Снижение эффективности фунгицидов и изъятие из использования ряда активных ингредиентов в пестицидах побудили к поиску альтернативных методов защиты урожая, среди которых важную роль играют эфирные масла - вторичные метаболиты растений. Команда польских исследователей протестировала их в защите сахарной свеклы, важной национальной культуре, от опасной болезни.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей группы исследователей из Института защиты растений Национального научно-исследовательского института Польши и Познаньского научно-технологического парка, Фонд университета Адама Мицкевича, о том, что определено новое перспективное вещество в биозащите сахарной свеклы.
Современное сельское хозяйство направлено на получение высоких урожаев для обеспечения продовольствием растущего населения мира и внедрение биопрепаратов в защиту растений, что продиктовано как экологическими настроениями, так и другими факторами.
Например, в ряде стран происходит изъятие некоторых эффективных, но экологически опасных активных ингредиентов и снижение эффективности ранее широко используемых соединений. Патогены вырабатывают устойчивость к активным веществам, которые использовались неоднократно.
Новые активные синтетические вещества почти никогда не появляются на рынке, поскольку процесс регистрации очень дорогой и длительный. Поэтому в последние годы все больше внимания уделяется альтернативным методам защиты растений, например, основанным на использовании эфирных масел.
Эфирные масла (ЭМ) являются вторичными метаболитами растений, которые служат для защиты их от вредителей и болезней. Они проявляют антибактериальные, противовирусные, противогрибные и отпугивающие вредителей свойства, что является причиной использования ЭМ в медицине, фармацевтике, косметике и ветеринарии, а также в качестве консервантов, пищевых добавок и репеллентов от насекомых.
ЭМ представляют собой летучие, сложные смеси с сильными ароматами. Они могут состоять примерно из 20-60 ингредиентов, с двумя или тремя преобладающими, в то время как другие встречаются в небольших, часто следовых количествах. Состав ЭМ зависит от условий выращивания и части растения, из которого получено масло, а также генотипа растения.
В этом исследовании была проанализирована биологическая активность пяти коммерчески доступных эфирных масел, полученных из следующих растений: грейпфрут (Citrus grandis), розмарин (Rosmarinus officinalis), сосна (Pinus sylvestris), шалфей (Salvia officinalis) и тимьян (Thymus vulgaris).
Что касается эфирных масел, являющихся объектами этого исследования, их активность была протестирована против различных патогенов, указанных выше, но, как отметили авторы работы, это первый отчет об активности эфирных масел тимьяна в борьбе с C. beticola при выращивании сахарной свеклы в полевых условиях.
Сахарная свекла является одним из двух основных источников сахара в мире. Более половины мирового свекловичного сахара производится в Европейском союзе. В 2020 году Польша была третьим производителем сахарной свеклы, уступая только Франции и Германии.
Сахарная свекла подвержена воздействию различных патогенов, наиболее опасным из которых является C. beticola, вызывающий церкоспорозную пятнистость листьев или церкоспороз.
Развитию гриба C. beticola благоприятствуют температуры от 25 до 30 °C и влажность воздуха выше 90%. Жизнедеятельность гриба снижается при температуре ниже 15 °C, а при температуре 10 °C спорообразование и заражение не происходят. Заражение обостряется в сухие периоды в течение дня и влажные периоды ночью.
В климатических условиях Польши первые симптомы заболевания наблюдаются уже во второй половине июня. При оптимальных погодных условиях патоген может привести к полному отмиранию листьев.
Существует два типа токсинов, продуцируемых C. beticola, а именно церкоспорин и бетиколины. Эти токсины участвуют в процессе заражения и ответственны за образование некроза на листьях. У растений бетиколины вызывают резкую потерю растворенных веществ, таких как аминокислоты и β-цианин, из корневых тканей. Более того, токсины этого типа ингибируют АТФ-зависимый транспорт H+ . Церкоспорин оказывает влияние на многие физиологические функции клетки, включая активность АТФ-азы и транспорт протонов.
Церкоспорин растворяет клеточные мембраны, что, в свою очередь, дает гифам гриба доступ к питательным веществам. Это происходит из-за продукции токсином активных форм кислорода.
При отсутствии должной защиты сахарная свекла может потерять до 40% урожая корнеплодов и до 10% урожая сахара, который необходимо использовать для восстановления листьев.
Основным средством защиты от C. beticola является химическая обработка. Другие способы защиты сахарной свеклы от церкоспороза включают использование соответствующих агротехнологий (например, соответствующий севооборот, глубокая обработка почвы или устранение вторичных хозяев) и посадка устойчивых сортов.
В течение вегетационного периода цикл развития патогена может повторяться несколько раз, что требует нескольких защитных обработок. Однако частые защитные обработки повышают устойчивость патогена к действующим веществам фунгицидов, особенно если количество веществ, разрешенных к применению, ограничено.
В Европейском союзе фунгициды основаны на действующих веществах из трех различных групп: триазолы (например, эпоксиконазол, тебуконазол и дифеноконазол), морфолины (например, фенпропидин) и стробилурины (например, азоксистробин). Помимо вышеупомянутых, для защиты сахарной свеклы от церкоспороза могут также использоваться соли меди и агенты на основе серы (например, гидроксид меди).
Большинство восточноевропейских изолятов C. beticola проявляют высокую устойчивость к азоксистробину и очень часто они устойчивы к триазолам и морфолину.
C. beticola является патогеном, поражающим все виды свеклы: сахарную, кормовую, столовую и мангольд. Последние два используются как для потребления человеком, так и для сельскохозяйственных животных (на корм). Этот факт иллюстрирует актуальность поиска заменителей синтетических фунгицидов для защиты свеклы от C. beticola, которые можно использовать в органическом земледелии.
Цели настоящего исследования были (i) проверить in vitro активность коммерчески доступных ЭМ грейпфрута, розмарина, сосны, шалфея и тимьяна против ряда изолятов C. beticola, которые устойчивы к различным количествам фунгицидов, обычно используемых при выращивании сахарной свеклы, и (ii) оценить выбранные ЭМ при полевом выращивании сахарной свеклы.
Полевые анализы были сосредоточены не только на оценке активности ЭМ в борьбе с этим патогеном, но также на определении и описании качественных и количественных параметров урожайности сахарной свеклы.
Для исследования использовались изоляты C. beticola, полученные из листьев сахарной свеклы с полей центральной Польши.
Согласно определенной минимальной ингибирующей концентрации (МИК), ЭМ тимьяна оказалось наиболее эффективным против C. beticola.
Для большинства протестированных грибных изолятов МИК этого ЭМ составила 0,313 мл/л. ЭМ тимьяна также подавляло рост мультирезистентных изолятов.
На основании полученных результатов эфирное масло тимьяна было подвергнуто дальнейшему тестированию в полевых условиях, где также была доказана его эффективность в борьбе с C. beticola.
Результаты показывают, что использование эфирного масла тимьяна может быть перспективным методом защиты сахарной свеклы, хотя оно требует дальнейшей оптимизации в контексте его включения в устойчивые программы защиты, предполагающие сокращение количества обработок синтетическими фунгицидами.
По статье группы авторов (Агнешка Кинец, Мачей Спыхальский, Войцех Мизиняк, Магдалена Палац, Рафал Кукавка), опубликованной в журнале Agriculture 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.