به صورت کنترل‌نشده می‌گردد؛ این اثرات سبب کاهش کیفیت هوا شده و بطور کوتاه‌مدت و یا بلند‌مدت می‌تواند به آلودگی آب‌های زیرزمینی یا آب آشامیدنی گردد؛ از طرفی اثرات نامطلوب برخی از آفت‌کش‌ها بر روی گیاه غیرهدف منجر به تجمع زیستی بقایای آفت‌کش‌ها می‌گردد.
2. عده زیادی از آفت‌کش‌ها اثرات غیر هدف بر روی میکروارگانیسم‌های مفید و آنزیم‌های خاک دارند.
3. استفاده مداوم از سموم دفع آفات باعث مقاومت ارگانیسم‌های هدف در برابر برخی از آفت‌کش‌ها شده است.
4. استفاده شدید از آفت‌کش‌ها سبب شده کشاورزان سایر روش‌های جایگزین برای از بین بردن و مدیریت آفات را نادیده بگیرند؛ روش‌هایی همچون مکانیسم‌های کشاورزی ارگانیک.
5. هزینه بالای تولید و جنبه اقتصادی و اجتماعی سموم به کار رفته برای دفع آفات، کاربرد این محصولات را با چالش روبه‌رو کرده است.
6. ثبت اکثر سموم دفع آفات بسیار خسته‌کننده، وقت‌گیر و نیازمند الزامات بالایی است و این امر منجر به ایجاد چالش‌های اقتصادی زیادی شده؛ همچنین هزینه‌های بالایی برای تحقیق، توسعه و بهره‌برداری این محصولات نیاز است. در نتیجه، استفاده از آنها برای کنترل آفات زراعی ارجحیت کمتری دارد.
7. چالش‌های بهداشتی و مسائل مربوط به ایمنی مواد غذایی به خصوص در مورد ذخیره‌سازی محصولات کشاورزی پس از برداشت آنها، اهمیت زیادی دارد؛ به این منظور و برای جلوگیری از بروز آفت‌های کشاورزی در این محصولات، به طور معمول از سمومی همچون گامالین 20 و مالاتیون استفاده می‌شود.
اثرات احتمالی که این سموم ممکن است بر جای بگذارند، شامل علائمی مانند مسمومیت حاد و مزمن، اثرات عصبی و رفتاری، اثرات تولید مثلی و رشدی، آثار سرطان‌زایی و ایمونولوژیک می‌باشد، به اکثر کشاورزان ساکن در کشورهای در حال توسعه اجازه استفاده از این آفت‌کش‌ها را نمی‌دهد.
در صورت استفاده از این آفت‌کش‌ها، لازم است هنگام مصرف، این محصولات توسط افراد شسته شود؛ زیرا بلع باقی‌مانده آفت‌کش‌های به کار رفته ممکن است به ایجاد مسمومیت‌های مانده آفت‌کش‌های به کار رفته ممکن است به ایجاد مسمومیت‌های غذایی و افزایش مرگ و میر منجر شود. موضوع افزایش ناباروری در افراد و یا حتی تولد نوزاد ناقص از دیگر مشکلات پیش رو است.
8. استفاده مستمر از آفت‌کش‌ها، سبب افزایش آلودگی محیط زیست شده؛ به گونه‌ای که با نشت آلاینده‌ها به داخل آب‌های زیر زمینی، رانش آفت‌کش‌ها از طریق باد و فرسایش خاک، به آلودگی آب، هوا و خاک منجر می‌گردد.
ورود سیستمیک آفت‌کش‌ها به اکوسیستم همچنین به اختلال در نقش‌های حیاتی از جمله باروری می‌پردازد.
9. استفاده مستمر از این محصولات سطح فقیر شدن خاک را با تأثیر بر احتباس آب و ساختار فیزیکوشیمیایی خاک بالا می‌برد به طوری که به تدریج خواص و میزان تخلخل خاک را تغییر می‌دهد؛ در نتیجه از نفوذ آب به داخل خاک کاسته و رواناب را افزایش می‌دهد و در نهایت، منجر به جاری شدن سیل خواهد شد.
10. عدم شستشو و تجزیه‌ناپذیری آفت‌کش‌ها توسط آبیاری و آب باران، باعث تجمع گسترده آفت‌کش‌ها و آسیب به بدنه گیاهان و جانوران شده که بی‌ثباتی در طول زنجیره غذایی، عدم تعادل در اکوسیستم و سقوط یا فروپاشی تنوع زیستی از نتایج این رویکرد است.
11. تأثیرات منفی کاربرد آفت‌کش‌ها بر حاصلخیزی خاک و تضعیف فعالیت میکروارگانیسم‌ها در تجزیه مواد آلی نیز قابل توجه است؛ در این میان، کاهش هوادهی خاک و تأثیرات مخرب بر میکروارگانیسم‌هایی که در تجزیه بیولوژیکی خاک نقش دارند نیز حائز اهمیت است.
چرخه مواد مغذی (از جمله چرخه‌های نیتروژن، کربن و فسفر) و باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن آزاد، جلبک‌های سبز_آبی تثبیت‌کننده نیتروژن و قارچ میکوریزا نیز آسیب‌پذیر خواهند بود.
12. از مشکلات عمده و اساسی اثر گذار بر محصولات کشاورزی، دوز اشتباه به کار رفته از آفت‌کش‌هاست که زیان‌های مالی زیادی به کشاورزان وارد می‌کند و عملکرد محصولات کشاورزی را پایین می‌آورد، زیرا بر سرعت فتوسنتز تأثیر به سزایی می‌گذارد.
13. عدم فراهم آوردن اقدامات ایمنی کافی (پوشیدن لباس، دستکش‌های محافظ و سایر وسایل حفاظتی در حین سم‌پاشی و سایر اقدامات پیشگیرانه) و آگاهی کم اکثر کشاورزان نسبت به آفت‌کش‌های مورد استفاده در مناطق روستایی نیز خطرساز است.
آفت‌کش‌های ارگانیک یا طبیعی شامل دو نوع آفت‌کش‌های آلی و غیرآلی هستند:
انواع آلی آفت‌کش‌ها از مواد گیاهی همچون آلکالوئیدها (Alkaloids) ، ترپن‌ها (Terpenes) و ترکیبات فنلی (C6H5OH) که پتانسیل آفت‌کشیِ ثابت‌شده دارند ساخته شده است. این دسته از آفت‌کش‌ها به دلیل سمیت کمی که برای پستانداران ایجاد می‌کنند، ماندگاری کمی که در محیط دارند و مقاومتی که در برابر آفات دارند، محبوب هستند.
آفت‌کش‌های غیرآلی، شامل نمک‌های معدنی مانند سولفات مس، سولفات آهن، آهک و گوگرد هستند.
مواد شیمیایی موجود در آفت‌کش‌های معدنی به مراتب ساده‌تر از آفت‌کش‌های آلی هستند؛ همچنین خاصیت محلول بودن در آب را نیز دارا می‌باشند. بسیاری از این آفت‌کش‌های معدنی، با ایجاد مسمومیت در معده حشرات عمل می‌کنند.
آفت‌کش‌های مصنوعی:
کلاس‌های اصلی این نوع از آفت‌کش‌ها، ترکیباتی همچون کلرهای ارگانیک، ارگانوفسفره‌ها، کاربامات‌ها و Pyrethroides را دربر می‌گیرند. آفت‌کش‌های ارگانوکلرین (هیدروکربن‌های کلردار) ترکیبات آلی دارای پنج اتم کربن یا بیشتر است. اغلب آنها معمولاً به عنوان حشره‌کش برای کنترل طیف وسیعی از حشرات به کار می‌روند و اثرات طولانی‌مدتی دارند. این حشره‌کش‌ها ممکن است در عملکرد صحیح سیستم عصبی حشره اختلال ایجاد کنند و فلج یا تشنج را به دنبال داشته باشند.
از نمونه‌های رایج آفت‌کش ارگانوکلرین عبارت است از: DDT، لیندان (Lindane) ، اندوسولفان C9H6Cl6O3S ، آلدرین C12H8Cl6 ، دیلدرین ، هپتاکلر، توکسافن (Toxafen) و کلردان.
آفت‌کش‌های ارگانوفسفره به صورت چشمگیری سبب بهبود بهره‌وری کشاورزی شده‌اند؛ این محصولات در کشورهای درحال توسعه عملکرد ÷فرآورده‌های کشاورزی را بطور چشمگیری افزایش داده است. برای مثال،کشاورزان ایران از این دسته از آفت‌کش‌ها برای مبارزه با آفات باغات پسته استفاده می‌کنند. این آفت‌کش‌ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند و حداقل آلودگی را برای محیط زیست به دنبال دارند.
