Происхождение и эволюция термина биостимулятор

Биостимуляторы растений, как перспективная и экологичная инновация, привлекают значительное внимание в последние два десятилетия, особенно благодаря их способности усиливать цветение, рост растений, плодоношение, продуктивность культур, эффективность использования питательных веществ (NUE) и устойчивость культур к широкому спектру абиотических стрессоров.

Понятие биостимулятора появилось совсем недавно, но каково его происхождение и эволюция до сегодняшнего дня?

В этой статье мы собрали наиболее значимые этапы эволюции термина биостимулятор с момента его возникновения до первого официального и формального определения, включенного в новый регламент ЕС по удобрительной продукции (EU Regulation 2019/1009), который вступил в силу 16 июля 2022 года.

⦁ 1933 год: термин биостимулятор связан с концепцией теории "биогенного стимулятора", приписываемой профессору В.П. Филатову. Филатов предположил, что биологические материалы, полученные из различных организмов, включая растения, которые подверглись стрессовому воздействию, могут влиять на метаболические и энергетические процессы в организме человека, животных и растений.

⦁ 1956: Благовещенский развил эти идеи с конкретной ссылкой на их применение для растений, рассматривая биогенные стимуляторы как "органические кислоты со стимулирующим действием благодаря их дибазовым свойствам, которые могут усиливать ферментативную активность в растениях". Концепция Филатова, однако, не ограничивалась только этими соединениями.

⦁ 1994: Новаторский обзор Герве представляет собой первый реальный концептуальный подход к биостимуляторам. Герве предлагает разрабатывать новые "биорациональные продукты" на основе системного подхода, основанного на химическом синтезе, биохимии и биотехнологии в применении к реальным физиологическим, сельскохозяйственным и экологическим ограничениям растений. Он считает, что эти продукты должны действовать в низких дозах, быть экологически безопасными и иметь воспроизводимые преимущества при выращивании сельскохозяйственных растений.

⦁ 1997 год: первое определение слова биостимуляторы появилось в веб-журнале, посвященном специалистам по уходу за газонами, под названием Ground Maintenance. В этом веб-журнале Чжан и Шмидт с кафедры сельскохозяйственных культур и почвенных экологических наук Политехнического института и Государственного университета Вирджинии определили биостимуляторы как "материалы, которые в ничтожных количествах способствуют росту растений". Используя для описания биостимуляторов слова "мизерные количества", авторы стремились отличить биостимуляторы от питательных веществ и почвенных добавок, которые также способствуют росту растений, но применяются в больших количествах. Биостимуляторы, упомянутые в этой веб-статье, были гуминовыми кислотами и экстрактами морских водорослей. В более поздних рецензируемых статьях тех же авторов, посвященных тому же или аналогичному исследованию, термин биостимулятор не обязательно использовался. Например, в статье, описывающей использование гуминовых кислот и экстрактов морских водорослей для повышения засухоустойчивости дерна, термин биостимулятор вообще не использовался. Статья была посвящена гормоноподобной активности этих соединений, и вместо биостимуляторов был использован термин "гормоносодержащие продукты". Этот выбор также можно объяснить нормативным регулированием в США, где Агентство по охране окружающей среды ("EPA") освобождает "витаминно-гормональные продукты садоводства" от регистрации при определенных условиях. Чжан и Шмидт объяснили действие биостимуляции гормональными эффектами и, во-вторых, защитой от абиотического стресса с помощью антиоксидантов. Термин "усилители метаболизма" также использовался в более поздних работах.

⦁ 2007 год: в научной литературе слово биостимулятор впервые было определено Кауффманом и др. в рецензируемой статье, с изменениями: "биостимуляторы - это материалы, кроме удобрений, которые способствуют росту растений при внесении в небольших количествах". Стоит отметить добавление слов "кроме удобрений", что соответствует описанию Чжана и Шмидта, но не было явно включено в их первоначальное определение. Кауффман и др. пытаются обобщить, что такое биостимуляторы, вводя классификацию: "Биостимуляторы доступны в различных формулах и с различными ингредиентами, но обычно их классифицируют на три основные группы на основе их источника и содержания. Эти группы включают гуминовые вещества (ГВ), гормонсодержащие продукты (ГСП) и аминокислотосодержащие продукты (АКП). ГС, такие как экстракты морских водорослей, содержат идентифицируемые количества активных веществ для роста растений, таких как ауксины, цитокинины или их производные".

