В России ежегодные потери зерна (ржи, ячменя, пшеницы, гороха и др.) из-за грибных болезней составляют около 20% от всего урожая, или 200 млрд рублей в год, согласно анализу данных Росстата и стоимости этой продукции. Растения обрабатывают специальными препаратами, фунгицидами, однако грибы быстро обретают устойчивость ко многим химикатам. В итоге эффективность этой процедуры падает с каждым годом. Поэтому ученые из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН создали новый класс фунгицидов на основе органических пероксидов.
Эти соединения — производные от пероксида водорода, в небольших количествах они присутствуют и в организме человека. Давно известно, что пероксиды обладают заживляющими, противомикробными и антипаразитарными свойствами. Исследуя новые методы синтеза органических пероксидов, ученые из ИОХ РАН выявили их высокую противогрибную активность, причем как к патогенам в организме человека, так и к паразитирующим на растениях. Работа была проведена при поддержке Российского научного фонда.
Ранее пероксиды не пытались изучать по той причине, что это довольно неустойчивые соединения, считалось, что они легко взрываются, причем в прямом смысле. Однако ученые из ИОХ РАН нашли метод сделать их стабильными, вставив в эти соединения алкильные группы — фрагменты насыщенных углеводородов. Примером таких соединений служит метил (CH3) и этил (C2H5). Применяемые на данный момент фунгициды в основном препятствуют делению гриба или накоплению энергии в клетке, после чего патоген не может расти или прекращает жизнедеятельность. Однако они направлены только на одну целевую мишень-белок, на которую необходимо воздействовать для уничтожения гриба. Органический пероксид, по предположению ученых, действует на 3–5 мишеней, поэтому более эффективен.
Испытания препарата проходят совместно со Всероссийским научно-исследовательским институтом фитопатологии уже несколько лет. За это время ученые убедились в эффективности созданного средства, проверяя его для обработки разных видов зерновых на небольших посевных площадях.
Споры грибов присутствуют на семенах изначально, еще до посева — они легко прилипают к зернам при уборке урожая, заражая зернохранилища. Поэтому во время экспериментов первую группу культур (семена пшеницы и гороха) исследователи обрабатывали перед посевом созданным веществом. Вторую группу по той же схеме обрабатывали разными уже известными препаратами. Третью, контрольную, оставили без защиты от гриба. Когда пришло время собирать урожай, оказалось, что по сравнению с контрольной группой масса обработанных пероксидами растений пшеницы была выше на 20%, а по сравнению со второй — на 5–10% (цифры немного варьировались в разные годы посева).
– Важен не только факт, что урожайность после обработки нашим препаратом повысилась, – сообщил заместитель директора Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН Александр Терентьев. – Гораздо более существенный результат работы – получение отечественного фунгицида. Ведь сегодня все используемые на российских полях вещества для защиты урожая иностранного производства, а без них мы буквально умрем с голода, ведь грибы уничтожат весь урожай.
Несмотря на подтвержденную эффективность органических пероксидов при борьбе с грибами, ученые продолжают эксперименты. Исследователи хотят на молекулярном уровне выяснить точный механизм действия пероксида. Это важно как для понимания процесса, так и для возможности усилить действие созданного фунгицида.
По сравнению с зарубежными аналогами, получение российского препарата обходится дешевле. Если иностранные вещества требуют 5–10 стадий для синтеза, российский позволяет ограничиться всего тремя. К тому же основное сырье для получения отечественного препарата — простая перекись водорода, доступный и дешевый компонент. Исходя из этого, авторы исследования считают, что стоимость их препарата будет ниже импортных минимум на порядок.
– Тот факт, что для производства препарата на основе органических пероксидов будет использоваться отечественное сырье, позволит избежать валютных рисков, – пояснил заведующий кафедрой защиты растений МСХА им. К.А. Тимирязева Февзи Джалилов. – Но для окончательных выводов о преимуществах и недостатках препарата перед коммерческими средствами необходимо дождаться его государственной регистрации, то есть официального подтверждения свойств.
Еще одно преимущество российской разработки — экологичность процесса производства. Все побочные продукты распадаются на кислород и воду, и, по предварительным данным, получаемый препарат абсолютно безопасен для человека, животных и растений.
– Мы поместили созданный препарат в почвенный субстрат, а затем, спустя месяц, попробовали найти его с помощью жидкостной и газовой хроматографии, – рассказал директор Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии профессор РАН Алексей Глинушкин. – В итоге не обнаружили ни следа пероксида, он полностью разложился. Аналогичный эксперимент мы провели с популярным коммерческим фунгицидом и легко обнаружили его следы в почвенном субстрате.
Конечно, учитывая, что грибы быстро приобретают устойчивость к разным фунгицидам, можно предположить, что они найдут способ противостоять и воздействию органических пероксидов. Но, по словам Александра Терентьева, это произойдет не раньше чем через 10–20 лет. Оптимизм внушает тот факт, что природные пероксиды изначально нацелены на борьбу с грибами, поэтому патогенам будет крайне тяжело выработать защитный механизм.
В планах исследователей в ближайшее время перейти с экспериментальных полей на сельскохозяйственные угодья. Там российский препарат можно будет испытать на больших посевных площадях, чтобы окончательно удостовериться в его эффективности и перестать пользоваться зарубежными фунгицидами. Также ученые собираются провести полноценные испытания проверки безопасности препарата для животных и людей.