کاربامات‌ها، علی‌رغم تفاوت ساختاری که با ارگانوفسفره‌ها دارند، مشابه ارگانوفسفره‌ها بر انتقال سیگنال‌های عصبی تأثیر گذاشته و از این طریق مسمومیت و مرگ آفت را سبب می‌شود.
پیرتروئیدها (Pyrethroides)، ترکیبات آلی هستند که از گل‌های پیرتروم جدا شده‌اند. خاصیت حشره‌کشی این مواد به دلیل اسیدهای پیرتروئیک است که با اثرگذاری بر کانال‌های سدیم، به فلج ارگانیسم منجر می‌شود.
پرکاربردترین پیرتروئیدهای مصنوعی، شامل پرمترین، سیپرمترین، دلتامترین، لترین، فورهترین، فنولرات و آلفن‌یپرامترین هستند. انواع طبیعی پیرترین‌ها پایدارتر و مؤثرتر از انواع مصنوعی هستند.
آفت‌کش‌های زیستی (بیوآفت‌کش‌ها)
این گروه از آفت‌کش‌ها، بیانگر گروه خاصی از ترکیبات هستند که برای محیط زیست ایمن و برای انسان غیرسمی به شمار می‌آیند. این آفت‌کش‌ها از مواد طبیعی به دست آمده و به طور کلی گیاهان، حیوانات، باکتری‌ها و مواد معدنی خاصی را در بر می‌گیرند.
از نظر هدف، می‌توان آفت‌کش‌های زیستی را به سه دسته اولیه تقسیم‌بندی کرد:
گروه اول آفت‌کش‌های زیستی، میکروبی هستند که محصولات کنترل‌کننده‌ای هستند که میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها، ویروس‌ها، تکیاختهها و جلبک‌ها را در بر می‌گیرند. برای مثال، عده‌ای از حشرات قادر به کنترل کردن علف‌های هرز خاص و ریشه‌کن ساختن حشرات خاص هستند. اغلب در این زمینه، از Bacillus thuringiensis (Bt) برای کنترل حشرات در مزارع سیب‌زمینی، کلم و سایر محصولات استفاده می‌گردد.
آفت‌کش‌های میکروبی معمولاً به کنترل آفات و متابولیت‌های سمی خاص که باعث بروز بیماری‌ها می‌شود، می‌پردازد.
برای مثال، برخی از ویروس‌های آلوده‌کننده حشرات در طبیعت، ویروس خانواده باکولوویروس‌ها (Baculoviridae) به عنوان گروهی از آفت‌کش‌های زیستی در نظر گرفته می‌شوند.
گروه دوم آفت‌کش‌های ناشی از تغییر ژنتیکی گیاه هستند. نمونه بارز آن، گیاهان تراریخته و نوع Bt این گیاهان است که بیان ژن پروتئین باکتری Bacillus thuringiensis در گیاهان به ساخت و تکثیر پروتئین باکتریایی در گیاهان منجر شده و سبب از بین بردن آفات می‌شود.
در حال حاضر، این روش باکتریایی متداول‌ترین آفت‌کش زیستی مورد استفاده درجهان است که علیه پاتوژن‌ها و آفات به خصوص آفات لپیدوپتران به کار می‌رود (از جمله کرم غوزه آمریکایی بر روی پنبه).
گروه سوم، آفت‌کش‌های بیوشیمیایی غیرسمی هستند که گروه‌های مشتق‌شده بیوشیمیایی که هورمون‌ها، آنزیم‌ها و فرمون‌ها را شامل می‌شوند و فرآیندهای رشد و جفت‌‌گیری در آفات و حشرات را کنترل می‌کنند و به دلیل تولید برخی فرمون‌های جذاب برای حشرات به واکنش با آفات و حشرات می‌پردازند.
سیستم‌های دفاعی و طبیعی گیاهان برای پیشگیری در برابر حشرات و بندپایان، شامل دو دسته از ترکیبات شیمیایی گیاهی، یعنی متابولیت‌های اولیه و ثانویه است که طی مسیرهای بیوشیمیایی متمایزی به وجود می‌آیند.
متابولیت‌های ثانویه بطور مستقیم در رشد و توسعه و یا تولید مثل نقش ندارند؛ ولی به عنوان ترکیباتی حیاتی با فعالیت‌های بیوشیمیایی متنوع و مفید به شمار می‌روند.
این آفت‌کش‌های طبیعی در متابولیت‌های ثانویه‌ای همچون ترپنوئیدها، فنولیک‌ها و آلکالوئیدها یافت می‌شوند؛ البته طبق پژوهش‌های صورت گرفته، بیش از صد ترکیب جدا شده از گیاهان، فعالیت‌های زیستی از خود نشان داده‌اند. به این ترتیب، می‌توان از ترکیبات فعال زیستی به عنوان بازدارنده خوراک یا عامل بازدارنده رشد استفاده کرد.
_ به عنوان مثال، ترپنوئیدها به کمک ترکیبات ایزوپرن C5H8 ، در طول فرآیند فتوسنتز از گیاهان محافظت کرده و غشای سلولی را در برابر آسیب‌های ناشی از تابش نور و دمای بالا حفظ می‌کنند. نقش حفاظتی ترپنوئیدها با طعم تلخ این ترکیبات شناخته شده به گونه‌ای که حشرات از خوردن گیاهان حاوی این ترکیب خودداری می‌کنند. گیاهان داوودی دارای استر مونوترپن در برگ‌ها و گل‌های خود هستند که حشره‌کشی قوی به حساب می‌آیند و به محافظت از گیاه می‌پردازند.
مونوترپنوئیدها و سسکوئیترپنوئیدها ترکیبات فراری هستند که به عنوان اجزای اولیه اسانس‌ها، سبب معطر شدن گیاهان و از سویی عامل مسموم‌کننده حشرات و محافظت از گیاه می‌گردند.
_ ترکیبات فنولیک نیز دسته‌ای دیگر از متابولیت‌های ثانویه با گروه هیدروکسیلی هستند که به عنوان مکانیسم دفاعی در برابر عوامل بیماری‌زا معرفی می‌گردند. این ترکیبات، ساختار شیمیایی بزرگ و پیچیده‌ای دارند که فلاونوئیدها بزرگترین دسته این ترکیبات به شمار می‌روند.
فیتوالکسین‌ها، ایزوفلاونوئیدهایی هستند که در واقع، به عنوان یک آنتی‌بیوتیک حاوی خواص ضد قارچی در پاسخ به حمله پاتوژن می‌باشند و توسط مولکول‌های سمی خود این حمله مختل می‌کند.
برخی از گروه فنولیک‌ها، در صورت حمله گیاهخواران یا پاتوژن‌های مهاجم در گیاه سنتز می‌شوند. برای مثال، فورانوکومارین‌ها دسته‌ای فنولیک‌های سمی هستند که تا هنگامی که گیاه مورد حمله گیاهخواران قرار نگیرد سنتز نمی‌شوند و غیرفعال هستند؛ در صورت فعال شدن، به کمک نور ماوراء بنفش سبب آسیب به DNA مهره‌دار شده و منجر به مرگ سریع سلول‌ها خواهد شد؛ این ترکیب به میزان کمی در میوه گریپ‌فروت یافت می‌شود.
تانن‌ها، گروهی از پلیمرهای فلاونوئیدی شناخته می‌شوند که محلول در آب هستند. تانن‌ها، پس از تولید توسط گیاهان در واکوئل‌ها ذخیره می‌شوند؛ مکانیسم عمل آنها به گونه‌ای است که به پروتئین‌های بزاق حشرات متصل شده و به کمک آنزیم‌های گوارشی خود یعنی تریپسین و کیموتریپسین به غیرفعال شدن پروتئین‌ها منجر می‌گردد. این عوامل، باعث می‌شود که این ترکیب، عاملی سمی برای حشرات به شمار آید.
مقدار تانن همچنین منجر به مرگ زودرس حشرات شده و از افزایش وزن آنها جلوگیری به عمل می‌آورد.
یکی از عوامل مهم دیگر برای جلوگیری از حملات پاتوژن‌ها، لیگنین‌ها (اجزای قوی دیواره سلولی گیاهی) هستند که به دیواره سلولی خاصیت سفتی، حل نشدن و غیرقابل هضم بودن را می‌دهند.
_ آلکالوئیدها دسته‌ی بعدیِ متابولیت‌های ثانویه هستند که حاوی ترکیبات نیتروژن‌دار با طعم تلخ هستند؛ این ترکیب از سنتز اسید آسپارتیک، تیروزین، لیزین و یا تریپتوفان به وجود آمده. این دسته از متابولیت‌های دفاعی را می‌توان در چندین عروق گیاهی از جمله مورفین، کافئین، نیکوتین، کوکائین و کافئین یافت. برخی از انواع محصولات مشتق‌شده از آلکالوئیدها از جمله آتروپین‌ها همچون آتروپا بلادونا ابزاری جهت کنترل آفات در مزارع به شمار می‌روند. همچنین؛ اسکواموسین و روتنون از دیگر محصولات مشابه هستند.
در طب سنتی چین و ژاپن، از برخی عصاره‌های مشتق‌شده از آلکالوئید برای مدیریت بیماری‌های تنفسی، درمان کرم‌های روده (انگل‌های خارجی انسان و گاو) و از طرفی فعالیت‌های حشره‌کشی گیاهان استفاده می‌کردند.
علاوه‌بر متابولیت‌های ثانویه، پروتئین‌های گیاهی نیز می‌توانند در برابر آفات و عوامل بیماری‌زای گیاهان تولید کننده آنها، نقش‌های محافظتی از خود بروز دهند. این پروتئین‌ها را می‌توان در در گیاهان یا دانه‌های گیاهان جستجو کرد.
این پرتئین‌ها قادر به مهار پاتوژن‌ها و آنزیم‌های آفات هستند و از طریق تشکیل کمپلکس‌های آنزیمی، می‌توانند سایت‌های فعال آنزیمی را مسدود و به این ترتیب، باعث کاهش عملکرد آنزیم‌ها شوند. برای مثال، لکتین (Lectin) ، آمیلاز (Amylase) و مهارکننده‌های پروتئیناز، مهارکننده طیف وسیعی ازعوامل بیماری‌زا از جمله نماتد، باکتری، قارچ و حشرات گیاهخوار هستند.
این پروتئین‌ها اغلب زنجیره‌های پپتیدی کوچک سرشار از سیستئین هستند که پس از حمله پاتوژن‌ها یا آفات به مقادیر قابل توجهی تولید می‌گردند.
IPM
به منظور کاهش استفاده از آفت‌کش‌های زیستی و جلوگیری از پیامدهای استفاده از این محصولات، از روشی جدید به نام مدیریت تلفیقی آفات یا IPM استفاده می‌شود که در واقع ترکیبی از روش‌های بیوشیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی برای کنترل آفات و بیماری‌های حاصل از آنها است. از مزیت‌های استفاده از این روش، کنترل و کاهش بروز مقاومت آفات در برابر آفت‌کش‌های شیمیایی، کاهش وابستگی به مواد شیمیایی، حفاظت از سلامت انسان و به حداقل رساندن خطرات زیست‌محیطی است.
طبق آزمایشات و مشاهدات تجربی، IPM ابزاری قدرتمند برای پایداری کشاورزی است که به دلیل خطرات کمتر و ایمن‌تر بودن، می‌تواند جایگزین مواد مضر شود.؛ همچنین، خطرات مقاومت به آفت‌کش‌ها، مسمومیت انسانی و آلودگی را نیز کاهش می‌دهد.
استفاده از آفت‌کش‌های زیستی هنوز محدود است و در مقایسه با آفت‌کش‌های شیمیایی مصنوعی می‌تواند مشکلاتی همچون روش‌های گران قیمت برای تولید، به ثبات رسیدن ذخیره‌سازی و حساسیت این محصولات به شرایط محیطی و سایر مشکلات را به دنبال داشته باشد.
نتیجه
علی‌رغم افزایش عملکرد محصول، کنترل بیماری‌ها و کشتن یا مهار آفت‌های خطرناک، نمی‌توان خطرات و آثار زیان‌بار استفاده از این محصولات، همچون آسیب رساندن به خاک، آب و ایجاد برخی بیماری‌ها و ناهنجاری‌ها برای انسان و صدمات وارد شده به محیط زیست، حیوانات، پرندگان و گیاهان و به خطر افتادن تنوع زیستی را که مستقیم یا غیرمستقیم به بار می‌آورند، نادیده گرفت.
کاهش حوادث ناشی از به کار گیری این محصولات و به حداقل رساندن سمیت و رعایت اصول اولیه و بهداشتی در این زمینه می‌تواند مشکلات مرتبط را تسهیل نماید.
با این حال، ایجاد یک حالت پایدار در استفاده کش‌ها و تولید و جایگزینی آفت‌کش‌های سبز و سازگار با محیط زیست به جای آفت‌کش‌های شیمیایی، موضوعی است که در جامعه جهانی نیاز به بررسی‌های بیشتر و گسترده‌تری دارد.
منابع
- Biopesticides as Promising Alternatives to Chemical Pesticides: A Review of Their Current and Future Status
- pesticides, History, and Classification
- an extensive review on the consequences of chemical pesticides on human health and environment