⦁ 2012 год: Европейская комиссия назначила специальное исследование по биостимуляторам растений для оценки соответствующих веществ и материалов, которое было опубликовано журналом du Jardin под названием: "Наука о биостимуляторах растений - библиографический анализ". На основе научной литературы (250 научных статей, в названиях и/или аннотациях которых использовался термин "биостимулятор") было предложено следующее определение: "Биостимуляторы растений - это вещества и материалы, за исключением питательных веществ и пестицидов, которые при применении к растениям, семенам или субстратам для выращивания в определенных составах способны изменять физиологические процессы растений таким образом, чтобы обеспечить потенциальные преимущества для роста, развития и/или реакции на стресс". Дю Жарден пришел к выводу, что ПБ являются очень неоднородными материалами, и предложил в своем исследовании восемь категорий веществ, которые действуют как биостимуляторы: гуминовые вещества, сложные органические материалы (полученные из агропромышленных и городских отходов, экстрактов осадков сточных вод, компостов и навоза), полезные химические элементы (Al, Co, Na, Se и Si), неорганические соли, включая фосфит, экстракты морских водорослей (бурые, красные и зеленые макроводоросли), хитин и производные хитозана, антитранспиранты (каолин и полиакриламид), свободные аминокислоты и N-содержащие вещества (пептиды, полиамины и бетаины); но не включали никаких микробных биостимуляторов.

⦁ 2015 год: в рамках специального выпуска "Биостимуляторы в садоводстве", проведенного Колла и Руфаэлем, дю Жарден предложил новое определение, которое было подкреплено научными данными о способе действия, характере и типах воздействия РВ на сельскохозяйственные и садовые культуры. Дю Жарден дал следующее определение ПБ: "Биостимулятор растений - это любое вещество или микроорганизм, применяемый к растениям с целью повышения эффективности питания, устойчивости к абиотическим стрессам и/или качественных признаков урожая, независимо от содержания питательных веществ". Это определение можно дополнить словами: "В дальнейшем биостимуляторы растений также обозначают коммерческие продукты, содержащие смеси таких веществ и/или микроорганизмов". В том же году в специальном выпуске Колла и Руфаэль предложили 6 немикробных и 3 микробных категории БР: (i) хитозан, (ii) гуминовые и фульвокислоты, (iii) гидролизаты белка, (iv) фосфиты, (v) экстракты морских водорослей, (vi) кремний, (vii) арбускулярные микоризные грибы (AMF), (viii) ризобактерии, стимулирующие рост растений (PGPR), и (ix) Trichoderma spp.

⦁ 2019 год: новый регламент ЕС (EU) 2019/1009, известный как Fertilising Product Regulation, официально признал и впервые дал официальное определение биостимуляторам растений: "Биостимулятор растений - это продукт ЕС для удобрения, функция которого заключается в стимулировании процессов питания растений независимо от содержания питательных веществ в продукте с единственной целью улучшения одной или более из следующих характеристик растения или ризосферы растения: i) эффективность использования питательных веществ, ii) устойчивость к абиотическому стрессу, iii) качественные характеристики или iv) доступность ограниченных питательных веществ в почве или ризосфере". Исходя из этого определения, ПБ определяются на основе утверждений о сельскохозяйственных функциях и включают в себя различные биологически активные природные вещества: (i) гуминовые и фульвокислоты, (ii) гидролизаты животных и растительных белков, (iii) экстракты морских макроводорослей и (iv) кремний, а также полезные микроорганизмы: (i) арбускулярные микоризные грибы (AMF) и (ii) азотфиксирующие бактерии штаммов, принадлежащих к родам Rhizobium, Azotobacter и Azospirillum.

Термин и концепция биостимулятора неоднократно пересматривались и обновлялись на протяжении многих лет, отражая интерес и многочисленные исследования, которые научное сообщество посвятило этой новой категории продуктов. Изначально термин "биостимулятор" появился как универсальное обозначение любого вещества, оказывающего благоприятное воздействие на растения и не относящегося к удобрениям, средствам защиты растений и почвоулучшителям. Другими словами, биостимуляторы были определены с помощью негативной логики, исключающей то, чем они не являются. Таким образом, была проведена разделительная линия между биостимуляторами и другими категориями веществ, широко применяемых на сельскохозяйственных культурах, таких как удобрения и средства защиты растений. На втором этапе было подчеркнуто, что положительные действия, приписываемые биостимуляторам, могут также обеспечиваться бактериями и грибами, что позволило расширить категории биостимуляторов, включив в них и микроорганизмы. Наконец, в 2019 году новый регламент ЕС 2019/1009, известный как Fertilising Product Regulation, впервые официально признал биостимуляторы растений. В этом новом регламенте биостимуляторы представлены как самостоятельная категория с уникальными правилами, позволяющими их коммерциализацию на европейской территории.