Про гербіциди розмовляли із науковим співробітником відділу фізіології дії гербіцидів Інституту фізіології рослин і генетики НАН України кандидатом біологічних наук Марією Радченко. Про небезпеки, перспективи і тенденції в світі гербіцидів та сучасного сільського господарства.

Що таке гербіциди і чому їх взагалі застосовують?

 Сільське господарство, які і будь-який інший вид підприємницької діяльності має показники, що говорять про свою ефективність. Один з таких показників – кількість врожаю із одиниці площі. Величина врожаю залежить від багатьох чинників, в тому числі і від ефективності засвоєння рослинами поживних речовин та води з грунту. І тут їм доводиться конкурувати із бур’янами, від яких конче необхідно позбуватися, якщо хочемо отримати таки врожай, а не просто луг для випасу худоби. Якими б не були гарні селекціоновані високопродуктивні сорти культурних рослин, їх генетичний потенціал не зможе себе реалізувати без ефективної боротьби з бур’янами.

По суті гербіциди – це речовини, що вбивають траву, яка не є врожаєм, або ж іншими словами, бур’ян (від лат. слів «герба» – трава, «цидо» – вбивати). Практика застосування цих засобів нараховує уже понад 70 років. Хімічний спосіб боротьби з бур’янами до цього часу покладався на досягнення органічної хімії. Ісправжня революція у розвитку хімічного методу контролю бур’янів почалася з виявленням гербіцидної активності у перших синтетичних ауксинів (аналогів рослинних гормонів). На сьогодні їх вже чимало і їх доволі складно класифікувати. Найчастіше гербіциди класифікують за механізмом дії (МД) (згідно з Американським Товариством гербологів, 2003 р (Weed Scienсe Society of America, WSSA) це ужебільше 27 класів діючих речовин).

Як діють гербіциди на рослини?

 Ідея застосування гербіцидів полягає в тому, щоб дуже селективно виключити якусь важливу ланку метаболізму, що призвело б до загибелі рослини-бур’яна. Переважно це інгібування ферментів, які є тільки у рослин. І тому це робить їх використання безпечним для нас. Одними з найпопулярніших та найбільш вивченими є гербіциди інгібітори ферменту ацетолактатсинтази (АЛС), який є першим ферментом на шляху синтезу у рослин амінокислот з розгалуженим ланцюгом – валіну, лейцину і ізолейцину. Нам з вами необхідні незамінні амінокислоти, які ми не можемо синтезувати і маємо їх отримувати з їжею. А рослини якраз вміють ці амінокислоти синтезувати. І ось ці гербіциди з групи АЛС-інгібіторів інгібують синтез ферментів цього шляху і таким чином бур’ян гине.

Інші можливі гербіцидні механізми – втручання у процес фотосинтезу. А так як ми також не здатні до фотосинтезу, то для нашого організму такі речовини теж є нешкідливими.

У чому ж тоді полягає вибірковість дії гербіцидів? Чому бур’яни гинуть, а культура залишається неушкодженою?

Різниця в чутливості різних видів рослин до гербіцидів пов’язана з анатомо-морфологічними відмінностями рослин, різною їх детоксикаційною здатністю, або з наявністю різних за чутливістю варіантів одного і того ж фермента в різних рослин. Тобто гербіцид або зовсім не потрапляє в культурну рослину, або швидко знешкоджується, або має нечутливу форму ферменту і тому культура не пошкоджується. Окрім того, існує ще такий показник як період напіврозпаду гербіцидів в грунті. На сьогодні існуючі вимоги до виробників доволі високі – щоб цей період був якнайкоротший.

Які культури в Україні найбільше потребують захисту від бур’янів ?

Провідні культури в землеробстві України – зернові: озима і яра пшениця, жито, озимий і ярий ячмінь, кукурудза, овес, гречка, просо та рис. Культури відрізняються за конкурентоздатністю з бур’янами. Так, культури суцільного посіву (пшениця) є більш конкурентноздатними, ніж просапні (кукурудза). Сучасні гербіциди насправді націлені на створення оптимальних умов для продукційного процесу культури. У зв’язку з виникненням резистентності (стійкості бур’янів до гербіцидів), дуже важливо, щоб варіантів контролю над бур’янами на конкретній культурі було декілька. Не можу не згадати, що мої колеги дуже плідно попрацювали у цьому напрямку та детально описали ефективність комбінованої дії різних гербіцидних сумішей в одній з монографій.

