Чому виникає резистентність, як поширюється і чи можна зіграти на випередження?

За серйозністю наслідків для світового сільського господарства розвиток стійкості до пестицидів стоїть на третьому місці після ерозії ґрунтів та забруднення водних ресурсів. Чому виникає резистентність, як поширюється і чи можна зіграти на випередження?

У сільському господарстві давно йде тихе, але наполегливе протистояння. Людина створює все нові хімічні молекули і виводить нові сорти рослин, а природа швидко дає відповідає: шкідливі об’єкти адаптуються до нових діючих речовин, фаги вчаться перемагати імунітет, а стійкі сорти раптово стають вразливими. Це і є резистентність – невидимий фактор, який може звести нанівець роки селекційної роботи та тони напрацьованих препаратів.

Якщо продовжити метафору, рослинництво дедалі більше нагадує такий собі двобій, де жодна зі сторін неспроможна дозволити собі перемир’я. Кожен новий інсектицид чи фунгіцид – це своєрідна нова зброя. Новий гібрид із новим типом стійкості – немов посилена броня, а агротехнічні прийоми – тактичні маневри на полі бою.

Але це протистояння має свою специфіку. Шкідники та патогени ведуть асиметричну війну: у них немає військових заводів та лабораторій, натомість є колосальна швидкість розмноження та мутацій. Один успішний «прорив оборони» — і резистентна популяція швидко займає територію, перетворюючись на плацдарм для подальшого наступу. Масове застосування одного і того самого препарату спочатку дає ефект, але може призвести до зростання опору і стійких рядів ветеранів.

Агроном у відповідь змушений будувати багаторівневу систему оборони. При цьому інтегрований захист рослин стає не просто рекомендацією, а повноцінною військовою доктриною, де важливими є розвідка (моніторинг резистентності), логістика (правильні дозування та терміни) та жорстка дисципліна виконання. Перемагає той, хто вміє мислити на кілька кроків уперед, зберігаючи ресурси і не даючи ворогові часу на адаптацію.

Масове застосування одного і того самого препарату спочатку дає ефект, але може призвести до зростання опору і стійких рядів ветеранів

Як розвивається стійкість?

Стійкість до гербіцидів виникає у популяції природним чином. Це спадкова здатність бур’янів виживати після застосування гербіциду, який зазвичай контролює його поширення. Рослини, що вижили, потім передають генетичну перевагу своїм нащадкам, поки стійкі рослини, нарешті, не починають домінувати в популяції, що ускладнює боротьбу з бур’янами.

Часто в розвитку стійкості немає єдиного чинника, а діє їхня комбінація. Багаторазове використання гербіцидів з одним і тим самим механізмом дії протягом сівозміни сприятиме розвитку стійкості. Неефективне використання сівозмін, монокультура та ігнорування випадків поганого контролю бур’янів також підвищать ймовірність розвитку стійкості.

Вчені визначають стійкість як зниження реакції популяції організмів на дію пестициду або тактику боротьби внаслідок попереднього впливу пестициду. Стійкість, по суті, є «прискореною еволюцією», коли популяція шкідників реагує на інтенсивний селективний тиск (наприклад, безперервне використання одного й того самого інсектициду), і стійкість розвивається за відносно короткий проміжок часу. Для багатьох сільськогосподарських шкідників інтенсивним селективним тиском найчастіше є часте та/ або широко поширене використання певного пестициду або класу пестицидів. Проте слід пам’ятати, що стійкість може виникнути у відповідь будь-який селективний тиск.

Поява стійких популяцій бур’янів і шкідників, безумовно, не є чимось новим для сільського господарства, але, як правило, ми починаємо замислюватися про проблему тільки після значного спалаху стійкості, хоча в багатьох випадках її можна уникнути або, принаймні, уповільнити її розвиток.

Стійкість до гербіцидів виникає у популяції природним чином. Це спадкова здатність бур’янів виживати після застосування гербіциду, який зазвичай контролює його поширення

Бактерії-симбіонти

Про наявність бактерій-симбіонтів у кишечнику комах говорять давно, але справжньою причиною формування резистентності комах їх визнано з 2020 року. Роботи вчених із США та Китаю свідчать про те, що видовий склад мікроорганізмів у кишечнику шкідників відіграє важливу роль у розвитку їхньої стійкості до дії пестицидів. Особливо це притаманно популяціям попелиці і деяких видів совок. Якщо раніше вважалося, що шкідники виживають завдяки своїм мутаціям, сьогодні ми знаємо, що в кишечнику комах мешкають спеціальні бактерії-симбіонти, які розкладають різні хімічні речовини, зокрема пестициди, менш активні компоненти. Коли комаха піддається впливу пестицидів, ці бактерії використовують свої ферменти для їх гідролізу, в результаті чого пестициди розкладаються на неактивні компоненти і втрачають свою токсичність ще до того, як встигають вплинути на кишечник або нервову систему шкідника.

Вкрай важливо за таких обставин описати мікробіом личинок попелиці, совки або іншого шкідника. Видовий склад мікроорганізмів визначається генетичними методами з використанням секвенування, тобто визначення нуклеотидної ДНК послідовності. Дослідники розшифровують певну ділянку геному, а потім зіставляють отримані послідовності з відомими вже базами даних. У свою чергу, за створення нових препаратів зусилля вчених повинні бути спрямовані на пригнічення такої мікрофлори або використання діючих речовин, які не беруть участь у кишковому метаболізмі комах.

Бази даних

Проблема стійкості до пестицидів виникла не сьогодні. Міжнародні агентства, галузеві групи та комітети, що складаються з представників агрохімічних компаній, давно і активно збирають інформацію та дають свої рекомендації. Для інсектицидів такою групою є Комітет боротьби зі стійкістю до інсектицидів (IRAC). Аналогічні комітети існують для фунгіцидів (FRAC) та гербіцидів (HRAC).

Стійкі до гербіцидів бур’яни було виявлено у 75 країнах світу на сотні культур. В результаті багаторічної спільної роботи вчених із 80 країн світу створено так звану Міжнародну базу даних бур’янів, стійких до гербіцидів (The International Survey of Herbicide Resistant Weeds). Станом на січень 2026 року, в базі даних HRAC зареєстровано 539 унікальних випадків (вид та місце дії) бур’янів, стійких до гербіцидів (156 дводольних та 117 однодольних). Зазначені бур’яни виробили стійкість до 21 з 31 відомих механізмів дії гербіцидів (MoA) та до 168 різних гербіцидів.

Стійкість до гербіцидів у широколистих бур’янів зустрічається відносно рідко порівняно зі стійкістю злакових бур’янів, таких як тонконіг або райграс, але її поширеність зростає, і є побоювання, що вона може бути виявлена і в інших видів. У 2000 році стійкість до гербіцидів, що інгібує ацетолактатсинтазу (ALS), була вперше виявлена у маку, зірочника (мокреця) та ромашки.

У 2000 році стійкість до гербіцидів, що інгібує ацетолактатсинтазу (ALS), була вперше виявлена у маку, зірочника (мокреця) та ромашки.

У 2000 році стійкість до гербіцидів, що інгібує ацетолактатсинтазу (ALS), була вперше виявлена у маку, зірочника (мокреця) та ромашки.

У 2000 році стійкість до гербіцидів, що інгібує ацетолактатсинтазу (ALS), була вперше виявлена у маку, зірочника (мокреця) та ромашки.

А що в полях?

Перший зареєстрований випадок стійкості зірочника (Stellaria media) до ALS-гербіцидів (наприклад, сульфонілсечовин) був виявлений в Естонії в популяціях, стійких до трибенурону-метилу. Для Matricaria maritima ssp. inodora (одна з видів ромашок) та Papaver rhoeas (мак звичайний) перші стійкі біотипи були виявлені у Польщі. Дослідження показало, що вони виживають після обробки трибенурон-метилом гербіцидом навіть за підвищених норм внесення.

У Європі стійкість до ALS-гербіцидів Papaver rhoeas вже фіксувалася раніше (особливо добре вона описана для Великої Британії) з початку 2000-х років. Це один із найстаріших прикладів стійкості цього виду саме до ALS-гербіцидів на європейському континенті. Стійкі до тріазинонів популяції жовтозілля (Senecio vulgaris) також були виявлені на полях спаржі у Великій Британії, але до цього часу стійкість жовтозілля до ALS-гербіцидів не виявлена.

Одним із широко відомих прикладів стійкості до гербіцидів стала кохія (віниччя) (Bassia scoparia (L.) AJ Scott), насіння якої швидко переноситься вітром завдяки механізму «перекотиполе», що робить її серйозною проблемою в сільськогосподарських районах Північної Америки, особливо на Великих рівнинах, у преріях та на заході Канади. Її поширенню сприяють висока стійкість до гліфосату та потепління клімату.

Іншим прикладом високої стійкості став лисохвіст (китник) мишохвостий (Alopecurus myosuroides). Існують побоювання, що цей широко поширений у Західній Європі та на Британських островах однорічний бур’ян здатний змусити англійських фермерів чи не відмовитися від вирощування озимої пшениці, основної зернової культури Великої Британії.

Ще один агресивний бур’ян – це амарант Палмера: він відрізняється швидким розвитком, високою врожайністю насіння та широкою стійкістю до гліфосату у посівах бавовнику. Для його контролю та запобігання серйозним втратам урожаю потрібен комплексний захист посівів, що включає в себе досходові хімобробки та обробки по вегетації, використання покривних культур та механічне прополювання.

Кохія — дуже проблемний бур’ян

Амарант Палмера — рекордсмен із резистентності

У США за масового використання в сівозмінах одних і тих самих культур (кукурудза і соя) фермери спостерігають феномен стійкості західного кукурудзяного жука (Diabrotica virgifera Le Conte), який у більшості регіонів Кукурудзяного поясу зазвичай дає одну генерацію, хоча у південних штатах за тепліших умов можливий частковий розвиток і другої генерації, що збільшує шкідливість жука, але найчастіше це одне покоління за сезон.

Економічні збитки

Професор Роберт Фреклтон з Інституту сталого розвитку харчової промисловості при Шеффілдському університеті Великої Британії підрахував, що щорічний світовий обсяг внесення гербіцидів у посівах сільськогосподарських культур становить близько 4 млн тонн. На відміну від відомих економічних втрат, пов’язаних із стійкістю людини до антибіотиків, оцінок економічних втрат, пов’язаних із стійкістю до пестицидів, вкрай мало. «Наші дослідження підкреслюють величезні збитки, які зазнають фермери внаслідок стійкості бур’янів до гербіцидів. Оскільки альтернатив наявному асортименту гербіцидів не так уже й багато, подальший розвиток стійкості лише посилюватиме проблему. Це означає, що вирощування деяких культур у майбутньому стане нерентабельним», – пише Роберт Фреклтон.

Вчені з Шеффілдського університету та природоохоронної організації «Зоологічне товариство Лондона» вперше оцінили економічний масштаб лиха, що викликається стійким лисохвістом (Alopecurus myosuroides). Так, контроль лисохвоста, що вважається найбільш економічно значущим бур’яном у Західній Європі, обходиться економіці Великобританії у 400 млн фунтів щорічно і ставить під загрозу не лише благополуччя фермерів, а й продовольчу безпеку всієї країни.

За даними Роберта Фреклтона, через стійкий лисохвіст Велика Британія щорічно втрачає близько 820 тис. т урожаю пшениці, що становить приблизно 5 % внутрішнього споживання пшениці в Сполученому Королівстві. У Західній Канаді вартість контролю стійких бур’янів і пов’язані з цим втрати врожаю в зерновому поясі обходяться фермерам приблизно в 500 млн доларів США на рік. Потенційні збитки від стійких бур’янів у провінції Онтаріо (Канада) оцінюються 290 млн канадських доларів щорічно.

З економічного погляду стійкість до пестицидів – це не лише агрономічна, а й системна фінансова проблема. Вона підвищує витрати, знижує ефективність виробництва та інвестиційну привабливість аграрного сектора, а в довгостроковій перспективі вимагає значних вкладень у зміну технологій і моделей ведення сільського господарства.

Управління резистентністю

Управління резистентністю – це набір методів, розроблених для збільшення кількості поколінь, протягом яких популяцію шкідливих об’єктів (комах, бур’янів чи патогенів) вдається економічно ефективно контролювати з допомогою будь-якої технології. По суті, це спроба уповільнити чи запобігти розвитку резистентності. Багато методів інтегрованого захисту рослин є ефективними методами управління резистентністю. Якщо ви враховуєте граничні значення шкідливого об’єкта для старту обробок, прислухаєтеся до рекомендацій вчених щодо сівозмін, ви вже на правильному шляху!

Ключова рекомендація щодо управління резистентністю полягає в тому, щоб не використовувати повторно пестициди з однаковим механізмом дії. Навіть якщо ви використовуєте різні речовини, повторне використання пестицидів з однаковим механізмом дії може призвести до відбору шкідників, здатних подолати дію цієї групи пестицидів. В даний час боротьба з бур’янами, стійкими до гербіцидів, що інгібують ацетолактатсинтазу (ALS), залежить від постійної доступності гербіцидів з альтернативними механізмами дії, таких як флуроксипір, MCPA, галауксифен та пендиметалін. Однак завжди існує ризик втрати ключових активних інгредієнтів у міру того, як продукти підлягають продовженню дії відповідно до нормативно-регуляторних вимог, що ускладнює боротьбу зі стійкими популяціями та посилює тиск на існуючі молекули.

Недотримання норм внесення препарату, відхилення від оптимальних умов та термінів хімобробок можуть значно знижувати ефективність його дії.

Що раніше, то краще!

Як зазначає у своєму дослідженні професор сільськогосподарської та ресурсної економіки Університету Арізони Джордж Б. Фрісволд, з економічної точки зору було б доцільно впроваджувати кращі практики управління стійкістю «ще вчора». Однак цьому перешкоджає поширене уявлення про те, що все це складно і дорого.

Справді, у короткостроковій перспективі контроль видів, схильних до формування стійкості, може означати збільшення витрат за препарати, робочої сили й устаткування. Однак у довгостроковій перспективі фермери одержують значні економічні вигоди.

Так, дослідження, проведене університетом у 2016 році у партнерстві з Міністерством сільського господарства США, показало, що у довгостроковій перспективі окупність інвестицій у стратегію активного управління стійкістю кохії – проблемного бур’яну для Західної Канади, може сягати 20 канадських доларів на акр (0,405 га) у рік протягом 10 років. Фактично більше 80 % вивчених у дослідженні сценаріїв демонструють, що навіть у таких вузьких сівозмінах, як рапс-пшениця, фермер зможе окупити додаткові витрати, пов’язані з проактивною стратегією, протягом 10 років, а більше третини фермерів зроблять це й за п’ять років.

РНК-інтерференція

Одна з найгарячіших тем у дослідженнях 2024 року — створення високоспецифічних та екологічних інсектицидів нового покоління методом РНК-інтерференції, або придушення експресії генів малими РНК. Замість хімобробок, вчені пропонують використовувати молекули РНК, які «вимикають» життєво важливі гени шкідника. Головні переваги цього підходу полягають у специфічності дії та використанні природного механізму, що лежить в основі противірусного захисту клітини. У 2023–2024 роках успішно протестували перші комерційні розробки «РНК-інсектицидів», що може стати альтернативою застосування традиційних пестицидів у найближчі 5–10 років.

Висновки

Низька ефективність контролю бур’янів не завжди пов’язана зі стійкістю. Недотримання норм внесення препарату, відхилення від оптимальних термінів обробки, бур’яни, що переросли, або застосування гербіцидів у дуже холодних або сухих умовах також впливають на ефективність гербіциду. Це особливо актуально для гербіцидів, механізм дії яких пов’язаний із пригніченням ALS, яка перешкоджає біосинтезу білка і вимагає активного росту цільового бур’яну для досягнення максимальної ефективності. До інших факторів, що впливають на ефективність гербіцидів, належать умови застосування та посилення воскового нальоту на листі після тривалих періодів холоду, внаслідок чого гербіцид не може ефективно проникати в рослину.

Розвиток резистентності бур’янів і шкідників до дії пестицидів – класичний приклад того, як технологічна перевага однієї сторони запускає адаптацію у відповідь іншої. У контексті «перегони озброєнь» це наочно показує: перемагає не найпотужніша зброя, а грамотна стратегія, яка базується на ротації механізмів дії, зниженні селективного тиску та управлінні еволюційними процесами в агроценозі.

О. Холоденко, за матеріалами зарубіжної аграрної преси