Стробілурини в актуальних умовах захисту рослин

Серед різноманітних засобів захисту рослин чільне місце посідають фунгіциди — препарати для боротьби з грибковими захворюваннями. На початку 1990-х років у світі захисту рослин відбулася справжня революція з появою нової групи фунгіцидів — стробілуринів. Ця група сполук швидко завоювала популярність завдяки своїй високій ефективності, широкому спектрові дії та сприятливому екологічному профілю.

Історія створення стробілуринів

Історія стробілуринів починається з вивчення природних захисних механізмів грибів. У 1970-х роках дослідники звернули увагу на цікаве явище: деякі види дереворуйнівних грибів виділяли речовини, які пригнічували ріст інших грибів. Ці природні фунгіциди отримали назву «стробілурини», від латинської назви гриба Strobilurus tenacellus, з якого вони були вперше виділені.

Природні стробілурини виявилися нестабільними на світлі, що робило їх непридатними для прямого використання в сільському господарстві. Однак їх унікальний механізм дії спонукав вчених до розробки синтетичних аналогів, які б зберігали ефективність природних сполук, але були б стабільними в польових умовах.

Прорив стався в середині 1990-х років, коли кілька великих агрохімічних компаній майже одночасно представили свої версії синтетичних стробілуринів. Ці сполуки зберегли основний механізм дії природних прототипів, але були значно стабільнішими та ефективнішими в польових умовах.

Особливості стробілуринів

Стробілурини вирізняються особливим механізмом дії, який робить їх дуже важливими в боротьбі з грибковими захворюваннями рослин.

Стробілурини діють шляхом інгібування мітохондріального дихання грибів. Вони блокують перенесення електронів у комплексі III дихального ланцюга (цитохром bc1), що призводить до порушення енергетичного обміну і загибелі патогену.

Завдяки цьому стробілурини мають широкий спектр дії проти багатьох класів фітопатогенних грибів, включаючи аскоміцети, базидіоміцети та ооміцети.

Стробілурини особливо ефективні на ранніх стадіях розвитку хвороби для профілактики зараження. Крім фунгіцидної дії, стробілурини забезпечують позитивний вплив на фізіологію рослин, покращуючи засвоєння азоту, підвищуючи стійкість до стресів та подовжуючи вегетаційний період.

На 2024 р., згідно з систематизацією FRAC (Fungicide Resistance Action Committee), група 11 та 11А стробілурини, що за механізмом дії є інгібіторами зовнішнього хінону й пригнічують дихання грибів, налічувала 21 діючу речовину, проте далеко не всі вони використовуються в сільському господарстві з тих чи інших причин. Зокрема, можна виділити лише 5–6 найбільш поширених діючих речовин із цієї групи, до розгляду яких ми й переходимо.

Ключові діючі речовини

Азоксистробін (1996 р.) Азоксистробін, розроблений компанією ICI (нині Syngenta), став першим комерційно доступним стробілурином. Він швидко завоював популярність завдяки низці притаманних йому властивостей, що й зараз вирізняють його з-поміж більшості стробілуринів. Йдеться про системні властивості, тривалий захисний ефект, низьку токсичність і сприятливий екотоксикологічний профіль загалом.

Кресоксим-метил (1997 р.) став другим стробілурином на ринку. Він відрізняється вираженою трансламінарною активністю та стійкістю до змивання опадами.

Трифлоксистробін (1999 р.) був синтезований і розроблений дослідниками Novartis (нині Syngenta). Характеризується мезосистемною активністю, широким спектром дії на зернових, плодових та овочевих культурах, стійкістю до змивання.

Піраклостробін (2002 р.) характеризується комбінацією захисної та лікувальної дій, фізіологічним впливом на рослини.

Пікоксистробін (2002 р.), розроблений Syngenta, характеризується системною та трансламінарною активністю, швидким поглинанням і позитивним впливом на фізіологію рослин.

Приблизна оцінка обсягів виробництва стробілуринів, базуючись на доступних даних ринкових досліджень та звітів галузевих аналітиків станом на 2024 рік, представлена в табл. 1.

Таблиця 1. Оцінка обсягів виробництва основних діючих речовин групи стробілуринів

Чому стробілурини набули такої популярності та чим вони відрізняються від інших, найпоширеніших груп фунгіцидів?

Стробілурини vs триазоли

1. Стробілурини за механізмом дії є інгібіторами мітохондріального дихання, тимчасом як триазоли порушують біосинтез ергостеролу в клітинних мембранах грибів. Завдяки притаманному стробілуринам механізму дії, вони є активними вже на ранніх етапах патологічного процесу, натомість триазоли малоефективні на початкових етапах, але мають вищу ерадикативну (лікувальну) ефективність на інфекцію, що вже проникла й поширюється всередині рослини.
2. Обидві групи мають широкий спектр дії, але стробілурини, крім вищих грибів, за умови профілактичного застосування також є ефективними і проти ооміцетів.
3. Триазоли мають кращу системну активність, завдяки чому здатні пригнічувати розвиток інфекції в місцях, де не потрапив робочий розчин при нанесенні.
4. Ризик розвитку резистентності у стробілуринів середній-високий, тоді як у триазолів середній.

Стробілурини vs бензимідазоли (карбендазим, беноміл, тіофанат-метил)

1. Механізм дії бензимідазолів полягає в порушенні поділу клітин грибів, впливаючи на β-тубулін, завдяки чому вони також є ефективними на ранніх стадіях розвитку хвороби, проте термін їх захисної дії обмежений.
2. За спектром дії стробілурини значно переважають бензимідазоли.
3. Відповідно до класифікації за ризиком резистентності, бензимідазоли мають високий ризик і багато випадків підтвердженої резистентності в польових умовах, через що вони майже втратили свою актуальність.

Стробілурини vs інгібітори сукцинатдегідрогенази (SDHI)

1. Механізм дії обох груп у дечому подібний, оскільки SDHI блокують комплекс II дихального ланцюга, натомість стробілурини — комплекс III (рис. 1).
2. Незважаючи на те, що SDHI, як і стробілурини, є інгібіторами дихання, вони не активні проти несправжніх грибів. Окрім того, SDHI вважаються більш вузькоспеціалізованими, ніж стробілурини. Водночас обидві групи вирізняються своїми захисними властивостями, тому їх доцільно застосовувати на ранніх етапах розвитку хвороб.

Рис. 1. Ділянки впливу стробілуринів та інгібіторів сукцинатдегідрогенази (SDHI)

Фізико-хімічні властивості, або біокінетика стробілуринів

Фізико-хімічні властивості стробілуринів та фунгіцидів загалом мають значний вплив на їх загальну ефективність, спектр активності та тривалість захисної дії. Пропонуємо розглянути ключові властивості та їх вплив.

1. Розчинність у воді визначає здатність активного інгредієнта до перерозподілу й переміщення в тканинах рослини із сокорухом. Цей показник безпосередньо впливає на ефективність, оскільки висока розчинність сприяє кращому поглинанню речовини рослиною, але в той же час може призвести і до швидшого її метаболізму й скорочення терміну захисної дії. З іншого боку, низька розчинність може подовжити захисну дію, але зменшити швидкість початкового ефекту. Проте не варто забувати, що висока чи низька розчинність сама по собі без активності д. р. проти конкретної хвороби може бути даремною.
2. Коефіцієнт ліпофільності (log P), тобто спорідненість із восковим шаром. Чим вище значення коефіцієнта ліпофільності, тим сильніше речовина «вбудовується» у восковий шар на поверхні рослин, і їй потрібно більше часу, щоб проникнути всередину рослини, й навпаки. З одного боку, висока ліпофільність сприятиме подовженню дії, але з іншого — низька фотостабільність чи, наприклад, вплив певного фактора на восковий шар рослини (як от змивання) позначиться і на терміні дії фунгіциду. Отже, в ідеалі потрібно, щоб речовина мала баланс між водорозчинністю та ліпофільністю.
3. Тиск пари, або «парова фаза» визначає леткість сполуки. Цей показник також безпосередньо впливає на ефективність, оскільки низький тиск пари зменшує втрати через випаровування і сприяє подовженню захисної дії загалом. Високий тиск пари дозволяє речовинам, для яких він характерний, перерозподілятися на поверхні рослин і таким чином захищати необроблені робочим розчином ділянки. Проте не слід переоцінювати як кількість речовини, що може в такий спосіб перерозподілятися, так і відстань від місця нанесення, на яку може переміститися речовина. І навпаки, високий тиск пари може призвести до непродуктивних втрат речовини через леткість та погіршення її екотоксикологічних властивостей.
4. Фотостабільність діючої речовини впливає на стійкість до її розкладання під дією сонячного світла. Отже, висока фотостабільність забезпечує триваліший термін захисної дії
5. pH-стабільність визначає стійкість до розкладання при різних рівнях pH та стабільність у різних середовищах (ґрунт, рослинні тканини).
6. Стійкість до гідролізу впливає на стабільність активного інгредієнта у водному середовищі, що також позначається на терміні захисної дії в польових умовах.

Пропонуємо звести всі ці показники в одну таблицю (табл. 2) для наочного порівняння.

Таблиця 2. Порівняння стробілуринів за фізико-хімічними властивостями (Pesticide Properties DataBase)

Якщо узагальнити дані, наведені в табл. 2, то кращу системність (найвищий показник водорозчинності та найнижчий коефіцієнт ліпофільності) має азоксистробін, далі пікоксистробін та димоксистробін. За показником тиску пари найвище значення має пікоксистробін, далі трифлоксистробін та крезоксим-метил, але поряд із цим, через леткість вказаних речовин, може втрачатися до 10–15 % д. р. Проте, якщо ми порівняємо найвищий показник тиску пари для стробілуринів — 0,0055 mPa у пікоксистробіну — з, наприклад, проквіназидом (0,09 mPa), що відноситься до іншої групи сполук та для якого теж характерним є перерозподіл через парову фазу, то в проквіназиду показник тиску пари буде в 16 разів вищим, ніж у пікоксистробіну, при втратах через леткість на рівні 14,4 % (Pesticide Properties DataBase).

Для порівняння стробілуринів за показником фотостабільності та формування повноцінних висновків не вистачає наявної у відкритих джерелах інформації по вказаному показникові у димоксистробіну та пікоксистробіну.

За pH стабільністю у різних середовищах (ґрунт, рослинні тканини) варто виділити азоксистробін та димоксистробін, тимчасом як інші речовини мають вужчий діапазон стійкості.

Окрім фізико-хімічних властивостей, на ефективність та спектр дії стробілуринів впливає низка інших важливих факторів. Це насамперед молекулярна структура, або будова молекули, що включає специфічні функціональні групи, просторову конфігурацію молекули та її розмір і форму. Ці фактори впливають на здатність молекули зв'язуватися з цільовою ділянкою впливу в мітохондріях патогенів. І звісно, спорідненість з ділянкою впливу, або внутрішня активність речовини, що обумовлює силу зв'язування з комплексом III (цитохром bc1), має найвищий вплив на ефективність.

Та не варто забувати й про інший фундаментальний фактор, що не тільки впливає на ефективність та тривалість дії активного інгредієнта, а й потенційно може прискорити розвиток і поширення резистентності. Йдеться про фізичну норму використання. Так, неправильне застосування стробілуринів, наприклад, у заниженому дозуванні та на пізніх стадіях розвитку хвороби може підвищити ризик розвитку резистентності. Зареєстровані норми використання найпоширеніших стробілуринів зазначені у табл. 3.

Таблиця 3. Зареєстровані норми застосування найпоширеніших стробілуринів, (Pesticide Properties DataBase)

Отже, ми розглянули основні властивості та характеристики стробілуринів і причини, з яких вони стали однією із найпоширеніших груп фунгіцидів, тому переходимо до аналізу перспектив їх подальшого використання разом із викликами та обмеженнями.

На сьогодні стробілурини вважаються менш перспективною та інноваційною групою фунгіцидів порівняно з SDHI, та чи так це? Із цим твердженням можна посперечатися, оскільки історія SDHI почалася ще в далекому 1969 р. з виведенням на ринок карбоксину, який володів досить обмеженим спектром дії та активністю. Для порівняння, стробілурини стали крокувати полями світу починаючи з 1996 р., тобто через 27 років після появи карбоксину, і за спектром дії перший у світі стробілурин — азоксистробін — й досі перевершує більшість SDHI. Однак за останні два десятиріччя за кількістю нових діючих речовин, що з’явилися в цей період, стробілурини дійсно значно поступаються SDHI, пік розвитку яких почався в 2000-х роках і триває й досі. Серед комерціалізованих стробілуринів за останні два десятиріччя можна виділити лише 2–3 діючі речовини (орісастробін у 2010 р., фенаміностробін у 2014 р., метилтетрапрол у 2018 р.), але й вони не набули значного поширення, тимчасом як починаючи з 2003 р. з’явилася низка важливих речовин із групи SDHI (боскалід, біксафен, флуксапіроксад, Солатенол™, Адепідин®), які продовжать з’являтися і в майбутньому. 

Чому так відбувається й чи дійсно стробілурини втрачають свою актуальність?

Основні причини можна поділити на 3 групи:

1. Зміна парадигми розвитку ринку фунгіцидів, причиною якої стали успіх SDHI, переорієнтація на пошук нових механізмів дії для управління резистентністю, втрата патентного захисту більшості стробілуринів та насичення ринку генеричними препаратами. Також варто виділити низку технічних, економічних й екологічних причин, з огляду на які розробка нових речовин групи стробілуринів значно ускладнилася.
2. Резистентність патогенів через особливий та спільний для стробілуринів механізм їх дії, а саме інгібування комплексу III мітохондріального дихання, що виявився вразливим до розвитку резистентності через точкові мутації.
3. Побоювання використання стробілуринів за високої температури повітря та дефіциту вологи.

Наразі вивченням проблематики резистентності займається комітет з протидії розвитку стійкості патогенів до фунгіцидів (FRAC). За класифікацією FRAC, фунгіциди розподіляються на групи відповідно до механізму їхньої дії (специфічний клітинний процес, який інгібується певним фунгіцидом). FRAC наразі нараховує 11 груп діючих речовин відповідно до механізму дії. Кожна група має свою систематизацію згідно з ризиком виникнення резистентності.

Серед ключових груп д. р., що найчастіше використовуються в нашій країні, слід виокремити такі:

• Інгібітори дихання — стробілурини (група 11 згідно з класифікацією FRAC): високий ризик виникнення резистентності. Крос-резистентність між всіма д. р. групи (табл. 4).
• Інгібітори дихання (група 7) — інгібітори сукцинатдегідрогенази (SDHI): середній-високий ризик виникнення резистентності. Також спостерігається крос-резистентність між всіма д. р. цієї групи у більшості випадків (табл. 4).
• Інгібітори біосинтезу стеролу (SBI) — триазоли, імідазоли (група 3) мають середній ризик розвитку до них резистентності (табл. 5). У цілому крос-резистентність спостерігається для всіх триазолів, проте в деяких випадках можуть бути відмінності. Так, для септоріозу пшениці (Septoria tritici) та церкоспорозу цукрового буряку (Cercospora beticola) крос-резистентність спостерігається по двох підгрупах: перша — протіоконазол, епоксиконазол, ципроконазол; друга — дифеноконазол, тебуконазол, мефентрифлуконазол. Варто зазначити, що розподіл по групах у вказаних випадках не означає те, що одна, наприклад перша підгрупа, збереже свою ефективність за умови виникнення резистентності до другої групи. Це означає те, що залежно від популяції гриба на конкретному полі одна група може бути дещо ефективнішою за іншу.
• Інгібітори біосинтезу стеролу (SBI) — аміни (група 5): низький-середній ризик виникнення резистентності (табл. 5).

Таблиця 4. Інгібітори дихання (стробілурини та SDHI)

Таблиця 5. Інгібітори біосинтезу стеролу (триазоли, імідазоли, морфоліни)

Стробілурини мають високий ризик появи до них резистентності, інгібітори сукцинатдегідрогенази (SDHI) — середній-високий. Обидві вказані групи мають випадки підтвердженої резистентності у польових умовах у світі. Тому, використовуючи ці групи фунгіцидів, слід бути обачними і дотримуватися рекомендацій, що допоможуть попередити появу резистентності. До таких рекомендацій слід віднести:

• Використання комбінованих препаратів, що містять д. р. різних груп з різним механізмом дії, наприклад, поєднання стробілурин + триазол, тимчасом як поєднання стробілурин + SDHI вважається не зовсім правильним, оскільки обидві групи мають високий ризик і в дечому подібний механізм дії.
• Не занижувати дозування, застосовувати фунгіциди вчасно — профілактично або за перших ознак розвитку хвороб (особливо стробілурини та SDHI).
• Чергування груп д. р., оскільки їх заміна в межах групи не є антирезистентною стратегією, наприклад, заміна піраклостробіну на пікоксистробін.
• Використання інтегрованих систем захисту (біопрепарати, контактні фунгіциди, стійкі сорти, обробіток ґрунту із заробкою рослинних решток, сівозміна, обґрунтовані норми азотних добрив).
• При виборі двох і більше компонентних фунгіцидів слід звертати увагу на те, щоб обидва компоненти препарату мали достатню ефективність проти цільового патогену.
• Для стробілуринів та SDHI на зернових культурах і буряку цукровому максимальна кількість обробок протягом сезону — не більше ніж дві. Варто зауважити, що у разі, коли для протруювання насіння зернових використовувався SDHI, що має ефективність проти листкових хвороб, це вже рахується як одна з двох можливих обробок за сезон.

То яка ж ситуація із резистентністю грибкових хвороб до основних груп фунгіцидів загалом і стробілуринів зокрема в країнах Європи та в Україні?

Наявні дані моніторингу резистентності в Європі свідчать про поступове поширення стійких до SDHI мутацій септоріозу (Ірландія та Сполучене Королівство, Франція, Німеччина) як однієї з найбільш економічно важливих хвороб пшениці озимої, найпоширенішою з яких є sdhC-86S. Залежно від країн поширена мутація септоріозу пшениці (Zymoseptoria tritici) cytb-143A, що є стійкою до групи стробілуринів. Відмічається і поступове зниження чутливості септоріозу пшениці до інгібіторів біосинтезу стеролу — триазолів. Доступні результати моніторингу резистентності в Україні дещо відрізняються від країн Європи насамперед значно меншою частотою виявлення стійких до SDHI та стробілуринів мутацій, що можна пояснити меншою інтенсивністю використання фунгіцидів та тиску хвороб загалом. Проте спільними є висока частота виявлення мутацій cytb-143A церкоспорозу буряку цукрового до стробілуринів та зменшення його чутливості до триазолів.

Наступний фактор, що переважно є обмежуючим у використанні стробілуринів у нашій країні, — це висока температура повітря, частий дефіцит вологи на момент їх застосування і можливий їх сукупний негативний вплив на культуру

Гіпотеза про фітотоксичний вплив стробілуринів за високої температури є досить поширеною на наших теренах, але водночас аналіз як вітчизняних, так і закордонних наукових публікацій в абсолютній більшості свідчить про те, що стробілурини покращують ефективність використання вологи та позитивно впливають на біомасу рослин і врожайність культур загалом.

Так, результати досліджень деяких авторів показали, що застосування стробілуринового фунгіциду покращувало ефективність використання води рослинами (пшениця та ячмінь) за умови відсутності стресу, спричиненого дефіцитом вологи. Однак, коли ці рослини перебували в стані стресу, спричиненого посухою, відзначено зниження чистої асиміляції СО2, швидкість транспірації та продихову провідність води, що, можливо, було пов’язано зі зменшенням активності самих продихів. 

Механізм впливу стробілуринів на продихи складний і до кінця не вивчений. Деякі дослідники припускають, що стробілурини можуть діяти безпосередньо на мітохондрії клітин, натомість інші вважають, що вони опосередковано впливають на продихи через синтез абсцизової кислоти (АБК) у рослинах, яка є рослинним гормоном, що в тому числі регулює закриття продихів.

Відповідно, можна зробити попередній висновок, що ключове значення має рівень вологозабезпечення культури, і це підтверджує низка досліджень, які вивчали вплив стробілуринів на ефективність використання води (WUE — Water Use Efficiency) за різних рівнів вологозабезпечення для зернових культур і соняшнику.

На пшениці дослідження, яке було проведене Nason et al. (2007), показало, що застосування піраклостробіну підвищувало WUE на 4–8 % в умовах помірного водного стресу. На ячмені дослідження Swoboda and Pedersen (2009) виявило, що застосування азоксистробіну підвищувало WUE на 3–7 % за різних рівнів вологозабезпечення. На соняшнику дослідження, проведене Hussain et al. (2012), показало, що застосування азоксистробіну підвищувало WUE на 6–10 % в умовах помірного водного стресу.

Проте існує низка досліджень, які демонструють потенційний негативний вплив стробілуринів на рослини за умов посухи.

Так, під час досліджень Wu and von Tiedemann (2001) на пшениці було виявлено, що застосування крезоксим-метилу в умовах значної посухи може посилювати оксидативний стрес і призводити до зниження врожайності на 5–8 %, а результати дослідів Swoboda and Pedersen (2009) показали, що застосування піраклостробіну на сої в умовах сильного водного дефіциту може призводити до зниження врожайності на 4–9 % через посилення стресової реакції рослин.

Та чи такі властивості характерні лише для стробілуринів, чи інші групи фунгіцидів також можуть мати негативний вплив за стресових умов? Питання справедливе, оскільки для більшості фунгіцидів умови застосування однакові.

Дослідження Wu et al. (2006) виявили, що використання тебуконазолу на пшениці в умовах посухи може призводити до зниження врожайності на 4–7 % через посилення оксидативного стресу та порушення гормонального балансу. 

Результати досліджень Beyer et al. (2014) показали, що застосування флуксапіроксаду на пшениці в умовах сильної посухи може призводити до зниження врожайності на 3–7 % через порушення енергетичного метаболізму рослин, а дослідження Rehfus et al. (2016) виявили, що обробка біксафеном ячменю за водного дефіциту може знижувати ефективність використання води на 4–6 %. 

Kandel et al. (2016) відзначив, що застосування флуопіраму на сої в умовах посухи може призводити до зниження врожайності на 3–5 % через посилення оксидативного стресу. 

Тож, як бачимо, не існує абсолютно безпечних груп речовин, оскільки кожен конкретний препарат має бути використаний у правильний спосіб для досягнення очікуваного результату. Та все ж ключовими для всіх є відсутність стресу рослин на момент застосування препарату, дотримання рекомендованих температур на час внесення та відсутність різких коливань температури за кілька днів до та після нього.

Дякуємо, що дочитали!