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 ۱۹۵۰ در آمریکا برای کنترل کرم گاوی (Cochliomyia hominivorax) موفقیتآمیز بود و اکنون برای بیش از ۲۰ 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.
بیشتر بخوانید
هستهای در کشاورزی ــ ۶۴ | کاهش نیاز به نگهدارندههای شیمیایی در مواد غذایی، با فناوری هستهایهستهای در کشاورزی ــ ۶۵ | دفع حشرات «پسته» با فناوری هستهای
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 ۳ 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 ۱۰ تا ۱۵ 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 ۲۵ 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 ۷۰ تا ۱۰۰ گری (Gy)، و برای کنهها ۱۰۰ تا ۱۵۰ 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-۶۰ 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: (۱) پرورش انبوه آفت هدف در شرایط آزمایشگاهی، (۲) دستگاه تابش (Irradiator)، (۳) سیستم رهاسازی و پایش، و (۴) 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-۶۰) 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: (۱) SIT خالص — رهاسازی حشرات استریل برای سرکوب جمعیت؛ (۲) 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 [۱۱]؛ و (۳) 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 ۵۰ 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 ۱۴۰۰ 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:
- بدون بقایای سمی: برخلاف آفتکشها، هیچ آلایندهای در آب، خاک یا محصول باقی نمیماند.
- گونهاختصاصی بودن: تنها آفت هدف را تحت تأثیر قرار میدهد و دشمنان طبیعی (مانند کفشدوزکها) سالم میمانند.
- عدم ایجاد مقاومت: چون مکانیسم اثر بر DNA است، آفت نمیتواند «مقاومت» بیولوژیکی پیدا کند.
- تطابق با IPM: بهراحتی با روشهای دیگر (فرومون، کشتار انبوه) تلفیق میشود.
- پذیرش جامعه: عموم مردم نسبت به «تابش» در مقابل «سم» نگرش مثبتتری دارند، بهویژه زمانی که توضیح داده شود که محصولات تابش نمیبینند.
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:
- فنی: نیاز به تجهیزات گرانقیمت، کنترل دقیق دوز، و اطمینان از زیستپذیری حشرات پس از تابش. خطای ۱۰ درصدی در دوز میتواند اثربخشی را تا ۶۰ درصد کاهش دهد.
- زیستشناسی: در کنهها، جداسازی جنسیت دشوار است (تفاوت ظاهری کم)، و رهاسازی مادههای استریل ممکن است اثر معکوس داشته باشد.
- اجتماعی: نگرانیهای عمومی درباره «هستهای»، حتی اگر خطری وجود نداشته باشد. آموزش رسانهای ضروری است.
- نظارتی: در برخی کشورها، ادارهکردن مجوزهای ایمنی رادیواکتیو طولانی و پیچیده است.
- اقتصادی: هزینه اولیه برای کشاورزان خرد دسترسیپذیر نیست؛ بنابراین نیاز به مدلهای اشتراکی (Shared Facility) است.
راهکارهایی مانند استفاده از ایرادیتورهای قابل حمل و همکاریهای منطقهای میتوانند این موانع را کاهش دهند.
چگونهاین روش به کاهش مقاومت دارویی و حفظ تنوع زیستی کمک میکند
کنههای گلخانهای در ایران به بیش از ۲۰ 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 ۳ 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:
- Wolbachia-SIT: عفونت حشرات با باکتری Wolbachia باعث ناسازگاری سیتوپلاسمی میشود؛ ترکیب آن با تابش، استریلیته را تقویت میکند.
- CRISPR-Cas9: ویرایش ژنهای مرتبط با باروری (مانند doublesex) برای ایجاد خطوط استریل ژنتیکی، بدون نیاز به تابش.
- هوش مصنوعی: دوربینهای هوشمند و الگوریتمهای یادگیری عمیق (مانند YOLOv5) برای شناسایی و شمارش خودکار کنه و سفیدبالک در زمان واقعی — این دادهها برای بهینهسازی زمان و مکان رهاسازی استفاده میشوند.
- رباتهای رهاساز: رباتهای مجهز به سیستم GPS داخلی که حشرات استریل را با دقت میلیمتری در نقاط کانونی پخش میکنند.
این ترکیبها، هزینه این روش را تا ۴۰ درصد کاهش و دقت آن را بیش از دو برابر افزایش دادهاند.
زیرساختهای لازم برای تحققاین روش در گلخانههای صنعتی
برای اجرای SIT در سطح صنعتی، سه زیرساخت کلیدی ضروری است:
- فنی: ایرادیتور با ظرفیت حداقل ۱۰,۰۰۰ حشره/ساعت، واحد پرورش استاندارد (با اتاقهای بیماریزدایی)، و آزمایشگاه مولکولی برای پایش.
- بشری: تیم شامل متخصص رادیوبیولوژی، حشرهشناس، متخصص IPM و فنآور ایمنی پرتو.
- سیاستی: تشکیل «کمیته ملی SIT» زیر نظر وزارت جهاد کشاورزی و AEOI برای هماهنگی بینسازمانی.
در ایران، میتوان از ظرفیتهای موجود (مانند مرکز تحقیقات کشاورزی هستهای کرج و واحدهای تابش دانشگاهها) بهصورت شبکهای استفاده کرد. همچنین، ایجاد «مرکز منطقهای SIT» برای خدمترسانی به گلخانههای چند استان، هزینهها را تقسیم و سودآوری را افزایش میدهد.
آموزش و ظرفیتسازی نیروی انسانی در حوزه کشاورزی پرتویی
موفقیت SIT به آموزش تخصصی بستگی دارد. برنامههای پیشنهادی:
- دورههای کوتاهمدت: برای کشاورزان و تکنسینهای گلخانهای در زمینههای پایش آفات، نحوه کار با تلهها و تشخیص علائم استریلیته.
- کارشناسی ارشد تخصصی: ایجاد گرایش «بیوتکنولوژی کشاورزی پرتویی» در دانشگاههای کشاورزی.
- همکاری با IAEA: اعزام دانشجویان دکتری به مرکز تحقیقات سِیبرسدورف در اتریش.
- شبکه آموزشی مجازی: ایجاد پلتفرمی با ویدیوهای آموزشی فارسی و شبیهسازیهای تعاملی از فرایند SIT.
بدون سرمایهگذاری در انسان، حتی بهترین تجهیزات نیز بیاثر خواهند ماند.
امنیت زیستی، محیطزیستی و جامعه در بهکارگیری پرتوها
نگرانیها درباره ایمنی SIT بیشتر بر اساس سوءتفاهم است. واقعیتها:
- هیچ مواد رادیواکتیوی وارد محصول یا محیط نمیشود — فقط حشرات تابش میبینند.
- منابع پرتودهنده در محفظههای سربی محکم قرار دارند و ایمنی آنها توسط سیستمهای دوزیمتری و دوربین نظارت میشود.
- اثرات زیستمحیطی منفی گزارشنشده است — در حقیقت، با کاهش سموم، آبهای زیرزمینی و خاک تمیزتر میشوند.
برای افزایش اعتماد عمومی، باید: - برچسب «کشاورزی بدون سم، با فناوری صلحآمیز هستهای» روی محصولات گذاشته شود.
- بازدیدهای آموزشی از مراکز تابش برای رسانهها و فعالان محیطزیست سازماندهی شود.
- گزارشهای سالانه ایمنی توسط AEOI منتشر شود.
آیندهشناسی و راهکارهای تسریع در گسترش کاربرد فناوری هستهای در گلخانهها
پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۵، SIT بخشی از استاندارد جهانی گلخانههای هوشمند شود. برای تسریع در ایران:
- تدوین سند راهبردی ملی SIT تا سال ۱۴۰۵ با هدف پوشش ۲۰ درصد گلخانههای صادراتی.
- تسهیلات مالیاتی: معافیت ۵ ساله از مالیات بر درآمد برای واحدهایی که SIT را بهکار میگیرند.
- همکاری با هلدینگهای کشاورزی: توسعه مدلهای اشتراکی تجهیزات.
- پژوهش کاربردی: تخصیص ۵ درصد بودجه وزارت جهاد کشاورزی به پروژههای SIT.
همچنین، با توجه به تغییرات اقلیمی و گسترش آفات جدید (مانند Bemisia afer در خاورمیانه)، SIT میتواند بهعنوان ابزاری پیشگیرانه در برنامههای مقابله با بحرانهای گرمایی عمل کند.
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
[۱] Van Leeuwen, T., & Dermauw, W. (2016). The molecular evolution of xenobiotic metabolism and resistance in Chelicerate mites. Experimental & Applied Acarology, 70(1), 123–۱۳۵.
[۲] 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), 225–۲۴۲.
[۴] 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. 231–۲۴۸). Springer.
[7] Parker, A. G., et al. (2021). Dose–response of Bemisia tabaci to gamma radiation. Journal of Economic Entomology, 114(3), 1192–۱۱۹۸.
[۸] 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), 1–۱۴.
[۱۲] 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), 15–۲۰.
[۱۸] 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), 1–۷.
[۲۰] Robinson, A. S., et al. (2022). Practical implementation of SIT in confined environments. Journal of Pest Science, 95(2), 789–۸۰۱.
[۲۱] 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), 1–۱۵.
[۲۶] Messelink, G. J., et al. (2018). Biological control in greenhouse systems: Status and future. BioControl, 63(1), 1–۱۵.
[۲۷] Zhang, D., et al. (2020). Wolbachia-based incompatible insect technique. Trends in Parasitology, 36(10), 854–۸۶۴.
[۲۸] 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), 1421–۱۴۳۲.
[۳۱] 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), 45–۵۸.
[۳۵] 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), 151–۱۵۶.
[۳۹] 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/






دیدگاهتان را بنویسید