Перекись «в законе», или биологическая защита растений. Часть вторая

Фунгицидные и бактерицидные свойства перекиси водорода обусловлены не только прямым, но и косвенным действием этого вещества. Растворы перекиси водорода действуют на патоген, разрушая клеточные мембраны. При обработке инструмента/инвентаря, семян и почвы значение имеет именно этот вид воздействия. Но при обработке вегетирующих растений косвенное действие перекиси на растение имеет не меньшее значение, чем прямое влияние на патоген.

Кислородные «активисты» и свободные радикалы

 

Часть фактов — это понять, что у нас есть проблема,
и часть фактов — это что мы с ней будем делать.

Джордж Буш

«Активные формы кислорода» (АФК) — это соединения, которые возникают в результате неполного восстановления О2. Наиболее значимые АФК — супероксидрадикал (О2-), озон О3, пероксид водорода Н2О2 и гидроксил-радикал ОН-. «Живут» они недолго, но вполне способны стать причиной повреждения или гибели клеток растений, бактерий и грибов.

Перекись водорода может вступать в реакцию фосфолипидами клеточных мембран, «включая» процесс перекисного окисления липидов. При перекисном окислении липидов (ПОЛ) преимущественно окисляются ненасыщенные жирные кислоты. В процессе их окисления образуются свободные радикалы, что превращает реакцию в автокаталитическую, самоускоряющуюся.

Свободные радикалы — это нестабильные молекулы с неспаренным электроном. Такая нестабильная частица, сталкиваясь с другими молекулами, «крадет» у них электрон, что существенно изменяет структуру этих молекул. «Ограбленные» молекулы стремятся отнять электрон у других «полноценных» молекул, вследствие чего развивается разрушительная цепная реакция. Окислительный стресс нарушает целостность клеточных мембран, повреждает ДНК и митохондрии бактерий и грибов.

Стойкость организмов к действию активных форм кислорода (в частности, перекиси водорода) зависит от внешних и внутренних факторов. Высокая концентрация перекиси, длительная экспозиция (контакт рабочего раствора с патогеном) и отсутствие у конкретного вида бактерии или гриба эффективной антиоксидантной системы способствует практически 100% эффективности препарата.

Слабая антиоксидантная система бактерий, например, не в состоянии нейтрализовать действие перекиси водорода и продуктов ее взаимодействия с клеткой — свободных радикалов. Поэтому перекись заслуженно считается надежным бактерицидом. Дополнительным плюсом перекиси является ее способность разрушать биопленки — плотный налет бактериальных организмов, существенно уменьшающий их чувствительность к действию антибиотиков. Выделение кислорода при «кипении» перекиси водорода разрушает биопленки, позволяя уничтожить бактерии в ее нижнем слое.

Отсутствие эффективной антиоксидантной защиты у сине-зеленых (цианобактерии) и нитчатых видов водорослей позволяет использовать перекись водорода в качестве альгицида, то есть средства для уничтожения нежелательных видов водорослей. В этом качестве перекись используют в аквариумах и промышленной аквакультуре, для очистки водоемов и систем капельного орошения.

Относящееся к оомицетам возбудители питиозной корневой гнили, фитофтороза и переноспороза (ложной мучнистой росы) также являются «легкой мишенью» для перекиси водорода. Представители этой группы мицелиальных организмов по ряду признаков больше похожи на водоросли, чем на грибы. Поэтому систематики «депортировали» оомицеты из царства Fungi, но не определились, куда — или в царство Простейшие (Protista) или в царство Chromista, т.е.водоросли.

Грибы дружат с перекисью

Контролировать патогенные бактерии и оомицеты в посевах и насаждениях с/х культур проблематично. Спектр действия современных действующих веществ фунгицидов не предполагает бактерицидного действия. А тирам, каптан и манкоцеб, «рожденные» в середине 20 века, имеют ограничения по применению. Поэтому перекись водорода может занять пустующее место универсального безопасного (и «бюджетного») бактерицида и фунгицида. Но собственно фунгицидные свойства (за исключением контроля оомицетов) перекиси не впечатляют. Многие «настоящие» грибы способны жить в 1% растворе перекиси. Более того, при выращивании шляпочных грибов (шампиньонов, вешенки, шиитаке) раствор перекиси водорода используют как для обеззараживания субстрата, так и для защиты растущих грибов от поражения бактериальными и грибными заболеваниями. Связано это с тем, что мицелий большинства грибов «вооружен» активной ферментной системой, успешно нейтрализующей перекись. Споры грибов такой защитой не «оборудованы», поэтому профилактическая обработка раствором перекиси существенно уменьшает их шансы на прорастание. Именно по этой причине обработка вегетирующих растений проводится многократно, с интервалом не более 5-7 дней.

Перекись водорода, как упоминалось, действует не только прямо, но и косвенно. Именно косвенное воздействие, стимулирующее защитную реакцию растения, позволяет контролировать многие грибные организмы, «лобовая атака» на которые неэффективна. Парадоксально, но экзогенная перекись, попавшая на лист растения, вызывает усиленную выработку эндогенной перекиси. То есть растение реагирует на обработку пероксидом водорода синтезом своей перекиси. Впрочем, синтезируется не только перекись, но запускается весь каскад реакций, производящий активные формы кислорода.

Перекись сигнализирует «sos»

 

Я хотел бы, чтобы вы знали, что когда мы обсуждаем войну,
на самом деле мы обсуждаем мир.

Джордж Буш

Устойчивость растений к стрессу определяется их способностью быстро реагировать на опасную ситуацию увеличением синтеза активных форм кислорода (АФК) при высоком уровне антиоксидантной защиты. То есть растение должно быстро «разгоняться» и быстро «тормозить».

Усиление генерации АФК вызывают биотические стрессоры– поражение растений бактериями, грибами, микоплазмами. Эндогенная перекись водорода выполняет несколько функций в реакции растения на попытку «оккупации» патогеном. Благодаря «локальному применению» перекиси водорода в точке контакта с патогеном растение может уничтожить грибную или бактериальную инфекцию за счет реакции окисления. Перекисное окисление липидов не зря называют «окислительным взрывом». Патоген буквально “выгорает» при внедрении в растение.

Перекись включает каскад защитных реакций «профилактического» направления. Н202 усиливает механическую прочность растительных клеточных стенок, непосредственно участвуя в синтезе лигнина из низкомолекулярных предшественников. Под воздействием перекиси происходит перекрестное «сшивание» белков-экстенсинов клеточной стенки, содержащих гидроксипролин. Такое переплетение белковых структур выполняет роль «арматуры», каркаса для отложения лигнина.

Иногда для защиты от инфицирования растения используют своеобразный вариант «тактики выжженной земли», убивая собственные ткани в месте контакта с патогеном (апоптоз). Апоптозу подвергаются инфицированные клетки и клетки, окружающие инфицированный участок. Гибель клеток, примыкающих к проводящим пучкам листьев, создает механический барьер для распространения инфекции в проводящих путях. Мертвые сухие клетки создают физический барьер, который, кроме того, содержит антифугальные или бактериостатические вещества. Внешне эта реакция выражается в образовании на листьях мелких некротических пятен (точечных некрозов), которые существенно не влияют на работу фотосинтетического аппарата.

Такая защита, основанная на дозированном «самоубийстве», называется реакцией сверхчувствительности или гиперчувствительным ответом. Реакция сверхчувствительности типична, например, при инфицировании листьев устойчивых растений злаков возбудителями ржавчины и мучнистой росы.

В результате «включения» этого процесса формируется не только локальная «линия обороны», но системная индуцированная устойчивость всего растения. Появление устойчивости сопровождается синтезом PR (pathogenesis related) белков и фитоалексинов.

Н2О2 активирует синтез салициловой кислоты, необходимой для формирования приобретенного иммунитета. Салициловая кислота подавляет синтез фермента каталазы, который в норме разлагает перекись на воду и молекулярный кислород. Это, в свою очередь, вызывает резкое повышения содержания перекиси в клетках растения (при достаточном освещении). Что, в свою очередь, стимулирует синтез салициловой кислоты и этилена, необходимых для развития реакции сверхчувствительности и «включения» иммунитета растения. Таким образом, возникает замкнутый цикл «перекись водорода—салициловая кислота—перекись водорода».

Включение активных защитных реакций растения, то есть время реакции растения на инфицирование, определяется скоростью повышения эндогенной Н2О2 и других АФК. Уровень АФК в тканях проростков пшеницы после заражения мучнистой росой возрастает уже через 2 часа (Hurkman, Tanaka, 1996). Такое же время потребовалось для реакции на Aspergillus niger в культуре клеток Taxus chinensis (Qin et al., 2005). А гипокотили огурца, показали максимум синтеза перекиси водорода уже через 30 мин после инфицирования (Kauss, Jeblick, 1996).

Для устойчивых растений характерна двухфазная кинетика появления АФК при инфицировании, причем второй пик повышения АФК выше и продолжительнее первого (Lamb, Dixon, 1997). Если растение не может остановить атаку патогена, то появляется и третий, максимальный пик содержания АФК. Так растение реагирует при неизбежном апоптозе — локальной гибели клеток в месте проникновения инфекции.

В взаимоотношениях мучнистая роса–ячмень, например, наблюдается 3 фазы увеличения продуцирования растением перекиси водорода и супероксид-аниона (Hckelhoven, Kogel, 2003). Первая фаза — локальное увеличение концентрации перекиси водорода в месте контакта с эпидермисом первичной ростковой трубки мучнисторосяного гриба (4 ч после инокуляции). За ним следует увеличение продукции перекиси в области аппрессория при попытке проникновения фитопатогена через 14 ч. Наконец, 3-я фаза наступает при индукции сверхчувствительности.

Более раннее накопление перекиси водорода и обусловленное им укрепление клеточной стенки способствует устойчивости растения к возбудителям мучнистой росы, септориоза листьев и прочим фитопатогенным грибам.

Если растение подготовить к неприятностям заранее, до инфицирования, то существует вероятность, что патоген не сможет даже «сделать первый шаг», наткнувшись на заранее выстроенный растением барьер. Спровоцировать растение на «включение» иммунитета можно за счет обработки вегетирующей культуры веществами, «запускающими» синтез АФК.В том числе — водным раствором перекиси водорода. Ведь, как говорил Джордж Буш, «Если мы не начнем войну, то рискуем проиграть».

Обработка растений перекисью водорода способствует усилению устойчивости к грибному (Hafez, Kirly, 2003) и вирусному фитопатогенам (Bacs et al., 2011), к холоду (Prasad et al., 1994;Feng et al., 2008), засухе (Ishibashi et al., 2011), засолению (Azevedo et al., 2005).

Поэтому подобное вмешательство может оказаться полезным не только как превентивная защита от грибных/бактериальных заболеваний, но и как профилактика абиотических стрессов. То есть перекись проявляет себя как универсальное «лекарство от всего».

О безопасности, нормах и сроках

 

Чтение — это не искусство, это наука.

Джордж Буш

Применение растворов перекиси водорода для обработки вегетирующих растений должно обеспечить компромисс между эффективным контролем патогенов и безопасностью для защищаемой культуры. Чувствительность культуры к перекиси зависит от возможности растения с помощью своей антиоксидантной системы нейтрализовать негативные эффекты воздействия АФК.

Кислородных «активистов» в клетке «успокаивают»: (1) супероксиддисмутаза, которая превращает супероксид в Н2О2; (2) каталаза, разрушающая Н2О2 до О2 и Н2О; (3) пероксидаза, использующая Н2О2 для окисления определенных субстратов, (4) антиоксиданты типа витаминов Е, А и С, прерывающие цепные реакции, инициируемые свободными радикалами.

Образование АФК в клетке и их нейтрализация системами защиты должны находиться в состоянии динамического равновесия. Нарушение баланса этих процессов может привести к окислительному стрессу и повреждению или даже гибели растения. Поэтому рукотворный стресс, провоцирующий «включение» иммунитета растения, должен быть умеренным. Н2О2 в малых концентрациях действующая как индуктор иммунитета, в высоких концентрациях вызывает быструю гибель клеток в месте контакта.

При обработке инвентаря, инструментов и оборудования, обеззараживания воды и дезинфекции систем капельного орошения концентрация рабочего раствора значения не имеет. При обработке семян концентрация перекиси в рабочем растворе может составлять от 1% до 3% без риска какого-либо ущерба. Полив высаженной рассады также возможен достаточно концентрированным раствором. Но для обработки вегетирующих растений концентрация перекиси в рабочем растворе находится в интервале от 0,3% (максимум) до 0,08 % (минимум).

Рекомендуется для приготовления рабочего раствора использовать чистую (без органических и минеральных примесей) воду с нейтральным рН. Значение рН можно определить с помощью рН-метра или лакмусовой бумаги (бумажных полосок). Для повышения эффективности раствора для листовых (фолиарных) обработок растений, имеющих восковой налет или опушение на поверхности листьев, в раствор можно добавить неионное поверхностно-активное вещество. Как «эконом-вариант» можно использовать стиральный порошок.

Перекись водорода является сильным окислителем и может вступать в реакцию с остатками медьсодержащих фунгицидов или препаратов для листовой подкормки на основе неорганических солей металлов. Поэтому после обработки медным купоросом, бордосской жидкостью, гидроокисью или хлорокисью меди бак опрыскивателя необходимо очень тщательно промыть. Обработку раствором перекиси рекомендуют проводить не ранее суток после обработки медьсодержащими фунгицидами.

Перекись водорода в водном растворе быстро теряет свою активность, поэтому чем меньше интервал между приготовлением и внесением рабочего раствора, тем лучше.

Когда, куда и сколько?

 

Я и понятия не имел, что у нас так много оружия. Зачем оно нам?

Джордж Буш

Как уже упоминалось выше, обработка перекисью водорода действует и на патоген, и на растение. Подобная комбинация напоминает действия охраны на строго охраняемом объекте при проникновении посторонних. Выстрел часового не только наносит ущерб обнаруженному вору или «диверсанту», но сигнализирует всем «своим» о том, что обнаружена проблема. После этого «игра» становится «командной», то есть используется весь потенциал службы охраны объекта. «Забраться» на территорию оказывается трудно, «выбраться» с нее — ненамного легче.

Главное «правило успеха» при использовании препаратов перекиси водорода — работа на упреждение. Патогены должны уничтожаться до проникновения в растение, а не после. А культура должна постоянно быть «в тонусе». Поэтому обработки перекисью многократны и регулярны. В зависимости от вида и состояния культуры, посевы/посадки рекомендуют обрабатывать с интервалом от 1 до 2-3 раз в неделю.

Концентрация рабочего раствора при лечебном (куративном) опрыскивании, когда замечены симптомы болезни, составляет примерно 0,3%. То есть при использовании 3% перекиси ее разводят водой в соотношении 1 к 10, а при использовании 30-35% концентрата разводят в пропорции 1 к 100. В экстренных случаях можно использовать раствор с концентрацией до 0,8% перекиси, то есть разбавлять аптечную перекись в соотношении 1 к 4. Такую концентрацию выдерживают ягоды (за исключением клубники), виноград, семечковые и косточковые культуры, овощи. В период цветения таким концентрированным раствором работать нельзя!

Для того, чтобы остановить развитие грибных или бактериальных заболеваний в благоприятных для их развития условиях, интервал между обработками не должен превышать 3-5 дней. После того, как визуальные симптомы заболевания исчезнут, можно переходить на более «расслабленный» режим профилактических обработок.

При профилактическом опрыскивании концентрация раствора в 3-4 раза меньше, чем при куративном. Вполне достаточно развести стандартную 3% аптечную перекись в пропорции 1 к 30-40, а 30% концентрат — 1 к 300-400 на растениях.

Проведение как минимум 4-5 обработок «безболезненно» вписывается в технологию выращивания овощных и плодовых культур, а также винограда и декоративных растений (цветов). Стандартные схемы защиты обычными фунгицидами предполагают проведение примерно такого же количества обработок, поэтому применение «нового» фунгицида практически не изменит «старую» технологию. На зерновых колосовых и бобовых культурах, а также на подсолнечнике необходимость проведения многократных обработок «напрягает», поэтому внесение перекиси на этих культурах можно рассматривать не как систему, а как один из элементов фунгицидной/бактерицидной защиты.

Какие грибные заболевания контролирует перекись? В большинстве рекомендаций “made in USA” приводится впечатляющий список: питиозная корневая гниль, фитофтороз, переноспороз (ложная мучнистая роса, милдью), настоящая мучнистая роса (оидиум, сферотека), альтернариоз, антракноз, ризоктониоз, серая гниль (ботридиус), ржавчины. Научные исследования подтверждают эффективность использования перекиси водорода для контроля ржавчин на лилиях, фитофтороза на томатах и картофеле, мучнистой росы и септориоза на зерновых. Бактерицидные свойства перекиси сомнений не вызывают. Поэтому, как говорится, у перекиси «есть будущее».

Как правильно отметил Джордж Буш, “Я думаю, мы согласны, что прошлое прошло”. Поэтому обратим внимание на настоящее. И перечислим преимущества перекиси водорода как фунгицида/бактерицида в растениеводстве, используя подходящие фразы из устного творчества этого выдающегося оратора.

  1. «Самоубийственные бомбежки усилились». Низкая токсичность и широкий спектр действия перекиси востребован в условиях, когда резистентность патогенов к «новым» фунгицидам ставит под сомнение целесообразность их использования, а высокая токсичность «старых» контактных препаратов не соответствует требованиям к безопасности.
  1. «Это не загрязнение наносит вред окружающей среде, а те примеси, которые находятся в воздухе и воде». Перекись водорода разлагается на воду и кислород. Поэтому ее можно использовать для поздних (в том числе и предуборочных) обработок. По той же причине адепты «модных» нынче «органических» и «экологически чистых» технологии выращивания с/х культур могут без угрызений совести защищать свои растения от болезней.
  1. «Подавляющая часть нашего импорта поступает из заграницы». Таки да, исключение — это то, что делают на Малой Арнаутской и прочих подобных местах. Перекись производится в Украине, поэтому ее использование не только экологично, но и патриотично.
  1. «Это ваши деньги, вы заплатили за них». Перекись водорода — доступный по цене препарат. При использовании 30% перекиси стоимость однократной обработки гектара не превышает 1 доллара США.

 

Александр Гончаров специально для ИА «Инфоиндустрия»