Байер КропСайенс
Научно-популярный журнал современного сельского хозяйства
1 | 2011 1 | 2011
Мир в миниатюре
От лаборатории до поля
Болезненный симптом
Ученые делают поразительные открытия
Этапы разработки новых средств защиты растений
Стеблевая ржавчина: прогнозы и решения
02 курьер 1 | 11
в номере
Тенденции
Климат будущего
Стр. 6
Стр. 18
Исследования
Мир в миниатюре
технологии
Болезненный симптом
Стр. 24 Сourier: Bayer CropScience AG, Monheim am Rhein, Germany / Editor: Bernhard Grupp / With contributions from: Agroconcept GmbH, K. Doughty, Wissen + Konzepte / Design and Layout: Xpertise, Langenfeld / Litography: LSD GmbH Et Co. KG, Dusseldorf
«Курьер Байер КропСайенс» (Россия): Издается ЗАО «Байер» / Редколлегия: Д. Тришкин (к. б. н.), Н. Мирошникова, В. Борисенко, Н. Комков (к. б. н.), Л. Н. Ульяненко (д. б. н., профессор)
Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС 77-44712 от 21 апреля 2011 г. Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
Настоящее издание не для продажи, не является источником получения прибыли. Настоящее издание является прототипом и переводом с немецкого языка на русский язык журнала «Курьер», издаваемого компанией «Байер КропСайенс АГ» в ФРГ. Содержащаяся в издании информация и размещенные в нем материалы не являются рекламой товаров/работ/услуг, а также компаний, входящих в группу компаний Bayer; не имеют в качестве основной своей цели продвижение товара, выпускаемого компаниями, входящими в концерн Bayer, на рынке и не являют-
Журнал подготовлен при участии издательства «МедиаЛайн» www.medialine-pressa.ru Подписано в печать 11.05.2011. Отпечатано в типографии «Вива-Стар». Тираж: 8000 экз. «Курьер». Электронная версия журнала www.bayercropscience.ru/ru/courier
ся предложением или офертой для приобретения упоминаемых в настоящем издании товаров/работ/услуг; содержат справочно-информационные и аналитические материалы, результаты научных исследований, испытаний и достижений компаний, входящих в концерн Bayer; носят научно-популярный характер; содержат также статистические, сводные и видоизменяющиеся полезные данные, основанные на количественных и качественных показателях отдельных явлений, объектов и исследований.
в номере
Первые лица Йорг Сюрциско, генеральный директор ЗАО «Байер», генеральный представитель компании «Байер» в СНГ: Инновации улучшают качество жизни
Уважаемые коллеги!
04
Тенденции Климат будущего Компьютерные модели помогают предвидеть климат будущего
06
Инновации От лабораторных испытаний до поля Этапы разработки новых средств защиты растений
Энергия высоких урожаев Инновационные технологии формуляций
10
16
ИССЛЕДОВАНИЯ Мир в миниатюре Поразительные открытия из микромира. Наблюдение ведется в электронном масштабе
18
ТЕХНОЛОГИИ Защита пшеницы от ржавчины Фунгициды против возбудителей грибных заболеваний
22
Болезненный симптом Стеблевая ржавчина на российских полях: прогнозы и решения
24
базовые ЗНАНИЯ Как действуют фунгициды
27
очу выразить признательность всем, кто проявил интерес к нашему журналу. Количество откликов, которые мы получили, превзошло наши ожидания. Уже в ближайших выпусках постараемся учесть Ваши пожелания и подготовить статьи на темы, которые вызывают наибольший интерес читателей. Как ожидается, текущий сельскохозяйственный год будет проходить под лозунгом борьбы за урожайность зерновых культур как основного инструмента роста рентабельности и выживания многих хозяйств. Уже сейчас он удивляет своими акцентами: непростая ситуация на рынке зерна спровоцировала расширение площадей под озимые культуры, а сводки о неблагоприятных условиях их сева и перезимовки заставляют хозяйственников наращивать яровой клин; по данным российского Союза сахаропроизводителей, планируются рекордные за последние 20 лет площади под сахарную свеклу. И это только вершина айсберга под названием «увеличение активности в сельском хозяйстве». Существует много факторов, влияющих на общий объем и качество урожая. Болезни способны существенно изменить эти показатели, а в некоторых случаях полностью уничтожить результаты труда всего года. Одной из основных мер для интенсификации производства является применение фунгицидных препаратов. В этом выпуске «Курьера» Вашему вниманию представлен ряд статей однонаправленной тематики – «Контроль болезней растений: препараты, технологии, преимущества». На страницах журнала авторы поднимают, на первый взгляд, казалось бы, несовместимые темы: вопросы механизмов действия фунгицидов и эстетической картины проявления микозов. В рамках издания мы попытались обобщить различные подходы в систематизации препаратов и представили новые достижения в палитре фунгицидных продуктов компании. Кроме этого, мы надеемся, что читателям будет интересно познакомиться с интервью генерального директора «Байер» в странах СНГ, а также животрепещущей темой предупреждения онкологических заболеваний. Верим, что темы, затронутые на страницах журнала, будут Вам интересны, а главное – полезны. С наилучшими пожеланиями, Дмитрий Тришкин, руководитель отдела оперативного маркетинга подразделения «КропСайенс» в странах Россия, Белоруссия, Казахстан
практика и опыт Тройной ответ болезням сахарной свеклы Снижая потери сахара
Х
32
ПАНОРАМА Своевременная диагностика способна сохранить жизнь 34 Новые высокотехнологичные медицинские средства способствуют повышению выживаемости онкологических пациентов
1 | 11 курьер 03
0 курьер 1 | 11
первые лица
Йорг Сюрциско, генеральный директор A/O Bayer
Инновации улучшают качество жизни Как известно, компания Bayer является одним из лидеров мирового химикофармацевтического рынка. Сегодня она также активно ведет деятельность на территории Содружества Независимых Государств. Генеральный представитель компании Bayer в СНГ, генеральный директор A/O Bayer господин Йорг Сюрциско любезно согласился ответить на несколько вопросов нашего корреспондента по поводу перспектив деятельности компании в России и других странах Содружества.
-У
ва жаемый господин Сюрциско, расскажите, пожалуйста, для начала об основных направлениях работы компании. – Компания Bayer сегодня представляет собой крупнейший химико-фармацевтический концерн, работающий в трех основных направлениях. Это здравоохранение, защита растений и производство высокотехнологичных материалов. За каждое из этих направлений отвечают отдельные подразделения, которые мы называем субконцернами. Так, например, субконцерн Bayer HealthCare работает на фармацевтическом рынке. Подразделения, входящие в его состав, занимаются производством рецептурных и безрецептурных препаратов, средств для ухода за животными, экспресс-диагностики и лечения диабета. Bayer CropScience занимается разработкой средств защиты растений и новых сортов семян. Последнее направление считается наиболее перспективным в мировом сельском хозяйстве. Им занимается специальное подразделение Bayer CropScience – BioScience. Субконцерн Bayer MaterialScience специализируется на производстве п о л и у р е т а н о в, п о л и к а р б о н а т о в и покрытий, клеев и специальных материалов. В составе нашей компании также есть три сервисные компании. Они занимаются технологической под-
держкой предприятий химической и фармацевтической промышленности. Причем это относится как к предприятиям концерна Bayer, так и к сторонним компаниям. Например, Bayer Technology Services занимается разработкой и развитием процессов и оборудования на всем протяжении их жизненного цикла. – Какое из направлений деятельности компании ближе всего Вам лично? – Для меня в той или иной степени близко каждое из направлений. Много лет я проработал в фармацевтическом бизнесе. Теперь помимо генерального директора А/О Bayer я являюсь также руководителем субконцерна Bayer MaterialScience.
– Кака я роль в деятельности компании отводится инновациям? Не могли бы Вы привести примеры успешного применения инновационных технологий компании Bayer в России? – Продукты и услуги компании призваны улучшать качество жизни людей. Поэтому для нас инновационные разработки – не пустые слова. Инвестиции компании в научные исследования уже не первый год являются самыми крупными в отрасли в Германии. В 2010 году компания увеличила инвестиции в исследования и разработки более чем на 11%. На эти цели было выделено около 3,1 млрд евро. Это рекордный показатель за всю историю компании.
Йорг Сюрциско • Родился в Германии в 1969 году. • С 1992 года работал в корпоративном центре Bayer AG (штаб-квартира компании) в отделе регионального координирования и контроллинга по Восточной Европе. • В 1995 году начал работать в фармацевтической бизнес-группе координатором продаж по Восточной Европе. • В 1996 году он был назначен руководителем бизнес-групп рецептурных и безрецептурных препаратов в украинском представительстве компании, также координируя Молдову и Кавказский регион. • В 1999 году стал генеральным директором Bayer в Румынии, а с 2002 года, переехав в Софию, стал возглавлять еще и болгарский Bayer. • С 2004 по 2005 год занимал пост генерального представителя Bayer AG в Юго-Восточной Европе. • В 2005 году вместе с семьей переехал в Москву и возглавил Bayer MaterialScience в СНГ. С апреля 2008 года возглавляет Bayer, а также является генеральным представителем компании Bayer в СНГ.
первые лица
Последней инновационной разработкой компании является антикоагулянт Ксарелто®. Он уже представлен в 75 странах, в том числе и в России. Это средство эффективно помогает больным в профилактике венозной тромбоэмболии после восстановительных операций на коленных или бедренных суставах. Субконцерн CropScience так же предлагает ряд перспективных разработок. В период до 2012 года мы планируем вывести на рынок шесть новых препаратов. Некоторые из них появятся и в странах СНГ. В России компания также в целом представляет продукцию мирового уровня, тесно сотрудничая при этом с ведущими российскими университетами и научными институтами. – Насколько деятельность компании Bayer отвечает сегодня запросам российского потребителя? – На сегодняшний день наша компания полностью представлена на российском рынке. В России действуют все три наших подразделения и две сервисные компании. Это говорит о том, что мы достаточно уверенно чувствуем себя на этом рынке и своевременно реагируем на возникающие запросы. Но в каждой сфере деятельности есть, конечно, свои особенности. На п р и м е р, п р охо д я щ а я с е йч ас реформа здравоохранения в той или иной степени сказывается на бизнесе компаний, импортирующих свою продукцию в Россию. Успешно решать многие вопросы помогают развитие региональных струк т ур компании, на ла живание тесных связей с к лиентами. Это помогает при поиске и на хож дении новых экск люзивных реше ний д ля определенных регионов. Та к ие прое к т ы, ка к , на приме р, «Полевая академия», способствуют нашему успешному сотрудничеству в области сельского хозяйства и совместной подготовке профессиональных специалистов в данной отрасли. Лидирующие позиции в ведущих направлениях компании доказывают, что наша деятельность отвечает потребностям к лиентов на российском рынке. – Как Вы оцениваете перспективы деятельности компании на территории Российской Федерации? – Прежде всего надо напомнить, что у сотрудничества концерна Bayer и России очень богатая история. Именно в России в 1876 году была
открыта первая фабрика компании за пределами Германии. В прошлом году субконцерн Bayer MaterialScience открыл в Ногинске Московской области научно-технический центр и завод по производству полиуретановых систем. Мы были очень рады этому событию. Производственный комплекс в Ногинске спроектирован и построен в соответствии с самыми передовыми стандартами для заводов такого типа. Инвестиции в этот проект составили 20 млн долларов США. Необходимо также отметить, что в России уже много лет реализуются совместные партнерские проекты по направлению «Здоровье животных». Более того, нами в России налажено эффективное производство средств защиты растений, в том числе свеклы и зерновых культур, в рамках толлинговых соглашений. Подобные проекты способствуют развитию компании. Россия является развивающимся рынком, мы видим большой потенциал для развития бизнеса и стремимся обеспечить достаточно высокие темпы роста компании в этой стране. – Какую основную задачу Вы ставите сегодня перед собой как генеральный директор A /O Bayer и генеральный представитель Bayer в СНГ? – Когда я был назначен генеральным представителем Bayer в СНГ в 2008 году в России, мы были пред-
ставлены четырьмя юридическими лицами, только в Москве территориально мы располагались в восьми офисах. В течение двух лет мы объе динили юридические лица и переехали в один центральный офис в Москве. Стала более эффективной структура региональных отделений. Наши представительства сегодня работают в Казахстане, в Республике Беларусь, в таких странах, как Грузия, Армения, Азербайджан. Россия – это динамично развивающийся рынок. Конечно же, нашей целью является достижение определенного роста, исчисляемого в десятках процентов. Но своей основной задачей я считаю прежде всего организацию эффективной работы компании для соответствия нашей миссии – «Наука для лучшей жизни». Это означает, как я уже говорил, улучшение качества жизни, а также увеличение ее продолжительности с помощью инновационных решений компании Bayer. – Что бы Вам хотелось пожелать читателям журнала, нашим партнерам и потребителям? – Прежде всего хотелось бы пожелать профессиональных достижений, плодотворного партнерства и процветания бизнеса. Также хотел бы пожелать хорошей, комфортной погоды. Надеюсь, прошлогодняя ситуация с аномальной жарой больше не повторится. t
1 | 11 курьер 0
0 курьер 1 | 11
тенденции
Компьютерные модели помогают предвидеть климат будущего
Климат будущего Вычисления, проведенные на основе климатических моделей, указывают на то, что в предстоящие десятилетия произойдет существенное потепление земной атмо сферы. Но можно ли доверять прогнозам, сделанным с их помощью?
тенденции
И Метеозонды обеспечивают климатологов данными о составе земной атмосферы
сследователи-к лиматологи по всему миру одержимы идеей изучения любых изменений климата нашей планеты. Их не пугают экспедиции в малопривлекательные, с точки зрения обычного человека, места – от ледяной арк тической пустыни и патагонской степи до океанских глубин, в самые отдаленные уголки света. Ученые ищут свидетельства прошлых климатических перемен, надеясь с их помощью спрогнозировать климат будущего. Для этого необходимо собрать колоссальные массивы данных, как можно точнее описать сложную систему планеты Земля в математических терминах и обработать их при помощи специальных компьютерных климатических моделей. Высокопроизводительные компьютеры работают сутки напролет, чтобы обработать информацию и выдать прогноз на последующие десятилетия. Давно известно, что климат Земли в течение тысячелетий подвергается циклическим изменениям: период потепления следует за периодом похолодания. Сегодня ученые озадачены вопросом, насколько существенно влияет на этот процесс деятельность человека. Есть все основания не затягивать с выяснением этого вопроса, так как температура Земли начала заметно повышаться в начале 50‑х годов прошлого века. Регулярные измерения температуры земной поверхности ведутся с 1850 года; десять из 12 самых теплых лет, зарегистрированных с тех пор, приходятся на период с 1995 по 2006 год. Общемировая средняя температура воздуха на уровне почвы за последние сто лет выросла на 0,74 °C. Заметно изменился и состав земной атмосферы. Мы все зависим от этого защитного слоя из газов и водяного пара – без него Земля была бы погребена под толстым слоем льда. В этом случае, согласно расчетам Германской метеорологической службы, средняя мировая приземная температура воздуха составила бы –18 °С, а не +15 °С, как сейчас.
Изменения в составе атмосферы влияют на ее способность поглощать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепло. Как показывают измерения, с наступлением индустриализации концентрация углекислого газа (СО2) в атмосфере повысилась примерно на треть, существенно возросла доля оксида азота, более чем в два раза выросло содержание метана. По мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) при ООН, растущая концентрация углекислого газа большей частью обусловлена сжиганием ископаемых видов топлива, таких как нефть, газ и уголь. Одним из основных источников повышенного содержания метана и оксида азота является их выброс в результате сельскохозяйственной деятельности человека.
Взгляд в прошлое Чтобы иметь возможность достоверно прогнозировать характер климата в будущем, климатологи сначала изучают отдаленное прошлое Земли. Группа германских экспертов по климату провела исследования на кратерном озере в лагуне Потрок Айк, что в Патагонской пустыне. Небольшое научное судно, на котором прибыли ученые, было преобразовано в буровую платформу, благодаря которой удалось пробурить скважину в донных осадках под стометровой толщей воды и получить профиль протяженностью 19 метров. Содержащиеся в нем тонкослойные отложения пыльцы, водорослей и окаменелостей позволили исследователям собрать воедино элементы климатической истории Южного полушария за тысячи лет. В Западной Антарктике Институт полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера принимал участие в другой международной программе, на этот раз для того, чтобы пробурить шельфовый ледник. Исследовательской группе с помощью обнаруженных в полученных образцах микроорганизмов удалось создать
1 | 11 курьер 0
0 курьер 1 | 11
тенденции
Для сбора и обработки сложных метеорологических данных нужны мощные компьютеры. Одним из них является суперкомпьютер Германской метеорологической службы в Оффенбахе
картину, отображающую динамику изменения климата за последние 5 млн лет. Тревогу вызывает то, что лед в Западной Антарктиде отступал особенно интенсивно в те периоды, когда температура на Земле была примерно всего лишь на 3 °C теплее, чем сейчас, и при повышенном содержании углекислого газа в атмосфере по сравнению с настоящим моментом. Если ледниковый покров снова будет таять, уровень Мирового океана повысится на 5–7 метров. Не менее полезными хранилищами информации о климате, которые доступны ученым, являются коралловые рифы и известняковые пещеры. Характер климата в более близкие к нам времена также можно прочитать по годовым кольцам деревьев. Данные на текущий момент вычисляются с помощью метеозондов и спутников. Сейчас много усилий вкладывается в улучшение понимания основных океанских течений. С этой целью применяются специальные буи, которые дрейфуют на значительной глубине, измеряя температуру воды и скорость течения. Регулярно поднимаясь на поверхность, они передают результаты своих измерений на научные станции.
Климатологи используют данные, полученные из разных источников, в качестве элементов сложной мозаики для создания как можно более точной картины формирования мирового климата за последние несколько миллионов лет. Коррелировать полученные сведения между собой помогает также анализ экстремальных событий, таких как извержения вулканов и падения метеоритов. Чтобы иметь возможность эффективно обработать всю полученную информацию, ученые подразделяют Землю на несколько систем и подсистем, например сушу и ледники, океаны и атмосферу. Кроме того, они условно делят планету на более мелкие равные отрезки кубической формы: шаг координатной сетки – около 200 км в длину и 1000 м в высоту. Для каждого такого своеобразного кубика с помощью математических уравнений рассчитывают характер распределения климата от глубин океана до верхних слоев атмосферы. Для этого требуется соединить в единую формулу температуру воздуха и воды, характеристики океанских течений, параметры ветра, осадки, показатели роста растений и многие другие величины
элементов различных систем. Моделирование чрезвычайно осложняется тем, что различные факторы способны оказывать взаимное цепное влияние друг на друга. Это означает, что для подобных расчетов требуется самая передовая компьютерная техника. За последние годы учеными по всему миру было создано более 20 глобальных климатических моделей. Однако прежде чем определять различные сценарии развития климата в будущем, исследователи проверяют надежность своих моделей, сопоставляя расчетные данные с имеющимися метеоданными за тот же исторический период. Таким образом они могут понять, насколько точно их модели отражают действительность. Если отклонения слишком существенны, то формулы пересматриваются и корректируются. Только когда модель дает приближенные к действительности результаты, ученые готовы начать смотреть в будущее. Дилетанты любят называть это прогнозированием климатических изменений, однако такое название не совсем подходит. Например, для расчета колебаний глобальной температуры в ближайшие 50 лет ученые сначала должны
Как формируется климат
На горных склонах регулярно образуются облака, в результате этого выпадают осадки
Растения днем поглощают СО2 и частично выделяют его ночью. Основная часть поглощаемой растениями воды испаряется через поверхность листьев и регулирует влажность воздуха
Из остатков погибших растений, в которых содержится углерод, образуется перегной
При извержении вулкана происходит выброс газов в атмосферу
Солнечная энергия достигает Земли, активизируя все многообразие климатических процессов
Дождевая вода собирается в реках и озерах или образует грунтовые воды
тенденции
загрузить в модель не только изменения этого параметра, но и другие характеристики. К ним относятся вероятное изменение концентрации углекислого газа в атмосфере, скорость увеличения численности населения, вероятный уровень роста мировой промышленности. Затем на основе этих допущений рассчитывается будущий характер климата. Поэтому ученые предпочитают говорить о сценариях и перспективных оценках, а не о прогнозах. Ведь как только изменятся входные данные, изменятся и результаты. В этой связи в оценке изменения мировой температуры к концу XXI века указан довольно большой диапазон температур – от 1,8 °C до 4,0 °C. Таким образом, климатические модели дают возможность лишь приблизительно оценить влияние, которое может оказать на будущую температуру планеты уменьшение техногенных выбросов СО2, метана и других парниковых газов. Ученые не делают окончательных выводов по поводу достоверно
Экзосфера 500 км
Слои атмосферы. Безвоздушное пространство начинается с высоты примерно 500 км
80 км
Термосфера
50 км
Мезосфера
Стратосфера 25 км
Озоновый слой
17 км Солнце нагревает поверхность воды
Тропосфера Вода испаряется
Вода с более глубоких уровней поднимается к поверхности и нагревается
Холодная вода опускается на более глубокий уровень
Ледовые щиты отражают свет. Климат становится холоднее
сти перспективной оценки климата, сделанной на основе расчетов конкретной модели, поскольку каждая из моделей в равной степени зависит от ряда принятых в том или ином сценарии допущений. Тем не менее в свете бесспорного потепления Земли за последние 60 лет эти модели все же предоставляют ценную базовую информацию для политических решений, моделируя мировой климат по принципу возможных вариантов.
Глобальный, региональный и локальный климат Учитывая относительно крупный шаг координатной сетки, составляющий 200 км, глобальные климатические модели не позволяют делать какие-либо оценки на уровне локальных или даже региональных эффектов глобального потепления. Для этой цели требуются модели, которые охватывают заданную область. В Германии, например, были созданы четыре региональные климатические модели – CLIM, REMO, WETTREG и STAR, – пригодные для моделирования влияния того или иного сценариев глобального потепления на, скажем, распределение осадков в Восточной Германии или толщину снежного покрова в Альпах. Это означает, что такие модели могут служить основой для адаптирования технологий ведения сельского хозяйства к локальным сдвигам в характере и объеме осадков или колебаниям температуры воздуха. Однако следует понимать, что точность локальных климатических моделей определяется введенными данными и корректностью расчетов региональных климатических моделей, которые, в свою очередь, зависят от результатов использования глобальных прототипов. Можно спорить по поводу деталей развития климата будущего, а также корректности расчетов, в которых все еще присутствует немалая степень неопределенности, однако климатологи Гамбургского института метеорологии вполне уверены, что в ближайшие десятилетия нас ожидает глобальное потепление. В данном учреждении была разработана
глобальная климатическая модель ECHAM5. Эта модель, объединяющая системы атмосферы и океана, пользуется репутацией одной из лучших в мире. Модельные эксперименты на ECHAM5 дали научному сообществу понимание процессов, лежащих в основе глобального потепления, и возможность достоверно их воспроизводить. Однако наиболее существенными недостатками всех современных моделей остаются представление картины облакообразования и динамика температуры в океанах. Чем теплее воздух, тем больше образуется облаков: днем они оказывают охлаждающее действие, а ночью – нагревающее. Следовательно, облака могут как уменьшать парниковый эффект, так и усиливать его. Характеристика временных и пространственных изменений облачного покрова все еще представляет сложность для ученых. Кроме того, слишком мало известно о динамике температуры в океанах и их способности связывать углекислый газ. Если представить себе климатиче скую систему в виде ряда качающихся маятников, океаны были бы крайне инертными маятниками изза колоссальных объемов содержащейся в них воды. Но если привести их в движение, они стали бы передавать импульсы другим, более чувст вительным элементам системы, которые можно было бы использовать в качестве индикаторов происходящих изменений. В результате проведенных в настоящее время исследований с океанами связывается от 1/3 до 1/2 всех выбросов СО2. Однако требуются дополнительные данные, для того чтобы понять, как изменится картина в случае продолжающегося потепления. Тем не менее ученые уверены в том, что результат хозяйственной деятельности человека оказывает существенное влияние на климат, и в грядущие десятилетия на нашей планете станет значительно теплее. Научное сообщество надеется, что в предстоящие годы климатологам удастся добиться повышения достоверности своих моделей. Но прежде чем это станет возможным, потребуется проделать громадный объем работ. t
Норберт Леманн (Norbert Lehmann)
1 | 11 курьер 0
10 курьер 1 | 11
Инновации
Этапы разработки новых средств защиты растений
От лабораторных испытаний до поля
Каждый год компания «Байер КропСайенс» представляет сельхозтоваропроизводителям всего мира два-три совершенно новых действующих вещества. Один из последних примеров – темботрион, активное начало инновационного гербицида Лаудис*, предназначенного для защиты посевов кукурузы. История его создания наглядно демонстрирует, какой путь обычно проходит любое действующее вещество от исследовательской лаборатории до поля. Важнейшим аспектом появления продукта на рынке является, с одной стороны, его востребованность фермерами, с другой – соответствие принятым санитарно-гигиеническим и экологическим нормативам безопасности. Задача исследователя – предложить именно такой препарат. * Зарегистрирован в Европе, США и Мексике
Новые механизмы действия Доктор Андреас ван Альмсик – химик, открывший действующее вещество темботрион, – внимательно следил за мировым успехом препарата Лаудис. Исследователь всегда очень трепетно наблюдает за тем, как новое действующее вещество преодолевает возникающие в процессе разработки препятствия, а затем оправдывает ожидания его создателя на практике. Ведь путь «от пробирки до поля» бывает долгим и каменистым – об этом ван Альмсик и его коллеги-ученые знают по собственному опыту. Несколько сотен специалистовхимиков и их помощников неустанно трудятся в лабораториях «Байер КропСайенс», занимаясь поиском инновационных действующих ве-
Инновации
Действующее вещество темботрион было открыто д-ром Андреасом ван Альмсиком и впервые синтезировано его ассистенткой Керстин Ульрих. Активное вещество темботрион относится к классу ингибиторов фермента 4-гидроксифенил-пируватдиоксигеназы (HPPD). Из-за оказываемого этими веществами отбеливающего эффекта фермеры называют их «отбеливателями»
ществ для создания современных средств защиты растений. Потребность в новых гербицидах, инсектицидах и фунгицидах обусловлена прежде всего тем, что у сорных растений, насекомых-вредителей и патогенных грибов очень быстро развивается устойчивость к используемым препаратам или группам химических веществ. Кроме того, ученые считают своим долгом неуклонно повышать уровень безопасности своей продукции c известным во всем мире логотипом «Байера». Перед ними стоит ответственная задача – разработать действующие вещества, способные отвечать высоким требованиям эффективно сти по отношению к вредным объектам и обеспечивать безопасность для человека и окружающей среды. Чтобы цель оказалась достижимой, специалисты «Байер Кроп-
** Гидроксифенил-пируват-диоксигеназа
Сайенс» ежегодно синтезируют тысячи новых действующих веществ. Одни исследователи занимаются поиском принципиально новых субстанций, в частности с новыми механизмами действия. Другие, напротив, пристально изучают представителей уже известных химических классов активных веществ с целью выявления их скрытого потенциала. К числу последних относится и ван Альмсик. Будучи руководителем группы по изучению воздействия активных веществ на двудольные сорные растения, он специализируется на особой группе соединений с гербицидной активностью, известных ученым как ингибиторы HPPD**, а фермерам – как «отбеливатели», поскольку целевые сорняки после обработки становятся белыми – их листья обесцвечиваются.
Открытие действующего вещества и улучшение его свойств Все гербициды этого класса отличает один и тот же механизм действия – подавление определенного фермента, присутствующего в листьях растений, в результате чего происходит угнетение синтеза каротиноидов. Это, в свою очередь, ведет к утрате «экрана», защищающего ткани листа от ультрафиолетового излучения: солнечным лучам легче проникать внутрь и достигать хлоропластов, у которых они разрушают зеленый пигмент, нарушая тем самым процесс фотосинтеза. В конечном итоге сорное растение погибает. К 1997 году существующие ингибиторы HPPD, по всей видимости,
1 | 11 курьер 11
12 курьер 1 | 11
Инновации
достигли своего предела эффективности. Именно в тот год было впервые обнаружено, что определенный класс веществ, известных как трикетоны, обладает гораздо более высоким потенциалом, чем ранее предполагали ученые. Они ожидали, что смогут успешно контролировать не только широколистные сорняки, но также и проблемные сорные однолетние злаковые растения, такие как щетинник зеленый и ежовник обыкновенный (просо куриное). Это явилось достаточным аргументом для того, чтобы еще раз более внимательно изучить исходную структуру и целенаправленно адаптировать молекулы для улучшения заданных свойств. Одним словом, была поставлена задача получить действующее вещество с минимальной нормой расхода и быстрым поглощением тканями сорняков для реализации высокой потенциальной скорости гербицидного эффекта на максимально широкий спектр видов сорных растений. Несколько лабораторных групп объединили свои усилия для достижения этой цели: каждая из них ежегодно синтезировала порядка 400 соединений. Исследователям повезло: уже через год они получили вещество, которое впоследствии получило известность под названием темботрион. Однако на тот момент ван Альмсик и его коллеги об этом не знали: вещество все еще носило экспериментальный номер (среди исследователей оно было известно под номером 747) и числилось в списке ряда перспективных соединений, отобранных в результате скрининга для
более тщательного изучения. Все эти соединения объединяло одно – каждое из них было потенциальным кандидатом на разработку нового гербицида в случае проявления биологической эффективности в процессе предварительных исследований в теплицах производственноисследовательской базы «Байер КропСайенс».
Высшие оценки в испытаниях В результате многочисленных опытов удалось получить утвердительный ответ на очень важный вопрос: «Действует ли это вещество и превосходит ли оно по своей эффективности использу емый в тот момент стандартный ингибитор HPPD?» Биологическая эффективность, определяющий критерий отбора современных средств защиты растений, на самом деле является лишь первым шагом на долгом пути создания рыночного продукта. На следующем этапе немаловажное значение имеет выявление селективности действующего вещества. При этом необходимо уточнить, повреждается ли этим веществом само культурное растение и, если да, существуют ли методические подходы, позволяющие решить эту проблему. На тот случай, если дейст вительно повреж дается к ультура, у исследователей гербицидов из «Байер КропСайенс» есть очень сильный козырь – антидоты. Эти вещества обладают способностью вызывать у культурных растений своего рода иммунитет
к гербициду. При разработке темботриона ученые не стали рисковать и ввели антидот на очень ранней стадии изучения. Благодаря антидотам культурные растения могут метаболизировать действующее вещество гербицида и, как следствие, сохранять свой защитный каротиноидный слой. Доказать, что это возможно, удалось в процессе самых первых испытаний в опытной теплице. Затем пришел черед подключиться
Инновации
Именно в фазу тепличных опытов исследователю удается, как говорится, отделить зерна от плевел, поскольку как раз на этом этапе принимается решение, какие веществакандидаты, находящиеся в разработке, перейдут к стадии полевых испытаний. Это препятствие номер 747 преодолел вместе с еще 16 кандидатами на выход в поле и, надо отметить, поначалу был отнюдь не самым лучшим из них. Причина крылась в том, что в теплице не на-
Разработка средств защиты растений Исследование
1
Синтез вещества
Исследование Биология
3 Килолабора тория (скрининг веществ)
Разработка
4
5
6
Именно в ходе полевых испытаний в природных условиях каждое новое действующее вещество должно доказать свою способность дейст вовать так, как от него ожидают.
7
Разработка
Полевые испытания (по всему миру)
Метаболизм и остатки
Животные, растения, почва, вода, воздух
Токсикология
Острая и хроническая токсичность, канцерогенность, мутагенность, тератогенность, токсичность для репро дуктивной системы
Экотоксико логия
Водоросли, дафнии, рыбы, птицы, пчелы, мик роорганизмы, полезные организмы, нецелевые организмы
Упрощенное схематическое представление чрезвычайно сложного процесса. Все этапы строго регулируются руководством проекта
10
11
€ (млн)
Производ ство*
Разработка упаковки
100 000
9
66
Скрининг-лаборатория/ теплица
Разработка
Кол-во веществ
8
Процесс разработки
Формуляция
Безопасность и окру жающая среда
2
Полевые испытания – пробный камень
Официальная оценка регистрационного досье
Химия
Годы
столько яркое, как при естественных условиях, дневное освещение, а ингибиторам HPPD требуется много света.
Регистрация и продажи
к проекту биологам, которым необходимо было ответить на целый ряд дополнительных вопросов: действует ли новое вещество по крайней мере так же эффективно, как современный эталонный продукт? Насколько быстро это происходит? Какие виды сорных растений подвержены гербицидному действию? Ответы на все эти вопросы необходимо было получить в отношении субстанции 747 и родственных соединений.
1**
65
69
200
*, ** Без стоимости производственных мощностей
1 | 11 курьер 13
14 курьер 1 | 11
Инновации
А в «Байер КропСайенс» требования высокие – ведь доверять потенциальным продуктам должны будут в конечном счете фермеры во всем мире. Поэтому новые препараты испытывают в самых разнообразных условиях – как в Северном, так и в Южном полушарии, на разных типах почв и в различных климатических условиях. Гербициды должны быть эффективными в отношении природного многообразия сорных растений, к тому же сорняки, растущие в поле, как правило, более жизнестойки, чем те, что произрастают в теплице. В полевых испытаниях кандидат под номером 747 вскоре вырвался вперед. Более мощным по своему действию был всего еще один претендент. Но его недостатком стало то, что невозможно было полностью защитить растение кукурузы от его воздействия. С 747‑м дело обстояло иначе: в сочетании с изоксадифеном – антидотом, который исследователи специально подобрали для этих целей, – удалось достичь уровня толерантности культуры, превышающего все прежние показатели. И результат получился впечатляющий, причем высокий биологический эффект в отношении целевых видов сорняков и бережное отношение к культуре отмечались на всех испытываемых сортах
кукурузы. Это тоже немаловажный факт для последующего внедрения средств защиты растений в сельскохозяйственную практику, ведь каждому фермеру удобно использовать один и тот же продукт на любых посевах кукурузы. Кроме того, полученные данные показали, что действующее вещество 747‑го способно подавлять необычайно широкий спектр широколистных и злаковых сорняков – от бодяка полевого до горца почечуйного и от ежовника обыкновенного до различных видов сорняков из семейства астровых.
Обширный перечень вопросов Итак, действующее вещество оказалось перспективным с точки зрения как эффективности и спектра дейст вия, так и толерантности культуры. Но для создания препарата этого еще недостаточно. Важно иметь ответы и на другие вопросы. Насколько вещество безопасно и безвредно для потребителя и как оно ведет себя в окружающей среде? Какой состав препарата является оптимальным и как экономичнее всего его производить? Этим вопросам с самого начала работы над созданием каждого нового средства защиты придается первостепенное значение. Номер
Инновации
747 достиг этой важной вехи через два года после того, как впервые был синтезирован, и в последующие годы с блеском преодолевал все препятствия, подтверждая свое соответствие стандартам качества. Технологам компании, занимающимся разработкой препаратов, удалось создать препаративную форму, которая по-настоящему ценится фермерами: гербицид быстро впитывается в растение, причем настолько, что ему не страшен дождь даже через час после опрыскивания. Еще один этап разработки – присвоение имени: наш кандидат 747 стал называться темботрионом. Для урегулирования вопросов, связанных с аспектами безопасности и толерантности нового гербицида, были проведены сотни исследований и тысячи полевых испытаний по всему миру. Желание ученых – ответить на эти вопросы до того, как перспективный продукт будет выведен на рынок. Совершенно очевидно, что мы должны придерживаться жестких требований закона, предъявляемых к средствам защиты растений в плане безопасности и экологической совместимости. И не только потому, что это является непременным условием получения разрешения на продажу препарата. Компания «Байер» считает своим долгом следить за тем, чтобы ее продукты соответствовали высоким требованиям безопасности по отношению к человеку и окружающей среде. Наряду с фармацевтическими препаратами сред ства защиты растений относятся к наиболее изученным соединениям в отношении их активности, безопасности и поведения в окружающей среде.
Безопасность для человека и окружающей среды
Ученые изучают воздействие препаратов на почву, воду и воздух, а также растения и животных, чтобы иметь возможность гарантировать как можно более высокий уровень безопасности и экологической совместимости продукта
Эту сторону разработки новых средств защиты растений можно проследить на примере тембо триона. Более трех лет эксперты «Байер КропСайенс» проводили интенсивные исследования по изучению метаболизма и поведения действующего вещества в растениях и организме животных, а также в почве, воде и воздухе. Благодаря
выверенной методике современная наука способна точно отслеживать путь, который проходит действующее вещество в исследуемом объекте. Удается обнаруживать и идентифицировать даже мельчайшие следы возможных остатков этого вещества в различных средах. Кроме того, в процессе таких исследований рассматривается не только действующее вещество само по себе: поскольку оно подвергается изменению и разложению, изучаются и его непосредственные метаболиты. В идеале действующее вещество в конце концов должно разложиться на углекислый газ и воду. Количество плановых изысканий, проводимых с целью документального подтверждения экологической совместимости и безопасности соединения, переваливает далеко за тысячу. На основе результатов этих исследований составляются регламенты применения данного вещества. Если фермеры следуют этим рекомендациям, то им ничего не угрожает. Опираясь на токсикологические исследования и применяя крайне консервативные оценки риска и модельные расчеты, с уверенностью можно говорить, что исполь зование препарата в соответствии с рекомендациями не представляет никакого реального риска для фермера или конечного потребителя. Для того чтобы исключить вероятность любого риска, приходилось рассматривать множество сценариев с учетом действия дополнительных факторов. Можно с уверенностью утверждать, что фермеры также могут доверять действующему веществу темботриону с точки зрения экологической совместимости. Проведенные исследования показали, что полезные насекомые не страдают, действующее вещество не загрязняет грунтовые воды и не накапливается в почве. Последний вывод об отсутствии последействия внесения темботриона для последующих культур в севообороте имеет исключительно важное хозяйственное значение для производителей сельскохозяйственной продукции и для их будущих урожаев. t Ирис Фройндорфер (Iris Freundorfer)
1 | 11 курьер 15
16 курьер 1 | 11
инновации
Фунгицид нового поколения. Скоро и в России
Энергия высоких урожаев Солнце – это неистощимый ресурс энергии, которую растения научились использовать более 500 миллионов лет назад. Несмотря на технический прогресс и громадные усилия, человек еще не предложил систему, способную преобразовывать солнечный свет в энергию с той же эффективностью, что и обычный зеленый лист.
З
еленый лист можно рассматривать как естественную солнечную батарею. У него большая площадь поверхности и пористая структура, заполненная хлоропластами, которые очень эффективны для захвата фотонов. Хлорофилл преобразовывает эти фотоны в энергию. Для многих людей солнечная энергия – синоним наиболее чис-
той и технологичной энергии. Она является одним из ключевых возобновляемых источников энергии, наиболее безвредных для окружающей среды, и поэтому всегда будет востребована. Обычный лист растения благодаря фотосинтезу выигрывает даже у самых продвинутых со временных солнечных батарей, по скольку: • самовоспроизводится – не требует топлива и материалов для изготовления или обслуживания;
Рис. 1. Механизм действия фунгицида Зантара
• создает тень и поглощает тепло; • функционирует 24 часа в сутки, выделяя кислород для дыхания; • поглощает углекислый газ из атмосферы; • создает среду обитания для живых организмов; • украшает пейзажи. Именно эта естественная природная особенность лежит в основе действия нового фунгицида Зантара, подчеркивая, что работа природных «солнечных батарей» способствует увеличению урожая. Сохраняя листья, особенно флаг-лист, в оптимальном состоянии, Зантара помогает растению с максимальной эффективностью преобразовывать солнечный свет и питательные вещества в конечный продукт – полновесный и здоровый колос. Зантара – фунгицид нового поколения, имеющий в своем составе инновационное действующее вещество биксафен* и хорошо известный и зарекомендовавший себя тебуконазол. Действие препарата направлено на ингибирование двух важных
* Биксафен – ингибитор cукцината дегидрогеназы 2‑го поколения
Инновации
Рис. 2. Пораженный грибами лист при многократном увеличении
Рис. 3. Лист, обработанный фунгицидом Зантара
Пораженный грибами
ферментов грибов: SDH + CYP51 (рис. 1). Биксафен ингибирует SDH-фермент, который находится в митохондриях клеток мицелия, тем самым блокируя выработку энергии клеткой гриба-патогена. Тебуконазол ингибирует фермент CYP 51 в цепи биосинтеза эргостерола, вызывая нарушение строительства клеточной мембраны клетки гриба-патогена. Синергизм этих высокоэффективных системных действующих веществ позволяет максимально эффективно бороться с патогенами и достичь наивысшей степени защиты в случае как профилактической, так и лечебной (по первым симптомам) обработки, останавливая развитие возбудителей заболеваний (рис. 2 и 3). По данным европейских испытаний, Зантара обладает высокой эффективностью в борьбе с широким спектром листостебельных заболеваний зерновых культур, а также является новым мировым стандартом в защите зерновых от ржавчинных болезней и сетчатой пятнистости (рис. 4). Препарат оказывает на растение так называемый озеленяющий эффект, сопоставимый с эффектом от применения стробилуринсодержащих препаратов, что помогает хорошему физиологическому развитию растения.
Обработанный фунгицидом
Рис. 4. Спектр действия и эффективность фунгицида Зантара
— — — — —
При этом благодаря отличному от стробилуринов механизму действия биксафена на патоген риск возникновения перекрестной резистентности практически отсутствует (рис. 5). Все вышеперечисленные факторы способствуют максимальной
реализации потенциала культуры и обеспечивают получение высокого урожая. В конце 2010 года компания «Байер КропСайенс» зарегистрировала препарат Зантара в Республике Беларусь и готовится к регистрации его в России. t
Рис. 5. Механизм действия биксафена и стробилурина
1 | 11 курьер 17
18 курьер 1 | 11
исследования
Поразительные открытия из микромира. Наблюдение ведется в электронном масштабе
Мир в миниатюре Являются ли действующие вещества эффективными в борьбе с вредителями и болезнями, говорят результаты биологических испытаний в лаборатории и поле. Однако, стремясь узнать больше о механизмах воздействия этих веществ, компания «Байер КропСайенс» вот уже многие годы использует данные, полученные с помощью растрового электронного микроскопа.
У
льф Штеффенс работает в отделе «Байер КропСайенс» по изучению фунгицидов. Ульф – биотехник, но временами чувствует себя еще и художником – по крайней мере в те дни, когда управляет растровым электронным микроскопом, получая целый ряд изображений, которые не только познавательны с научной точки зрения, но и невероятно красивы. Представьте себе непритязательного вида лабораторию с кондицио нером. Шумит насос, работающий
исследования
круглые сутки для поддержания постоянного высокого вакуума внутри микроскопа. Через пневмозатвор Штеффенс загружает в прибор тщательно подготовленные образцы – и эти «произведения искусства» тотчас же возникают на экране. На черно-белых изображениях поверхностные структуры отобранных фрагментов растения воспроизводятся в мельчайших подробностях. Можно увидеть волнообразную текстуру поверхности листа и его нежные устьица и ворсинки, которые выступают подобно тонким остроконечным шипам. Этот «мир в миниатюре» обладает определенной красотой. Если внимательно рассматривать изображения, в поле зрения попадают многочисленные мелкие сферические структуры, различимые на поверхности листа. Иногда они встречаются по отдельности, а порой скапливаются, напоминая разложенные на рыночном прилавке апельсины. Некоторые из этих структур пред-
Растровый электронный микроскоп обнаруживает детали, не видимые невооруженным глазом: внутри листа возбудитель бурой ржавчины дал споры, которые распространились по поверхности (к изображению добавлен цветовой контраст). Не прибегая к помощи микроскопа, можно увидеть распространение инфекции в виде скопления бурых пятен на листе пшеницы
ставляют собой безупречно однородные сферы без каких-либо выступов, а из других выходят нити, тянущиеся по поверхности, а затем исчезающие внутри листа, ныряя в него через устьице. Этими сферами являются споры грибов, а нитями – ростковые трубочки (гифы). В реальности диаметр спор составляет всего лишь около 20 микрон (одну пятидесятую часть миллиметра). Однако на экране монитора они выглядят крупными и четко различимыми. Для получения такого изображения мощность микроскопа не используется полностью, применяется всего-навсего тысячекратное увеличение.
Угрожающая красота Специалистов по изучению фунгицидов особенно интересует получение новых сведений о свойствах действующих веществ, входящих в состав препаратов. Состояние самих спор и то, насколько сформировались ростковые трубочки, дает представление о стадии, которой достигла грибная инфекция. Растровый электронный микроскоп позволяет визуализировать стадию развития гриба, на которой конкретное действующее вещество начинает оказывать влияние, например, дей ствует ли оно уже на этапе прорастания, подавляя этот процесс. Для выяснения этого ученые моделируют ситуацию, которая естественным образом происходит в поле: они заражают инфекцией злаки или другие растения, опрыскивая их взвесью грибных спор, этот процесс называют инокуляцией. Затем растения выдерживают в инкубационном контейнере особой конструкции: внутри контейнера грибам обеспечиваются условия для бурного размножения – 100%-ная влажность. На следующем этапе через определенные промежутки времени из контейнера извлекаются образцы растений для исследования их под электронным микроскопом. Среди растений, отбираемых для взятия пробы, есть и те, которые были подвергнуты обработке испытываемым действующим веществом. Сравнение этих проб с необработанными образцами точно показывает, как конкретные препараты действуют в отношении разных видов грибов.
1 | 11 курьер 19
20 курьер 1 | 11
исследования
У сферических спор бурой ржавчины в необработанном образце быстро начинают развиваться ростковые трубочки
Возьмем активный ингредиент – биксафен. В ходе разработки этого нового действующего вещества Ульф Штеффенс провел многочисленные исследования. Например, он изучал, каким образом это вещество может защищать пшеницу от заражения бурой ржавчиной – грибом с обманчиво привлекательным на-
Успешный исход борьбы с грибом: благодаря обработке новым действующим веществом биксафеном образование ростковых трубочек было подавлено (к изображению добавлен цветовой контраст). Снимок был сделан через 28 часов после инокуляции
званием Puccinia recondita. Полученные изображения действительно подтвердили, что биксафен начинает оказывать эффект уже через пять часов после инокуляции пшеницы. Тогда как у сферических спор на не обработанных препаратом образцах растений через короткое время начинают образовываться ростко-
вые трубочки, на листьях пшеницы, которые были обработаны биксафеном, практически не наблюдается такого прорастания. Это означает, что жизненный цикл гриба был подавлен уже на первом этапе развития, поскольку без ростковой трубочки гриб не способен проникать внутрь растения. На не обработанных фунгицидом листьях, напротив, гриб продолжает развиваться и со временем дает споры, которые опять выталкиваются на поверхность, чтобы высвободиться и распространиться на новые растения-хозяева. На обработанных препаратом листьях уже через 28 часов после инокуляции не видно практически ни одной ростовой трубочки. Гриб на необработанных листьях быстро проникает внутрь, где использует ресурсы растения для собственного размножения. Обычно это приводит к су-
исследования
Что за картина! Заведующий лабораторией д-р Андреас Гёрц (слева) и его ассистент Ульф Штеффенс изучают полученное с помощью растрового электронного микроскопа (виден на заднем плане) изображение листа, зараженного бурой ржавчиной
щественному повреждению тканей растения. Растровый электронный микроскоп четко отображает это изменение. Исследователь берет быстрозамороженные листья и стебли, разламывает их, а затем рассматривает внутреннюю часть тканей под микроскопом в зоне разлома. Изучение необработанных биксафеном образцов пшеницы, проведенное через десять дней после инокуляции возбудителем бурой ржавчины, показало, что они покрыты коричневыми очагами инфекции, легко заметными невооруженным глазом. На рисунках видно, что находится под этими пятнами. Это так называемые уредопустулы – скопления спор, которые гриб выделил внутри листа и теперь проталкивает к поверхности, где споры будут высвобождаться, чтобы заражать другие растения. По изображению на экране биотехник может четко разглядеть, как скопления спор проступают из разломов поверхности листа и насколько обширна грибная колонизация тканей. Участки мицелия – сети гифов гриба – отличаются от клеток растения.
Листья пшеницы, обработанные биксафеном, выглядят совсем иначе. Здесь внутренние структуры листа остались нетронутыми и не было обнаружено уредоспор. Очевидно, что репродуктивный цикл возбудителя бурой ржавчины был сразу остановлен. Компания «Байер КропСайенс» с радостью делится знаниями, получаемыми в процессе таких исследований методом растровой электронной микроскопии.
Полезные советы для оптимального использования фунгицидов Наряду с яркими и эстетически привлекательными картинками исследователи нередко предлагают конкретные идеи по оптимизации применения средств защиты растений, что очень важно для фермеров. В частности, изображения во временной последовательности, получаемые Штеффенсом на основе проб, которые периодически отбирают после инокуляции растений и обработки препаратами, часто являются ценным источником информации. Такие данные помогают выявлять оптимальные сроки и кратность внесения конкретного фунгицида. Здесь также могут быть полезны исследования, проводимые другим биологом – Сашей Тайтшайдом, которого так же можно нередко застать за растровым электронным
микроскопом. Его работа связана с изучением свойств действующих веществ в слое аэрозоля, образующегося на листе после высыхания внесенной смеси. Насколько оптимально та или иная формуляция обеспечивает равномерное распределение молекул действующего вещества по обработанной поверхности? Не выкристаллизовывается ли действующее вещество из нанесенной смеси, что может замедлить проникновение активной субстанции внутрь листа и сделать ее уязвимой для смывания дождем? Всестороннее понимание поведения фунгицида на поверхности рас те ни я и ока з ывае мых им эффектов на различных стадиях развития патогенного гриба позволяет оценивать профилактический и лечебный потенциалы препарата, а значит, и прогнозировать гибкость регламентов его применения на практике. В конечном счете, основываясь на этой информации, можно оптимизировать применение того или иного фунгицида, следовательно, в полной мере реализовать потенциальную эффективность препарата. В процессе непрекращающихся научных исследований, проводимых компанией «Байер КропСайенс» по разработке инновационных формуляций и оптимизации применения уже зарегистрированных препаратов, постоянно возникают вопросы, на которые в будущем можно будет ответить с помощью растровой электронной микроскопии. t
Все покрыто льдом
Карл Хюбнер (Karl Hübner)
Работа с микроскопом для Ульфа Штеффенса начинается с того, что он наполняет термоизолирующий контейнер жидким азотом из большого резервуара и несет этот контейнер в лабораторию. В день ему может потребоваться несколько литров этой жидкости, которая хранится при температуре около –200 ºС. Штеффенс использует жидкий азот для охлаждения растительных образцов. Глубокий вакуум, находящийся внутри микроскопа, привел бы к быстрому высушиванию образца, в результате чего клетки растения и споры гриба были бы повреждены, к тому же пучок высокоэнергетических электронов прожег бы поверхность незамороженного образца. Процесс протекает лучше всего при температурах от –125 ºС и ниже. Вот почему специалисты говорят о криоэлектронной микроскопии.
1 | 11 курьер 21
22 курьер 1 | 11
Технологии
Защита пшеницы На протяжении почти пятидесяти лет считалось, что возбудитель стеблевой ржавчины окончательно побежден. Однако в последние годы появился крайне агрессивный штамм, который представляет серьезную угрозу пшенице. И пока одни исследователи ищут устойчивые к патогену сорта, другие утверждают, что с возбудителем опасной болезни можно бороться с помощью хорошо зарекомендовавшего себя фунгицида компании «Байер КропСайенс» Фоликура.
П
укциния ( puccinia) – название, способное вызвать приятные ассоциации, скажем, у любителей классической музыки. Но только не у фермеров, занимающихся выращиванием пшеницы! Их можно понять: ржавчина – опасная болезнь. Уже несколько лет особое беспокойство вызывает стеблевая ржавчина – Puccinia graminis f. sp. tritici. Ученые серьезно опасаются, что быстрое распространение этого штамма может поставить под угрозу мировые запасы зерна, а ведь пше-
ница является одним из важнейших источников продуктов питания для растущего населения планеты, и ее урожай составляет свыше 600 млн тонн в год. Действительно долгое время считалось, что с возбудителем стеблевой ржавчины покончено, хотя в первой половине XX века он иногда и приводил к серьезным потерям урожая. Со временем появились более устойчивые сорта, и казалось, что возврат к былому распространению инфекции невозможен. Среди ученых, занимавшихся выведением устойчивых сортов сельскохозяйственных растений, был американский селекционер Норман Эрнест Борлог, который впослед
ствии прославился как отец «зеленой революции», получив в 1970 году Нобелевскую премию мира за свои выдающиеся заслуги. В конце прошлого века стеблевая ржавчина внезапно появилась снова в виде новой, крайне агрессивной физиологической расы. Этот опасный штамм, впервые описанный в 1999 году в Уганде и названный специалистами Ug99, с тех пор охватил страны Северной Африки и распространился вплоть до Ближнего Востока. Когда в 2007 году он появился в Йемене в еще более агрессивной мутантной форме, Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) забила тревогу, предупреждая, что возбудитель станет серьезной угрозой для мирового урожая зерновых, если со временем достигнет главных районов возделывания пшеницы, затронув крупнейших производителей пшеницы, таких как Пакистан и Индия. В районах, которым непосредственно угрожает распространение Ug99, сосредоточено, по оценкам специалистов, 37% мирового производства пшеницы. Европа находится в относительной безопасности ввиду исторически сложившейся практики уничтожения промежуточного хозяина патогена – барбариса обыкновен-
Технологии
от ржавчины ного (Berberis vulgaris). В результате не только значительно уменьшилось количество вирулентных штаммов, но и сократилась местная продукция споровых инокулянтов. Кроме того, избежать инфекции помогло широко распространенное возделывание скороспелых сортов пшеницы. У этих сортов цветение и зернообразование происходят в такие периоды, когда температура воздуха не способствует развитию стеблевой ржавчины. Гриб Ug99 негативно влияет на метаболические процессы пшеницы, что ведет к задержке роста растений и в конечном счете – к снижению урожайности. Собранные зерна пшеницы, как правило, мельче и меньшей массы и отличаются более низкими биологическими и посевными характеристиками. Около 90% всех коммерческих сортов пшеницы восприимчивы к этому агрессивному штамму возбудителя. В настоящее время ученые неустанно работают над выбором подходящих сортов пшеницы. Первые из генов, отвечающие за устойчивость, уже определены. Однако пройдет еще несколько лет, прежде чем более жизнестойкие сорта пшеницы можно будет использовать для широкой культивации. Сегодня приоритетной задачей является поиск
альтернативных средств и методов, позволяющих противостоять угрозе развития болезни, например, непо средственно контролируя жизненный цикл возбудителя. В этой связи весьма интересными кажутся достижения ученых и специалистов из Кении – страны, где площадь возделывания пшеницы составляет 150 000 га, а посевы в течение нескольких лет находились под угрозой распространения Ug99. В опубликованном финальном отчете о результатах серии полевых опытов, проводившихся Кенийским сельскохозяйственным НИИ (KARI) в 2005 и 2006 годах, сделано заключение, что Ug99 можно успешно контролировать соответствующими фунгицидами. В течение двух лет кенийские ученые в трех районах возделывания пшеницы проверяли эффективность девяти зарегист рированных фунгицидов. Через четыре недели после обработки они оценивали степень развития и распространения стеблевой ржавчины и определяли урожайность пшеницы, а также качество зерна. Эти результаты исследователи сравнивали с соответствующими данными, полученными с необработанных (контрольных) участков посевов. Анализ показал, что в зависимости от сезона и района выращивания
Характерные симптомы черной стеблевой ржавчины – продольные пустулы оранжево-бурого цвета на стеблях и листовых влагалищах
применение фунгицидов обеспечивало экономически значимое увеличение урожайности пшеницы. Из девяти протестированных фунгицидов два наиболее эффективных препарата – Фоликур и Сильвакур – произведены «Байер КропСайенс». В настоящее время оба препарата официально рекомендованы Кенийским сельскохозяйственным НИИ для борьбы с Ug99 в этой стране. То, что при использовании фунгицидов Фоликур и Сильвакур были получены одинаково высокие результаты, не удивляет, поскольку в них используется одно и то же действующее вещество – тебуконазол. Кроме того, в состав Сильвакура входит еще один компонент, а вот Фоликур представляет собой монопродукт. В тех случаях, когда обнаружены разные виды возбудителей грибных болезней помимо стеблевой ржавчины, например ложномучниста я роса, обычно рекомендуется использовать для обработок посевов зерновых культур Сильвакур и другие комбинированные препараты, такие как Прозаро. t Карл Хюбнер (Karl Hübner)
Район возделывания пшеницы в Кении также находится под угрозой заражения новой физиологической расой стеблевой ржавчины Ug99. Результаты недавних исследований показывают, что этот штамм удается контролировать соответствующими фунгицидами, такими как Фоликур и Сильвакур. На фото: кенийские поля пшеницы вблизи экватора
1 | 11 курьер 23
24 курьер 1 | 11
технологии
Стеблевая ржавчина на российских полях – прогнозы и решения
Болезненный симптом Стеблевая ржавчина – одно из наиболее опасных заболеваний злаков, так как только она способна вызвать гибель восприимчивого растения. Глобальное распространение пораженных объектов через государственные границы создает дополнительную угрозу урожаю. По данным специалистов карантинной службы, среди таких «мигрантов» наибольшую опасность сегодня представляет угандийская раса Ug99 стеблевой ржавчины пшеницы. В связи с высокой вредоносностью и скоростью распространения болезни стратегически важны мониторинг развития возбудителя стеблевой ржавчины и разработка эффективных защитных мероприятий.
П
роизводство зерновых – основа экономической стабильности большинства хозяйств России, однако по урожайности культур мы значительно уступаем передовым странам, где на сравнительно небольших площадях обеспечивается максимальный сбор зерна. Потери продукции связаны как с недостатками существующих технологий возделывания и обеспечения растений оптимальными условиями произрастания, так и с отсутствием эффективного контроля за развитием вредных организмов в посевах. К основным производителям зерна на европейской части России относятся шесть регионов, в которых сосредоточено 75% посевов зерновых культур: Северо-Кавказский, Центрально-Черноземный, Центральный, Поволжский, Волго-
Вятский и Уральский. Более 90% посевных площадей под озимой пшеницей сосредоточено в СевероКавказском, Центрально-Черноземном и Центральном районах. Яровая пшеница возделывается в Поволжском, Волго-Вятском, Уральском и Западно-Сибирском районах, занимая до 80% общей площади посевов. Структура площадей меняется в зависимости от конъюнктуры рынка, оставаясь приоритетной в отношении зерновых. Анализ производства зерна в России более чем за 15‑летний период (с 1990 по 2007 год) свидетельствует о ежегодном сборе от 47,9 до 116,7 млн тонн. Одновременно за тот же временной промежуток, по оценкам специалистов Всероссийского НИИ фитопатологии (ГНУ ВНИИФ Россельхозакадемии), только от болезней терялось от 6,0 до 29,1 млн тонн зерна в год (7,3–35,8%) при суммарных потерях ≈162,9 млн тонн, или 14,5% валового сбора.
Преодолевая время и пространство Стеблева я ржавчина (возбудитель – биотрофный гриб Puccinia graminis f. sp. Tritici) способна быстро и широко распространяться в течение одного вегетационного сезона, приводя к значительным потерям урожая зерновых. В XX веке отмечались серьезные эпифитотии ржавчины во многих странах, однако к концу 1970‑х годов вредоносность P. graminis f. sp. tritici значительно снизилась во всем мире. Это было связано с введением в сельское хозяйство толерантных и устойчивых сортов пшеницы (в том числе с устойчивостью, связанной с геном Sr31). В меньшей степени на снижение вредоносности стеблевой ржавчины пшеницы повлияло уничтожение барбариса (как промежуточного хозяина) в Северной Америке и Евразии, в том числе и в бывшем СССР.
технологии
Однако в 1998–1999 годах в Уганде (Восточная Африка) вспыхнула жесточайшая эпидемия стеблевой ржавчины пшеницы с потерями урожая до 80%, вызванная появлением новой вредоносной расы Ug99, которая способна поражать неиммунное растение на любой стадии и приводить к его быстрой гибели. Раса Ug99 к 2003 году распространилась в большинстве районов выращивания пшеницы Кении и Эфиопии. В 2006 и 2007 годах Ug99 доминировала среди рас возбудителя стеблевой ржавчины пшеницы в Эфиопии, в начале 2006 года Ug99 появилась в Судане, в октябре – ноябре – в Йемене и в течение 2007 года смогла проникнуть в Иран. На полях, где не использовали фунгициды, потери урожая достигали 100%. Вредоносность расы Ug99 объясняется тем, что это единственная раса, которая преодолела устойчивость гена Sr31, введенного в большинство современных высокоурожайных сортов пшеницы, расположенного в транслокации 1BL.1RS, перенесенной из ржи (Secale cereale).
