Возрастающая химическая нагрузка на почву, загрязнение окружающей среды в результате работы аграрных предприятий, усиливающиеся требования потребителей к качеству продуктов заставляют сельхозпроизводителей искать все новые средства защиты растений, не имеющие вредных свойств агрохимикатов. Одно из перспективных направлений – использование элиситоров.
Как правило, к защите растений подходят стандартно: появился какой-либо вредитель, возбудитель болезни или сорняк, значит, его нужно уничтожить при помощи пестицидов или механически. Но если внимательно посмотреть на жизнь в природных сообществах, то становится понятно, что там множество растений обычно вполне успешно выживает без всяких средств защиты, привнесенных извне, хотя в лесу или на лугу также существуют вредители, болезни и виды-конкуренты. Причин тому много. И одна из них – действие иммунитета самих растений.
Иммунитет растений и элиситоры
Изучение иммунитета растений ведется уже более ста лет. Первопроходцем в этой сфере был знаменитый ученый, академик Николай Вавилов. С того времени было сделано немало открытий, обнаружены различные механизмы и типы иммунитета. Среди них – и индуцированный иммунитет, который вызывается ослабленными штаммами патогенных микроорганизмов или какими-либо веществами, имеющими либо не имеющими непосредственного отношения к патогенам, но вызывающими иммунный ответ. Такими веществами являются элиситоры (индукторы).
Сам термин «элиситоры» появился в 70-х годах прошлого века и сначала обозначал химические соединения, которые образовывались в тех местах, где в растения проникали патогенные микроорганизмы (от английского слова elicit – выявлять, вызывать). Позже этот термин почти вытеснил используемое ранее название «индукторы».
Сейчас элиситорами принято считать химические соединения, а также и физические воздействия, в ответ на которые растения проявляют защитные реакции любого типа. Воздействуя на растения, они запускают сигнальные системы, которые приводят к экспрессии различных генов, связанных с защитными реакциями, и повышают устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессам. Конечно, это открывает большие возможности для практического использования индукторов.
Наиболее широкие исследования элиситоров стали проводиться в ХХI веке, что привело в последние два десятилетия к созданию ряда препаратов, которые уже активно используются в сельском хозяйстве. Фактически возникло новое научное направление, изучающее механизмы индукции защитных реакций у растений, а также вещества и факторы, которые способны их запускать. Один из известных исследователей, работающих в этом направлении, – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси Юрий Соколов, который не только изучает элиситоры, но и немало делает для распространения знаний о них.
Как растения отвечают на воздействие элиситоров
Что же происходит, когда на растение действуют элиситоры? В ответ на контакт с ними, растения реагируют, запуская механизмы, направленные против вредителей, возбудителей инфекций или различных стрессов. Интересно, что примененная в ответ на индуктор реакция может быть различной. Так, растение может начать выработку токсинов, приносящих вред насекомому или микроорганизму, но также может выделять вещества, привлекающие естественных врагов вредителей и т.п.
Распознают элиситоры растительные клетки, в которых имеются определенные рецепторы, и в результате запускается защитная реакция. Причем, происходить это может в отсутствие какого-либо возбудителя болезни или вредителя. Таким образом, здоровое, ничем не зараженное растение приобретает устойчивость против патогенных организмов, с которыми не встречалось ранее. Часто такой иммунитет не является специфическим, а направлен сразу на целый ряд патогенов. И поэтому обработка элиситорами помогает сельскохозяйственным культурам справляться с новыми для них угрозами.
Классификация элиситоров
К элиситорам различные вещества относят по их способности вызывать у растений определенные реакции, но они не являются отдельным классом химических соединений. Индукторами могут быть углеводы, белки, пептиды, гликопротеиды, липиды, гликолипиды, а также синтетические соединения. Многие из них известны уже столетиями, но свойства индукторов у них открыли уже современные исследователи. Кроме того, на практике в качестве элиситоров используют разнообразные биопрепараты и композиции природного происхождения: экстракты дрожжевых грибков, вытяжки из растений, препараты, полученные из насекомых, грибов, бактерий и т.д.
Поскольку с течением времени становится известно все больше различных элиситоров, разработаны несколько вариантов их классификации. Обычно их разделяют на биотические и абиотические, эндогенные и экзогенные, общие и специфические.
Биотические элиситоры – индукторы патогенного, непатогенного, растительного происхождения, а также некоторые вещества, которые вырабатываются в организме травоядных насекомых.
Абиотические элиситоры – соединения, не являющиеся продуктами метаболизма фитопатогенов, травоядных насекомых или растений. К ним могут относиться, например, соли тяжелых металлов, пестициды и т.п. Также к абиотическим элиситорам причисляют не только химические вещества, но и физические воздействия. Среди их источников такие, как магнитное поле, ультразвук, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и т.д.
Экзогенные элиситоры – вещества, которые вырабатываются не в растении, а вне его, например, бактериями или насекомыми.
Эндогенные элиситоры – соединения, которые выделяет само растение в ответ на механические повреждения, проникновение энзимов патогенных микроорганизмов или насекомых.
Общие (неспецифические) элиситоры – вещества, способные запускать защитные реакции в растениях разных видов, как восприимчивых, так и невосприимчивых к соответствующему фитопатогену. К этой группе обычно относят и элиситоры непатогенных микроорганизмов. Несмотря на то, что они не вызывают заболеваний, способность индуцировать защитную реакцию у растений у них также присутствует.
Специфические элиситоры – соединения, запускающие защитные реакции только у определенных видов растений. При этом общие элиситоры могут одновременно являться специфическими для тех или иных конкретных культур.
Препараты уже работают
Хотя изучение различных элиситоров и механизмов вызываемого ими иммунного ответа у растений продолжается, и в будущем ученых, очевидно, ожидает еще немало открытий в этой области, на практике использование индукторов уже начато и получает все большее распространение. Этому способствует безопасность их применения для здоровья людей, отсутствие загрязнения окружающей среды, эффективность, сравнимая с действием синтетических пестицидов. К тому же, коммерческие препараты на основе элиситоров экономичны, так как их действующие вещества влияют на иммунитет растений в низких концентрациях.
Самый известный в настоящее время элиситор – хитозан. Этот полисахарид получают из хитина, содержащегося в панцирях ракообразных, покровах насекомых и грибов. Впервые он был выделен еще в 1859 году. Оказалось, что хитозан обладает рядом полезных свойств, позволяющих использовать его в медицине, животноводстве, производстве косметики и т.д. Свое место он занял и в растениеводстве. Множество препаратов на его основе уже создано в разных странах – США (Elexa4 и др.), Германии (ChitoPlant), Новой Зеландии (например, Kytosan), Польше (Biochikol 020 PC), Исландии (ChitoClear) и других. Обработка ими повышает устойчивость растений к стрессам, вызванным как вредителями и болезнями, так и различными погодными факторами, увеличивает урожай, улучшает качество выращенной продукции. Существуют и препараты хитозана, оказывающие специфическое влияние на устойчивость растений к определенным патогенам, например, к возбудителю фитофтороза картофеля.
Широкое применение находят и другие углеводы, выделяемые из наружного слоя клеточного слоя грибов, – глюканы. В частности, на их основе производят украинские препараты Микосан-Н и Микосан-В.
Арахидоновая кислота – липид, который встречается в организмах животных, мхов, грибов, водорослей и также имеет свойства элиситора. На основе арахидоновой кислоты созданы препараты, защищающие растения от фитофтороза, черной ножки, гнилей и ряда других грибковых и бактериальных заболеваний, а также служащие стимуляторами роста и повышающие урожайность.
Есть элиситоры и среди белков и пептидов, например, харпин. На его основе производится ряд препаратов в США (ProAct и др.).
Элиситоры помогают не только защитить растения, но и продлить срок хранения урожая. Так, дольше сохранить плодово-ягодную продукцию помогают препараты, действующими веществами которых являются хитозан или бензотиадиазол. В этом качестве они заменяют синтетические фунгициды и предотвращают порчу плодов, вызванную воздействием грибков.
Поскольку элиситоры можно встретить во множестве классов химических соединений, а созданных на их основе препаратов с каждым годом становится все больше, перечислить их все не представляется возможным. Но очевидно, что вещества, способные вызывать у растений иммунный ответ, не принося вреда ни самой культуре, ни людям, ни окружающей среде, с течением времени будут становиться все более востребованными. И в этой сфере открываются большие перспективы – как для ученых, так и для компаний, производящих средства защиты растений, и для аграриев, которые ищут альтернативы привычным синтетическим пестицидам.
Поділитись в соцмережах:
