Биометод: реальная безопасность или Fata morgana

автор:

Среди различных методов защиты растений, особую роль отводится биологическим приемам регулирования численности вредных объектов, как наиболее безопасным и экологически чистым приемам. Очень часто его выставляют в противовес химическому методу, как более безопасному, как для окружающей среды, для работающего персонала и для потребителей сельскохозяйственной продукции. В 90-х годах прошлого столетия речь шла о том, что через 5—10 лет доля использования биометода в США увеличится до 10—15% (Каспаров, Промоненков, 1990). Прошло около 20 лет и опять читаем, что уровень биологизации в США 1,5—2,0%. И теперь через 40 лет прогнозируется 35% биозащиты (Фокин, 2009). Это говорит о том, что использования биометода, как специфического способа регуляции численности вредителей, имеет определенные проблемы. Более того, нельзя подходить к современным химическим препаратам мерками прошлого столетия. Жизнь не стоит на месте. Научный прогресс находит новые решения и не всегда оставляет место прошлым взглядам.

Если говорить о химических препаратах, то их токсичность для теплокровных организмов резко снизилась. Если еще лет 20—30 назад использование высоко и средне — токсичных продуктов (хлор и ФОС органика, производные карбомидной кислоты, фенольные соединения и др.) было массово, то среди современных пестицидов это уже редкость. С каждым годом ужесточаются требования к пестицидам, уже высокой эффективности против вредных объектов не достаточно. Сегодня пестициды должны отвечать и жестким требованиям безопасности, как для людей, так и для окружающей среды. Поэтому большинство используемых в современном земледелии средств защиты растений имеет достаточно низкий уровень токсичности. Уже не редкость, когда у препарата уровень LD50 для теплокровных > 5000 (например, инсектицид актара, д.в. тиометоксам), что даже ниже, чем у поваренной соли.

Постепенно происходит стирание граней между биологическим и химическим методами. Биологический метод — это использование живых организмов, продуктов их жизнедеятельности или синтетических аналогов для уменьшения популяции организмов, вредящих растениям, с целью снижения их вредоносности (Литвинов, Опаренко, Пантелеев,1980). Если исходить из этого определения, то в арсенале современных препаратов достаточно много используют соединений природного происхождения. Как примеры, можно привести следующие:

— Перетроиды — производные хризантемовой и пиретреновой кислот, которые были выявлены в ромашке (Ткачев, 2004). Сейчас препараты этой группы являются наиболее применяемыми. Среди препаратов этой группы широко известны Карате Зеон, Децис Форте, Фастак и еще более двух десятков различных соединений.

— Фенилтиосульфонаты, вещества по химической структуре представляют собой видоизмененный природный инсектицид — нереистоксин, содержащийся в морских аннелидах. Из этой группы хорошо известен препарат — Банкол, который широко использовался в борьбе с колорадским жуком (Каспаров, Промоненков, 1990).

— Производные стробилуриновых соединений, являющихся основой современных фунгицидов, начало которым отыскали в мякоти растущего под хвойным деревом съедобного гриба, похожего на поганку. Гриб распыляет это вещество вокруг и подавляет микроорганизмы. Стробирулины являются действующими веществами таких препаратов, как Строби, Амистар Экстра и др.

— Флудионоксил — вещество, вырабатываемое почвенной бактерией Pseudomonas pyrrocinia. Синтетический аналог используется при создании таких препаратов для обработки семян, как Максим, Максим Стар и др.

— Мезотрион — химическое соединение, полученное из растения Callistemon citrinus. Оно является действующим веществом современных гербицидов — Люмакс, Каллисто. Еще лет двадцать назад предполагали, что из растений, обладающих аллелопатическим потенциалом, будут выделены агенты, которые будут применяться в качестве фитонцидов (Райз,1986). Сейчас это стало реальностью. Использование синтетического аналога мезотриона позволяет бороться с широким спектром сорняков на кукурузе и маке.

И этот список можно было бы продолжить.

И совершенно парадоксальна ситуация с препаратами регулирующие рост и развитие насекомых (ювеноиды и ингибиторы синтеза хитина). Эти вещества, имеющие химическую природу, при попадании в организм насекомых выполняют гормональную роль, практически, являясь синтетическими их аналогами. Ювеноиды, будучи аналогом ювенильного  гормона, способны нарушать цикл развития насекомых на стадии метаморфоза. В качестве примера можно привести такой препарат, как Инсегар, который широко использовался в борьбе с плодожорками. К стати в хвойных и других растениях обнаружен целый ряд терпеноидных соединений, многие из которых могут быть аналогами ювенильных гормонов (Rice,1974).

Гормон линьки — a и b-экдизоны (гормон линьки) также встречается во многих живых организмах: у насекомых и ракообразных, в корнях Hyranthes fauriei, древесине Pocarpus elatus, в листьях шелковицы и корневищах папоротника, в листьях тиса и других растениях (Horn, 1971).

К существенному недостатку ювеноидов, ограничивающих их применение, относится замедленность действия и неспособность немедленно остановить повреждение культуры. Этого недостатка лишена другая группа регуляторов роста и развития насекомых — ингибиторы синтеза хитина (Буров,, Сазонов, Анисимов и др.,1984). Они препятствуют образованию хитинового покрова насекомых при линьках, и тем самым приводя их к гибели. Из этой группы можно в качестве примера привести инсектицид Матч, который эффективно используют в борьбе с вредителями в овощеводстве и садоводстве. Сейчас в практике широко используют смесь ювеноидов и ингибиторов синтеза хитина, что позволяет улучшить эффективность действия (например, инсектицид Люфокс).

Аграрников привлекает в этих препаратах, их высокая эффективность, малая токсичность для позвоночных, безопасность к окружающей среде, снижение кратности обработок.

И вот после всего сказанного, мы задаем вопрос, это препараты из биологического или химического арсенала. Правда, трудно ответить. С одной стороны — это химический метод. Препараты синтезируются на заводах, имеют определенную формуляцию, используются по регламентам применения химических пестицидов. Но с другой стороны, они имеют биологическое происхождение, используют аналоги природных соединений, что автоматически заносит их в ряд биологических средств защиты растений. Когда производят инсулин, путем искусственного синтеза или получают от животных, он остается инсулином в обеих случаях. Ведь не совсем логично будет использования экстрактов растений назвать биологическим методом, а химических аналогов — химическим.

Мы можем наблюдать постепенное стирание граней между биологическим и химическим методами в их традиционной трактовке. Это будет относится и к оценке безопасности использования тех или иных средств контроля вредных организмов.

Принципы подхода к безопасному и экологически чистому земледелию требуют изменений. Сейчас зачастую можно услышать утверждение, что мы получили экологически чистый продукт, используя биологический метод. Но так ли уверенно можно утверждать так? Давайте попробуем обсудить эту часть.

Среди биологических приемов немаловажная роль отводится использованию бактериальных препаратов на основе некоторых бактерий, главным образом Bacterium turengiensis (планриз, бактофит, пентафаг, микостоп, фитолавин, триходермин, баксин, энтобактерин, инсектин и др.)

