По серьёзности последствий для мирового сельского хозяйства развитие устойчивости к пестицидам стоит на третьем месте после эрозии почв и загрязнения водных ресурсов. Почему возникает резистентность, как она распространяется и можно ли сыграть на опережение?
В сельском хозяйстве давно идёт тихое, но упорное противостояние. Человек создаёт все новые химические молекулы и выводит новые сорта растений, а природа быстро даёт ответный залп: вредные объекты адаптируются к новым действующим веществам, фаги учатся побеждать иммунитет, а устойчивые сорта внезапно становятся уязвимыми. Это и есть резистентность – невидимый фактор, который может свести на нет годы селекционной работы и тонны наработанных препаратов.
Если продолжить метафору, растениеводство всё больше напоминает театр военных действий, где ни одна из сторон не может позволить себе перемирие. Каждый новый инсектицид или фунгицид – это своего рода новое оружие. Новый гибрид с новым типом устойчивости – словно усиленная броня, а агротехнические приёмы – тактические манёвры на поле боя.
Но у этой войны есть своя специфика. Вредители и патогены ведут асимметричную войну: у них нет военных заводов и лабораторий, зато есть колоссальная скорость размножения и мутаций. Один успешный «прорыв обороны» – и резистентная популяция быстро занимает территорию, превращаясь в плацдарм для дальнейшего наступления. Массовое применение одного и того же препарата сначала даёт эффект, но может привести к «росту сопротивления» и устойчивым рядам «ветеранов».
Агроном в ответ вынужден строить многоуровневую систему обороны. При этом интегрированная защита растений становится не просто рекомендацией, а полноценной военной доктриной, где важны разведка (мониторинг резистентности), логистика (правильные дозировки и сроки) и жёсткая дисциплина исполнения. Побеждает тот, кто умеет мыслить на несколько шагов вперёд, сохраняя ресурсы и не давая противнику времени на адаптацию.
Как развивается устойчивость?
Устойчивость к гербицидам возникает в популяции естественным образом. Это наследственная способность сорняка выживать после применения гербицида, который обычно контролирует его распространение. Выжившие растения затем передают генетическое преимущество своим потомкам, пока устойчивые растения, наконец, не начинают доминировать в популяции, что затрудняет борьбу с сорняками.
Часто в развитии устойчивости нет одного-единственного фактора, а действует их комбинация. Многократное использование гербицидов с одним и тем же механизмом действия в течение севооборота будет способствовать развитию устойчивости. Неэффективное внедрение севооборотов, монокультура и игнорирование случаев плохого контроля сорняков также повысят вероятность развития устойчивости.
Что говорит наука?
Учёные определяют устойчивость как снижение реакции популяции организмов на действие пестицида или тактику борьбы в результате предыдущего воздействия пестицида. Устойчивость, по сути, является «ускоренной эволюцией», когда популяция вредителей реагирует на интенсивное селективное давление (например, непрерывное использование одного и того же инсектицида), и устойчивость развивается за относительно короткий промежуток времени. Для многих сельскохозяйственных вредителей интенсивным селективным давлением чаще всего является частое и/или широко распространённое использование определённого пестицида или класса пестицидов. Однако следует помнить, что устойчивость может возникнуть в ответ на любое селективное давление. Появление устойчивых популяций сорняков и вредителей, безусловно, не является чем-то новым для сельского хозяйства, но, как правило, мы начинаем задумываться о проблеме только после значительной «вспышки» устойчивости, хотя во многих случаях её можно избежать или, по крайней мере, замедлить её развитие.
Бактерии-симбионты
О наличии бактериий-симбионтов в кишечнике насекомых говорят давно, но настоящей причиной формирования резистентности насекомых они признаны с 2020 года. Работы учёных из США и Китая свидетельствуют о том, что видовой состав микроорганизмов в кишечнике вредителей играет важную роль в развитии их устойчивости к действию пестицидов. В особенности это характерно для популяций тли и некоторых видов совок. Если раньше считалось, что вредители выживают благодаря своим мутациям, сегодня мы знаем, что в кишечнике насекомых обитают специальные бактерии-симбионты, которые разлагают различные химические вещества, в том числе пестициды, на менее активные компоненты. Когда насекомое подвергается воздействию пестицидов, эти бактерии используют свои ферменты для их гидролиза, в результате чего пестициды разлагаются на неактивные компоненты и теряют свою токсичность ещё до того, как успевают оказать воздействие на кишечник или нервную систему вредителя.
Крайне важно в этих обстоятельствах описать микробиом личинок тли, совки или другого вредителя. Видовой состав микроорганизмов определяется генетическими методами с использованием секвенирования, то есть определения нуклеотидной последовательности ДНК. Исследователи расшифровывают определенный участок генома, а затем сопоставляют полученные последовательности с уже известными базами данных. В свою очередь, при создании новых препаратов усилия ученых должны быть направлены на подавление такой микрофлоры или использование действующих веществ, которые не участвуют в кишечном метаболизме насекомых.
Базы данных
Проблема устойчивости к пестицидам возникла не сегодня. Международные агентства, отраслевые группы и комитеты, состоящие из представителей агрохимических компаний, давно и активно собирают информацию и дают свои рекомендации. Для инсектицидов такой группой является Комитет по борьбе с устойчивостью к инсектицидам (IRAC). Аналогичные комитеты существуют для фунгицидов (FRAC) и гербицидов (HRAC).
Устойчивые к гербицидам сорняки были обнаружены в 75 странах мира на сотне культур. В результате многолетней совместной работы учёных из 80 стран мира создана так называемая Международная база данных сорняков, устойчивых к гербицидам (The International Survey of Herbicide Resistant Weeds). По состоянию на январь 2026 года, в базе данных HRAC зарегистрировано 539 уникальных случаев (вид × место действия) сорняков, устойчивых к гербицидам (156 двудольных и 117 однодольных). Указанные сорняки выработали устойчивость к 21 из 31 известных механизмов действия гербицидов (MoA) и к 168 различным гербицидам.
Устойчивость к гербицидам у широколистных сорняков встречается относительно редко по сравнению с устойчивостью злаковых сорняков, таких как мятлик или райграс, но её распространённость растёт, и есть опасения, что она может быть обнаружена и у других видов. В 2000 году устойчивость к гербицидам, ингибирующим ацетолактатсинтазу (ALS), была впервые выявлена на маке, звездчатке и ромашке.
Вести с полей
Первый зарегистрированный случай устойчивости звездчатки (Stellaria media) к ALS-гербицидам (например, к сульфонилмочевинам) был обнаружен в Эстонии в популяциях, устойчивых к трибенурону-метилу. Для Matricaria maritima ssp. inodora (одна из видов ромашек) и Papaver rhoeas (мак обыкновенный) первые устойчивые биотипы были обнаружены в Польше. Исследование показало, что они выживают после обработки гербицидом трибенурон-метилом даже при повышенных дозах внесения.
В Европе устойчивость к ALS-гербицидам у Papaver rhoeas уже фиксировалась ранее, особенно хорошо она описана для Великобритании с начала 2000-х годов. Это один из старейших примеров устойчивости этого вида именно к ALS-гербицидам на европейском континенте. Устойчивые к триазинонам популяции крестовника (Senecio vulgaris) также были обнаружены на спаржевых полях в Великобритании, но до настоящего времени устойчивость крестовника к ALS-гербицидам не выявлена.
Одним из широко известных примеров устойчивости к гербицидам стала кохия (Bassia scoparia (L.) AJ Scott), семена которой быстро переносятся ветром благодаря механизму «перекати-поле», что делает её серьёзной проблемой в сельскохозяйственных районах Северной Америки, особенно на Великих равнинах, в прериях и на западе Канады. Её распространению способствуют высокая устойчивость к глифосату и потепление климата.
Другим примером высокой устойчивости стал лисохвост мышехвостниковидный (Alopecurus myosuroides). Существуют опасения, что это широко распространённое в Западной Европе и на Британских островах однолетнее сорное растение способно вынудить английских фермеров едва ли не отказаться от возделывания озимой пшеницы, основной зерновой культуры Великобритании.
Ещё один агрессивный сорняк – это амарант Палмера: он отличается быстрым ростом, высокой урожайностью семян и широкой устойчивостью к глифосату в посевах хлопчатника. Для его контроля и предотвращения серьёзных потерь урожая требуется комплексная защита посевов, включающая в себя довсходовые химобработки и обработки по вегетации, использование покровных культур и ручные прополки.
В США при широком и неуклонном использовании в севооборотах одних и тех же культур (кукуруза и соя) фермеры наблюдают феномен устойчивости на примере западного кукурузного жука (Diabrotica virgifera Le Conte) (карантинный объект для России), который в большинстве регионов Кукурузного пояса (Corn Belt), обычно даёт одну генерацию в год, хотя в южных частях США и при более тёплых условиях возможно частичное развитие и второй генерации, что увеличивает вредоносность жука, но чаще это одно поколение за сезон.
Западный кукурузный жук – карантинный вредитель, способный вызвать до 100% потерь урожая
Экономический ущерб
Профессор Роберт Фреклтон из Института устойчивого развития пищевой промышленности (Institute for Sustainable Food) при Шеффилдском университете Великобритании подсчитал, что ежегодный мировой объём внесения гербицидов в посевах сельскохозяйственных культур составляет около 4 млн тонн. В отличие от известных экономических издержек, связанных с устойчивостью человека к антибиотикам, оценки экономических издержек, связанных с устойчивостью к пестицидам, крайне недостаточны. «Наши исследования подчёркивают огромный ущерб, который несут фермеры в результате устойчивости сорной растительности к гербицидам. Поскольку альтернатив существующему ассортименту гербицидов не так много, дальнейшее развитие устойчивости будет только усугублять проблему. Это означает, что выращивание некоторых культур в будущем станет нерентабельным», – пишет Роберт Фреклтон.
Учёные из Шеффилдского университета и природоохранной организации «Зоологическое общество Лондона» впервые оценили экономический масштаб бедствия, вызываемого устойчивым лисохвостом (Alopecurus myosuroides). Так, контроль лисохвоста, считающегося самым экономически значимым сорняком в Западной Европе, обходится экономике Великобритании в £400 млн ежегодно и ставит под угрозу не только благополучие фермеров, но и продовольственную безопасность всей страны.
По данным Роберта Фреклтона, из-за устойчивого лисохвоста Великобритания ежегодно теряет около 820 тыс. тонн урожая пшеницы, что составляет примерно 5% внутреннего потребления пшеницы в Соединённом Королевстве. В Западной Канаде стоимость контроля устойчивых сорняков и связанные с этим потери урожая в Зерновом поясе обходятся фермерам примерно в CA$ 500 млн в год. Потенциальные убытки от устойчивых сорняков в провинции Онтарио (Канада) оцениваются в СА$ 290 млн ежегодно.
С экономической точки зрения устойчивость к пестицидам – это не только агрономическая, но и системная финансовая проблема. Она повышает издержки, снижает эффективность производства и инвестиционную привлекательность аграрного сектора, а в долгосрочной перспективе требует значительных вложений в изменение технологий и моделей ведения сельского хозяйства.
Управление резистентностью
Управление резистентностью – это набор методов, разработанных для увеличения количества поколений, в течение которых данную популяцию вредных объектов (насекомых, сорняков или патогенов) удаётся экономически эффективно контролировать с помощью какой-либо технологии. По сути, это попытка замедлить или предотвратить развитие резистентности. Многие методы интегрированной защиты растений также являются эффективными методами управления резистентностью. Если вы учитываете пороговые значения вредного объекта для старта обработок, прислушиваетесь к рекомендациям учёных относительно севооборотов, вы уже на правильном пути! Ключевая рекомендация по управлению резистентностью заключается в том, чтобы не использовать повторно пестициды с одинаковым механизмом действия. Даже если вы используете разные действующие вещества, повторное использование пестицидов с одинаковым механизмом действия может привести к отбору вредителей, способных преодолеть действие этой группы пестицидов. В настоящее время борьба с сорняками, устойчивыми к гербицидам, ингибирующим ацетолактатсинтазу (ALS), зависит от постоянной доступности гербицидов с альтернативными механизмами действия, таких как флуроксипир, MCPA, галауксифен и пендиметалин. Однако всегда существует риск утраты ключевых активных ингредиентов по мере того, как продукты подлежат продлению действия нормативных требований, что затрудняет борьбу с устойчивыми популяциями и усиливает давление на существующие молекулы.
Несоблюдение норм внесения препарата, отклонения от оптимальных условий и сроков химобработок могут значительно снижать эффективность его воздействия
Быть активным!
Как отмечает в своём исследовании профессор сельскохозяйственной и ресурсной экономики Университета Аризоны Джордж Б. Фрисволд, с экономической точки зрения было бы целесообразно внедрять лучшие практики управления устойчивостью «ещё вчера». Однако этому препятствует широко распространённое представление о том, что всё это сложно и дорого. Действительно, в краткосрочной перспективе контроль видов, склонных к формированию устойчивости, может означать увеличение затрат на препараты, рабочую силу и оборудование. Однако в долгосрочной перспективе фермеры получают значительные экономические выгоды.
Так, исследование, проведённое университетом в 2016 году в партнёрстве с Министерством сельского хозяйства США, показало, что в долгосрочной перспективе окупаемость инвестиций в стратегию активного управления устойчивостью кохии – проблемного сорняка для Западной Канады, может достигать CA$20 на акр в год в течение 10 лет. Фактически более 80% изученных в исследовании сценариев демонстрируют, что даже в столь узких севооборотах, как «рапс–пшеница», фермер сможет окупить дополнительные затраты, связанные с проактивной стратегией, в течение 10 лет, а более трети фермеров сделают это и за 5 лет.
РНК-интерференция
Одна из самых горячих тем в исследованиях 2024 года – создание высокоспецифичных и экологичных инсектицидов нового поколения методом РНК-интерференции, или подавление экспрессии генов малыми РНК. Вместо химобработок, учёные предлагают использовать молекулы РНК, которые «выключают» жизненно важные гены вредителя. Главные достоинства данного подхода заключаются в специфичности действия и использовании естественного механизма, лежащего в основе противовирусной защиты клетки. В 2023–2024 годах были успешно протестированы первые коммерческие разработки «РНК-инсектицидов», что может стать альтернативой применения традиционных пестицидов в ближайшие 5–10 лет.
На российских просторах
Относительно невысокая интенсивность применения химических средств защиты растений на российских полях долгое время позволяла нам не обращать внимания на проблему устойчивости вредных объектов к действию пестицидов. Однако долгосрочные исследования показывают, что и в России зафиксированы случаи групповой, перекрёстной и множественной устойчивости к применяемым ХСЗР, что усложняет контроль и снижает эффективность стандартных химических обработок.
В Российской Федерации имеются научно подтверждённые случаи устойчивости вредителей к пестицидам. Особенно хорошо эта проблема описана на примере колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata). Такая резистентность снижает эффективность стандартных препаратов и требует пересмотра подходов к защите растений.
Популяции колорадского жука, действительно, развивают устойчивость к инсектицидам различных химических групп. В Ленинградской, Псковской, Новгородской, Вологодской и Калининградской областях у колорадского жука были выявлены различные виды устойчивости:
- групповая резистентность к пиретроидам и неоникотиноидам;
- формирование устойчивости даже к фосфорорганическим препаратам;
- множественная резистентность к нескольким группам химических средств одновременно.
К примеру, по данным воронежских учёных, в 2000 году однократная обработка посадок картофеля неоникотиноидами в период вегетации имела эффективность около 100%. Посадки оставались практически свободными от вредителя до конца сезона. Но по прошествии 20 лет химобработки 2021–2022 годы свидетельствуют о значительном увеличении устойчивости этого вредителя к тиаметоксаму и имидаклоприду: даже после трёхкратных обработок указанными препаратами на кустах картофеля оставались активными как взрослые особи вредителя, так и имаго различных возрастов. Причины такого бедствия, считают учёные, – интенсивное применение одних и тех же химикатов и занос генотипов вредителя из других регионов.
Заключение
Низкая эффективность контроля сорняков не всегда связана с устойчивостью. Несоблюдение норм внесения препарата, отклонения от оптимальных сроков обработки, переросшие сорняки или применение гербицидов в очень холодных или сухих условиях также влияют на эффективность гербицида. Это особенно актуально для гербицидов, чей механизм действия связан с ингибированием ALS, которая препятствуют биосинтезу белка и требует активного роста целевого сорняка для достижения максимальной эффективности. К другим факторам, влияющим на эффективность гербицидов, относятся условия применения и усиление воскового налёта на листьях после длительных периодов холода, в результате чего гербицид не может эффективно проникать в растение.
Развитие резистентности сорной растительности и вредителей к действию пестицидов – классический пример того, как технологическое превосходство одной стороны запускает ответную адаптацию другой. В контексте «гонки вооружений» это наглядно показывает: побеждает не самое мощное оружие, а грамотная стратегия, основанная на ротации механизмов действия, снижении селективного давления и управлении эволюционными процессами в агроценозе.
ИНФОБОКС
Bt-кукуруза
При высокой интенсификации сельского хозяйства, когда годовые нормы внесения пестицидов превышают 8–10 кг/га, а крайне узкие севообороты, нацеленные на выращивание самых маржинальных культур, других способов, кроме генной модификации растительных организмов, по-видимому, не остается. Именно такая практика привела к созданию в США так называемой Bt-кукурузы.
Как поясняет Боб Райт, профессор кафедры энтомологии Института сельского хозяйства и природных ресурсов при Университете штата Небраска в г. Линкольн (США), когда гены вводятся в растение, каждая успешная трансформация называется событием. Даже если в растение вводятся одни и те же гены, два разных события могут отличаться по способу экспрессии генов в растениях, что приводит к различному воздействию на насекомых.
В гибриды кукурузы Bt были введены гены из встречающейся в природе почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), которая продуцирует белки, обладающие инсектицидными свойствами. Из Bacillus thuringiensis было выделено множество белковых токсинов. Различные токсины Bt обладают активностью против разных типов насекомых. Некоторые токсины активны против чешуекрылых, таких как кукурузный (стеблевой) мотылёк (Ostrinia nubilalis Hbn), а некоторые – против жуков, например, против западного кукурузного жука (Diabrotica virgifera Le Conte).
Существует целый ряд Bt-белков, включаемых в кукурузу и другие сельскохозяйственные культуры для последующей коммерциализации на рынке. Bt-белки связываются с рецепторными клетками в кишечнике насекомых. Разные виды насекомых более или менее восприимчивы к разным Bt-белкам, в зависимости от того, насколько хорошо белок подходит к рецепторным клеткам кишечника разных видов. Одна из стратегий управления устойчивостью заключается в использовании гибридов сельскохозяйственных культур с различными Bt-белками в течение определённого времени, чтобы избежать развития устойчивости к конкретному белку. В последнее время семенные компании начали производить гибриды с двумя или более белками, активными против определённого вида насекомых. Такие гибриды называются пирамидальными. Известно, что насекомые с меньшей вероятностью развивают устойчивость одновременно к двум токсинам, чем к одному-единственному токсину. В связи с этим Агентство по охране окружающей среды США одобрило снижение требований к убежищу для пирамидальных гибридов. Первоначально гибриды кукурузы с геном Bt имели либо белок-Bt, активный против европейского кукурузного мотылька, либо белок-Bt, активный против западного кукурузного жука. При этом так называемое внешнее убежище в виде немодифицированной кукурузы в Северном кукурузном поясе США должно было составлять не менее 20% посевной площади культуры. Теперь в гибридах кукурузы с геном Bt доступны многочисленные признаки контроля различных насекомых, а для различных гибридов требуются разные условия создания убежищ.
Чтобы избежать развития резистентности, важно чередовать разные гибриды с одним Bt-белком или использовать гибриды с несколькими Bt-белками для борьбы с насекомыми, от которых выстраивается защита.
Ирэна ЗАЙЦЕВА
