Защита растений. Новый взгляд на проблему

Защита растений. Новый взгляд на проблему

3 Мая 2017
Защита растений. Новый взгляд на проблему

 

Помимо традиционных методов защиты агрокультур от вредителей и патогенной фауны в последнее время возникли новые, наполненные новым содержанием и смыслом.

Таковыми являются биологические и генетические подходы к данной проблеме. Экологически безвредные, ими можно добиться высоких результатов как отдельным применением, так и комплексным подходом с другими средствами. Среди них наибольший интерес вызывает химическая стерилизация вредителей, а так же использование гормонов как основных биологически активных веществ для защиты растений.

 

Химическая стерилизация насекомых-вредителей

В основе такой стерилизации лежит применение хемостерилянтов — особых веществ химической природы, способных снижать или вообще ликвидировать свойство живых объектов размножаться и продолжать род. Цитологический эффект данного способа подобен стерилизации ионизирующим излучением, поскольку в обоих случаях имеют место непоправимые процессы, происходящие в наследственном аппарате и цитоплазме гамет.
Использование метода химической стерилизации может происходить двумя способами:

насыщением естественных популяций вредителей экземплярами, предварительно прошедшими воздействие химическими стерилянтами;
непосредственным воздействием хемостерилянтов на природные группировки вредоносной энтомофауны в местах их наибольшей численности.
Каким способом бы данный метод не осуществлялся, важно одно — обеспечить достаточную половую активность и обонятельно-поисковые рефлексы бесплодных самцов, способных в естественной среде находить и совершать оплодотворение половозрелых самок. В данном отношении стерилизация химическими препаратами, как правило, менее агрессивна в отношении насекомых, чем радиационная.

Воздействие хемостерилизующих веществ в наиболее приемлемых количествах намного реже приводит к укорачиванию жизненного цикла насекомых, извращению их полового и особенно брачного поведения.
Основная черта хемостерилянтов, как и самой радиационной стерилизации насекомых — селективность их воздействия исключительно на интенсивно делящиеся клетки. Обычно, у взрослых особей насекомых это может наблюдаться в гонадах, эпителиальном слое кишечника, а так же гемолимфе.

Чувствительность каждой из этих групп клеток к воздействию хемостерилянтов неодинакова, почему и проявляется неравноценными последствиями для всего организма.


Химическая стерилизация насекомых имеет свои особенности:

  • направленность действия против насекомых, подвергающихся стерилизации;

  • исключение попадания в продукты и воду в случае лабораторной стерилизации;
    положительный эффект при действии на интенсивно плодящиеся виды насекомых;
    уменьшение плотности потомства, не сопровождающееся снижением вредоносности энтомофауны.

 

Индуцируемая стерильность насекомых, гаметы которых чрезвычайно быстро реагируют на действие хемостерилянтов, в отличие от эпителиальных клеток и гемолимфы, не будет сопровождаться токсическим эффектом. Если же доза, вызывающая бесплодность особей, практически равноценна количеству стерилянта, приводящего к интоксикации организма в целом, больших потерь особей популяции не избежать. Это говорит о том, что данный вид характеризуется небольшим фактором безопасности. Среди отрядов насекомых его имеют полу- и жесткокрылые. Представители другого отряда — двукрылых, наоборот, имеют большой размах между этими двумя дозами, а следовательно, и фактор безопасности.


Наиболее часто хемостерилянтами могут выступать:

  • соединения этиленимина (бусульфат, афолат, тэф, тиотэф и др.);

  • триазины, фосфамиды;

  • урацил;

  • антиметаболиты (пиримидины, пурины).


Еще в конце 40-х годов прошлого века советским ученым И. А. Раппопортом была раскрыта стерилизующая способность веществ азотистого иприта и этиленимина, действующих на насекомых. Через десять лет данная методика получила развитие и на американском континенте. К началу 70-х годов было известно уже свыше 3 тыс. химических соединений, синтезированных усилиями биохимиков и онкологов, занимающихся поиском эффективных препаратов, ингибирующих рост нежелательных клеток.
Среди общего числа средств наиболее пригодными для стерилизации вредителей показали себя тиотэф (триэтиленимид тиофосфорной кислоты), тэф (триэтиленимид фосфорной кислоты), афолат. Неплохие результаты защиты томатов от мухи дрозофилы были получены в США. Меньше чем за два месяца подсадкой в популяции вредителя стерильных особей (25 экземпляров на одну половозрелую) удалось уменьшить численность популяции дрозофилы на 82%.

Другими положительными примерами является препарат тиотеф, применяемый против американской белой бабочки, бусульфан — против коробочного долгоносика.
Воздействие различных по химической природе стерилянтов имеет неодинаковые проявления. Это и запаздывание развития гонад, гибель сформированных яйцеклеток или сперматозоидов, а так же способность управлять процессом оплодотворения, заканчивающегося появлением нежизнеспособных ооцитов.
Например, тэф, титэф влияют на наследственные структуры самцов, что выражается в нарушении работы сперматозоидов. Подобные вещества нашли свое применение против насекомых вблизи животноводческих комплексов и ферм.

