Зростання хімічного навантаження на ґрунт, забруднення навколишнього середовища в результаті роботи аграрних підприємств, посилення вимог споживачів до якості продуктів змушують сільгоспвиробників шукати все нові засоби захисту рослин, які не мають шкідливих властивостей агрохімікатів. Один із перспективних напрямків – використання елісіторів.
Як правило, до захисту рослин підходять стандартно: з’явився якийсь шкідник, збудник хвороби або бур’ян, отже, його потрібно знищити за допомогою пестицидів або механічно. Але якщо уважно подивитися на життя в природних угіддях, стає зрозуміло, що там безліч рослин зазвичай цілком успішно виживає без будь-яких засобів захисту, привнесених ззовні, хоча в лісі чи на лузі також існують шкідники, хвороби і види-конкуренти. Причин цього багато. І одна з них – дія імунітету самих рослин.
Імунітет рослин і елісітори
Вивчення імунітету рослин триває вже понад сто років. Першопрохідцем у цій сфері був знаменитий учений, академік Микола Вавилов. З того часу було зроблено чимало відкриттів, виявлені різні механізми і типи імунітету. Серед них – і індукований імунітет, який викликається ослабленими штамами патогенних мікроорганізмів або будь-якими речовинами, що мають або не мають безпосереднє відношення до патогенів, але викликають імунну відповідь. Такими речовинами є елісітори (індуктори).
Сам термін «елісітори» з’явився в 70-х роках минулого століття і спочатку позначав хімічні сполуки, які утворювалися в тих місцях, де в рослини проникали патогенні мікроорганізми (від англійського слова elicit – виявляти, викликати). Пізніше цей термін майже витіснив назву «індуктори», яку використовували раніше.
Зараз елісіторами прийнято вважати хімічні сполуки, а також і фізичні дії, у відповідь на які рослини проявляють захисні реакції будь-якого типу. Впливаючи на рослини, вони запускають сигнальні системи, які призводять до експресії різних генів, пов’язаних із захисними реакціями, і підвищують стійкість рослин до біотичних і абіотичних стресів. Зрозуміло, що це відкриває великі можливості для практичного використання індукторів.
Найбільш широкі дослідження елісіторів почали проводити в ХХI столітті, що призвело в останні два десятиліття до створення ряду препаратів, які вже активно використовують у сільському господарстві. Фактично виник новий науковий напрям, що вивчає механізми індукції захисних реакцій у рослин, а також речовини і фактори, які здатні їх запускати. Один із відомих дослідників, що працюють у цьому напрямку, – кандидат фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Інституту біоорганічної хімії Національної академії наук Білорусі Юрій Соколов, який не тільки вивчає елісітори, а й чимало робить для поширення знань про них.
Як рослини відповідають на вплив елісіторів
Що ж відбувається, коли на рослину діють елісітори? У відповідь на контакт з ними, рослини реагують, запускаючи механізми, спрямовані проти шкідників, збудників інфекцій або різних стресів. Цікаво, що застосована у відповідь на індуктор реакція може бути різною. Так, рослина може почати вироблення токсинів, що приносять шкоду комахам або мікроорганізмам, але також може виділяти речовини, які приваблюють природних ворогів шкідників, і т.п.
Розпізнають елісітори рослинні клітини, в яких є певні рецептори, і в результаті запускається захисна реакція. Причому, відбуватися це може за відсутності будь-якого збудника хвороби або шкідника. Таким чином, здорова, нічим не заражена рослина набуває стійкості проти патогенних організмів, з якими не зустрічалося раніше. Часто такий імунітет не є специфічним, а спрямований відразу на цілий ряд патогенів. І тому обробка елісітором допомагає сільськогосподарським культурам справлятися з новими для них погрозами.
Класифікація елісіторів
До елісіторів різні речовини відносять за їх здатністю викликати у рослин певні реакції, але вони не є окремим класом хімічних сполук. Індукторами можуть бути вуглеводи, білки, пептиди, глікопротеїди, ліпіди, гліколіпіди, а також синтетичні сполуки. Багато з них відомі століттями, але властивості індукторів у них відкрили вже сучасні дослідники. Крім того, на практиці як елісітори використовують різноманітні біопрепарати і композиції природного походження: екстракти дріжджових грибків, витяжки з рослин, препарати, отримані з комах, грибів, бактерій і т. ін.
Оскільки з часом стає відомо все більше різних елісіторів, розроблені кілька варіантів їх класифікації. Зазвичай їх поділяють на біотичні і абіотичні, ендогенні і екзогенні, загальні та специфічні.
Біотичні елісітори – індуктори патогенного, непатогенного, рослинного походження, а також деякі речовини, які виробляються в організмі травоїдних комах.
Абіотичні елісітори – сполуки, які не є продуктами метаболізму фітопатогенів, травоїдних комах або рослин. Це можуть бути, наприклад, солі важких металів, пестициди і т.п. Також до абіотичних елісіторів відносять не лише хімічні речовини, але і фізичні впливи. Серед їх джерел такі, як магнітне поле, ультразвук, ультрафіолетові і рентгенівські промені тощо.
Екзогенні елісітори – речовини, які виробляються не в рослині, а поза нею, наприклад, бактеріями або комахами.
Ендогенні елісітори – сполуки, які виділяє сама рослина у відповідь на механічні пошкодження, проникнення ензимів патогенних мікроорганізмів або комах.
Загальні (неспецифічні) елісітори – речовини, здатні запускати захисні реакції в рослинах різних видів, як сприйнятливих, так і несприйнятливих до відповідного фітопатогену. До цієї групи зазвичай відносять і елісітори непатогенних мікроорганізмів. Незважаючи на те, що вони не викликають захворювань, здатність індукувати захисну реакцію у рослин у них також присутня.
Специфічні елісітори – сполуки, що запускають захисні реакції лише у певних видів рослин. При цьому загальні елісітори можуть одночасно бути специфічними для тих чи інших конкретних культур.
Препарати вже працюють
Хоча вивчення різних елісіторів і механізмів викликаної ними імунної відповіді у рослин триває, і в майбутньому вчених, очевидно, чекає ще чимало відкриттів в цій області, на практиці використання індукторів вже розпочато і набуває все більшого поширення. Цьому сприяє безпечність їх застосування для здоров’я людей, відсутність забруднення навколишнього середовища, ефективність, яку можна порівняти з дією синтетичних пестицидів. До того ж, комерційні препарати на основі елісіторів економні у використанні, тому що їх діючі речовини впливають на імунітет рослин в низьких концентраціях.
Найвідоміший в даний час елісітор – хітозан. Цей полісахарид отримують з хітину, що міститься в панцирах ракоподібних, покривах комах і грибів. Вперше він був виділений ще в 1859 році. Виявилося, що хітозан має ряд корисних властивостей, що дозволяють використовувати його в медицині, тваринництві, виробництві косметики тощо. Своє місце він посів і в рослинництві. Багато препаратів на його основі вже створено в різних країнах – США (Elexa4 та ін.), Німеччині (ChitoPlant), Новій Зеландії (наприклад, Kytosan), Польщі (Biochikol 020 PC), Ісландії (ChitoClear) та інших. Обробка ними підвищує стійкість рослин до стресів, викликаних як шкідниками і хворобами, так і різними погодними факторами, збільшує урожай, покращує якість вирощеної продукції. Існують і препарати хітозану, що мають специфічний вплив на стійкість рослин до певних патогенів, наприклад, до збудника фітофторозу картоплі.
Широке застосування знаходять і інші вуглеводи, які виділяють із зовнішнього шару клітинного шару грибів, – глюкани. Зокрема, на їх основі виробляють українські препарати Мікосан-Н і Мікосан-В.
Арахідонова кислота – ліпід, який зустрічається в організмах тварин, мохів, грибів, водоростей і також має властивості елісітору. На основі арахідонової кислоти створені препарати, що захищають рослини від фітофторозу, чорної ніжки, гнилей та ряду інших грибкових і бактеріальних захворювань, а також слугують стимуляторами росту і підвищують врожайність.
Є елісітори і серед білків і пептидів, наприклад, харпін. На його основі виробляють ряд препаратів у США (ProAct та ін.).
Елісітори здатні не тільки захистити рослини, але і продовжити термін зберігання врожаю. Так, довше зберегти плодово-ягідну продукцію допомагають препарати, діючими речовинами яких є хітозан або бензотіадіазол. У цій якості вони замінюють синтетичні фунгіциди та запобігають псуванню плодів, викликаному впливом грибків.
Оскільки елісітори можна зустріти в безлічі класів хімічних сполук, а створених на їх основі препаратів з кожним роком стає все більше, перерахувати їх все просто неможливо. Але очевидно, що речовини, здатні викликати у рослин імунну відповідь, не завдаючи шкоди ні самій культурі, ні людям, ні навколишньому середовищу, з плином часу будуть ставати все більш затребуваними. І в цій сфері відкриваються великі перспективи – як для вчених, так і для компаній, що виробляють засоби захисту рослин, і для аграріїв, які шукають альтернативи звичним синтетичним пестицидам.
Поділитись в соцмережах:
