Белорусские ученые разработали линейку новых иммуномоделирующих препаратов

Вакцина от стресса

Растения, как и люди, испытывают стресс, болеют. Причем представители флоры более уязвимы. Мы можем укрыться от холода, зноя и ливня, принять лекарство — они нет. Именно человек помогает культурным посевам справляться с агрессивными внешними факторами и болезнями. 

Молодые ученые Татьяна Пилипович и Любовь Пашкевич.

Но в последнее время специалисты сталкиваются с проблемами, связанными с быстрой адаптацией фитопатогенов к используемым методам защиты. Скажем, создание устойчивых сортов не всегда эффективно, ведь очень часто микроорганизмы преодолевают защитные барьеры быстрее, чем идет селекция. К химическим же препаратам быстро адаптируются.

Эксперты утверждают: рост среднемировой урожайности основных сельхозкультур, продолжавшийся всю вторую половину ХХ века, в начале нового тысячелетия практически прекратился, несмотря на то что с 1980 года объем применения химических пестицидов увеличился более чем в два раза и продолжает расти. По прогнозам, глобальное их использование составит до 3,5 миллиона тонн в год. Такая концентрация препаратов-убийц — именно это слово присутствует в переводе термина — создает серьезную угрозу для окружающей среды, для здоровья и жизни людей, а защитить растения от природных абиотических (вызванных внешними факторами) стрессов не может. Между тем потери от стрессовых факторов на таких культурах, как пшеница, ячмень, кукуруза, соя, сорго, овес, картофель, сахарная свекла, оцениваются в 51—82 процента, что значительно превосходит те, что вызваны болезнями и вредителями.

Мировая наука ищет принципиально новые подходы к защите. Один из перспективных методов основан на повышении иммунного потенциала, когда растения за счет собственных возможностей справляются с болезнями. Их устойчивость к патогенам можно повысить в том числе… путем вакцинации. Надо только создать и выпустить такой эликсир здоровья для растительного мира.

В Институте биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси на протяжении десяти лет занимаются изучением мембранно-клеточных механизмов действия индукторов иммунитета растений. Под руководством заведующего лабораторией прикладной биофизики и биохимии, член-корреспондента НАН, доктора биологических наук Людмилы Кабашниковой — известного ученого в области биофизики и биохимии стресса у растений, разработана линейка новых иммуномодулирующих препаратов под общим названием «Иммунакт». Результаты производственных испытаний показали высокую их эффективность для защиты зерновых, овощных и технических культур, превышающую уровень стандартной технологии защиты с использованием химических фунгицидов. При этом помогают получить урожай высокого качества. Препарат «Иммунакт-ГК» прошел успешную регистрацию для применения на огурцах и томатах в защищенном грунте.

В лаборатории прикладной биофизики и биохимии, где мы встретились с научным сотрудником Любовью Пашкевич, на полу заметила сноп пшеницы, привезенный с опытной делянки. С культурой работают первый год. Любовь Валерьевна перечислила некоторые результаты:

— В рамках Госпрограммы «Наукоемкие технологии и техника» поставлена задача по повышению устойчивости пшеницы с помощью комплексных препаратов на основе иммуномодуляторов. Подбираем наилучший состав для этого злака, используем салициловую кислоту, бета-глюканы. Впервые — в сочетании с микробиологическим препаратом на основе грибов рода триходерма (Trichoderma). По предварительным результатам такие составы обеспечивают прибавку урожайности пшеницы на 5—7 центнеров по сравнению со стандартным фунгицидом. В рамках другого проекта подбираем стимуляторы иммунитета и разрабатываем новые агроприемы их применения для льна масличного. Удачно завершили работу по льну-долгунцу: с помощью обработок нашим препаратом удалось повысить качество льноволокна до 12-го номера. Посевы долгунца лучше переносят неблагоприятные факторы среды: высокую температуру, избыточную влажность или засуху. Исследования проводили совместно с Институтом льна НАН Беларуси. По отношению к стандартному фунгициду «Амистар» до 7,5 центнера с гектара получена прибавка урожая ярового ячменя. На базе Минского парниково-тепличного комбината в рамках освоения новой технологии защиты проводятся производственные испытания на томатах и огурцах. 


Предваряют опыты в полевых условиях, конечно, лабораторные испытания на проростках, которые обрабатывают разными иммуномодулирующими составами. Есть контрольный вариант для сравнения — необработанный материал. Затем заражают патогенными штаммами грибов и наблюдают, как растения справляются с болезнью. Оценивают их состояние визуально, снимают морфометрические показатели — роста и биомассы. На клеточном и мембранном уровне смотрят, как изменяются протекающие процессы. Так же, как анализ крови человека, содержание пигментов фотосинтеза (хлорофилла, каротиноидов) — основного процесса у всех растительных видов — покажет реакцию на стресс. Важна и оценка окислительного стресса в клетках, который развивается в растениях при заражении, и механизмов развития защитных реакций после применения вакцин-индукторов иммунного ответа. 

У растений тоже возникает приобретенный (индуцированный) иммунитет, проводит параллель Любовь Пашкевич:

— Как у животных и человека, он возникает после перенесенных инфекционных заболеваний или под влиянием различных индукторов. Возможен благодаря «иммунной памяти» (как у животных и человека!), которая проявляется в снижении вероятности повторного заражения этим же патогеном. И растениям можно проводить иммунизацию, то есть активацию природных защитных систем. Биологическую — их обрабатывают ослабленными культурами патогенов, индуцируя быструю иммунную реакцию на последующую атаку этих микроорганизмов, и химическую — с использованием разнообразных веществ, в том числе природного происхождения. Они называются элиситорами, индукторами устойчивости, активаторами или иммуномодуляторами (адаптогенами). Вот сколько у них названий! Вещества активируют защитные реакции (тоже по аналогии с человеком!) и повышают устойчивость растений к комплексу неблагоприятных факторов внешней среды, включая фитопатогены. Данный способ известен уже почти столетие, однако у нас о нем впервые заговорили в начале 1970-х. В качестве индукторов устойчивости используется широкий круг веществ органической и неорганической природы: вторичные метаболиты микроорганизмов и растений. Из натуральных продуктов промежуточных реакций иммунного ответа наибольшее внимание уделяется салициловой кислоте и ее производным. Эффективна аминомасляная кислота и бета-глюканы. Но что самое важное: иммуномодуляторы имеют широкий спектр действия, не несут нагрузки на окружающую среду, доступны по цене, не требуют многократных обработок (достаточно одной) и по праву считаются конкурентными по сравнению с пестицидами. Нашим институтом разработана целая линейка новых иммуномодулирующих препаратов под общим названием «Иммунакт».

Такой метод защиты широко распространен в Европе. Препараты, формирующие устойчивость, особенно востребованы в экологическом земледелии. Ассортимент большой, но белорусские биофизики заняли еще свободную нишу по их составу.

Однако для человека иммуномодуляторы не панацея. Как же объяснить эффективность новых биотехнологий в растительном мире? Для растений иммунитет — основное оружие, главное, что у них есть в борьбе со всеми негативными факторами окружающей среды. Вот мы и приводим в готовность это оружие теми веществами, которые сами же и обеспечивают защиту растений и участвуют в промежуточных реакциях иммунной системы. Как бы ни проводили с ними аналогию, это совсем другой мир.

Создание препаратов на основе биогенных стимуляторов иммунитета растений — направление наукоемкое и перспективное. Особенно в последнее время в связи с изменением климата в Беларуси. Ученым дано предугадать, чем воздействие этих препаратов отзовется, и довести научную разработку до производственного использования. 

klimovich@sb.by
Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter