Антибиотики в сельском хозяйстве и их значение

Применение антибиотиков в растениеводстве

В ряде стран использование антибиотиков в ветеринарии и животноводстве для нужд производства пищевых продуктов и в сельском хозяйстве превышает уровни их использования в медицине, что является дополнительным фактором, влияющим на возникновение резистентных микроорганизмов, которые легко могут распространяться в окружающей среде.

Применение антимикробных средств, особенно чрезмерное и неправильное, часто ведет к адаптации микроорганизмов за счет мутаций, генетической рекомбинации и селекции, в результате чего лекарственноустойчивые штаммы могут становиться доминирующими на популяционном уровне, в лечебных учреждениях или в окружающей среде.

В качестве действующих веществ биопрепаратов широко применяются антибиотики, синтезируемые микроорганизмами и подавляющие рост бактерий и других микробов (Кошкин, 2010). Из отечественных антибиотиков наиболее распространен «Фитобактериомицин» - антибиотик, продуцируемый штаммом Streptomyces lavendulae, обладающий широким спектром бактерицидного и фунгицидного действия (Петрухина, 1973).

Антибиотики имеют ряд преимуществ перед синтетическими фунгицидами, а именно: эффективны в небольших дозировках, обладают слабой токсичностью для человека и животных, оказывают наименьшее негативное влияние на полезную микрофлору, но при этом могут вызывать быструю адаптацию патогенов и аллергическую реакцию (Васецкая, 1996).

Значение для растений антибиотических веществ, образующихся в почве, определяется, прежде всего, степенью их поступления через корни и их активностью внутри растения. Вопрос о том, могут ли антибиотические вещества поступать внутрь растений, решен современными исследованиями положительно. Вегетирующие растения активно поглощают корнями различные органические вещества, в том числе и антибиотики, образуемые бактериями, актиномицетами и грибами (Бруннер, 1960; Бондаренко, 1986, 1988; Bouki et al., 2013; Mathews, Reinhold, 2013; Everage et al., 2014).

В экспериментах показано всасывание растениями субтилина, грамицидина, пиоцианина, лихениформина (антибиотики, образуемые бактериями), пенициллина, патулина (антибиотики грибного происхождения), а также стрептомицина, глобиспорина, ауреомицина, террамицина, гризина, гризеофульвина и других (вещества, образуемые актиномицетами). Наиболее быстро и в большем количестве поступает в растения пенициллин, затем гризин и стрептомицин. Мицетин, субтилин, грамицидин поступают в малых количествах и не поднимаются высоко по растению. Хорошо поступают в растения ауреомицин, террамицин, глобиспорин и многие другие активные вещества. Растения поглощают из субстрата не только химически чистые препараты, но и нативные антибиотики в том виде, в каком они выделяются продуцентами (Дьякова, 1972; Быченко, 1974; Ветлугина, 1980; Григорцевич, 1981; Бадяй, 1988; Головлева, 1988).

В странах Европы, США, Индии, Японии для защиты растений используются также антибиотики медицинского назначения: стрептомицин, тетрациклин, хлорамфеникол и др. (Bowyer, 1972; Batra, 1982; Berdy, 1986).

Следует отметить, что растения могут усваивать не только те антибиотические вещества, которые находятся в свободном состоянии, но и адсорбированные почвенными частицами. Значительная часть антимикробных веществ тут же при образовании адсорбируется и прочно закрепляется. Адсорбированные антибиотики не вымываются ни водой, ни многими органическими растворителями даже при очень длительной обработке. Растения же благодаря деятельности своей корневой системы в состоянии разорвать эту связь антибиотиков с почвенными частицами, десорбировать и поглотить антимикробные вещества (Brian, 1951; Dekker, 1983).

Многочисленные экспериментальные исследования (Stackelberg et al., 2004; Auerbach et al., 2007; Zhang et al., 2009; Li et al., 2010; Gao et al., 2012; Rizzo et al., 2013) показали, что большинство используемых в сельском хозяйстве антибиотических веществ адсорбируются и проникают в ткани растений через вегетативные органы (корни, стебли, листья). Скорость проникновения антибиотиков в растения определяется их химическим строением. С наибольшей скоростью в ткани растений проникают антибиотики кислой и нейтральной природы, например хлорамфеникол и пенициллин, медленнее - амфотерные антибиотики, такие как хлортетрациклин и окситетрациклин и антибиотики-основания (неомицин, стрептомицин). Антибиотики, при проникновении в растение, как правило, распространяются в его тканях в концентрации, убывающей при удалении от места введения. Например, стрептомицин при введении через корни обнаруживается в верхушечных листьях томатов через 2-3 суток, пенициллин через - 30-40 мин; хлортетрациклин распространяется в тканях растений медленнее. Грамицидин, субтилин и мицетин плохо проникают и распространяются в тканях растений.

Концентрация антибиотика в тканях растений зависит вида растений, внешних условий, от свойств и структуры самого антибиотика. Существуют самые разнообразные способы введения антибиотических веществ в ткани растений. Они определяются такими факторами, как место и способ посадки растения, характер заболевания, размеры и вид растения, стадия его развития. Самыми распространенными методами являются непосредственная обработка почвы антибиотиками, обрызгивание надземных частей растений, смачивание семян, корней или других органов растворами антибиотиков. Все методы использования антибиотиков основаны на том, что при их нанесении на листовую поверхность, поверхность стебля, корня, семян или же внесение непосредственно в почву они задерживают рост фитопатогенных организмов, находящихся как на поверхности, так и внутри органов и тканей растения, или убивают эти микроорганизмы (Красильников, 1961; Кустова, 1978; Петрухина, 1985; Егоров, Самуилов, 1987; Егоров, Баранова, 1992).

При обработке семян антибиотиками, они способны быстро проникать в оболочку и зародыш и сохраняться там достаточно продолжительное время. Использование антибиотиков в целях борьбы с фитопатогенными организмами и их непосредственное несение в почву приводит к ряду серьезных проблем. В почве эти соединения разрушаются под действием продуктов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, а также потребляются почвенными организмами в качестве питательных веществ (Сазы-кин, 1984; Сазыкин и др., 1998).

Метод опрыскивания пораженных растений растворами антибиотиков может быть использован на протяжении всего периода вегетации таких растений, как фруктовые деревья, овощи и другие сельскохозяйственные культуры. Опрыскивание растений антибиотиками оказывает защитное действие против мучнистой росы огурцов, также его применяют в борьбе с Xanthomonas juglandis, вызывающим заболевание грецкого ореха, и с Xanthomonas vesicatoria, поражающим томаты и перец (Миронов, 1997).

Метод опыления пораженных растений антибиотиками также широко применяется в растениеводстве, однако он менее эффективен по сравнению с методами опрыскивания. Интересные результаты применения этого метода получены при обработке семян хлопчатника для защиты растений от гомоза, вызываемого Xanthomonas Malvacearum (Баранова и др., 1997).

Метод инъекций, или метод штамбов, используется иногда при лечении отдельных древесных пород. В стволе дерева просверливают отверстие и в него вставляют конец фитиля, а другой конец помещают в раствор антибиотика. По фитилю антибиотик поступает в ткань дерева и распространяется по всему растению (Сазыкин, 1965).

Данные многих исследований показывают, что биологическая активность антибиотиков в тканях растений проявляется значительно сильнее, нежели в тканях животных. Эффекты токсического воздействия антибиотиков весьма разнообразны. Они связаны с задержкой развития и роста растения, угнетением роста корней и надземных частей растения, подавлением прорастания семян, нарушением процессов образования хлорофилла и др. (Дмитриева, Семенов, 1965; Лесовой, 1989). В настоящее время, использование антибиотиков в растениеводстве дает значительный экономический эффект. С помощью регуляторов роста, в качестве, которых используются и антибиотики, можно повысить качество сельскохозяйственной продукции, например, как показано на пшенице (Муш, 1994; Павлюк, 1993; Новиков, 1995; Щукин, 2004; Костин, 2007).

Одним из важнейших требований, предъявляемых к антибиотикам, используемым в сельском хозяйстве, является то, что они не должны использоваться в медицине, во избежание возникновения и распространения резистентных форм микроорганизмов, в особенности патогенных (Егоров, 2004). Возникновение и распространение форм микроорганизмов, резистентных к антибиотическим веществам, требует подбора таких антибиотиков для растениеводства, которые не применялись бы в медицинской практике. В настоящее время в разных странах применяют разные антибиотические вещества или их сочетания для борьбы с фитопатогенными организмами (Сидоренко, 1998).

Такое широкое использование антибиотиков в сельском хозяйстве и их распространение в окружающей среде способствует появлению устойчивых к ним патогенов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >