Индийский совет по сельскохозяйственным исследованиям (ICAR) и Продовольственная корпорация Индии (FCI) подписали официальный меморандум о взаимопонимании для запуска масштабного трехлетнего научного проекта в области устойчивой фумигации зерна на хранении. Соглашение было подписано в Нью-Дели при участии Министерства по делам потребителей, продовольствия и государственного распределения Индии.
Традиционно стратегические зерновые резервы Индии защищались от вредителей фосфидом алюминия (выделяющим газ фосфин) и инсектицидом малатионом.
Из-за многолетнего непрерывного применения у целевых популяций вредителей выработалась резистентность. Частота устойчивости к фосфину в ключевых аграрных штатах Индии достигла критической отметки в 72–100 процентов, что сделало стандартные обработки малоэффективными. Чтобы спасти хранимое зерно, структуры были вынуждены увеличивать дозировки и учащать циклы газации, что приводило к росту операционных расходов, риску накоплению токсичных остатков в продукции и подвергало опасности здоровье сотрудников складов.
Хотя фосфин (PH 3) — крайне токсичный, смертоносный газ, который нарушает клеточное дыхание в митохондриях, насекомые смогли к нему адаптироваться. Это произошло из-за многолетнего, непрерывного и часто неправильного применения газа (например, при фумигации в негерметичных складах, где концентрация газа падала ниже смертельного уровня).
Генетики обнаружили, что за устойчивость отвечают конкретные мутации в гене dld, кодирующем фермент дигидролипоамиддегидрогеназу (DLD). Этот фермент критически важен для аэробного энергетического метаболизма клеток.
Насекомые с сильной устойчивостью перестраивают свой метаболизм. При контакте с газом они резко снижают потребление кислорода и переходят на анаэробный (бескислородный) тип дыхания, «пережидая» фумигацию. Мутации зафиксированы у главных вредителей запасов по всему миру — у зернового точильщика (Rhyzopertha dominica), рисового долгоносика (Sitophilus oryzae) и булавоусого хрущака (Tribolium castaneum). В некоторых регионах Индии, Пакистана и Австралии выявляют популяции вредителей со 100%-й частотой устойчивости, против которых стандартные дозы фосфина уже не работают.
В новом соглашении ученые планируют валидировать три основные экологичные технологии: фумигацию пшеницы в металлических силосах чистым азотом (N₂); обработку мешков с рисом и пшеницей на складах комбинацией углекислого газа (CO₂) и фосфина; а также обработку партий зерна углекислым газом в специальных герметичных защитных чехлах.
У насекомых вредителей переход на анаэробный метаболизм — это временная защитная реакция, а не полноценная жизнь без кислорода. Когда насекомое чувствует фосфин, оно задействует генетический механизм защиты: резко замедляет дыхание и переходит на анаэробный обмен, чтобы снизить количество всасываемого токсина. В таком состоянии «анабиоза» жук может переждать стандартную краткосрочную фумигацию. Как только газ выветривается, он возвращается к нормальному дыханию.
При обработке азотом или углекислым газом кислород вытесняется из хранилища полностью (его концентрация падает ниже 1%). Насекомое точно так же включает защитный анаэробный режим и замирает. Однако без кислорода в его организме начинают стремительно накапливаться токсичные продукты неполного окисления (например, молочная кислота). Поскольку обработка газами длится долго (обычно от 7 до 14–21 дней), запасы энергии (гликогена) у вредителя полностью истощаются, наступает глубокий ацидоз клеток, и насекомое неизбежно погибает от удушья и самоотравления. Генетической защиты от длительного и полного отсутствия кислорода в природе не существует. Кроме того, углекислый газ в высоких концентрациях принудительно открывает дыхальца насекомого. Оно теряет способность контролировать испарение влаги, что приводит не только к асфиксии, но и к стремительному обезвоживанию организма вредителя.
Первый этап рассчитан на два года и будет проводиться на базе Центрального института послеуборочной инженерии и технологий (ICAR-CIPHET) в Лудхияне на складах в Пенджабе. После этого в течение еще одного года пройдут многолокационные испытания в разных климатических зонах Индии для создания точных региональных стандартов хранения зерна.