Кроме вирулентности по гену Sr31, раса Ug99 также показала вирулент ность по большинству генов устойчивости пшеницы (Triticum aestivum), обусловливая высокую восприимчивость сортов. В настоящее время происходит активная эволюция в пределах расы Ug99 и ее потомков, что несет дополнительную опасность для производителей пшеницы. Учитывая высокую жизнеспособность и мобильность спор, распространение расы Ug99 P. graminis f. sp. tritici на территории Юго-Восточной Азии и потом Северной Америки, Центральной Азии – только вопрос времени. По прогнозам, инфекция будет продолжать распространяться, и вполне вероятно ее появление в Казахстане, Узбекистане, Турции и на Украине. Наибольшую опасность в РФ раса Ug99 будет представлять в ЮФО, в предгорьях Северного Кавказа, так как именно в этом регионе с большей вероятностью могут сложиться погодные условия, способствующие развитию эпифитотии. Здесь име-
ется промежуточный хозяин – барбарис, а также повсеместно распространены дикорастущие злаки, на которых гриб способен выживать. При благоприятных условиях возможно развитие эпифитотии со значительными потерями урожая (вплоть до 100% на отдельных территориях). А поскольку основной способ распространения – воздушный (перенос ветром), то патоген способен охватить весь ареал выращивания пшеницы.
Информация к размышлению За период с 1991 по 2000 годы стеблевая ржавчина, по данным специалистов Института фитопатологии, в России была отмечена в двух из шести основных зерносеющих районов – Северо-Кавказском и Поволжском. В предыдущие годы она отмечалась крайне редко. В 2004–2005 годах значительное поражение посевов наблюдалось в Поволжском, Северо-Кавказ ском и Центрально-Черноземном районах. В последние годы (2007–2009) стеблевая ржавчина пшеницы обнаружена в ряде районов Ставрополья (Кочубеевском, Минераловодческом, Предгорном и др.), а в 2010 году в фазу молочно-восковой спелости пшеницы патоген был отмечен уже во всех агроклиматических зонах региона (южной предгорной, западной приазовской, центральной, восточной степной и северной) с распространением до 5% и развитием до 2% на отдельных сортах, что свидетельствует о расширении его ареала на юге России. В ходе исследований сотрудники Всероссийского НИИ биологиче ской защиты растений (ГНУ ВНИИБЗР Россельхозакадемии) установили, что из 55 сортов озимой пшеницы, вк люченных в Государственный реестр и проходящих государственное испытание,
Поражение растений пшеницы озимой возбудителем стеблевой ржавчины, Ставропольский край, июнь 2010 г.
1 | 11 курьер 25
26 курьер 1 | 11
технологии
Болезнь проявляется на стеблях, листовых влагалищах и листьях вначале в виде «ржавых» продолговатых летних пустул (уредопустул) с последующим разрывом эпидермиса
к северокавказской популяции P. graminis устойчивость проявили 24% изученных сортов, слабую восприимчивость – 13% и восприимчивость – 63% сортов. Таким образом, проведенная оценка высеваемых на юге России сортов озимой пшеницы свидетельствует о высокой доле восприимчивых к патогену генотипов. Сейчас выделены сорта («Батько», «Вита», «Виза», «Восторг», «Зарница», «Зимтра», «Краснодарская 99», «Ласточка», «Нота», «Ростислав», «Терра», «Фортуна», «Файл»), которые в течение трех лет изучения проявили устойчивость к патогену, что крайне важно учитывать как при селекции ржавчиноустойчивых сортов, так и при их территориальном размещении. Стеблевая ржавчина на посевах ржи встречается практически ежегодно. Основные посевы ржи в России сосредоточены в четырех природно-климатических зонах – Центральном, Волго-Вятском, Поволжском и Ура льском региона х. При эпифитотии (развитие болезни более 40%) потери зерновой продукции в Волго-Вятском и Центральном регионах составляют 20–50%. Наибольший вред болезнь наносит в Волго-Вятском районе, унося до 30–50% урожая. В Поволжском и Уральском районах частота эпифитотий в период наблюдения с 1992 по 2002 год составляет 0 –2, в Центральном и Волго-Вятском ≈3–4 года. В структуре патогенного ком плекса на долю стеблевой ржавчины по районам приходится от 14 до 20%. Устойчивые к болезни сорта отсутствуют, а в списке районированных сортов число восприимчивых равно числу умеренно восприимчивых. В 19 9 2, 19 9 5, 19 9 8, 19 9 9 и 2002 годах, как отмечают специа
листы ВНИИФ, из-за сильной засухи наблюдались депрессия всех болезней ржи и полное отсутствие стеблевой ржавчины.
Опасность – потенциальная, готовность к борьбе за урожай – реальная В силу разных причин, в основном из-за трансформации агроэкосистем, в России в последние 15 лет осложнилась фитосанитарная обстановка, что требует мониторинга опасных болезней. Особую актуальность как с научной, так и с хозяйственной точки зрения представляет определение уровня фитосанитарной сигнальной (критической) пораженности (ФСП) посевов. Благодаря разработанной специалистами математической модели, учитывающей совокупность биотических и абио тических параметров состояния агроценоза, определяются целесообразность и тактика проведения защитных мероприятий. С целью оперативного принятия решения и оптимизации защитных мероприятий проводятся исследования по оценке вероятности (рисков) развития болезней пшеницы, имеющих хозяйственное значение в различных регионах страны. Соз даваемые алгоритмы оценок учитывают основные фитосанитарные, агроклиматические, агротехноло-
гические и другие факторы, влияющие на развитие болезней на конкретном поле. Большим достижением ученых стала возможность расчета уровней допустимой пораженности ржи для различных сочетаний факторов (сортовые особенности, погодные условия и др.) по степени поражения растений в различные фазы развития. С помощью этой методики определяют пороговые уровни потерь урожая с учетом рентабельности производства. Стоит отметить, что доступность использования современных подходов при планировании проведения обработок посевов для целого ряда хозяйств остается пока весьма проблематичной, и в такой ситуации еще большее значение приобретают опыт специалиста и тактика защитных мероприятий, где определяющую роль играет правильно выбранный препарат. Появление стеблевой ржавчины в различных районах возделывания зерновых культур в России должно явиться сигналом потенциальной готовности к преодолению угрозы развития болезни на посевах, поскольку распространение фитопатогенной инфекции – это снижение качества, а следовательно, и конкурентоспособности урожая.t Лилия Ульяненко (д. б. н., проф.), Галина Волкова (к. б. н.)
Базовые Знания
Как действуют фунгициды Сравнение выращенных в чашках Петри культур гриба после обработки (справа) и без обработки фунгицидом: разница очевидна
В настоящее время на рынке химических средств защиты растений фунгициды представлены либо в виде готовых смесей, либо в виде монопродуктов. Без понимания преимуществ и недостатков действующих веществ выбрать подходящий препарат бывает непросто, а их неправильное применение не позволит фунгициду максимально эффективно подавлять возбудителей болезней и может способствовать развитию устойчивости патогенов.
1 | 11 курьер 27
28 курьер 1 | 11
базовые Знания
На фото, сделанном во время эксперимента с использованием меченого действующего вещества, отчетливо видно, как оно распределяется в листьях.
П
режде чем обрабатывать посевы фунгицидами, фермер должен решить, какое действующее вещество наиболее эффективно в отношении распространенных в его посевах фитопатогенов. Надежный контроль возбудителей болезней зависит от корректного выбора нужного сочетания активных ингредиентов, их соотношения и кратности внесения. Также немаловажно, какие возбудители на текущий момент представляют наибольшую угрозу и каковы краткосрочный и долгосрочный прогнозы развития инфекции. На первый взгляд, спектры активности различных пре-
паратов могут показаться схожими, однако содержащиеся в них дейст вующие вещества, как правило, обладают определенными преимуществами и недостатками. Фунгициды либо в значительной степени подавляют, либо полностью уничтожают возбудителей грибных болезней, которые могли бы спровоцировать серьезные потери урожая и ухудшение качества продукции. Препараты различаются по своим химическим свойствам, ак тивности в отношении возбудителей и механизму действия. Фунгициды нарушают метаболизм патогенных грибов, что приводит к подавлению их развития или гибели. Однако различные действующие вещества по-разному воздействуют на грибы в процессе жизненного цикла. Чаще всего они угнетают или ина-
ктивируют фермент, участвующий в метаболических реакциях, например при выработке энергии во время дыхания. Некоторые вещества действуют очень специфично, влияя на активность конкретных ферментов или групп ферментов. Другие, являясь менее селективными, ингибируют различные этапы метаболизма.
Поглощение и распределение действующих веществ Наряду с необходимыми активными веществами в фунгицидах также содержатся неактивные ингредиенты и добавки, которые отвечают за равномерное распределение действующего вещества в распы-
Базовые Знания
ляемом растворе, способствуют более прочному удержанию препарата на поверхности листа, улучшают поглощение фунгицида тканями растения. Эти свойства вносят существенный вклад в эффективность фунгицида, однако не влияют на транспорт действующего вещества внутри растения. Критериями существующих различий между фунгицидами являются путь и интенсивность распределения его активных ингредиентов на поверхности растения, а также поглощение тканями организма. Фунгициды можно ориентировочно разделить на препараты с контакт ной, мезостемной (трансламинарной) или системной активностями. Группа, к которой принадлежит то или иное вещество, указывает на то, используется ли данный фунгицид для обеспечения только защитного действия или он способен проявлять лечебный эффект. Контактные фунгициды не проникают в ткани растения и поэтому не способны достигать структур гриба, которые уже образовались внутри живого организма. В этой связи препараты, содержащие такие действующие компоненты, могут применяться только с целью обеспечения защитного (профилактического) действия. Фунгициды с системными свойствами, напротив, можно использовать и после того, как возбудителю удалось проникнуть в ткани растения. Транспорт действующего вещества с восход ящими и нисход ящими потоками позволяет фунгициду достигать структур гриба и уничтожать их. Однако лечебный эффект возможен лишь до определенного момента: если ткани растения уже повреж дены, обычно бороться с возбудителем бывает уже слишком поздно. Кроме того, по мере развития заражения грибы, как правило, переходят на более позд ние стадии своего жизненного цик ла, на которых образуются менее восприимчивые к действию фунгицидов структуры.
Характеристики фунгицидов Контактные фунгициды лишены системной активности, однако нередко обладают очень широким спектром
действия. Они не способны проходить через кутикулу растения, поэтому не могут действовать в тканях растения. Следовательно, такие фунгициды проявляют исключительно защитную активность, которая ограничивается подавлением прорастания спор и развития у возбудителя ростковой трубочки. Эти фунгициды либо нарушают ряд метаболических процессов, либо угнетают одну из жизненно важных функций у нескольких возбудителей (например, нарушают процессы дыхания). Обратной стороной их широкого спектра действия является ограниченная селективность. Поэтому, остановив свой выбор на препаратах контактного действия, специалист должен учитывать ряд их недостатков: • фунгицид действует лишь на начальные стадии развития патогенного гриба. После того как возбудителю удается проникнуть внутрь растения, он может беспрепятственно продолжать свое развитие; • рабочий раствор фунгицида должен образовать равномерный слой на поверхности растения, чтобы гарантировать эффективную защиту. • ткани растения, развившиеся после обработки фунгицидом, остаются не защищенными для инфицирования. Кроме того, нанесенный слой рабочего раствора фунгицида может быть со временем смыт дождем. В связи с этим возникает необходимость проводить обработки такими действующими веществами несколько раз подряд в зависимости от складывающихся погодных условий и стадии развития культуры. Контактные фунгициды, обладающие трансламинарными свойст вами, интенсивно поглощаются поверхностью листа, проникают в листовую паренхиму, образуя их запас. Данные вещества постоянно перемещаются в пределах мистовой пластинки, таким образом обеспечивается пролонгированное действие препарата. Фунгициды с мезостемной активностью более селективны, чем контактные действующие вещества, и обладают как защитным, так и лечебным эффектом. Системным действующим вещест вам удается проникать через кути-
кулу растения, так что они могут проявлять свою активность непо средственно в растительных тканях. Такие вещества, как правило, селективны и могут применяться как в защитных, так и в лечебных целях. Вещества с полностью системной активностью обычно распределяются в тканях растения в направлении растущих побегов, что не относится к трансламинарным веществам. Во избежание развития токсического эффекта для культуры системные препараты отбирают на основе их способности в достаточно низких концентрациях подавлять специфичные для патогенных грибов метаболические процессы, не нанося вреда клеткам культуры. Спектр действия таких фунгицидов обычно ограничивается родст венными видами грибов, хотя степень селективности у разных дейст вующих веществ неодинакова. Селективные свойства, с одной стороны, обеспечивают возможность целенаправленного действия препаратов против выявленного спектра возбудителей болезней, с другой – соответствуют стратегии экологической безопасности применения фунгицидов.
Основные группы действующих веществ Существует несколько групп дейст вующих веществ, обладающих способностью контролировать большинство болезней зерновых культур. Препараты, не входящие в группы триазолов и стробилуринов, обычно отличаются очень узким спектром действия, которое ограничивается контролем ложномучнистой росы и глазковой пятнистости. Исключением являются использование хлорталонила в качестве контактного фунгицида для контроля септориоза и более широкий спектр активности боскалида, эффективного в отношении септориоза и глазковой пятни стости. На триазолы возлагают большие надежды при проведении начальных обработок или в ситуациях, когда потенциал болезни точно не выяснен. Однако полная зависимость от единственной группы фунгицидов, пусть даже такой эффективной, как триазолы, представляет определенный риск.
1 | 11 курьер 29
30 курьер 1 | 11
базовые Знания
Мезостемная эффективность и трансламинарное действие: что это?
5
1
3
4
Профилактика устойчивости Многократное внесение фунгицидов, содержащих действующие вещества, относящиеся к одному и тому же химическому классу, способствует развитию резистентности, которая может быстро стать устойчивым генетическим признаком, стремительно распространяющимся в популяции грибов. Со временем число возбудителей с повышенной устойчивостью начинает преобладать в популяции, и все фунгициды с одним и тем же механизмом действия оказываются в равной степени бесполезными в борьбе с ними. Можно выделить два разных типа адаптации возбудителей к дейст вующим веществам. Первый – так называемая непрерывная, или количественная, адаптация, которая развивается постепенно и по этой причине также называется сдвигом.
Мезостемным дейст вием, к примеру, обладает действующее вещество трифлоксистробин, которое обнаруживает высокую тенденцию к связыванию со структурами растения. Это ведет к образованию стабильного запаса препарата на поверх ности и в восковом слое растения (1/2) и впоследствии обеспечивает продолжительность защитного действия в отношении любых спор грибов, которые попадают на растение. Активный ингредиент в небольших количествах непрерывно перемещается из депо в ткани растения (3). Также, обладая трансламинарным действием (проникновение действующего
В данном случае возбудитель претерпевает изменения в нескольких генах, поэтому его восприимчивость к действующему веществу снижается поэтапно. Это редко приводит к полной утрате фунгицидной активности: чаще результатом является снижение эффективности контроля и/или сокращение первоначальной продолжительности действия. Этот тип адаптации не считается очень драматичным, поскольку препарат можно продолжать применять, хотя и с ограничениями, например строго соблюдать кратность проведения обработок. Второй тип – специфическая, или качественна я, адаптация – имеет совершенно иную природу. Здесь одного генетического изменения оказывается достаточно, чтобы уменьшить восприимчивость к действующему веществу настолько, что его активность остается лишь на минимальном уровне или утрачивается вовсе, даже если фунгицид вносится с рекомендо-
вещества через внутренние ткани с одной стороны листа на другую) (4), действующее вещество гарантирует надежную защиту как верхней, так и нижней поверхностей листа от заражения. Кроме того, активные частицы препарата в процессе последующего распределения достигают тех участков растения, которые не подвергались непосредственной обработке или сформировались после ее проведения (5). Прочное связывание действующего вещества с поверхностью листа, а также низкая растворимость в воде обеспечивают исключительную продолжительность действия.
ванной частотой. Другими словами, штаммы возбудителя являются либо восприимчивыми, либо устойчивыми. В условиях высокого давления отбора устойчивые штаммы способны взрывообразно размножиться за один сезон, и препарат становится бесполезным. Для предупреждения развития устойчивости к фунгицидам схемы проведения фунгицидных обработок должны включать действующие вещества с различными механизмами действия. Также следует избегать внесения фунгицидов или использования препаратов в более низких, чем рекомендовано, нормах расхода: такие действия не только увеличивают риск развития устойчивости, но и наносят экономиче ский ущерб, неоправданные расходы на неэффективные защитные мероприятия. t
Базовые Знания
Группы веществ с фунгицидной активностью, используемые на посевах зерновых Азолы – самая большая и наряду со стробилуринами наиболее важная группа фунгицидов. Она разделяется на подгруппы – бензимидазолы, триазолы, имидазолы и пиримидины, каждая из которых характеризуется определенными механизмами действия. • Бензимидазол нарушает метаболизм патогенного гриба посредством угнетения деления клеток при воздействии на один сайт-мишень. В эту группу в том числе входят действующие вещества с лечебным эффектом в отношении глазковой пятнистости и фузариоза. • Триазолы системно распределяются внутри растения и оказывают защитное и лечебное дей ствие. Они относятся к подгруппе ингибиторов биосинтеза стеролов и обозначаются как ингибиторы деметилазы. Мишенью их ингибирующего действия является определенный фермент (14С-деметилаза), участвующий в синтезе стеролов, которые являются компонентами клеточной стенки. Триазолы в качестве дополнительных эффектов также обладают различными полезными свойствами, связанными с регулированием роста растения. Они влияют на содержание хлорофилла в тканях растения, продлевают период ассимиляции, улучшают фотосинтез, тем самым удлиняя период налива зерна. • Имидазолы и пиримидины лишь в ограниченной степени подвергаются системному распределению. • Морфолины относятся к другой подгруппе ингибиторов биосинтеза стеролов. Они действуют путем ингибирования двух ферментов, участвующих в построении клеточной стенки гриба. В результате этого в клеточной стенке образуются поры, что ведет к быстрому высыханию, в особенности у возбудителей мучнистой росы. Стробилурины образуют в восковом слое растения депо действующего вещества, после чего происходит его трансламинарное (или поверхностное) перераспределение. Эти действующие вещества влияют на процесс выработки энергии (дыхание) гриба, подавляя только один фермент. Фунгициды на их основе очень уязвимы с точки зрения развития устойчивости, как было продемонстрировано для популяций возбудителей мучнистой росы и септориоза в ряде стран ЕС. Стробилуринсодержащие препараты рекомендуется применять в профилактических целях. Хинолины также образуют депо в восковом слое и обнаруживают трансламинарное перераспределение, как и стробилурины. Они лишены лечебной активности, однако отличаются относительно долгой продолжительностью действия. Анилинопиримидины тоже образуют депо в восковом слое клеток растения. Последующее
перераспределение происходит как трансламинарно, так и системно. Эти вещества угнетают метаболизм грибов, подавляя синтез аминокислоты метионина, тем самым препятствуя проникновению гриба внутрь листа и его последующему развитию в тканях растения. Хиназолиноны – новая группа фунгицидов, подавляющих процесс прорастания спор ложномучнистой росы. Действующие вещества подвергаются локальному системному перераспределению, которое также достигает вновь образовавшихся тканей. Цифлуфенамиды – это также новая группа действующих веществ, которые подавляют различные стадии цикла развития возбудителя ложномучнистой росы зерновых. Они действуют быстро и обладают как лечебной, так и защитной активностью. В растении действующее вещество подвергается трансламинарному и локальному системному перераспределению. Карбоксамиды – группа действующих веществ, которые также нарушают процесс дыхания, подавляя рост гриба на различных стадиях его развития. У зерновых действующее вещество оказывает лишь профилактический эффект. После распыления вещество поглощается через поверхность листа и впоследствии подвергается акропетальному (по направлению к верхушке) системному транспорту внутри растения. Имеющийся в линейке препаратов «Байер КропСайенс» для защиты зерновых культур от болезней системный фунгицид Фалькон благодаря наличию в своем составе трех действующих веществ, относящихся к химическим классам с различным механизмом действия, обеспечивает профилактическое, лечебное и искореняющее действие и ограничивает возможность возникновения резистентности. В 2010 году для защиты зерновых культур от болезней компанией предложено новое решение – двухкомпонентный фунгицид Прозаро на основе тебуконазола (125 г/л) и протиоконазола (125 г/л). Наличие двух системных высокоэффективных действующих веществ и разница в градиенте скорости их проникновения создают не просто двухфазное, но и удвоенное воздействие. Медленнее проникая и накапливаясь в растении, протиоконазол обеспечивает продолжительное действие препарата, тогда как тебуконазол отвечает за быстрое проявление фунгицидного эффекта. Благодаря защите листа от инфицирования с двух сторон как предотвращается проникновение патогена в растение, чем достигается профилактический эффект, так и создается препятствие развитию инфекции в тканях – лечебный эффект.
1 | 11 курьер 31
32 курьер 1| 11
практика и опыт
Снижая потери сахара
Тройной ответ болезням сахарной свеклы В сельском хозяйстве, как и в любой другой отрасли, прогресс становится более очевидным. Все чаще в поле можно услышать об инновациях, совершенствовании и внедрении новых технологий.
С
векловодство, одна из наиболее динамично развивающихся отраслей отечественного сельского хозяйства, в полной мере использует инновационные достижения науки и сельскохозяйственной практики. Правда, случается, что в России инновационным подходом называют приемы, которые в Европе давно уже являются стандартом. Одним из примеров может послужить способ учета урожайности сахарной свеклы. По европейской системе учета, в отличие от популярной ныне в нашей стране, в зачет идет не масса корнеплодов, а выход сахара с одного гектара. Другими словами, учитываются не только количественные, но и качест венные составляющие урожая. Недалек тот день, когда и россий ский свекловод будет получать деньги за выращенный урожай сахарной свеклы не только в зависимости от массы корнеплодов, но и от их сахаристости. И здесь будет уже прямая заинтересованность не только получить максимальный урожай корнеплодов, но и добиться наибольшего содержания сахара. Для получения качественного урожая необходимо соблюдение технологий возделывания, включая мероприятия по защите посевов от вредителей и болезней.
Общеизвестно, что сорняки наносят непоправимый вред культуре, особенно на ранних стадиях ее развития. Но даже при самой современной и эффективной химиче ской защите посевов сахарной свеклы от сорняков выход сахара может значительно снижаться изза развития фитопатогенов в ответственный период накопления его в корнеплодах. При этом масса корнеплодов не всегда снижается пропорционально изменению сахаристости. Часто при, казалось бы, незначительном различии в массе корнеплодов с пораженного и не пораженного болезнями участков разница в сахаристости может достигать нескольких процентов. Наиболее опасным заболеванием сахарной свеклы, способным привести к потере более чем 50% урожая и снижению сахаристости на 3–7%, является церкоспороз, который вызывается грибом (Cercospora beticola). Развитие болезни характерно для всех районов свеклосеяния, но наибольшую опасность она представляет для юга России – Краснодарского и Ставропольского края. Оптимальные температуры для развития гриба колеблются от 19 до 30 °С (диапазон 5–35 °С), относительна я вла жность воздуха – выше 70%. В летние месяцы инкубационный период составляет 10 –13 суток, в осенние – 30 –40. Зимует гриб в виде мицелия на растительных остатках в верхнем слое почвы.
Болезнь проявляется на листьях в виде округлых светло-бурых пятен размером 2–3 мм в диаметре с красноватой или буроватой каймой. На старых листьях пятна больше – 5–10 мм, а края каймы расплывчатые. В местах образования пятен с обеих сторон листа во влажную погоду можно наблюдать бархати стый серовато-белый налет спороношения Cercospora beticola Sacc. К другому, не менее важному заболеванию са харной свек лы относят мучнистую росу (Erysiphe betae). Встречается болезнь во всех районах возделывания сахарной свеклы, но наиболее вредоносна в Центрально-Черноземном регионе и Краснодарском крае. К интенсивному развитию инфекции приводят резкие колебания влажности и температуры воздуха, особенно в случаях преобладания сухой и жаркой погоды. Инфекция поражает листья, стебли и клубочки свеклы, проявляется в виде белого налета – пораженные органы растений будто посыпаны мукой. Позже на налете образуются бурые, а затем черные точки – клейстотеции гриба. В период вегетации мучнистая роса распространяется при помощи конидий, образующихся на коротких конидиеносцах. Зимует гриб в виде клейстотециев на поверхности почвы и остатках больных растений. Мучнистая роса может привести к потере 20–30% урожая корнеплодов и вызывает снижение на 1,5–3%
практика и опыт
Молодые листья образуются за счет резервных веществ. Обычно они не поражаются
Их образование ведет к потере сахаристости и изменению формы корнеплода
Пятнистость на листьях среднего яруса
Пораженные старые листья отмирают
сахаристости, подавляет выход и всхожесть семян. Ну и конечно же, нельзя не вспомнить о фомозе свеклы (Phoma betae), имеющем повсеместное распространение. Оптимальная температура для развития гриба – 25 °С, влажность воздуха 60–70%, почвы с нейтральной кислотностью. Фомоз появляется во второй половине вегетационного периода на нижних листьях свеклы в виде округлых, диаметром 3–5 мм, некротических, от желтого до светлобурого цвета пятен. Позднее на пятнах проступают мелкие черные точки – пикниды. Болезнь поражает и другие органы растений. Ее развитие приводит к полному усыханию листьев. Фомоз чаще является сопровождающим заболеванием на фоне развития других болезней сахарной свеклы. Патоген зимует на растительных остатках в верхнем слое почвы, в семенах и корнеплодах в виде пикнид и мицелия. Гриб также вызывает поражение всходов свеклы корнеедом, сухую гниль корня и кагатную гниль. Потери урожая корнеплодов могут достигать 29%, снижение сахаристости – на 1,5%, уменьшаются всхожесть и масса семян. Конечно, на личие инфекции пугает производителей сладких корнеплодов, но сегодня с уверенностью можно сказать, что эффективная защита от болезней сущест вует и она доступна практически каждому. С 2011 года в Российской
Федерации компанией «Байер» зарегистрирован уникальный трехкомпонентный фунгицид для защиты посевов сахарной свеклы от болезней – Фалькон, КЭ. Отечественным сельхозтоваропроизводителям этот препарат хорошо знаком, так как является важным элементом в системе защиты зерновых культур от болезней. Три действующих вещества фунгицида Фалькон – спироксамин (250 г/л), тебуконазол (160 г/л) и триадименол (43 г/л), относящиеся к различным химическим классам, позволяют обеспечить быстрое начало действия, длительную и надежную защиту при различных погодных условиях. Благодаря своим уникальным свойствам спироксамин не только обладает фунгицидным действием, но и ускоряет проникновение тебуконазола и триадименола в растение, в том числе при более низких температурах окружающей среды. Спироксамин, так же как и триазолы, участвует в ингибировании биосинтеза стерола, но воздействует на иные этапы этого процесса, чем триазолы. Фунгицид Фалькон обладает как профилактическим, так лечебным действием. Важное значение имеют сроки применения препарата. Когда его использовать, чтобы добиться максимальной эффективности: профилактически или при появлении симп томов, например, церкоспороза? Поскольку известно, что симптомы заболевания на столовой свекле
проявляются раньше, чем на сахарной, в идеале хорошо бы недалеко от посевов сахарной свеклы иметь небольшой участок столовой свеклы в качестве сигнального – для принятия решения о проведении обработки посевов фунгцидом. Однако это не всегда выполнимо, и точно зафиксировать время и факт появления инфекционного начала на посевах сахарной свеклы не представляется возможным. Как не может быть и однозначного ответа на поставленный вопрос: как же работать – по симптомам или профилактически? Принимать во внимание необходимо все факторы. Очень многое зависит от уровня развития заболевания в регионе, многолетних наблюдений за посевами культуры, сопоставления погодных условий текущего сезона с метеоданными прошлых лет и датами проявления симптомов болезни. Естественно, нельзя обойтись без знания биологии патогена, условий для его развития. При этом оптимизация мероприятий по защите посевов от инфекции во многом строится на личном опыте специалиста, и здесь, пожалуй, определяющую роль может сыграть выбор препарата. На основе совокупности всех элементов можно принимать корректное решение, как и когда применять фунгицид на сахарной свекле, и мы полагаем, что это решение поможет сохранить урожай и добиться его высокого качества. t Лилия Ульяненко (д. б. н., проф.), Виктор Борисенко
1 | 11 курьер 33
34 курьер 1 | 11 344
панорама
В области онкологии исследователи компании «Байер» разрабатывают инновационные защитные мероприятия, комбинирующие диагностику и терапию. Это позволяет применять их к каждому пациенту индивидуально
Новые высокотехнологичные медицинские средства способствуют повышению выживаемости онкологических пациентов
Своевременная диагностика сохраняет жизнь Исследователи компании «Байер» работают над инновационными медицинскими технологиями в области онкологии, сочетающими диагностику и лечение, что позволяет предложить специализированные индивидуальные схемы лечения для каждого пациента.
З
ачастую онкологические заболевания протекают бессимптомно или с неярко выраженной клинической картиной. Поэтому для большинства больных диагноз «рак почки» является неожиданным. В Германии ежегодно примерно у 6400 женщин и 10 000 мужчин впервые диагностируется рак почки; во всем мире число новых случаев превышает 200 000 в год. Особенно распространено это заболевание в возрастной группе от 60 до 70 лет. Более чем в 85% случаев выявляется почечноклеточная карцинома – один из видов рака почки. Болезнь часто выявляется на поздней стадии процесса
совершенно случайно, когда ее обнаруживают во время ультразвукового обследования брюшной полости. Симптомы болезни крайне вариабельны и редко напрямую указывают на пораженный орган, вследствие чего установление точного диагноза затягивается и болезнь прогрессирует. По статистике, к моменту установления диагноза у каждого третьего больного уже образовались метастазы. У половины пациентов заболевание приводит к летальному исходу по причине распространения злокачественного процесса. Новые научные разработки и высокотехнологичная медицинская помощь дают возможность лечить некоторые виды рака как обычные хронические болезни. Современные лекарства способны избирательно ингибировать рост опухолей.
Профессор Рональд М. Буковски из Кливлендской клиники штата Огайо многие годы изучает молекулярные основы злокачественных процессов. Он считает, что лекарства воздействуют непосредственно на злокачественные клетки, блокируют их сигналы роста и подавляют неоангиогенез (то есть не дают образоваться новым кровеносным сосудам), препятствуя развитию опухоли. Прогресс в онкологии и выяснение молекулярных механизмов канцерогенеза имеют определяющее значение для развития терапии будущего. По мнению онколога Буковски, «мы постепенно начинаем понимать, почему одни и те же лекарства эффективны для определенной группы больных и не действуют на других». Ученые-онкологи и их коллеги неустанно работают над повыше-
панорама
нием продолжительности и качества жизни больных. Сегодняшние достижения медицинской науки дают основание верить, что однажды терапия приведет к полному излечению людей от злокачественных заболеваний. Благодаря внедрению в медицинскую практику таргетных (действующих прицельно) препаратов, таких как Сорафениб, у многих пациентов появилась надежда на выздоровление. Однако эксперты считают, что решающее значение имеет профилактика возникновения болезни. Например, информация о том, как образ жизни может влиять на риск развития рака. Наиболее существенное потенциально негативное воздействие оказывают курение и ожирение. К группе риска относят и людей, в чьем рационе питания содержится много жира. Гормональные факторы и частые контакты с повреждающими почки веществами, такими как химические растворители, нефтепродукты и асбест, могут дополнительно увеличивать риск возникновения болезни. Ранняя диагностика продолжает играть одну из ключевых ролей в борьбе с раком почки. Если почечно-клеточная карцинома выявляется своевременно и лечится с использованием всего арсенала средств медицинской помощи, шансы больных на выживание существенно увеличиваются. Компания «Байер ХелсКэр» интенсифицирует свои усилия в поиске средств для борьбы с онкологиче скими заболеваниями. Большое внимание уделяется разработке так называемых биопрепаратов. Противоопухолевые средства, в состав которых входят биологически активные вещества, неуклонно приобретают все большую значимость. На рынке медицинских средств уже имеется полдесятка противоопухолевых препаратов на основе антител. Большинство из них предназначены для лечения различных видов рака крови или лимфатической системы. Научные подразделения «Байер Шеринг Фарма», базирующиеся в Кельне, Вуппертале и Калифорнии, занимаются поиском биологически активных веществ на основе белков, и не только для борьбы с раком. Многие из этих биопрепаратов
представляют собой антитела, которые являются компонентами иммунной системы человека. По мнению д-ра Карла Цигельбауэра, возглавляющего исследования лекарственных средств для лечения злокачественных новообразований, одним из преимуществ использования антител является их высокая избирательность (что определяет специфичность действия) и отсутствие побочных эффектов. По аналогии с тем, как организм человека вырабатывает антитела против чужеродных микроорганизмов, таких как вирусы, ученых интересуют антитела, воздействующие только на одну конкретную мишень – например, характерную структуру на поверхности злокачественных клеток. Как только антитела достигли своей мишени и накопились в этой области, они могут действовать в двух направлениях: либо вызывать иммунную реакцию, в результате которой происходит разрушение злокачественных клеток, либо становиться носителем клеточных токсинов, которые, высвобождаясь внутри злокачественных клеток, приводят к ее гибели.
Преимущество антител заключается в их высокой избирательности Хотя традиционные исследования противоопухолевых лекарственных средств продолжаются, исследо-
вание биопрепаратов стало одним из важных элементов борьбы с раком. Три из десяти веществ компании «Байер Шеринг Фарма», находящихся в разработке для нужд врачей-онкологов, основаны на антителах или их фрагментах. Также компания занимается биопрепаратами для лечения рассеянного склероза, возрастной дегенерации сетчатки и гемофилии. При поддержке исследователей из глобального подразделения изучения биопрепаратов количество таких проектов в будущем вполне может возрасти. Благодаря высокопроизводительному скринингу кельнским ученым удается эффективно ограничить поиск значимых молекул и затем целенаправленно работать с найденными веществами – кандидатами в биоактивные препараты. Так, найдены антитела-кандидаты, которые воздействуют на определенный белок на поверхности злокачественных клеток при раке легкого. В рамках еще одного проекта группа занимается поиском антитела, которое в идеале было бы способно блокировать два медиатора. Функциональное предназначение последних состоит в инициировании роста новых кровеносных сосудов и снабжении опухолевых клеток питательными веществами. Существующие препараты на основе антител воздействуют пока только на один медиатор. В общем, у ученых просматривается отличная перспектива развития и достижения успеха. t
1 | 11 курьер 35
Розыгрыш среди подписчиков журнала Призы выиграют первые десять человек, приславшие правильные ответы. 1–3-е место – набор инструментов «Викторинокс» 4–10-е место – компьютерная мышь
Для того чтобы в дальнейшем получать журнал по почте совершенно бесплатно, укажите, пожалуйста, следующую информацию.
Почтовый индекс, адрес
Контактный телефон и междугородный телефонный код
Фамилия, имя, отчество получателя Раковые клетки в кровяных сосудах Раковые клетки могут из одной раковой опухоли распространиться по всему телу через вены и сосуды, а также лимфатические узлы
Опухоль
Название организации (если требуется) Метастазы в костях Раковые клетки из опухоли простаты могут давать метастазы по всему телу – в том числе в ребра, плечевые и тазобедренные кости
Раковые клетки
Опухоль простаты Если раковая опухоль простаты обнаружена на ранней стадии, она зачастую успешно оперируется. На поздней стадии обнаружения она, разумеется, угрожает жизни человека
Возраст
Профессия/должность Раковые клетки
Мочевой пузырь Простата Опухоль Уретра
Мы будем благодарны Bам, если Bы согласитесь сообщить о себе дополнительную информацию:
Здоровые клетки
Оторвите купон, заполните и перешлите нам одним из указанных способов: 1. ПО ПОЧТЕ на адрес: 107113, Москва, 3-я Рыбинская ул., д. 18, стр. 2, получатель «Байер КропСайенс». 2. ПО ФАКСУ на номер (495) 956-1319. Также можно заполнить заявку на сайте по адресу: www.bayercropscience.ru/ru/courier
Знать – значит быть победителем Действующие вещества, упоминающиеся в журнале 1 2 3
Дорогой читатель! Ваше мнение о журнале очень важно для нас. Мы хотим пригласить Вас стать членом редакционной коллегии. Ответьте, пожалуйста, на несколько вопросов – и мы учтем Ваше мнение при подготовке следующего номера, который доставят совершенно БЕСПЛАТНО по адресу, указанному Вами в анкете. Спасибо! 1. Какие статьи данного номера показались Вам наиболее интересными? Йорг Сюрциско: Инновации улучшают качество жизни Климат будущего От лабораторных испытаний до поля Энергия высоких урожаев Мир в миниатюре Защита пшеницы от ржавчины Болезненный симптом Как действуют фунгициды Тройной ответ болезням сахарной свеклы Своевременная диагностика сохраняет жизнь 2. О чем бы Вам хотелось прочесть в следующем номере «Курьера»?
3. Есть ли у Вас предложения по улучшению журнала? Или, может быть, у Вас есть пожелания к нам?
www.bayercropscience.ru/ru/courier