Дендрофлора в современных городах становится одним из основных факторов, противодействующих негативным последствиям изменения климата, устраняя загрязнение окружающей среды. Ее сохранение становится особенно актуальным на фоне опасений ученых по поводу возникновения пандемии грибкового происхождения в ближайшем будущем.
Во всем мире возбудители болезней растений наносят огромный вред сельскохозяйственным культурам. Среди них подавляющее количество видов относится к фитопатогенным грибам (более 80%). Потери урожая возделываемых культур от грибных болезней, в зависимости от агроэкоресурсов, в различные годы варьируются от 5 до 30%, а в случае массового развития заболеваний они могут превышать 50%.
— По данным Института ботаники и фитоинтродукции Республики Казахстан, грибковыми заболеваниями в городах Казахстана поражены около 30% древесных пород. Грибковые патогены вызывают широкий спектр симптомов, включая пятнистость иголок, гниение корней, увядание и, в конечном итоге, гибель дерева. Грибковые заболевания могут быть особенно опасны для лесов, где они могут быстро распространяться, приводя к значительным экологическим и экономическим последствиям. Существующие методы лечения грибковых заболеваний остаются неудовлетворительными, и для разработки новых терапевтических альтернатив требуются значительные инвестиции в специальные исследования. Фунгициды играют ключевую роль в борьбе с грибковыми инфекциями, поскольку они позволяют контролировать распространение патогенов и уменьшать ущерб от заболеваний, однако, они имеют ряд недостатков: токсичность, загрязнение водных ресурсов и развитие устойчивости у патогенов, что делает их менее эффективными в долгосрочной перспективе, — рассказывает Д. Мұхамедшәріп.
Помимо высокой токсичности, распространенные фунгициды также не отличаются своей доступностью. Юная исследовательница выяснила, что в настоящее время в Казахстане зарегистрировано порядка 125 торговых наименований фунгицидов, которые имеют высокую себестоимость — цена на них варьируется в пределах от 150 000 до 300 000 тенге за 1 литр.
Среди фунгицидов в трех препаратах отечественного производства содержатся химические вещества, внесенные в список PAN (Особо опасные пестициды): пропиконазол, тиофат-этил, ципроканозол. Из препаратов, ввозимых на территорию Республики Казахстан, 57 содержат химические вещества из международного списка особо опасных пестицидов.
Идея пришла Дане в процессе изучения данного вопроса. Исследуя в рамках другого проекта городские каналы в Таразе, она заметила, что они зарастают харовыми водорослями, которые убирают вручную работники городских служб и вывозят их на городскую свалку. Однако эти водоросли обладают фунгицидными свойствами и могут быть использованы для решения данной проблемы.
Да, научному миру уже широко известны факты разработки инновационных безопасных биологических фунгицидов, однако уникальность проекта девушки из Тараза заключается в используемом для этого материале.
Прежде чем презентовать свою идею общественности, Дана Мұхамедшәріп вместе с научным руководителем, учителем-экспертом биологии, магистром биологии Инной Аксеновой приступили к исследованиям. Сначала им предстояло изучить здоровье флоры в городе, чтобы выявить наличие заболеваний, вызванных грибками, вирусами, бактериями или вредителями, а также определить факторы, которые могут негативно влиять на их рост и состояние. Далее были собраны образцы растений, пораженных болезнями, из них извлекли грибы, которые вызывают заболевания. Их поместили в стерильные лабораторные условия, чтобы вырастить изолированно, без примесей других микроорганизмов. Затем девушке предстояло размножить грибы в лаборатории на специальных питательных средах, чтобы изучить их свойства и то, насколько эффективно с ними будет бороться разрабатываемый фунгицид.
Дана отмечает, что мировые тенденции в управлении болезнями растений смещаются в сторону стратегий биологического контроля посредством постепенного сокращения использования синтетических пестицидов. В этом сценарии новые и эффективные микробные формулы на основе бактерий, грибов или дрожжей могут играть ключевую роль в устойчивом управлении болезнями растений. Но в то же время, есть сложности в использовании биофунгицидов. В первую очередь — это замедленный эффект. Обычные химические фунгициды действуют практически сразу же. Для биофунгцидов нужно время, чтобы действующие организмы начали «работать» против патогенов. Поэтому они больше подходят для профилактики, чем для лечения уже зараженных болезнью посевов. Что также немаловажно — в испытаниях биофунгицидов не выявлено случаев, когда возбудители болезней развивали устойчивость к ним.
— Используя харовые водоросли в качестве биофунгицидов, мы сможем решить сразу несколько проблем: очистить городские каналы от водорослей и создать дешевый экологически безопасный биофунгицид для борьбы с грибковыми заболеваниями, которыми страдают в среднем 46% городской дендрофлоры, — отметила Дана.
Эти цифры были установлены в результате определения масштабов поражения деревьев фитопатогенными грибами, которое производилось в Центральном парке культуры и отдыха имени Т. Рыскулова в Таразе.
— В результате исследовательской работы было установлено, что основными заболеваниями деревьев в Таразе являются: филлостиктоз (бурая пятнистость), фацидиоз (снежное Шютте), фузариоз или трахеомикоз, сероватая пятнистость, шютте обыкновенное сосны, — добавила она.
Эти болезни растений представляют собой серьезную угрозу, так как они могут вызывать значительные повреждения зеленых насаждений, снижая их декоративную ценность, устойчивость и даже жизнеспособность. Так, филлостиктоз ослабляет растения за счет нарушения фотосинтеза и может привести к преждевременному опадению листьев. Фацидиоз вызывает массовую гибель молодых хвойных деревьев, а фузариоз или трахеомикоз, нарушая питание растения, вызывает увядание и гибель особенно опасен, так как быстро распространяется через почву и зараженные остатки.
— Все деревья в городском парке оказались поражены грибковыми паразитами из отдела Ascomycota (Аскомицеты), что обусловлено несколькими факторами. Первой причиной является теплый и сухой климат. Последние три года в городе Таразе наблюдалось очень засушливое лето, что создало стрессовые условия для деревьев. Это подтверждено данными РГП «Казгидромет», согласно которым температура воздуха в областном центре летом 2024 года была выше нормы на 1-2 ℃. Еще одной важной причиной стало быстрое и легкое распространение спор с помощью ветра и насекомых, — отметила Дана.
Но основная работа по проекту предстояла не в поле у деревьев, а в стерильных условиях закрытой лаборатории. Было установлено, что во всех исследуемых образцах с добавлением биофунгицидного раствора, спустя 14 дней не обнаружен рост мицелия фитопатогенных грибов. То есть рост и дальнейшее распространение опасной болезни удалось остановить. Для релевантности результатов исследования эксперименты были проведены пятикратно для каждого вида гриба.
— Нами были исследованы только деревья в одном единственном парке в центре города. Сейчас же необходимо полномасштабное исследование дендрофлоры на территории всего города Тараза с последующей разработкой методов лечения и профилактики грибковых заболеваний. Экстракт из харовых водорослей обладает фунгицидными свойствами и продемонстрировал свою высокую эффективность. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы для производства биофунгицидов в промышленных масштабах для профилактики и лечения городских деревьев, — добавила девушка.
Дана и ее научный руководитель убеждены, что результаты исследования могут заинтересовать Институт защиты и карантина растений как инновационный и экономичный способ защиты растений от грибковых инфекций.
Ранее мы рассказывали о школьнике из Костаная, который изобрел кепку для слабовидящих.