биологические средства защиты растений и биотехнология их

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
ИХ ПРОИЗВОДСТВА
Л.Ф.Горовой
Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, г.Киев,
Украина, gorovoj@iicb.kiev.ua
Современное сельское хозяйство не мыслимо без огромного арсенала
ядохимикатов, которые являются важным оружием в борьбе за урожай. Но это оружие
убивает не только вредителей культурных растений – оно отравляет все и разрушает
экологическую систему. Остаточные количества пестицидов в продуктах питания
медленно, но постоянно уничтожают запас здоровья, дарованный нам природой.
Осознание того, что на поля ежегодно вносится от 11 до 18 кг/га сильных
ядохимикатов в развитых странах вызывает серьезное беспокойство как у простых
людей, так и у правительств. Эти проблемы пытаются решать разными путями.
Некоторые предприятия отказываются от применения ядохимикатов, а потери урожая
компенсируют более высокими ценами на продукцию с этикеткой «экологически
чистый». Огромные сила и средства тратятся в традиционном направлении по
созданию болезнеустойчивых сортов. Однако патогенные микроорганизмы
приспосабливаются к таким сортам гораздо быстрее, чем создаются новые устойчивые
сорта.
Решение проблемы защиты растений возможно только при глубоком изучении
взаимоотношений между растением-хозяином и паразитом. Эти исследования
показали, что у каждого растения имеется мощный арсенал собственных средств
защиты от паразитных микроорганизмов, но большинство из них в процессе
окультуривания утратило способность вовремя запускать иммунный ответ. Защитные
реакции растений можно включить, обработав их специальными веществами
индукторами болезнеустойчивости – элиситорами. Элиситорными свойствами
обладают некоторые биологические молекулы грибного и бактериального
происхождения. Эти вещества не токсичны и действуют в очень малых концентрациях
как сигнальные молекулы. Индукторы устойчивости относятся к нескольким классам
соединений. Наибольшую активность среди них проявляют некоторые полисахариды:
глюканы, хитин и хитозан. Работы с хитозаном ведутся во многих странах мира и на
рынке уже имеется ряд коммерческих препаратов на основе этого биополимера. Их
широкое использование сдерживается относительно низкой эффективностью. Они пока
существенно отстают от химических ядохимикатов.
Для успешной защиты растений с использованием биологически активных
препаратов требуется решение многофакторных задач, сложность которых на порядки
выше, чем при использовании биоцидных препаратов. Это направление по праву
можно отнести к самым современным высоким наукоемким технологиям. Наши
исследования базировались, прежде всего, на знаниях строения клеточной стенки
грибов. Важными являются следующие факты: 1) хитин составляет самый внутренний
слой клеточной стенки, а клеточная стенка грибов такой важной в фитопатологическом
отношении группы как Оомицеты вообще не содержит хитина; 2) у всех групп грибов
глюканы составляют основную часть массы клеточной стенки и являются
цементирующим матриксом для хитиновых микрофибрилл; 3) из глюканов состоят
наружные слои клеточной стенки и именно они первыми контактируют с клеточной
стенкой растения-хозяина; 4) часть глюканов клеточной стенки имеет небольшую
молекулярную массу, растворяется в воде и выделяется грибом в ближайшее
51
окружение гифы; 5) хитиновые микрофибриллы ковалентно связаны с глюканами и
поэтому труднодоступны для ферментов, в то время как глюканы клеточной стенки
легко доступны для литических ферментов.
Из этих фактов мы сделали вывод, что при разработке препаратов индукторов
болезнеустойчивости растений среди многих сигнальных молекул приоритет должны
иметь глюканы как элиситоры, способные включать гены устойчивости и приводить к
усиленному синтезу глюканаз и других фитоалексинов. Наши исследования были
направлены на поиски биологически активных глюканов у высших базидиальных
грибов. С учетом технико-экономических критериев мы ограничили скрининг
потенциальных грибов продуцентов только широко распространенными видами
дереворазрушающих афиллофоральных грибов. В наибольшей степени всем критериям
удовлетворяет трутовик обыкновенный - Fomes fomentarius. В результате были
получены экстракты, которые показали необыкновенно высокую элиситорную
активность. На основе этого экстракта был разработан биофунгицид «Микосан» в двух
модификациях – «Микосан-Н» для предпосевной обработки семян и «Микосан-В» для
обработки зеленой массы растений. Широкие лабораторные и полевые испытания
препарата показали, что по эффективности он не только не уступает лучшим
химическим препаратам ведущих западных фирм, но и превосходит их по некоторым
показателям. В частности, он проявляет свойства биостимулятора – увеличивает
энергию прорастания и повышает всхожесть семян, улучшает биометрические
показатели. «Микосан» не токсичен и безопасен во всех отношениях. Это открывает
реальные перспективы перехода от опасных биоцидных препаратов к современным
биологическим методам защиты растений от заболеваний. Испытания препарата
проводили ведущие аграрные институты Украины и России в разных экологоклиматических зонах на протяжении 5 лет. В 2002 г. препарат прошел государственную
регистрацию и разрешен для применения на широком круге культур. Включая
универсальные защитные реакции растений, «Микосан» способен защитить от
большинства распространенных грибковых, бактериальных и вирусных заболеваний и
позволяет получить хороший урожай экологически чистой продукции. При этом
биопрепарат значительно дешевле многих ядохимикатов.
Биотехнология получения биофунгицида «Микосан» сопряжена с технологией
получения хитин-содержащего биоматериала «Микотон». Оба продукта получают из
биомассы гриба F. fomentarius. Первые стадии технологического процесса полностью
совпадают, отличия в технологии имеются только на последних стадиях изготовления
каждого продукта. Таким образом, создана безотходная экологически чистая
биотехнология получения двух ценных продуктов.
Результаты многолетних промышленных испытаний на многих культурах
доказывают, что выбранные нами подходы к созданию препаратов индукторов
устойчивости растений являются перспективными. “Микосан” фактически является
первым препаратом среди аналогов, который удовлетворяет всем трем главным
критериям, предъявляемым к новым средствам защиты растений: эффективность,
экономичность, экологическая безопасность и безвредность для человека. Большой
интерес к препарату агрономов крупных агропредприятий, и особенно со стороны
садоводов любителей и дачников, заботящихся о чистоте своих земельных участков и
чистоте овощей, ягод и фруктов для личного потребления, говорят о большой
перспективе нового препарата. Мечта людей о чистом огурчике с собственной грядки и
о яблоке без химии для ребенка начинают сбываться.
Потенциал такого направления только открывается. Для его развития требуется
углубление и расширение фундаментальных исследований, а также разработки новой
методологии практического применения таких препаратов.
52