В фокусе R&D компаний — повышение устойчивости посевов к засухам, засолению и высоким температурам


Антистрессовые препараты скоро станут еще одним элементом интегрированной системы защиты растений. После прошлогодней засухи мировые R&D компании сфокусировались на поиске веществ и технологий, которые способны помочь растениям выдерживать абиотические стрессы.

Проблемы

Несмотря на высокий уровень контроля вредных организмов в посевах основных сельхозкультур, их реальные урожаи далеки от потенциально возможных. В глобальном масштабе потенциал урожайности возделываемых сортов и гибридов используется лишь наполовину.

Основной причиной сокращения урожайности является абиотический стресс. Засуха, засоление, избыточная кислотность и потеря элементов питания вызывают две третьи этих потерь. Существенную роль играют также очень низкие или слишком высокие температуры, избыток ультрафиолета, тяжелые металлы и недостаток кислорода на фоне переувлажнения почв. Как следствие, почти все пахотные земли не способны обеспечить оптимальные условия для роста растений, даже при высокой технике земледелия.

Усугубляет ситуацию глобальное изменение климата. По мнению помощника генерального директора ФАО Александра Мюллера,  сельское хозяйство страдает от климатических изменений в наибольшей степени и в будущем это негативное влияние только усилится.

Возможности

Исследования последних лет демонстрируют, что определенные биологические или химические соединения способны помочь растениям лучше справиться со стрессорными факторами. На современном этапе развития только за счет реализации данного направления  урожайность культур можно повысить на 3-20%, пишет британский журнал Agrow. В будущем, с развитием антистрессовых технологий, возможно достижение и более существенных результатов.

Флагманом внедрения инновационных технологий в сельскохозяйственное производство должно стать семеноводство. Речь идет о создании новых сортов с более высокой устойчивостью к стрессорным факторам. В настоящее время ученые всего мира работают над увеличением устойчивости культур к засухе и засолению, а также повышением эффективности использования азота. Наиболее активны в этой сфере такие компании, как Сингента, Дюпон, Байер КропСайенс, Монсанто, ВАСФ, Эвоген, Ceres, Mendel, Postech, Genomine, Arcadia Biosciences, FuturaGene and Performance Plants. Основные культуры, на которых проводятся работы такого рода - кукуруза, соя и хлопок.

Помимо этого, активно ведутся поиски новых биологических и химических индукторов, которые способны активизировать в растениях собственные механизмы защиты. Главным критерием в поиске этих соединений является их способность индуцировать специфический физиологический ответ культуры, повышающий ее урожай в неблагоприятных условиях. Кроме увеличения продуктивности, поиски ведутся в направлении увеличения качества урожая, а также  повышения эффективности используемых ресурсов — воды, удобрений и фотосинтетически активной радиации (ФАР). Установлено, что физиологического ответа можно добиться, воздействуя не только  химическими, но и биологическими стимулами, к которым относятся грибы, бактерии и другие микроорганизмы.

Фунгициды и инсектициды

Первые шаги в направлении развития антистрессорных технологий уже сделаны. Например, многократно был описан факт активизации собственных механизмов защиты растений под действием инсектицидов и фунгицидов. Показано, что семена, обработанные тиаметоксамом, даже в условиях отсутствия вредителей быстрее прорастают, имеют более дружные всходы и более развитую корневую систему. У них раньше происходит смыкание ботвы, что сдерживает развитие сорняков, и они имеют более высокое содержание хлорофилла, которое способствует получению более высокого урожая лучшего качества. Растения, обработанные тиаметоксамом, обладают повышенной устойчивостью к засухе, засолению, низкому рН и другим стрессорным факторам. Тиаметоксам, в данном случае, действует как регулятор активности ряда ключевых генов, которые участвуют в защите растений от абиотического стресса.

Тиаметоксам принадлежит к химическому классу неоникотиноидов. Другие соединения этого класса также обладают способностью повышать устойчивость растений к абиотическому стрессу. В частности, имидаклоприд снижает активность маркерных генов засухи и повышает уровень фотосинтеза. Кроме того, неоникотиноиды, являясь инсектицидами, индуцируют системную устойчивость растений к болезням.

Многие инсектициды и фунгициды в настоящий момент исследуются на предмет способности индуцировать устойчивость растений к абиотическим стрессам. К таким соединениям относятся стробилурины. Один из представителей этой группы, азоксистробин, предотвращает преждевременное старение растений и продляет период их вегетации.

Регуляторы роста

Наиболее изученной группой химических соединений, обладающих способностью индуцировать устойчивость культур к абиотическому стрессу, являются регуляторы роста растений. Например, тринексапак-этил повышает эффективность использования воды, увеличивает прочность стебля зерновых культур и сокращает риск полегания.

Другим показательным примером является действие метилциклопропена. Это соединение защищает культуры от высокой температуры, засухи и других стрессов. В растениях обработанных метилциклопропеном под действием абиотических стрессов образуется более высокий уровень этилена, который сильнее замедляет ростовые процессы. Благодаря этому увеличивается устойчивость культур к неблагоприятным факторам среды. Во время кратковременных периодов жары и засухи, растения, обработанные метилциклопропеном, повреждаются в меньшей степени и поддерживают более высокий уровень фотосинтетической активности.

Биоагенты

Большой потенциал имеют биологические объекты, способные повышать устойчивость растений к абиотическим стрессам. Все больше исследователей обращают внимание на  широкий спектр грибов, бактерий и других микроорганизмов-индукторов. Наибольшее внимание в связи с этим заслуживают азотфиксирующие клубеньковые бактерии - ризобии (Rhizobia) и несколько видов бактерий рода Bacillus. Другие микроорганизмы также обладают определенным стимулирующим действием на растения, однако у исследователей пока еще нет четкого понимания, как эти явления можно использовать.

Сегмент рынка, связанный с защитой растений от абиотических стрессов, очень перспективен. По мнению экспертов, это направление способно стать началом новой «зеленой революции».

Виталий Рагулин