Електронна синергія: як обробка насіння E-Vita розширює горизонти застосування біологічних препаратів та збільшує врожайність культур

Сільськогосподарська галузь стоїть перед низкою глобальних викликів: зростання резистентності патогенів до традиційних хімічних засобів захисту, необхідність постійного збільшення врожайності для забезпечення світового попиту, адаптація до змін клімату та посилення екологічного законодавства, яке обмежує використання хімічних пестицидів.

У відповідь на ці виклики біологічні препарати (біопродукти) набувають все більшої популярності. Вони пропонують екологічно чистий шлях для захисту рослин та підвищення доступності поживних речовин. Однак існує фундаментальна проблема: традиційні біологічні препарати часто не забезпечують стабільних та передбачуваних результатів. Це пов’язано з такими факторами, як погана адгезія до поверхні насіння, непостійна колонізація навколо кореневої системи та низька ефективність у разі високого початкового рівня зараження патогенами.

Але сьогодні на ринку вже наявні дієві рішення, які, завдяки синергетичному підходу, дають змогу багаторазово підвищити ефективність і надійність застосованих біологічних препаратів, відкриваючи нову еру в технологіях насінництва та захисту рослин. 

Згідно з нещодавнім звітом Global Market Insights Inc., світовий ринок біологічних препаратів у 2024 році оцінювався в 6 млрд доларів США, і, за прогнозами, він зростатиме зі середньорічним темпом зростання (CAGR) на рівні 15,9 %, досягши 26,4 млрд дол. США до 2034 р.

Це зростання значною мірою зумовлене зростаючим попитом на методи органічного виробництва в усьому світі. Споживачі дедалі більше стурбовані тим, як виробляються продукти харчування, віддаючи перевагу методам, які є екологічно чистими та менш шкідливими як для здоров’я, так і для екосистем.

Попит на засоби біоконтролю також збільшується через зростаючу обізнаність фермерів щодо шкідливого впливу хімічних пестицидів, зокрема щодо втрат біорізноманіття, пошкодження екосистем та ризиків для здоров’я. Цей перехід до сталих сільськогосподарських практик мотивує фермерів застосовувати методи біоконтролю, оскільки вони є високоефективними, екологічно чистими та добре працюють у системах інтегрованої боротьби зі шкідниками та хворобами Завдяки своїй здатності вибірково впливати на шкідливі організми, засоби біоконтролю пропонують довготривалі рішення з мінімальним впливом на довкілля.

Ринок біопрепаратів сегментований за активною речовиною, типом культури та способом застосування. Сегмент мікробних препаратів, який включає корисні мікроорганізми, такі як бактерії, гриби та віруси, займав найбільшу частку у 3,6 млрд дол.. США у 2024 р. Цей сегмент продовжує зростати, оскільки фермери шукають екологічно безпечні альтернативи боротьбі зі шкідниками. Біопрепарати широко використовуються для різних видів сільськогосподарських культур, включаючи фрукти та овочі, зернові культури та бобові.

Європа лідирує на світовому ринку засобів біоконтролю, оцінка якого у 2024 році становила 2 млрд дол. США. Європейські країни, зокрема Франція, Німеччина та Нідерланди, швидко впроваджують засоби біоконтролю завдяки своїй відданості сталому сільському господарству. Європейська зелена угода, метою якої є скорочення використання пестицидів та розширення органічного сільського господарства, значно стимулює впровадження біоконтролю.

Швидко розвивається у світі і біологічна обробка насіння, адже саме цей метод допомагає запобігти проблемам зі шкідниками та хворобами до посадки сільськогосподарських культур, забезпечуючи здоровий ріст рослин. Цей сегмент ринку оцінений у 2,1 млрд дол. США у 2024 році і за прогнозами зростатиме до 2034 р. щороку на рівні 16,7 %. 

Роль та виклики біологічних препаратів

Біопрепарати – це природні організми, такі як бактерії, грибки та віруси, які контролюють шкідників та хвороби в сільському господарстві та інших секторах. На відміну від синтетичних пестицидів, ці засоби покладаються на екологічну взаємодію для боротьби зі шкідливими видами, пропонуючи більш стійке та небезпечне рішення. 

Біологічні агенти, що використовуються для обробки насіння, є живими мікроорганізмами або їхніми метаболітами, які сприяють здоров’ю рослин і їхньому росту. Залежно від складу і мети застосування їх можна розділити на кілька ключових груп:

Азотфіксатори. Бактерії (найчастіше застосовувані з родів Rhizobium та Bradyrhizobium), які перетворюють атмосферний азот на доступні для рослин форми, посилюючи живлення. Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами. Як показала практика, їхнє застосування дає змогу досягти підвищення врожайності такої культури як соя на 2,7 ц/га (або 14,1 %). При цьому більш ніж удвічі збільшується кількість бульбочок, а їхня маса зростає майже в 3,5 раза. Потенціал фіксації азотних сполук таких симбіотичних систем, залежно від виду культури, коливається від 60 до 300 кг/га. На сьогодні у всьому світі бобові вирощують на площі понад 250 млн/га, а рівень фіксації ними атмосферного азоту становить близько 90 млн/т на рік. 

Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами

Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами

Фосформобілізатори. Це, насамперед, фосфатмобілізуючі бактерії (на практиці найчастіше використовують види Pseudomonas і Bacillus), що підвищують біологічну доступність фосфатів, фітатів та пов’язаних металів, включаючи магній, кальцій, залізо, цинк та інші мікроелементи. Також фосфатмобілізуючу активність проявляють і гриби, зокрема види Aspergillus і Penicillium.

Біологічни засоби захисту рослин 

Гриби-антагоністи, зокрема гриби роду Trichoderma (Tr. lignorum Harz.та та Tr. viridae), які є антагоністами багатьох фітопатогенних грибів. Препарати на їх основі характеризуються високою активністю щодо багатьох збудників хвороб рослин із родів Alternaria, Botrytis, Colletotrichum, Fusarium, Phoma, Pythium, Rhizoctonia, Sclerotinia, Verticilliun. Гриб триходерма продукує мікотоксин і антибіотики, які мають протигрибну та антибактеріальну дію. 

Бактерії Bacillus thuringiensis (а також синтезовані цим видом бактерій Cry-токсини) та Bacillus subtilis, які використовують не лише як альтернатива синтетичним інсектицидам, а й як біодобрива та біостимулятори, що допомагають рослинам протистояти різноманітним стресам та сприяють розвитку та росту.

Основні функції цих продуктів включають стимулювання розвитку потужної кореневої системи, посилення поглинання поживних речовин та пригнічення ґрунтових патогенів. Проте, в польових умовах мікроорганізми, що входять до складу застосовуваних біопродуктів, часто стикаються із проблемою виживання, адже насіння потрапляє у жорсткі ґрунтові умови. Так, для нормального розвитку мікроорганізмів потрібна оптимальна температура в межах 25…35 °C, але в реальних умовах все не так ідеально. Низькі температури уповільнюють біохімічні процеси та метаболізм мікроорганізмів, а занадто високі – можуть призвести до їхньої загибелі або зниження активності. 

Волога також є життєво необхідною для більшості мікроорганізмів. Ґрунт повинен мати її достатню кількість, щоб забезпечити оптимальні умови для своєї активності. Волога сприяє транспорту поживних речовин і газів, які потрібні для метаболічних процесів мікробів. Своєю чергою надмірна вологість може призвести до анаеробних умов, що пригнічує розвиток аеробних мікроорганізмів і активізує патогенні форми.

Бактерії використовують не лише як альтернатива синтетичним інсектицидам, а й як біодобрива та біостимулятори, що допомагають рослинам протистояти різноманітним стресам та сприяють розвитку та росту

Рівень кислотності ґрунту також впливає на активність ґрунтових мікроорганізмів. Більшість мікроорганізмів краще розвиваються в нейтральних або слабокислих умовах (pH 6-7). Занадто кисле або занадто лужне середовище може пригнічувати їх життєдіяльність. Високий рівень кислотності (pH нижче 5) зменшує активність бактерій, тоді як деякі гриби, навпаки, можуть краще розвиватися в таких умовах.

Також в ґрунті наявна висока конкуренція з боку місцевої мікрофлори. Більше того, високий початковий рівень заселення насіння патогенами може повністю нейтралізувати дію корисних мікроорганізмів ще до початку їхньої колонізації. До того ж недостатня адгезія (здатність мікроорганізмів створювати на оброблюваних поверхнях біоплівки, тобто стійкі спільноти мікроорганізмів) з боку корисної мікрофлори не сприяє ефективній роботі біопрепаратів. 

Подолати дію цих негативних факторів допоможе застосування нових методів обробки насіннєвого матеріалу, зокрема обробка електронами.

Обробка насіння електронами

Обробка насіння електронами — це інноваційна технологія, яка використовує низькоенергетичні прискорені електрони для обробки насіння. Це фізичний метод, адаптований для промислового застосування. Головною перевагою технології є стерилізація поверхні насіння (при цьому зберігається життєздатність насіння, його схожість та загальна якість). Електрони генерують та прискорюють у катоді й направляють безпосередньо на насіння. При цьому їхня дія обмежена лише кількома мікронами оброблюваної поверхні та необхідною ефективною кількістю, адже є можливість дуже точно регулювати, відповідно до товщини оболонки насіння різних культур, параметри струму та напруги, від яких і залежать кількість електронів та глибина їхнього проникнення. Ці параметри легко налаштовуються і контролюються численними датчиками. Результатом такої дії є повне знищення поверхневих та під поверхневих патогенів.

В цілому ж, загальний біологічний ефект електронної обробки полягає в тому, що в клітинах рослинах, вирощуваних зі здорового насіння, збільшується вміст метаболітів, активуються антиоксидантні ферменти, підвищується стійкість рослин до біотичного стресу, що корисно для росту та розвитку рослини.

На відміну від традиційних хімічних протруйників, обробка насіння електронами має значні переваги:

Екологічна безпека: відсутність хімічного навантаження на насіння, ґрунт та довкілля. Використовується енергія електронів, які направляються лише на оболонку насіння та знищує всі патогени, які там наявні (віруси, бактерії та гриби), не пошкоджуючи жодної внутрішньої частини, включаючи зародок та ендосперм, насіннєвого зерна. В результаті буквально через якісь мілісекунди отримується абсолютно чисте, без патогенів, насіннєве зерно, яке не містить жодних шкідливих речовин і не передаватиме жодних токсичних речовин людині чи навколишньому середовищу, яке можна сіяти за вітряної погоди та в зонах захисту ґрунтових вод (що неприпустимо з хімічно протруєним насінням), і яке можна використовувати навіть як корм для тварин. І це все — дуже просто, безпечно й екологічно. 

Відсутність залишків: немає залишків пестицидів у готовому врожаї.

Біологічна стимуляція: окрім знезараження, електронне опромінення активує внутрішні метаболічні механізми насіння, покращуючи його енергетичний потенціал і схожість.

В Європі ця технологія відома під назвою E-VITA®-технологія (від назви компанії E-Vita GmbH, яка опрацювала, досконало вивчила (і продовжує фундаментальні та практичні дослідження) метод електронної обробки з метою його застосування саме в аграрній сфері, розробила відповідне обладнання і на сьогодні є єдиним постачальником технології та обладнання для електронної обробки насіння.

Компанія E-Vita GmbH на сьогодні є єдиним в Європі постачальником технології та обладнання для електронної обробки насіння

Річний обсяг виробництва насіння, обробленого електронами, в Німеччині зросла з 12 до майже 35 тис. т у 2024 р. Цього року (за попередніми оцінками) було оброблено понад 40 тис. т, що становить приблизно 10 % від усього сертифікованого насіння в Німеччині. Всього ж з початку застосування E-VITA® в Німеччині за цією технологією оброблено понад 200 тис. т. насіння, яким було засіяно понад 2,1 млн га! Це вже дало змогу заощадити понад півмільйона літрів хімічного протруювача насіння.

Річний обсяг виробництва насіння, обробленого електронами, в Німеччині зросла з 12 до майже 35 тис. т у 2024 р. Цього року (за попередніми оцінками) було оброблено понад 40 тис. т

Механізм синергії — чому вони працюють краще разом

Сьогодні ефективність та безпечність електронної обробки насіння доведено на практиці і технологія набуває все більшої популярності. Протягом останніх років проведено чимало досліджень щодо особливостей застосування цієї технології на різних культурах. Одним із напрямів цих досліджень було вивчення сумісної обробки насіння електронами та біопрепаратами. Результати такого застосування довели, що синергія електронів і мікроорганізмів не лише ефективно захищає насіння від різного роду патогенів, а й забезпечує йому сприятливі умови для подальшого росту і формування здорових сходів.

Як же це працює? Технологія обробки електронами миттєво знищує всі без винятку наявні на насінні патогени (іншими словами, стерилізує поверхню насіння), створюючи у такий спосіб ідеальні умови для застосування біопродуктів, корисні мікроорганізми яких без конкуренції з боку небажаних організмів швидко заселяють насіння та формують тривалий захисний бар’єр проти вторинних патогенів із ґрунту.

Крім того, обробка електронами збільшує проникність оболонки насіння для води та інших поживних речовин, прискорює процеси гідратації між клітинною стінкою та протоплазмою, модифікує поверхню насінини на мікроскопічному рівні, створюючи ідеальні умови для адгезії. Біопродукти не змиваються і не відшаровуються, а утворюють стійку біоплівку на поверхні насіння. До того ж ці мікроскопічні структурні зміни, викликані електронами, полегшують проникнення та колонізацію корисних бактерій і грибів у первинні шари насінини та розвиваючу кореневу систему (ризосферу). 

