3. Множество препаратов, множество функций.

Разнообразие продуктов среди растительных биостимуляторов велико, а их функционирование в некоторых случаях очень сложно. Тем не менее, эти еще весьма непривычные продукты по их действию можно чаще всего объединить в три группы более высокого уровня.

НАШ АВТОР

Профессор д-р Гюнтер Нойманн,

Институт растениеводства,

Университет Хоэнхайма

Абиотический стресс снижает потенциал урожайности всех основных сельскохозяйственных культур примерно на 65-80% во всем мире — из-за прогрессирующего изменения климата. Засуха и жара оказывают наибольшее влияние на урожайность. Кроме того, высокие затраты на производственные ресурсы и юридические ограничения в отношении средств защиты растений и удобрений ставят нам предел по урожайности. 

На этом фоне все чаще обсуждаются подающие надежды так называемые биостимуляторы. Они открывают перспективу обеспечения урожайности за счет повышения стрессоустойчивости растений даже в неблагоприятных условиях выращивания.

3.1. ИЗ НИШЕВОГО ТОВАРА -  В ТОВАР ШИРОКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

Хотя биостимуляторы уже давно известны как нишевые продукты, в настоящее время они все чаще используются в связи с описанными проблемами благодаря многочисленным новым разработкам.

Даже сегодня эта группа продуктов представляет собой растущий рынок с мировыми продажами, которые в настоящее время составляют около 3 миллиардов долларов. США показывают ежегодные темпы роста, составляющие от 12 до 15 %. Основная доля использования биостимуляторов в Европе и Северной Америке приходится на выращивание фруктов, овощей и, все чаще, на полеводство (в аналогичных пропорциях).

При этом основную долю составляют немикробиологические биостимуляторы, такие как аминокислоты, пептиды, экстракты водорослей и растений, гуминовые вещества, а также неорганические вещества, выполняющие защитные функции, такие как кремний или селен. Продукты на основе микроорганизмов в настоящее время составляют около 25% доли рынка.

Препараты в основном применяются способом листовых обработок. Но почвенное внесение и недорогая обработка семян приобретают все большее значение. Несмотря на большое разнообразие и часто сложный состав различных биостимуляторов, все же можно выделить общие принципы действия (см. рис. 1). Ниже они распределены по подгруппам.

3.2. АКТИВАТОРЫ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ СТРЕССА.

Общим свойством многих немикробных и микробных биостимуляторов является способность активировать адаптацию растений к абиотическому, но зачастую и к биотическому стрессу. Широкий спектр действия обусловлен тем, что в метаболизме растений существует множество одних и тех же  сигнальных путей для ответной реакции на различные факторы стресса. Ключевую роль в этом играют так называемые „свободные радикалы", которые растения неизбежно постоянно образуют как побочные продукты метаболизма. Поскольку они очень активны, они могут вызвать повреждение клеток и мембран. Следовательно, их необходимо постоянно выводить из организма, например, путем выработки антиоксидантов или специальных ферментов, улавливающих свободные радикалы.

Стрессовые состояния обычно приводят к повышению уровня свободных радикалов, и многие видимые повреждения связаны с их неправильной детоксикацией. Основными сигналами для активации механизмов детоксикации, а также для других адаптаций к стрессу, таких как сокращение транспирации, изменения в поведении роста или накопление защитных веществ, служат, с одной стороны, повышенная концентрация самих радикалов, а с другой - продукты метаболизма, выделяемые в результате воздействия стресса.

Определенные продукты микробного метаболизма или компоненты их клеточной стенки также оказывают сигнальное действие, тем самым указывая на присутствие возможного стрессового фактора. Это позволяет растениям активировать защитные меры. Кроме того, в передаче сигналов участвуют растительные гормоны и другие сигнальные вещества, такие как, например, сигнальные пептиды. Такие адаптации к стрессу особенно эффективны тогда, когда они были предварительно активированы умеренным стрессовым событием, которое еще не нанесло прямого ущерба (стресс-прайминг). В „серьезном случае" возможна быстрая обратная реакция.

Биостимуляторы также начинают действовать именно в этом месте: в случае немикробных продуктов на основе экстрактов растительных тканей и ингредиентов (например, экстрактов водорослей / растений / компоста, аминокислот и пептидов) сигнальные вещества, описанные выше, также могут высвобождаться в процессе экстракции. Однако даже полезные микроорганизмы изначально распознаются как потенциальная угроза через их сигнальные вещества. Но это имеет положительный эффект, так как часто приводит к активизации антистрессовых реакций, которые системно влияют не только на очаг инфекции, но и на другие органы растения. Кроме того, микроорганизмы могут сами активно вырабатывать растительные гормоны или косвенно влиять на метаболизм растительных гормонов для адаптации к стрессу.

Промежуточный вывод: итак, биостимуляторы можно использовать для контролируемой активации адаптации растений к стрессу, чтобы подготовить растение к возможным стрессовым обстоятельствам. Об этом также свидетельствует эксперимент с озимой пшеницей, представленный на рис. 2.

3.3. РОСТ КОРНЕЙ И УСВОЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Еще одно широко распространенное свойство биостимуляторов - стимуляция развития корней. Это свойство обеспечивает улучшенное усвоение питательных веществ и воды, чем можно объяснить многие наблюдаемые полезные эффекты. Предпосылкой является то, что многие полезные микроорганизмы (а также и патогены) способны продуцировать гормоны растений, способствующие росту корней (в частности, ауксины). Кроме того, они могут косвенно „программировать" метаболизм гормонов растений в направлении стимулирования роста корней, тем самым создавая для себя новые места для заселения.

Немикробные биостимуляторы также могут содержать гормоны растений, стимулирующие рост корней, сигнальные пептиды или гормоноподобные вещества. Кроме того, возможны косвенные эффекты защиты от стресса, описанные выше. В самом широком смысле слова микоризные грибы также подпадают под эту функциональную категорию. Их тонкие гифы выполняют для корней функцию усвоения питательных веществ.

3.4. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОСТИМУЛЯТОРОВ 

Помимо широко распространенных эффектов, описанных к настоящему времени у различных классов биостимуляторов, существуют также эффекты, характерные для отдельных категорий продуктов:

Микробиологическая фиксация азота: центральная роль определенных групп почвенных микроорганизмов в обороте азота (N) и фосфора (P) в почве и, следовательно, в доступности этих питательных веществ для растений объясняет интерес к использованию таких микроорганизмов также в качестве биостимуляторов. Таким образом, многие продукты содержат так называемые диазотрофные бактерии, которые могут связывать атмосферный азот(N2). Таким образом, они должны — подобно клубеньковым бактериям на бобовых культурах — способствовать улучшению снабжения культур азотом и экономии удобрений.

Однако многочисленные исследования показали, что прямой вклад таких азотфиксирующих биостимуляторов в рацион питания, например, зерновых культур, незначителен в климатических условиях Центральной Европы. Более выраженные эффекты были обнаружены в тропическом и субтропическом климате, особенно на культурах С4, таких как кукуруза и сахарный тростник. Это, вероятно, связано с улучшением снабжения углеродом за счет усиления корневых выделений, внутренней колонизации корней и более интенсивного обмена углеродных соединений в почве. В этих условиях диазотрофные бактерии могут лучше удовлетворять свои сравнительно высокие потребности в углероде и энергии.

В этом контексте интересна новая группа продуктов на основе азотфиксирующей бактерии Methylobacterium symbioticum. Он способен колонизировать листья через устьица, что делает его пригодным — в отличие от почвенных бактерий — для опрыскивания листьев в плотных насаждениях. Однако первоначальные сообщения об экономии азотных удобрений на 20-30% также поступают из средиземноморского и субтропического климатов. Исследования уровня прямого вклада бактериальной фиксации азота в обеспечении азотного питания растения еще не проведены. Однако, подобно почвенным диазотрофным бактериям, метилобактерии проявляют и другие стимулирующие рост растения эффекты, которые также могут способствовать улучшению усвоения питательных веществ. Посредством этих эффектов наблюдаемая экономия азота может быть объяснена независимо от непосредственной фиксации атмосферного азота.

Мобилизация фосфора: до 50% почвенных бактерий и 0,5% почвенных грибов способны извлекать труднодоступный фосфор почвы. Следовательно, они составляют еще одну важную группу микробиологических биостимуляторов. Однако, с одной стороны, различные недавние обзорные исследования показывают, что, по крайней мере, мобилизация труднорастворимых минеральных фосфатов (аналогично связыванию атмосферного азота) вряд ли может внести прямой вклад в питание растения в полевых условиях. С другой стороны, они показывают, что наблюдаемые эффекты с большей вероятностью можно объяснить косвенными эффектами, такими как стимуляция роста корней или, в более долгосрочной перспективе, высвобождением фосфата из мертвой биомассы микробиома.

Стимулирование микробиоты: В настоящее время для некоторых микробных, а также немикробных биостимуляторов продемонстрирована, по крайней мере, временная стимуляция развития естественных полезных популяций микроорганизмов с результатом, способствующим росту растений. Но наблюдаемые эффекты трудно предсказать, потому что соответствующий эффект в значительной степени определяется условиями местности. Таким образом, маловероятно, что только за счет применения таких штаммов микроорганизмов можно добиться долгосрочных улучшений состояния почвы за счет увеличения популяций полезных микроорганизмов. Здесь необходимы интегрированные стратегии внесения, которые, например, создают оптимальные условия для создания соответствующих популяций микроорганизмов с помощью адаптированного внесения удобрений, накопления гумуса и управления севооборотом. 

Стимулирование метаболических процессов: Для различных продуктов (например, гуминовых веществ, пептидов) также описано избирательное стимулирование определенных метаболических процессов. Это могут быть, например, повышенная скорость фотосинтеза, а также стимуляция усвоения питательных веществ путем целенаправленной активации транспортных систем или собственных механизмов мобилизации питательных веществ растениями.

3.5. ВОЗМОЖНОСТИ И РИСКИ

Насколько очевидны эффекты от применения биостимуляторов, определяют генетические характеристики растения и его текущий физиологический статус, на который влияют преобладающие условия окружающей среды и поля в каждом конкретном случае. Таким образом, в оптимальных условиях выращивания эффект в лучшем случае очень слабо выражен. Таким образом, дозировка и выбор времени применения биостимуляторов требует большого опыта. При неправильном применении вполне могут возникнуть и негативные эффекты — это относится, например, к передозировке, когда растение не может адекватно покрыть дополнительные затраты энергии, которые оно должно расходовать на индукцию защитных реакций. Здесь может возникнуть конкуренция между формированием иммунного ответа и формированием урожая.

Стандартизация состава, особенно в случае сложных экстрактов природного происхождения, является еще одной серьезной проблемой.

Понимание о возможных реакциях между различными ингредиентами на сегодняшний день находится только на начальном этапе. В случае микроорганизмов успешная колонизация растения-хозяина имеет важное значение для эффективности действия биопрепарата. Здесь особенно важна начальная стадия заселения. Если в этот период действуют стрессовые факторы, они могут негативно повлиять на колонизацию и помешать микроорганизмам проявить свои потенциальные защитные эффекты.

Многие из антистрессовых ответов, вызванных биостимуляторами, также зависят от достаточного количества питательных микроэлементов, таких как цинк, марганец, железо и медь. Их способность усваиваться корнем часто значительно снижается в стрессовых условиях, даже при фактически достаточном содержании их в почве.

Часто встречающаяся способность активировать адаптацию к стрессу является неоспоримым преимуществом для всех известных классов биостимуляторов, что обеспечивает высокую гибкость в разработке стратегий применения.

3.6. ИТОГ

Принципиальные механизмы действия растительных биостимуляторов во многих случаях уже хорошо изучены. Однако при определении условий, позволяющих успешно применять его с воспроизводимыми результатами, зачастую все еще существует широкая потребность в исследованиях и информации. Это особенно актуально при использования в полевых условиях и включает в себя следующие факторы:

• Совместимость с различными технологическими мероприятиями, а также влияние местоположения и севооборота,

 • тип и интенсивность системы удобрения,

• видовые и сортовые особенности растений, 

• взаимодействие с естественным почвенным микробиомом, 

• потенциал для использования дополнительных или синергетических эффектов, в комбинациях различных продуктов.

Перечисленное иллюстрирует, насколько сложной является разработка перспективных стратегий на практике — потребители должны знать об этом при оценке результата.

Даниэль Даббелт