Чи такими вже безпечними є гербіциди?

Кожен сертифікований гербіцид проходить детальну перевірку перед тим як фірмам дають дозвіл на їх продаж. В Україні цей процес контролюється Міністерством екології та природних ресурсів України. Є правила і норми застосування гербіцидів прописані законодавством. (Закон України «Про захист рослин» Стаття 18. Права та обов'язки підприємств, установ, організацій та громадян у сфері захисту рослин)

 Безпечність залежить посередньо як від дотримання законодавства, так і від закупівлі справді сертифікованих гербіцидів, внесення їх в адекватних кількостях та в адекватні терміни.

 Тут на згадку приходить аналогія із антибіотиками. Бо в компетентних руках це зброя від смертей та хвороб, а при безконтрольному застосуванні – резистентність та небезпека. Окрім того, гербіциди вносять переважно на ранніх етапах розвитку рослин, тому до збору врожаю діючі речовини вже встигають розкластися. Якщо вже говорити про небезпеки, то, наприклад, інші пестициди, зокрема інсектициди, мають більший потенціал небезпеки для нас, адже мішенню є ближчі до нас організми і при нижчому рівні селективності і передозуванні ймовірність токсичності значно вища.

На початку літа усіх сколихнула звістка про потрапляння у р. Рось пестицидів в наслідок аварії. Аналіз води показав, що на межі Вінницької та Київської областей не зафіксовано жодних перевищень гранично допустимої концентрації хімічних сполук. Але ми завжди повинні пам’ятати про потенційну небезпеку. У цьому плані мені хотілося б порекомендувати статтю лікаря-дієтолога Оксани Скиталінської «Харчування при небезпеці потрапляння пестицидів в організм», яка була опублікована одразу після цього випадку. Ці заходи безпеки будуть актуальними у випадку потенційної небезпеки і від гербіцидів.

Чи можуть гербіциди бути канцерогенами?

На сьогодні переконливих наукових даних, які би це підтверджували, немає. Хоча потенційну небезпеку пов’язану із віддаленими наслідками впливу гербіцидів виключати не можна. Але це стосується і багатьох інших речовин та факторів, які ми використовуємо та з якими стикаємося.

Як розробляються нові гербіцидні препарати?

Це тривалий та затратний процес. Хіміки синтезують сотні, тисячі нових сполук. Далі досліджується весь можливий спектр їх активності – фунгіцидна, інсектицидна,гербіцидна тощо. Зараз проводити подібний скринінг можуть тільки абсолютні комерційні гіганти. А це три-чотири компанії у всьому світі. Вартість розробки однієї ефективної та відносно безпечної діючої речовини це близько 250 млн євро та 10-15 років роботи чималої кількості дослідників.

Які на сьогодні існують альтернативи використанню гербіцидів?

 Натхнення і сапка. І не забудьте застрахувати свій поперековий відділ хребта! :) Але тут є один нюанс. Деякі з бур’янів, особливо пирій повзучий, навпаки дуже добре розмножуєються при використанні сапки. Насправді якщо площі великі, то без гербіцидів упоратися доволі важко. Однак можливо. Так, наприклад, вважають прихильники органічного сільського господарства. Там використовуються метод фізичного зниження бур’яну. Однак перехід на органічне землеробство є багатоетапним. При масштабній аграрній діяльності на експорт це може бути важко та економічно не вигідно. 

Якщо дозволяють інвестиції, можуть застосовуватися також сучасні роботизовані прилади, що оснащені камерами розпізнавання бур’янчиків і їх доволі гарно прополюють. Зручний працівник із сталевим попереком, але бере дорого.

Досить цікавим методом боротьби із бур’янамиє застосування електрики. Принцип дії електричного методу полягає у тому, що між позитивним і негативним електродами виникає електричне поле високої напруги при цьому використовують таку напруженість і частоту, при якій відбувається плазмоліз в бур'янах і вони гинуть, а при цьому культурним рослинам шкоди не наноситься. 

Мені особисто дуже подобається біологічний метод боротьби з бур’янами. Він базується на використанні алелопатичноактивних сполук (алелопатія – взаємний вплив однієї рослини на іншу за допомогою речовин різної природи), фітопатогенів або токсинів, які вони самі виробляють для знищення бур’янів. Однак поки ефективність застосування цих сполук не може зрівнятися за ефективністю та економічною рентабільностю сучасних гербіцидів. Так, наприклад, кількох грамів деяких гербіцидів класу інгібіторів АЛС може бути достатньо для ефективного контролю за бур’янами площею в 1 гектар. Натомість екологічні та токсикологічні ризики, які виникають при застосуванні фітопатогенів є надто великі. Тому «біогербіциди» поки не можуть конкурувати з хімічними методами боротьби. З іншого боку, вивчення явища алелопатії, а також механізмів фітотоксичної активності токсинів ризобіальних бактерій та грибів може бути джерелом для створення нових гербіцидів.

Однією із сучасних стратегій створення нових гербіцидів є вивчення і клонування генів, мутації яких є летальними чи напівлетальними для рослин. За допомогою сиквенсу встановлюються нуклеотидні послідовності мутованих генів, та, відповідно, амінокислотний склад пептидів, які кодуються цими генами. Після цього здійснюється пошук лігандів, які здатні зв’язуватись з цими пептидами та блокувати активність відповідних ферментів. Очікується, що вплив цих лігандів на рослини буде еквівалентним наслідкам мутації гена, тобто призводитиме до загибелі рослин-бур’янів. Перші результати та найближчі перспективи чудово викладені у свіжій статті американських колег.

Чи створюються сучасні гербіциди в Україні? Які питання досліджують науковці України ?

 Як вже було сказано, це дуже затратно. Тому більшість гербіцидів поки зарубіжні. Однак дуже повільно, але в цьому секторі є українські дослідження. У нашому відділі фізіології дії гербіцидів ми досліджуємо ефективність взаємодії гербіцидів у сумішах. Про необхідність комплексного застосування гербіцидів наші колеги заговорили перші у світі, ще задовго до виникнення резистентності бур’янів до монопрепаратів. Комплексний підхід виявився справді ефективний в цьому плані. Адже перелік ефективних і безпечних у всіх відношеннях гербіцидів не такий вже й великий, а при тривалому застосуванні монопрепаратів, як і при застосуванні антибіотиків, через певний час може виникати ось ця ж сама резистентність.

Головна Державна інспекція захисту рослин України щорічно видає брошуру-прогноз, в якій є таблиця найефективніших сумішей, рекомендованих на цей рік, виходячи з дослідів нашого Інституту. Користується неймовірною популярністю на агровиставках!)

 Окрім прикладних питань ми досліджуємо й фундаментальні аспекти. На даному етапі, наприклад, це вивчення зв’язку програмованої загибелі клітин (ПЗК) та фітотоксичної дії гербіцидів. Цей процес вже добредосліджений вченими на тваринних клітинах, що стало підставою для Нобелівської премії з фізіології та медицини у 2002 р.

Які ви можете дати рекомендації щодо застосування гербіцидів ?

 По-перше, купувати лише сертифіковані засоби від надійних постачальників та виробників, слідкувати за терміном придатності, та умовами зберігання та транспортування. Також споживачам варто не лінуватися цікавитися у постачальників походженням продуктів та супровідною документацією. Вивчати інструкцію на упаковці кожного гербіциду і вибирати той препарат, який максимально вирішить поставлену задачу саме на конкретній ділянці. Дотримуватися рекомендованих доз застосування та не перевищувати їх, оскільки у вищих дозах препарати можуть бути токсичними та згубно впливати на екосистему в цілому. Також – слідкувати за рівномірним внесенням препаратів у грунт та здійснювати це у чітко рекомендовані періоди. Використовувати засоби індивідуального захисту, адже про доведену безпечність йдеться після отих всіх періодів напіврозпаду, а контакт та вдихання цих речовин здоров’я не додасть. Перед проведенням обробок об’єктів, розташованих у межах або поблизу населених пунктів, аграріям необхідно встановлювати попереджувальні знаки та оповіщувати людей про майбутні роботи і строки, протягом яких забороняється перебування людей в обробленій зоні.

Гарних Вам врожаїв і міцного здоров'я! :)

Photo by Sweet Ice Cream Photography on Unsplash