Завдяки електронній обробці в насінні ініціюються метаболічні процеси для накопичення білків, вуглеводів, фенолів, флавоноїдів, фітогормонів та інших. Ці речовини слугують поживним середовищем для застосованих біопродуктів, забезпечуючи їхнє швидке розмноження та надійне закріплення в перші, найкритичніші, дні розвитку рослини. Все це прискорює дружне проростання насіння та формування здорових сходів, також збільшується фотосинтез та продихова провідність листкового апарату молодих рослин, завдяки чому покращується продуктивність і врожайність. 

Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння без обробки

Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння оброблене за технологією E-VITA

Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння оброблене за технологією E-VITA PLUS

Науковці E-Vita GmbH провели чимало досліджень, які довели ефективність технології E-VITA® на різних сільськогосподарських культурах. Та фахівці E-Vita GmbH не зупинилися на цьому і щороку проводять різноманітні лабораторні та польові досліди на 2500 тестових ділянках на більш ніж 15 локаціях. Серед цих досліджень — і вивчення сумісної обробки насіння електронами з нанесенням на оброблене насіння біопрепаратів. Спеціалісти E-Vita GmbH обрали біопрепарати, що містять мікроорганізми, які найкраще розвиваються без конкуренції з іншими бактеріями — це Bacillus subtilis. Саме їх наносять безпосередньо на насіннєве зерно після обробки електронами. Ця технологія спільного застосування обробки насіння електронами та біопродуктами отримала назву E-VITA® Plus. Поєднання двох послідовних обробок  значно покращує результат обробки — синергія обробки насіння електронами та біопродуктами суттєво підвищує ефективність дії біопрепаратів і забезпечує покращений розвиток кореневої системи, підвищений метаболізм нітратів та фосфатів і, врешті-решт, збільшення врожайності. Так, усереднені показники врожайності культур, оброблених за цією технологією, стабільно перевищують показники контрольних та традиційно оброблених ділянок, зокрема для пшениці урожайність зросла майже на 6 %, для ячменю на 7 %. Такі результати отримано не лише на дослідних ділянках, а на виробничих посівах в Європі протягом кількох років, тобто така динаміка урожайності не є випадковою, вона є результатом «роботи» технологій E-VITA® та E-VITA® Plus. Завдяки їм збільшення врожаю стає передбачуваним. 

E-VITA PLUS Розвиток кореневої системи ячменю, три тижні після сівби: без обробки; E-Vita; E-Vita Plus

Отже, сходи з насіння, обробленого електронами і біопрепаратами, з’являються швидше, причому спостерігається вищий відсоток життєздатних рослин, що сприяє кращому розвитку і більшій врожайності рослин. Ба більше, використання насіння, обробленого електронами, набагато зручніше, адже воно може, на відміну від протруєного насіння, довше зберігатися без ризику втратити «захисну» оболонку, його можна висівати без «поправки» на вітер і, чи не найголовніше, повністю відсутній контакт (прямий і опосередкований) з небезпечними хімікатами — їх не потрібно замовляти й купувати, транспортувати, зберігати, готувати робочий розчин і обробляти насіння (і це суттєва економія на логістичних витратах). Ну й, звісно, хімічні реагенти не потрапляють на насіння, людину, в ґрунт. Ніхто і ніщо не страждають від хімічної небезпеки. До того ж, додатково нанесені симбіотичні мікроорганізми, як, наприклад, вітаміни для людини, відчутно покращують здоров’я ґрунту, стимулюють розвиток його корисної біоти.

Характеристики врожаю озимого ячменю, технологія E-Vita/ E-Vita Plus

З огляду на такі результати сьогодні можна стверджувати, що технологія E-VITA®/ E-VITA® Plus не є простою заміною хімічних протруйників; це фундаментальний крок, що дає змогу повністю розкрити потенціал біологічних рішень. E-VITA®/ E-VITA® це майбутнє обробки насіння, яке доводить свою ефективність вже сьогодні. Вона знищує всі небажані бактерії, спори та віруси на насінні без будь-якої шкоди для нього самого та створює практично ідеальні умови для розвитку корисної мікрофлори, тобто усуває ключові перешкоди, які робили біопрепарати нестабільними, забезпечуючи їхню максимальну ефективність. 

Характеристики врожаю озимої пшениці, технологія E-Vita/ E-Vita Plus

E-VITA® наразі є найуспішнішим рішенням. Однак цілком імовірно, що використання нових, вдосконалених штамів мікроорганізмів (не лише Bacillus subtilis) виявиться ефективнішим, відповідно, це стане новою версією E-VITA PLUS. Дослідження тривають та відкривають нові перспективи надійного та безпечного захисту насіння та рослин.

Ми запрошуємо агровиробників долучитися до майбутнього агрономії. Для організації пілотних проєктів, консультацій та впровадження цієї інноваційної стратегії подвійної обробки насіння, будь ласка, звертайтесь до офіційних представників E-Vita.

О. Єрмоленко, o.yermolenko@univest-media.com