Биопестициды: эффективны и экологичны

Эмилия Коломиец

директор Института микробиологии

НАН Беларуси, доктор биологических наук,

член-корреспондент

Биопестициды: эффективны и экологичны

Практика последних лет убедительно доказывает, что массовое применение средств химизации для борьбы с патогенами и вредителями сельскохозяйственных культур не дает желаемых результатов, поскольку приводит к нарушению биологического равновесия агроландшафтов, загрязнению окружающей среды и получаемой продукции, росту затрат на ее производство. Чтобы предотвратить экологическую катастрофу, в странах ЕС, японии, США и южной Корее на государственном уровне ставится вопрос о постепенном переводе агропромышленного сектора экономики на альтернативные методы и технологии ведения сельского хозяйства.

Мировой рынок биопестицидов оценивается примерно в 240—260 млн долл. в год (1% от рынка пестицидов). Но уже к 2014 г. прогнозируется его увеличение более чем в 2 раза — до 610 млн долл. (2%). Крупнейший производитель биологических средств защиты растений (40% мирового объема) — США. На долю Европы приходится 35%. Коммерческий выпуск и продажа биопестицидов в мире регулируются международным и национальным законодательствами. В Соединенных Штатах в качестве биоагентов зарегистрированы 14 видов бактерий, 15 видов грибов, 6 видов вирусов и 1 вид простейших. Регистрация одного биопестицида в этой стране требует годичных испытаний и обходится в 1 млн долл. Основные сегменты потребления биологических средств защиты — органическое сельское хозяйство, овощеводство, садовые культуры и ягоды, госпро-

граммы по обработке лесных массивов, водных ресурсов, городских зеленых насаждений.

Вектор направленности социально-экологической политики АПК России также меняется в сторону экологизации. Опыты, проведенные во многих регионах РФ, убедительно продемонстрировали, что экологические агро-системы с применением микробиологических препаратов способствуют повышению плодородия земель и качества продукции, оздоровлению почвенной микробиоты, увеличению урожая основных культур. Вместе с тем по всем направлениям биотехнологического производства Российская Федерация значительно отстает от уровня и темпов лидирующих в этой области стран. Если в 1990 г. СССР занимал второе место в мире по развитию микробиологической промышленности,

уступая лишь США, то сейчас вклад России в общий объем производства сократился с 3—5 до 0,3%.

С целью снижения импортозависи-мости по важнейшим видам биотехнологической продукции предпринимаются конкретные шаги, которые нашли свое отражение в Стратегии развития биотехнологической отрасли промышленности в Российской Федерации до 2020 гг. Среди ожидаемых к этому времени эффектов от ее реализации — сокращение использования химических пестицидов и инсектицидов в 6 раз, доведение доли сельхозпредприятий с органическим земледелием до 20%.

Таким образом, создание и применение высокоэффективных биологических средств для сельского хозяйства—важ-нейшая задача, решение которой обе-

ТЕМА НОМЕРА

спечивает возможность снижения пе-стицидной нагрузки на агробиоценозы и улучшения экологической обстановки.

В России выпускается около 30 наименований препаратов (11 фунгицидов и 17 инсектицидов), которыми обрабатывается около 8 млн га, что составляет 9% от всех пахотных земель.

Для Республики Беларусь актуальность организации отечественного биотехнологического производства и широкого использования биопестицидов обусловлена, с одной стороны,необходимостью обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственной продукции и повышения ее конкурентоспособности на рынке стран ЕврАзЭС, а с другой — высокой стоимостью энергетических и сырьевых ресурсов для производства агрохимикатов, что инициирует поиск альтернативных источников питания растений и систем их защиты.

В процессе реализации двух государственных научно-технических программ — «Промышленная биотехнология» в 2000—2005 гг. и «Промышленные биотехнологии» в 2006— 2010 гг. — выделены и селектированы штаммы микроорганизмов-антагонистов и энтомопатогенов, на их основе разработаны биотехнологии получения биоинсектицидов — Баци-турина, Пециломицина, Мускардина, Melobass, биофунгицидов — Фитопро-тектина, Фрутина, Бактогена, Миколи-на, Бетапротектина, Экогрина, препарата Немацид против галловой нематоды. Все они прошли государственную регистрацию и рекомендованы для использования в сельском хозяйстве республики. По технико-экономическим показателям белорусские средства не уступают зарубежным аналогам и при условии промышленного выпуска могут внести весомый вклад в решение проблемы импортозамещения.

Традиционно при разработке биопестицидов особое внимание уделяется

выделению, отбору и селекции потенциальных интродуцентов, поскольку для адаптации в микробоценозах в условиях жесткой конкуренции за субстрат они должны обладать целым комплексом свойств, таких как высокая антимикробная активность, технологичность (способность утилизировать дешевые и недефицитные источники питания, высокая скорость роста, устойчивость к бактериофагам), низкая чувствительность к биоценотическим факторам, устойчивость к стандартным пестицидам.

Созданная в Институте микробиологии коллекция спорообразующих бактерий рода Bacillus — антагонистов возбудителей болезней овощных, плодово-ягодных и зернобобовых культур — полностью отвечает вышеуказанным требованиям. На примере генетически маркированных мутантных штаммов бактерий-антагонистов установлена высокая адаптационная способность спорообразующих бактерий в микробо-ценозах почв и филлоплане растений, а также устойчивость к химическим пестицидам, что в совокупности с выраженной антагонистической активностью обеспечивает эффективность и стабильность их фитозащитного действия в интегрированных системах защиты растений.

Исследование механизмов фитоза-щитного действия отобранных культур рода Bacillus показало, что их антифун-гальный эффект в наибольшей степени проявляется на стадиях прорастания спор и формирования ростовых трубок фитопатогенных грибов и приводит к морфологическим изменениям гиф (вакуолизации, образованию опухолео-бразных структур) и ослабленному росту мицелия. Установлена важная роль в контроле патогенов, продуцируемых бактериями-антагонистами антибиотиков и литических ферментов.

Следующий важный этап — оптимизация питательных сред и условий глубинного культивирования штаммов-

продуцентов с целью максимальной реализации их фитозащитного потенциала. Проведение указанных работ на высоком научно-технологическом уровне обеспечивает опытно-промышленное биотехнологическое производство Института микробиологии, оснащенное современными ферментационными аппаратами, позволяющими направленно регулировать биосинтез необходимых метаболитов путем изменения технологических параметров процесса или в результате воздействия на штамм-продуцент стресс-факторами. Именно они, согласно многочисленным литературным данным, способны обеспечить направленную активацию необходимых реакций в микробной клетке без вмешательства в геном. Так, шведскими и канадскими исследователями на примере бактерий Streptococcus mutans выявлено пятикратное увеличение синтеза специфических и неспецифических белков под воздействием окислительного стресса (Н2О2), пониженной кислотности среды, голодания, солевой (NaCl) и тепловой обработки. Показано, что устойчивость к одному стрессу может повышать резистентность бактерий к другим неблагоприятным факторам.

В соответствии с полученными нами данными засев жидкой питательной среды 3-суточным инокулятом бактерий B. subtilis, предварительно подвергнутым тепловому (650С, 30 мин.) или осмотическому шоку (5% NaCl, 2 ч.), способствует повышению антагонистической активности жидкой культуры на 30—38%, причем максимум активности достигается на 12—24 часа быстрее, чем в контроле (необработанный ино-кулят). Результаты исследования использованы для усовершенствования технологии производства и повышения антифунгальной активности биопестицида Бетапротектин, предназначенного для защиты сахарной свеклы от кагат-ной гнили.

12

НАУКА И ИННОВАЦИИ №3(97)_2011

Перспективы разработки микробных пестицидов связаны с созданием полифункциональных биопрепаратов. В рабочей коллекции лаборатории средств биологического контроля Института микробиологии, которая систематически пополняется новыми штаммами, имеются культуры спорообразующих бактерий с широким спектром действия, сочетающие энтомоцидные и антагонистические свойства, фитозащитное и ростстимулирующее действие, способность подавлять патогены растений и животных. Они станут основой биопрепаратов нового поколения.

Благодаря проведенным разработкам повышена конкурентоспособность и востребованность отечественных биопестицидов. В последние пять лет они производятся по заявкам хозяйств АПК на базе Института микробиологии, Новополоцкого завода БВК, предприятия «Белмедпрепараты». Вот наиболее востребованные из них.

Бацитурин обеспечивает снижение численности вредителей овощных культур и картофеля — паутинного клеща, морковной листоблошки, колорадского жука на 82—96%, по эффективности не уступает лучшим российским препаратам (Битоксибациллину, Фитоверму). В сравнении с широко применяемыми для защиты картофеля химическими средствами препарат отличает выраженное последействие на популяцию колорадского жука, обеспечивающее снижение численности вредителя в следующем поколении, безвредность в отношении полезных насекомых, что в совокупности с высокой эффективностью подтверждает целесообразность его производства и применения в Беларуси.

Фитопротектин предназначен для борьбы с грибными и бактериальными болезнями овощных культур — слизистым и сосудистым бактериозами, альтернариозом, бурой пятнистостью. Снижает заболеваемость растений на

30—60%, повышает урожайность на 20—30%, стимулирует прорастание семян и развитие растений, способствует получению экологически чистой продукции. По биологической эффективности находится на уровне российских аналогов — Агата-25, Бактофита, Фитоспорина.

Бетапротектин применяется для защиты сахарной свеклы от кагатной гнили при хранении, обеспечивает снижение вредоносности и степени развития заболевания на 50 и 64% соответственно.

Экогрин используют для защиты овощных и зеленных культур от болезней в условиях малообъемной гидропоники. Его применение сдерживает распространение и развитие серой гнили огурца в среднем на 15,3% и снижает поражен-ность плодов на 51,8%.

С 2006 по 2010 г. в рамках ГНТП «Промышленные биотехнологии» произведено и реализовано потребителю 21,8 т биопестицидов на сумму свыше 312 млн руб.

Таким образом, наметились позитивные тенденции в развитии отечественного микробиологического производства и применении биопестицидов. Однако в связи с отсутствием в республике за-

конодательных актов, лимитирующих массовое использование химикатов в сельском хозяйстве, потребность на биопрепараты формируется медленно. Если учесть, что посевы овощных культур в 2009 г. в Беларуси составили 14 тыс. га, то только для обеспечения потребностей овощеводства, по расчетным данным, необходимо от 56 до 140 т. Но фактически в 2009 г., по официальной статистике Минсельхозпрода, было использовано лишь 10,3 т биологических препаратов (0,08% от всего объема химических средств защиты растений), в том числе отечественного производства — 6,5 т (Бацитурин, Фитопротектин, Фрутин, Бактоген, Триходер-мин БЛ, Трихограмма), российского — 3,8 т (Фитоверм, Агат-25, Акарин).

Несмотря на общемировые тенденции экологизации сельского хозяйства, в нашей стране защитные мероприятия по-прежнему базируются преимущественно на использовании ядохимикатов, без учета их негативных последствий на человека и окружающую среду. В целях обеспечения здоровья нации считаем необходимым принятие на государственном уровне соответствующих решений, направленных на динамичное развитие биологического метода в аграрном секторе.