Сегодня сельскохозяйственные угодья часто представляют собой обширные поля, засеянные одной культурой. Такой подход повышает урожайность и эффективность производства, но одновременно создает благоприятные условия для распространения болезней.

Ежегодно мир теряет 40% и более урожая из-за вредителей и болезней. Для борьбы с этими угрозами ежегодно применяется более 4 млн тонн пестицидов. Однако эти химические препараты наносят ущерб почве, водным ресурсам и в конечном итоге здоровью потребителей.

Проблема усугубляется тем, что пестициды не всегда эффективны против инфекций. Часто болезни обнаруживаются лишь тогда, когда симптомы уже видны на растениях, и в этот момент спасти их бывает уже поздно.

Формирование невосприимчивости к пестицидам

Особую опасность представляют грибковые патогены. Ожидается, что изменение климата приведет к увеличению потерь урожая от их деятельности, делая борьбу с фитопатогенами еще более актуальной. Однако простое увеличение использования химикатов не является решением. Подобно тому, как бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам, грибы могут стать невосприимчивыми к фунгицидам. Более того, некоторые фунгициды могут нарушать гормональный баланс у животных, что создает дополнительные риски для здоровья человека при увеличении их применения.

В связи с этим в ряде стран уже введены запреты на использование некоторых ключевых фунгицидов. По мере вывода этих химикатов из оборота важно обдуманно использовать оставшиеся средства, чтобы замедлить развитие устойчивости у патогенов.

Новый подход к раннему выявлению угроз

Исследователи из Музея естественной истории и Института Эрлхэма разработали инновационный метод для обнаружения возбудителей болезней растений на ранних стадиях, еще до того, как они станут серьезной проблемой. Устройство под названием AirSeq способно анализировать тысячи литров воздуха, выявляя специфические ДНК-фрагменты грибковых и бактериальных фитопатогенов.

Принцип работы AirSeq заключается в прогонке воздуха через систему фильтров. Частицы, улавливаемые фильтрами, попадают в специальную жидкость. Затем эта жидкость концентрируется, из нее извлекается ДНК, которая затем анализируется.

Результаты испытаний

Полевые испытания на посевах пшеницы, ячменя и гороха продемонстрировали эффективность AirSeq. Устройство позволяет отслеживать динамику содержания ДНК фитопатогенов в течение года. Это дает возможность своевременно принимать меры, когда риск заражения наиболее высок.

AirSeq позволяет определить, какие микроорганизмы присутствуют в воздухе и в каком количестве. Это, в свою очередь, помогает оценить реальную необходимость применения пестицидов. Таким образом, фермеры смогут более рационально подходить к химической обработке посевов, экономя средства и способствуя развитию более устойчивых методов ведения сельского хозяйства.

Прогресс в области науки и техники открывает возможности для принятия верных решений и получения точных данных в ходе исследований. Специалисты Всероссийского центра карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) разрабатывают передовые методы обнаружения карантинных вредителей и эффективные средства для борьбы с рядом патогенов. Благодаря самому современному оборудованию, используемому в исследованиях, процесс диагностики становится более быстрым и точным.

Источник: Michael Giolai et al, Measuring air metagenomic diversity in an agricultural ecosystem, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.030