Відкрийте для себе пестициди, які вчені розробляють, щоб гарантувати виробництво їжі в майбутньому
Очікується, що населення світу зросте з приблизно 8 мільярдів у 2022 році до 9,7 мільярдів до 2050 року. Забезпечення достатньої кількості, щоб прогодувати стільки ротів, є однією з найбільших проблем, з якими ми стикаємося.
Пестициди відіграють важливу роль у підвищенні продуктивності сільського господарства, і з часом їх використання постійно зростає. Але ці агрохімікати можуть мати негативний вплив на здоров’я людини та навколишнє середовище, зокрема на бджіл, птахів і водні організми. Що ще гірше, оскільки шкідники стають стійкими до існуючих пестицидів, фермери в деяких регіонах змушені використовувати вищі концентрації на оброблену площу.
Висока вартість звичайного хімічного синтезу означає, що він рідко використовується для менш цінних культур
Повний вплив на навколишнє середовище нових агрохімікатів часто стає очевидним лише через роки роботи в полі. Наприклад, коли неонікотиноїди були вперше запущені, вони вважалися безпечнішими та екологічнішими, ніж існуючі речовини. Але в останні роки неонікотиноїди потрапили в заголовки газет через їх непередбачуваний негативний вплив на бджіл. Це системні пестициди, що означає, що вони поглинаються рослиною та транспортуються до всіх її тканин, квітів, пилку та нектару. Вони діють на нікотинові ацетилхолінові рецептори комах, що пожирають сільськогосподарські культури, але вони також порушують почуття орієнтації, пам’ять і розмноження бджіл.
У 2018 році ЄС заборонив будь-яке використання на відкритому повітрі чотирьох широко використовуваних неонікотиноїдів , за деякими винятками. У січні 2023 року Європейський суд постановив, що країни-члени більше не можуть надавати відступи , наприклад, для обробки насіння. У Великобританії уряд все ще дозволяє фермерам використовувати речовини на посівах цукрових буряків.
У 2015 році ЄС схвалив флупірадифурон і сульфоксафлор як інсектициди нового покоління, хоча вони також діють на нікотинові ацетилхолінові рецептори. Спочатку вважалося, що вони безпечні для бджіл, але в 2022 році Європейська комісія вирішила заборонити використання сульфоксафлору на вулиці, оскільки не могла виключити ризик. Дослідження, проведене в Німеччині, показало, що флупірадифурон і сульфоксафлор можуть впливати на кишкову флору комах , роблячи їх більш сприйнятливими до хвороб і скорочуючи тривалість їх життя, особливо при застосуванні звичайних фунгіцидів.
Моль мімікує
Існує поштовх до переходу на альтернативні форми захисту рослин, щоб збільшити сільськогосподарське виробництво, скорочуючи рівень шкідливих пестицидів.
У червні 2022 року Європейська комісія прийняла пропозиції щодо нового Регламенту сталого використання пестицидів (SUR) . Незважаючи на затримки, регламент включатиме загальноєвропейські цілі скоротити вдвічі використання хімічних пестицидів до 2030 року порівняно з рівнем 2015 року. SUR вимагатиме від фермерів використовувати «інтегровану боротьбу зі шкідниками», віддаючи перевагу альтернативним методам, таким як біологічний контроль, включно з використанням корисних комах, грибів або бактерій.
Все більш популярною альтернативою є використання синтетичних феромонів, щоб порушити шлюбну поведінку певних шкідників. Комахи використовують феромони для спілкування, коли шукають пару. Випускаючи синтетичні копії через дозатори поруч із культурами, можна заплутати самців комах і порушити їхню здатність знаходити партнерок. Феромони відносно видоспецифічні і не впливають на інших комах.
Синтетичні феромони успішно використовуються для боротьби з такими комахами, як зозулинка, яка пристрасна до яблунь і груш. Вони також ефективні проти іншої молі, наприклад, діамантової молі, яка вражає культури Brassica , включаючи капусту, брокколі та цвітну капусту.
Дослідники використовують рослини для «вирощування» феромонів
Однак, хоча засоби боротьби зі шкідниками на основі феромонів використовуються для дорогих культур, висока вартість звичайного хімічного синтезу означає, що він рідко використовується для менш цінних культур, таких як соєві боби, кукурудза та бавовна.
Заводи рослин
Масштабний хімічний синтез не тільки дорогий, але й створює додатковий ризик токсичних побічних продуктів, тому дослідники використовують рослини для «вирощування» феромонів. Вони роблять це, вивчаючи гени певного шкідника, щоб з’ясувати, які відповідають за вироблення феромонів, а потім пересаджують їх у рослини.
Наприклад, в Інституті Ерлхема в Норвічі Нікола Патрон і її команда перетворили тютюнові рослини на фабрики з виробництва феромонів молі. Вони побудували нові послідовності ДНК на основі генів молі та пересадили їх у рослини тютюну. «Рослини вже виробляють низку корисних молекул, тому ми можемо використовувати найновіші методи, щоб адаптувати та вдосконалити існуюче обладнання», — каже Нікола.
У майбутньому можуть з’явитися теплиці, наповнені рослинними фабриками, «забезпечуючи екологічніший, дешевший і екологічніший спосіб виробництва складних молекул».
Вони додають сульфат міді, щоб налаштувати генетичну активність, щоб переконатися, що рослини не використовують свою енергію для виробництва феромонів, але мають достатньо для здорового росту. Зараз команда виділяє рослинні феромони та перевіряє їх у дозаторах, щоб побачити, наскільки добре вони обманюють самців молі. Нікола прогнозує, що в майбутньому можуть з’явитися теплиці, наповнені рослинними фабриками, «забезпечуючи екологічніший, дешевший і екологічніший спосіб виробництва складних молекул».
У 2022 році міжнародні дослідники використали олійні рослини для створення попередників феромонів. Вони сконструювали рослини Camelina для створення гексадеценової кислоти, попередника феромонів, що виробляються двома типами гусениць, які ласують різноманітними сільськогосподарськими рослинами. Вони засіяли невелике поле сконструйованими рослинами, обробили насіння, витягли попередник і перетворили його на феромони за низькі витрати. Коли вони випробували феромони на сільськогосподарських випробувальних майданчиках, вони працювали так само добре, як комерційно виготовлені версії, але за набагато нижчою ціною.
Боротьба з грибками
Деякі нові пестициди засновані на ендофітних грибах, які живуть у тканинах рослин, не викликаючи симптомів інфекції чи хвороби. Коли вони колонізують рослину, ендофітні гриби допомагають своїм господарям краще працювати в стресових умовах навколишнього середовища, а деякі виробляють метаболіти, які можуть боротися зі шкідниками. Вчені виявили, що метаболіти є багатим джерелом активних інгредієнтів для фармацевтичних препаратів і агрохімікатів.
Дослідники з Кенії щепили рослини помідорів грибами для боротьби зі шкідниками-мінувальниками , які проникають у листя, плоди та квіти, спустошуючи врожаї та завдаючи значної економічної шкоди. Види, що мінують, розвинули підвищену стійкість до синтетичних пестицидів, тому існує потреба в альтернативних методах боротьби. Вони випробували ряд грибів, але один з них убив шкідників через 15 днів.
Мойган Рабі та його колеги зі Школи біологічних наук Бірмінгемського університету вивчають ендофіти, які колонізують такі культури, як пшениця та ячмінь, щоб захистити їх від бактеріальних патогенів. Команда збирає зразки навколишнього середовища перед виділенням природних ендофітів і перевіркою їх на бактеріальні патогени в лабораторії. «Існує багато досліджень in vitro, але небагато було проведено в навколишньому середовищі, тому що вам потрібно багато даних, щоб показати, що ендофіти безпечні, перш ніж ви зможете використовувати їх у польових умовах», — каже Мойган.
Окрім вивчення ендофітів, Мойган зацікавлений у використанні вірусів, які називаються бактеріофагами, для боротьби з бактеріальними інфекціями в рослинах і деревах, особливо з тими, що викликають виразки на таких деревах, як вишня, кінський каштан і ясен. Лікування раку вишні не існує, і часто єдиним виходом є вирубка заражених дерев. «Ми намагаємося зрозуміти, чи можемо ми виділити фаги з навколишнього середовища та інфікувати патогени. Ми могли б використовувати їх як агенти біологічного контролю, оскільки вони дуже специфічні для хазяїна і не впливають на інші корисні мікроби», — говорить Мойган. Їх можна застосовувати як прості спреї, додає вона.
Ефірні масла
Інші варіанти альтернативних пестицидів включають рослинні екстракти та ефірні олії. Вони мають перевагу в тому, що вони біологічно розкладаються, хоча багато з них далеко не нешкідливі. Наприклад, піретрум – природний інсектицид, отриманий з квітів далматинських і перських хризантем – століттями використовувався як інсектицид. Квіти схожі на гігантські ромашки, але їх жовті серединки містять піретрини, які вражають нервову систему комах і мають руйнівний ефект. Цей інсектицид менш токсичний для ссавців і птахів, ніж багато синтетичних пестицидів, але все ще відомо, що він дуже токсичний для водних організмів.
Тим часом, інсектицид під назвою ротенон природним чином міститься в насінні та стеблах кількох рослин, у тому числі виноградної лози джікама. Ротенон вперше був використаний у 1800-х роках для знищення листогризучих гусениць і був одним із найпоширеніших інсектицидів. Але епідеміологічні дані свідчать про те, що це може бути фактором ризику хвороби Паркінсона. Ротенонові інсектициди були заборонені у Великій Британії в 2009 році та поступово припиняються в США та Канаді.
Ефірні олії в основному складаються з терпеноїдів і фенілпропаноїдів. Тимол з олії чебрецю особливо токсичний для комах, таких як кліщі варроа, які нападають на медоносних бджіл. Тим часом евгенол, витягнутий з гвоздики, мускатного горіха та кориці, може допомогти в боротьбі з довгоносиками. Дослідження показують, що він може пригнічувати дії ферменту, який гідролізує нейромедіатор ацетилхолін.
Іншим нейромедіатором, на який впливають ефірні масла, є октопамін, який бере участь у кількох біологічних процесах. Бразильські дослідники виявили, що терпеноїди, що входять до складу ефірних олій кориці та гвоздики, викликають м’язові скорочення в ногах і черевці довгоносиків-амбарників, пов’язані з блокуванням сайтів зв’язування рецепторів октопаміну.
Здається, немає ідеального варіанту, щоб уберегти шкідників від сільськогосподарських культур, які нам потрібні для живлення глобального населення, яке швидко зростає. Однак ми можемо скоротити використання пестицидів у майбутньому, комбінуючи різні біологічні засоби контролю.
Немає коментарів:
Дописати коментар