Зависимо от исходного препарата, а так же стадии метаморфоза вредителя варьируют и конкретные приемы их применения. Если имеют дело с куколками, то их обычно помещают в химические растворы на необходимый промежуток времени, если с личинками, то хемостерилянтов привносят в синтетические среды, на которых они проращиваются. Взрослая особь вредителей получает нужную дозу хемостерилянтов чаще всего контактным путем, через поверхность покровов или конечностей.
Установлено, что некоторые соединения хемостерилянтов могут быть токсическими и даже канцерогенными по отношению к теплокровной фауне. Это и является основным барьером для их масштабного применения. Поэтому основными направлениями дальнейших разработок в этой отрасли является синтез соединений селективного действия и поиск безопасных механизмов их использования. Одним из таких является их совместное применение с аттрактантами в стерилизующих ловушках. В последние годы проведено немало работ по исследованию хемостерилянтов, ингибирующих выработку вещества хитина, которые считают наиболее экологически оправданными и благополучными среди равных.

 

Биологически активные вещества на страже защиты посевов от вредителей и болезней

 Гормональные препараты стали поистине новым словом в защите растений. Как и у высших животных, у беспозвоночных класса насекомые так же имеются внутренние железы, секретирующие непосредственно в жидкую среду организма вещества, производящие регуляцию метаболизма и протекание нормального онтогенеза членистоногих. Аналогично тому, как эти секреты называются у человека и млекопитающих, для насекомых они так же имеют название гормоны. На сегодняшний день гормональными препаратами являются аналогичные естественным гормонам вещества, действие которых заключается во влиянии на метаболические процессы тех или иных групп организмов на молекулярно-генетическом уровне их протекания. Они легко разрушаются в окружающей среде. Характерными особенностями препаратов гормональной группы является:

  • отсутствие токсического эффекта на живые объекты;

  • по своей химической структуре не являются пестицидными веществами;

  • не провоцируют гибель клеток и тканей;

  • строго действуют на молекулярные процессы во внутренней среде организмов.

 

Одни из гормонов насекомых уже удалось получить в химически чистом виде, раскрыть их структуру и функциональные особенности. Другие лишь можно определить по особенностям их воздействия, когда еще больше секреторных веществ известны на уровне предположений.

Среди гормональных препаратов можно выделить следующие группы:

  • ювенильные или ювеноиды — аналогичны своему одноименному гормону насекомых личиночной стадии онтогенеза, способные угнетать метаморфические процессы и обмен веществ насекомых. Их действие проявляется через ингибирование работы клеток, отвечающих за секрецию деятельности нервной системы, и даже их вырождение;

  • гормоны контроля за протеканием линьки или экдизоны — химически сложные по структуре искусственные соединения, похожие на гормоны, участвующие в процессе смены покровов насекомых. Способны активизировать этот процесс, затормаживая или вообще исключая смену хитинового покрова насекомого;

  • активационные гормоны или гормоны диапаузы;

  • диуретический гормон, регулирующий водно-солевой баланс организма насекомых.

 

Наибольший практический интерес представляет собой ювенильный гормон, обладающий менее сложным химическим строением, чем например экдизон. К тому же, его намного проще синтезировать в промышленных масштабах. Благодаря хорошей жирорастворимости ювенильные гормоны и их искусственные аналоги нашли свое применение в качестве средств контактной группы применения. Сам по себе гормон личиночной фазы имеется абсолютно у всех представителей энтомофауны, однако в разных количествах. Схема его динамики в телах насекомых подчиняется определенным правилам. Наибольшее количество ювенильного гормона можно наблюдать в фазах, предшествующих формированию взрослой особи насекомых, а так же в период развития репродуктивной системы. При переходе с одной стадии метаморфоза в другую количество данного гормоны обычно снижается.

 

Функциональными особенностями ювеноидов можно назвать следующее:

  • препятствование формированию и развитию тканей из отдельных клеток;

  • нарушение естественного хода метаморфоза;

  • затормаживание процессов наступления полового созревания и готовности к спариванию, что проявляется через недоразвитость яйцеклеток в гонадах самок и придаточных половых желез у самцов.


Эксперименты по получению и распознаванию этого гормона, проводимые рядом американских ученых, доказали, что среди всех представителей данного класса членистоногих животных достоверно можно выделить не меньше трех его форм, являющихся производными фарнезиловой кислоты.
Примечательно, что отдельные таксоны насекомых дифференцируются не только одной лишь формой гормонов, а и их количественным присутствием в организме. И эти различия прослеживаются не только между отдельными отрядами насекомых, а и между семействами и родами одного систематического отряда.
Впервые предположение относительно возможности привлечь ювенильный гормон и вещества, похожие на него, было выдвинуто американским ученым К. Вильямсом в 1965 г. Он был первым, кто смог экстрагировать этот гормон из особей самцов червя рода Cecropia.
Уже позднее удалось синтезировать вещества, структурно отличные от самого ювенильного гормона, но имеющие аналогичное физиологическое значение. И на сегодня подобных соединений насчитывается свыше нескольких тысяч разных наименований. Наиболее перспективными из них являются:

  • дигидрохлорид-метил-фарнезоат — биологически активное соединение, вырабатываемое насекомыми из отряда полужесткокрылых в наноконцентрациях;

  • ювабион — первый найденный «заменитель» ювенильного гормона, повторяющий его характеристики. Особо чувствительны к его действию оказались клопы-солдатики, приносящие урон виноградарству и садоводству;

  • пептидообразные вещества, аналогичные по своей структуре ювенильному гормону. Зарекомендовали себя в мероприятиях по борьбе с вредителями хлопчатника.

 

Применяются так же гераниловые эфиры — соединения, активность которые в сотни раз выше, чем их естественного аналога. Например, малый мучной хрущик в тысячу раз чувствительней реагирует на соединения этой группы, чем на сам ювенильный гормон. Известны и додекадиеноаты — вещества с селективным действием, активно воздействующие на двукрылых и равнокрылых насекомых. На практике неоднократно испытывались и против тли из отряда полужесткокрылых.


Соединения гормонального действия — проблемы и перспективы

Практическое внедрение данных препаратов в широких масштабах в целях защиты агроценозов сталкивается с рядом проблем. Одной из них является непродолжительный период действия. Большая часть соединений под действием солнечного ультрафиолета теряет свою активность уже через 16 часов. Критическим временем их применения против насекомых нередко составляет до трех дней, а у отдельных представителей и до суток. Сложности так же создает асинхронность развития большинства насекомых, обуславливающая постоянное окружение растений не одним десятком потенциально опасных насекомых, находящихся в разных стадиях метаморфоза. Поэтому, пока одни, более чувствительные виды-вредители начнут реагировать на действие гормонов, другие параллельно с этим могут продолжать свою вредоносную деятельность. А учитывая, что действие гормонов не носить мгновенный характер, для этого создаются все возможности.
В последнее время появляются отдельные сообщения, что ряд препаратов гормональной природы могут создавать токсическую угрозу для энтомофагов, питающихся теми, против которых их применяют. Но одновременно с этим они не имеют свойства аккумулироваться в живых тканях, практически неядовитые для птиц и млекопитающих, для полной гарантии чего и ведутся дальнейшие их полевые испытания.
Например, в Соединенных штатах для борьбы с кровососущими насекомыми разрешено применение препарата метопрена, который вместе с тем оказался хорошим союзником в защите посевов от клопа-черепашки. На стадии тестирования находится масса препаратов, таких как кинопрен, эпофенонан, трипрен и другие. Особую заинтересованность ученых вызывают соединения, являющиеся производными мочевины, действующие подобно гормонам, которые регулируют синтез хитина и наступление линьки.
Это приводит к нарушениям метаморфоза, несвоевременному формированию кутикулы, что заканчивается гибелью насекомых, на какой бы стадии развития они не находились. Воздействие некоторых концентраций подобных соединений на взрослые особи может закончиться полной их стерилизацией, на ооциты или гусеницы — всегда летальным эффектом. Среди наиболее активных веществ данной группы можно назвать препарат димилин. Он показал себя как малотоксичное вещество для большинства наземных и грунтовых обитателей, не способное передаваться трофическими цепями и аккумулироваться в живых организмах. Обладает кишечным механизмом действия, почему и сфера его применения лежит в области тех видов, которые питаются вегетативными частями растений на стадии личинки (луговой мотылек, колорадский жук, яблонная плодожорка).
Несмотря на широкий ассортимент химических соединений, вырабатываемых организмами насекомых, он несравним с тем количеством вредителей растений, которые процветают сегодня. Гормональные вещества, запускаемые в действие вместе с кровеносным потоком, не имеют себе равных. Отдельные, эволюционно более ранние группы растений в большей степени вооружены веществами, аналогичными действию биологически активных веществ насекомых. Это позволяет им выстраивать гораздо более сложные взаимосвязи и с окружающими растениями, им с организмами насекомых-вредителей. В большинстве же случаев основная надежда полагается на биологические аналоги ювенильного гормона, которые рассматриваются как оружие против вредителей будущего времени.
Возможно, поиски ученых позволят получить и другие заменители гормонов насекомых, значительно расширив перспективы решения данной проблемы.
Защита культурных растений путем стерилизации вредителей, независимо от применяемого метода, способна решить проблемы контроля численности вредоносных насекомых, предотвращения потерь урожая без применения химических средств непосредственно на самих культурах и исключению для человека и животных рисков.

Поделиться: