В проекте «Среда выживания» совместно c Институтом экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) Тюменского государственного университета мы рассказываем о биологических угрозах современности и методах защиты от них.

Сохранение биоразнообразия видов и их качества — это вопрос биологической безопасности. Живые организмы должны находиться в местах привычного обитания и не попадать под влияние человека, которое может привести к необратимым последствиям.

Биобезопасность растений

Сельскохозяйственные культуры — основные растения, на которые направлена биологическая защита. Вместе с плодами мы потребляем огромное количество пестицидов, а они могут нанести серьезный вред нашему организму. Например, салат вырастает в течение 20 дней, и любой пестицид, использованный за это время, сохраняется в листьях.

В наше время мегаполисы выстраивают вокруг себя сеть тепличных комбинатов, которые снабжают города овощами, ягодными и цветочными культурами. Такой метод называется защитным грунтом — это современный тренд в растениеводстве. Теперь незачем доставлять редис из Израиля, когда его можно вырастить в промзоне крупного города.

Одной из современных технологий растениеводства является темница — высокое помещение без окон. В них растения выращиваются в 7–15 ярусов на аэропонике или гидропонике, без почвы и естественного освещения. Это дает стабильную поставку чистой растениеводческой продукции в течение всего года. В таких искусственных агроценозах применять пестициды запрещено.

Если мы в поле опрыскиваем всходы пшеницы гербицидом, то через 25–35 дней, когда нужно будет собирать урожай, химикатов на них не останется. В современной теплице, например, томаты растут на трехметровой лиане. За свою жизнь она дает порядка ста килограммов плодов. Томаты собирают каждый день, поэтому их нельзя опрыскивать: пестициды окажутся в плодах, а потом в нашем организме. Для таких агроценозов предписана биологическая защита. Это не просто условные пожелания, а законодательство, которое мы обязаны соблюдать.

Современный подход к борьбе с вредителями

Вредители — неизбежное зло. Микроорганизмы и насекомые всегда захотят поживиться на высаженных растениях. Нередко работники теплиц и агроценозов сами разносят вредителей на одежде. Так или иначе, заражение неизбежно.

Любое государство не ждет, когда на него нападет враг, а выстраивает оборону заранее. Постоянно действующая армия — это основной принцип превентивной защиты, когда в теплице или любом агроценозе уже есть биологические агенты защиты.

Когда нет вредителей, мы поддерживаем их и подкармливаем добавками — искусственными кормами или заменителями. А когда появится белокрылка или трипс, наши агенты безопасности будут готовы к бою. Это современный подход к защите агроценозов.

Агенты биологической борьбы

Биологическая защита должна быть направлена на всех вредителей — для теплицы это трипсы, белокрылки, паутинные клещи и томатная минирующая моль. Чтобы с ними справиться, в теплицы выпускают хищных и паразитических насекомых. Это естественный подход к контролю вредителей. Однако количество видов вредителей в одной теплице может достигать десятка, и против каждого из них нужно выпустить своего агента — хищника или паразита.

Агенты биологической борьбы — это порядка двухсот видов хищных и паразитических насекомых, которых используются в защите растений по всему миру (для России это количество меньше).

К агентам биологической борьбы относятся клещи, хищные черви-нематоды и штаммы-продуценты — микроорганизмы, на основании которых производят биопрепараты. Таких микроорганизмов насчитывается около сотни штаммов.

Генная модификация растений

Когда генная модификация стала тривиальной практикой, люди заговорили о биобезопасности. Вначале генная инженерия представлялась решением всех проблем, связанных с защитой растений. Однако биохимия некоторых генно-модифицированных сортов отличается из-за чужеродного гена, который внедрили в растение. С изменением биохимии растения увеличиваются шансы на то, что они могут привести к разным неблагоприятным последствиям.

Генная модификация — это мощный метод защиты растений. С его помощью мы решаем многие проблемы, связанные с полевыми культурами: ГМО-растения содержат гены микроорганизмов, которые продуцируют токсины, смертельные для вредителей. Кроме того, ГМО-культуры устойчивы к обработке гербицидами. Например, сейчас за рубежом большая часть кукурузы и сои генно-модифицирована. Технологии развиваются с колоссальной скоростью, поэтому мы скоро сможем с большой точностью оценивать и просчитывать побочные эффекты.

Химия в борьбе с вредителями

Химия применяется для открытого грунта и зерновых посевов, для выращивания технических и цветочных культур. Современный ассортимент пестицидов — это более 1000 препаратов по всему миру. В каталоге пестицидов, утвержденном Министерством сельского хозяйства, насчитывается несколько сотен препаратов.

Инсектициды применяются против насекомых, акарициды — против клещей. Гербициды помогают справиться с сорняками, а фунгициды — одолеть грибковые заболевания. Все препараты должны пройти биологическую регламентацию. Сначала тестируется безопасность на теплокровных организмах, например мышах, а затем разрабатываются технологии применения: когда можно опрыскать растение и когда химикат будет выведен. Кроме того, пестициды загрязняют почву и воду, что наносит немалый вред экологической системе.

В современной химической защите есть стандарты, которых не было в 1950-е годы. Тогда пропагандировали ДДТ — инсектицид против комаров — и другие высокотоксичные пестициды. Сейчас дозы пестицидов сокращаются, и ученые выводят более безопасные формы препаратов.

Однако методика, когда мы используем химическое вещество, убивающее вредные организмы, остается. Поэтому мы так часто сталкиваемся с проблемой резистентности, когда микроорганизмы и насекомые формируют устойчивость к препарату.

Химическая защита никогда не будет на 100% эффективна. Биологические организмы эволюционируют и будут сопротивляться угрозам. Например, из 1000 насекомых мы можем убить 99,9%. Одно насекомое выживет благодаря гену, который дает устойчивость к химикату. Потомство этого насекомого выживет и в следующем поколении, только теперь будет не 0,1%, а гораздо больше.

Именно в комплексе с биологическими средствами они создают интегрированную защиту: IPM-контроль и пест-менеджмент.

Насекомые против насекомых

В своей лаборатории мы разрабатываем критерии отбора видов и осваиваем природные ресурсы энтомофагов — организмов, опасных для насекомых-вредителей. Сейчас в массовом разведении порядка 120 видов насекомых-энтомофагов. Это крайне мало.

Природные ресурсы хищных паразитических насекомых полностью не освоены, а многие виды не описаны. Наша задача — найти новые виды, вывести их в культуру и тестировать. Мы расширяем ассортимент биологических средств защиты из разных систематических групп: божьих коровок, златоглазок, наездников и различных других перепончатокрылых, хищных клопов и фитосейидных клещей. Целый ряд ключевых семейств, из которых мы отбираем виды для биометода, стали новыми для науки.

Новые угрозы

Одна из главных проблем в защите растений — борьба с инвазивными вредителями. Глобализация, активный туризм и миграция помогают насекомым расселяться. Поэтому число инвазивных вредителей, то есть вредителей, несвойственных определенной территории, возрастает с каждым годом.

Наша задача — быть готовым к появлению новых инвазивных видов. В этом нам поможет биологический метод, который будет способен сдерживать появление нового вредителя первые два года. Для биометода подбирается специализированный вид энтомофагов. Это поможет избежать таких ситуаций, как с томатной минирующей молью в Краснодарском и Ставропольском крае: тогда из-за нее пострадали многие тепличные комбинаты.

Рекомендуем по этой теме:
7060
Инвазии растений

Мы справились с молью благодаря биологическим препаратам и клопам, которые контролировали уровень ее популяции. Биологический метод защиты — это не только хищные и паразитические насекомые, но и энтомопатогенные организмы и микробы-антагонисты, которые сопротивляются фитопатогенным микроорганизмам. Мы не можем остановить изменения климата, глобализацию и активную миграцию, поэтому нужно быть готовым к новым инвазиям, а они неизбежны.

Современный уровень технологий позволяет внедрить робототехнику и искусственный интеллект в растениеводство. Это позволит лучше контролировать ситуацию в теплицах и агроценозах. Технологии помогут выявить очаги вредителей, вносить энтомофагов, регулировать температуру и влажность в помещениях. Это будущее фитосанитарных технологий защиты в теплицах, которое наступит в ближайшие 20–30 лет.