Используются множественные штаммы этой бактерии, которые определяют различные виды препаратов (Кандыбин, 1989; Ткачев, 2004). Попадая в организм насекомого бактерия начинает выделять экзо и эндо- токсины, от отравления которыми и погибает насекомое. Но в последние годы установлено, что биопрепараты на основе спорообразующих бактерий рода Bacillus spp. и неспороносные бактерий рода Salmonella spp. могут вызывать у человека пищевые токсикоинфекции, воспалительные заболевания кишечника и органов дыхания, дисбактериозы. Поэтому применять биопрепараты надо очень осторожно, соблюдая установленные сроки ожидания и кратность обработок. (Sebesta, Horska, Vankova,1969; Логвиновский, 2004). Но эти токсины вырабатываются бактериями и вне организма насекомого. И токсичность этих токсинов, особенно, экзотоксинов для человека не такая уж безопасная. Не думаю, что, вам будет приятнее отравиться природными токсинами ботулизма (как биологического агента), чем например синтетическим зарином. Каждое химическое вещество имеет определенный уровень токсичности, независимо от того выработано ли оно бактерией, грибами или другими живыми организмами, то ли оно получено путем химического синтеза в лаборатории. Как в химической промышленности (где идет постоянный поиск соединений с более низким уровнем LD50), так и микробиологи работают над получением новых штаммов микроорганизмов, которые вырабатывают токсины со значительно меньшим для теплокровных уровнем токсичности.

В определенной степени все вышеперечисленное можно отнести и к антибиотикам, которые используют в борьбе с болезнями растений. О том, что данные токсины, вырабатываемые грибами, не так уж безопасны хорошо известно.

Ну хорошо, это все препараты, которые нарушают физиологические процессы за счет токсинов имеющих природное происхождение, но от этого они не не менее токсичны, чем вещества искусственного синтеза.

Но можно использовать в борьбе с вредителями их естественных врагов: хищников и паразитов. Но для этого их надо вырастить в больших объемах в специальных инсектариях. Хищники и паразиты вредных насекомых в экологической классификации будут являться консументами 2 —го порядка Таким образом для их получения мы будем использовать продуцеты (зерно, зеленые растения и др.) для выращивания консументов 1-го порядка (живых организмов на которых будут выращиваться необходимые хищники и паразиты). И на каждом этапе будет затрачивание и потери энергии, свойственные любой трофической цепи. (рис.1). Возникает парадокс. Для того что — бы спасти количества урожая - N (выраженного в энергетических затратах на его получения), мы должны затратить M+b энергии. M — включает собой энергетические затраты на получение субстрата для выращивание хозяев (консументов 1-го порядка) и энергетические затраты связанные с получением непосредственно самих хищников или паразитов (теплоэнергия, свет, заработная плата работников, амортизация здания, оборудования и др.). Кроме того, каждая организменная единица тратит часть поступающей энергии на собственные нужды (какая-то ее доля теряется во время превращения тканей жертвы в ткани хищника или паразита, какая-то ее часть вообще не ассимилируется через кишечный тракт живых организмов и становится доступной редуцентам). Это энергия необходимая для поддержания искусственной популяции. Сюда так же следует приплюсовать энергию b, которая расходуется на развитие репродуктивных структур, спаривание, продуцирование яиц, молоди и т.д. А переход к каждому следующему звену в нашей традиционной сельскохозяйственной цепи уменьшает доступную энергию примерно на порядок величины.(Одум,1986). Экологи подсчитали, что на любой трофический уровень поступает примерно 10—20% энергии предыдущего уровня. (Пианка ,1991).

Пирамида энергии для Силвер-Спрингс, Флорида.

Рис.1 Пирамида энергии для Силвер-Спрингс, Флорида. Р — растения, Т — травоядные, Х — хищники, ХВП — хищники высшего порядка (Пианка,1981)

Таким образом, чтобы получить достаточное количество хищников или паразитов для контроля фитофагов необходимо будет затратить больше энергии, чем на выращивание сельскохозяйственной продукции, которое может быть потеряно в результате деятельности вредных насекомых. Таким образом, с точки зрения экономики выращивание энтомофагов для насыщения ими экосистемы будет убыточным (рис.2).

Схема трофических связей при использовании хищников или паразитов
Рис.2 Схема трофических связей при использовании хищников или паразитов.

Конечно, часть потерянной энергии пошла на синтез тканей хищников, но в любом случае потери энергии на трофических связях не смогут быть компенсированы сохранением потерь. Более того, необходимость выпуска значительно большего количества биологических агентов с целью ускорения эффективности, плюс потери от насекомых вредителей вследствие пролонгированного действия энтомофагов не позволяют рассчитывать на прибыльность данного приема.

Но это не значит, что нельзя найти место искусственной интродукции хищников и паразитов. В последние годы во многих развитых странах стало модно получение экологически чистой продукции и за которую потребитель готов платить значительно больше денег. Таким образом происходит своеобразное субсидирование выращивания сельскохозяйственной продукции без применения химических средств защиты растений за счет «кошелька» более обеспеченной части населения, которые работают в различных сферах производства. Они могут являться донорами биологического метода.

Хотя, последние данные ученых-биологов говорят, что неприменение защитных мероприятий не спасает от токсинов в продукции. Как показывают последние исследования, опасность для человека представляют не только остатки пестицидов в урожае, но и образующиеся в растениях естественным путем токсины (например, солянин в зеленом картофеле; фурокумарин — в пастернаке; кукурбитацин — в тыквенных культурах; оксалаты в ревене). Так, в пастернаке при повреждении увеличивается содержание псораленов как защитная реакция растений. Выращиваемый в системе органического земледелия (без химической защиты) пастернак может содержать больше остатков токсичных веществ, чем защищаемый пестицидами (Защита и карантин растений, №3, М., 2006, с.57 «Что опаснее»). Неподвижные по сути своей растения, могут защищаться от травоядных насекомых. Почувствовав опасность, растения применяют защитную тактику — выработка токсинов и выделение быстро испаряющихся химических веществ.

Исследователи сообщают, что в растениях было выявлено семейство пептидных элиситоров, или защитные сигналы растения, которые помогают растению ответить на нападение насекомого. Защитный механизм работает следующим образом: находящиеся в растении белки всасываются нападающими насекомыми. По мере того, как насекомые переваривают белки, те преобразовываются в пептид элиситор, что позволяет другим растениям опознать хищника. Обнаруживая элиситор, переносимый насекомым, растение, в свою очередь, запускает свою защитную химическую реакцию.

Растения синтезируют тысячи естественных пестицидов (танины, жирные кислоты, глюкозиды и многие другие), которые подавляют насекомых, клещей, другие виды растений, грибов(Райс,1986). Ежедневно вредители потребляют их в количествах, превышающих применение синтетических препаратов в 20000 раз. Механизмы их действия аналогичны синтетическим пестицидам. Известно свыше тысячи видов растений, синтезирующих синильную кислоту в результате повреждения тканей (Bell,1978).

К этому следует добавить токсические продукты жизнедеятельности самих вредных объектов. Они могут приводить к отравлениям, различного вида токсикозам, потери иммунитета, и даже гибели.

В 1913 году в Сибири отмечалась пищевая интоксикация людей, впоследствии описанная как алиментарная токсическая алейкия (АТА). Вспышки этого заболевания отмечались и в последующие годы и характеризовались прогрессивной лейкопенией, гранулоцитопенией и умеренным лимфоцитозом. Нарушения крови, характерные для первой и второй стадий, усугублялись в третьей и сопровождались подавлением иммунной системы. При этом смертность достигала 60% (Билай Пидопличко,1970).

В Германии существуют так называемые «чистые фермы», производящие сельскохозяйственную продукцию без применения химии. Но урожай на этих фермах ниже, затрат больше, стоимость продукции в 3—4 раза выше. Кроме того, нередки случаи, когда с «чистых полей ферм» поступала продукция, зараженная микотоксинами, которые более токсичны, чем пестициды (Каспаров, Промоненков, 1990).

АТА у людей и животных связана с поеданием зерна, перезимовавшего под снегом и контаминированного токсигенными штаммами F. sporotrichiodes и F. poae — продуцентами ряда трихотеценовых микотоксинов. Иммунодепрессивный эффект этих веществ, как и многих других микотоксинов, впоследствии неоднократно подтверждался. (Зайченко, Андриенко, Цыганенко,2008). И таких примеров можно привести множество.

Несколько слов об использовании генетически модифицированных культур (ГМО) для борьбы с вредными организмами. Здесь нет однозначной оценки их безопасности. Поэтому во многих странах существуют ограничения по использованию ГМО растений, а продукция с их использованием подлежит специальной маркировке.

Таким образом, мы постепенно приходим к выводу, что получение в настоящее время абсолютно безопасной сельскохозяйственной продукции в растениеводстве не более, чем иллюзия. Используя биологические или химические агенты защиты растений, мы все равно приводим к вбросу дополнительных веществ, которые в той или иной мере являются токсинами для человека или среды. Современные средства защиты растений по своим токсикологическим характеристикам не уступают биологическим агентам, а в некоторых случаях даже безопаснее их. Более того многие современные пестициды имеют биологическое происхождение, что стирает грань между химическими и биологическими средствами защиты растений.

Использование хищников и паразитов довольно дорогостоящий способ контроля вредных насекомых и клещей, к тому же не обеспечивающего быстрого эффекта, и это будет сдерживающим фактором их широкого применения.

Неиспользование средств защиты растений так же может привести к токсикации продукции, как за счет токсинов самих вредных объектов, так и за счет выделения растениями токсинов для самозащиты.

Поэтому в ближайший период основным направлением в защите растений будет создание новых, более безопасных химических средств защиты растений, многие из которых будут иметь биологическое происхождение.

      Литература
  • Африкян Э. Г. Применение бактерий рода Bacillus для борьбы с вредоносными насекомыми
  • Билай В.И., Пидопличко Н.М. Токсинобразующие микроскопические грибы. —Киев: Наук. думка, 1970. —289 с.
  • Буров В.Н., Сазонов А.П.,Анисимов А.И., Сметник А.И. Альтернативные методы защиты растений. — В кн.: Научные основы защиты растений. М., 1984
  • Зайченко А.М, Андриенко Е.В. Цыганенко Е.С. . Макроциклические трихотеценовые микотоксины: токсичность для теплокровных.
  • Кандыбин Н.В. Бактериальные средства борьбы с грызунами и вредными насекомыми. «Агропромиздат» М.,1989
  • Каспаров В.А., Промоненков В.К. Применение пестицидов за рубежом. «Агропромиздат». М., 1990
  • Литвинов Б.М., Опаренко В.И., Пантелеев В.К. и др. Справочник по защите ркастений. Прапор, Харьков,1980
  • Логвиновский В.Д. ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ (Биологические методы подавления вредных насекомых. Пути экологизации сельскохозяйственного производства. Учебно-методическое пособие по специальности 020201(011600) — «Биология», ВГУ, Воронеж,2004
  • Одум Ю.Экология (в двух томах) Мир. М.,1986
  • Пианка Э. Эволюционная экология. Мир, М.,1991
  • Райс Э. Природные средства защиты растений от вредителей. Мир, .М.,1986
  • Современные проблемы токсикологии № 4. Киев,2008
  • Ткачев А.В. Пиретроидные инсектициды — аналоги природных защитных веществ растений, НГУ, Новосибирск,2004
  • Что опаснее . Защита и карантин растений, №3, М., 2006, с.57
  • Фокін А. Деякі світові тенденції у захисті рослин. Захист рослин №9, Київ, 2009
  • Bell E.A. Toxins in seeds. In: Biochemical Aspects of plant and Animal Coevolution, ed. J. B. Harborne, London, Academic Press, 1978
  • Horn D.H.S. The ecdysomes. In: Natrally Occuring Insecticides, ed
  • M.Jacobson and D.G. Grosby, New York, Marcel Dekker, 1971
  • Rice E.L. Allelopathy,New York, Academic Press,1974
  • Sebesta K., Horska K.,Nankova J. Isolation and properties of the insecticidal exotoxin of Bacilus thuringiensis var.gelechiae. Collection Czech.Chem.Commun.1969.V.34.
Поделиться: