Е.В. Желтова: Время диктует свои условия, которые порой полностью перечеркивают то, что ранее казалось непреложной истиной. И вопреки правилам прошлого, «больше - не значит лучше». К примеру, уменьшая состав действующего вещества в препарате можно добиться большей эффективности. Но как?
Е.В. Желтова
Директор по науке АО «Щелково Агрохим»
«Исследовать - значит видеть то, что видели все, и думать так, как не думал никто».
Альберт Сент-Дьёрди
Время диктует свои условия, которые порой полностью перечеркивают то, что ранее казалось непреложной истиной. И вопреки правилам прошлого, «больше - не значит лучше». К примеру, уменьшая состав действующего вещества в препарате можно добиться большей эффективности. Но как?
Сегодня рынок пестицидов России пополнился новыми, эффективными препаратами, в которых снижено утвержденное ранее количество действующего вещества, но усиленно действие на вредные объекты. Это стало возможным благодаря уникальной препаративной форме.
Начало 21 века ознаменовалось новыми открытиями в области агрохимии. В этот период в российской компании «Щелково Агрохим» были созданы и зарегистрированы два препарата - Тебу 60, МЭ и Зонтран, ККР. Это был огромный прорыв в науке. Прошло чуть более десяти лет, и список препаратов пополнился новыми наименованиями: протравители семян - Тебу 60, МЭ, Скарлет, МЭ, Бенефис, МЭ, Поларис, МЭ; гербициды - Дротик, ККР, Зонтран, ККР; фунгициды - Титул 390, ККР, Титул Дуо и др. В этих наименованиях нам более всего интересны аббревиатуры после запятой - ККР и МЭ.
Рис. Инновационные препараты «Щелково Агрохим»
Все уникальное - просто. Открытия окружают нас на каждом шагу, стоит только взглянуть на мир под другим углом. Сложное сочетание «концентрат коллоидного раствора» (ККР), по технологии которой созданы перечисленные препараты, - это тот же осенний туман, или едкий дым от костра, или пена для бритья, с которой начинается утро многих мужчин.
Colloidal dispersion
Коллоидные системы занимают промежуточное место между истинными растворами (электролит, спирт и т. д.) и грубодисперсными смесями (взвесями) - эмульсиями, суспензиями и т.д.
Коллоидная система - это система, в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющей размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 100 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой. Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 0,0001 до 0,1 мкм.
Рис Концентрат коллоидных растворов
В чем же их особенность? Популярность коллоидных систем в их уникальных свойствах:
- свободное прохождение света (в прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча) рис...
- невыпадение в осадок (броуновское движение поддерживает
их во взвешенном состоянии).
Эти свойства передаются и препаратам, созданным на основе коллоидов. Таким образом, названные препараты никогда не выпадают в осадок (имеют прозрачный цвет) и обеспечивают: высокий коэффициент покрытия, смачивания и многократно увеличенную степень поглощения и передвижения внутри растения от кутикулы до клетки.
Микроэмульсии (МЭ) - достижение российских ученных. Это концентрат коллоидного раствора характеризующиеся термодинамической устойчивостью. Образуются самопроизвольно при смешении двух жидкостей с ограниченной взаимной растворимостью. Размер частиц дисперсной фазы (микрокапель) составляет 10-100 нм. системы, образуемые двумя взаимно нерастворимыми жидкостями. Различают два основных типа МЭ: прямые (типа "масло в воде") и обратные ("вода в масле"). Малый размер капель делает систему устойчивой и, преимущественно, прозрачной, что отличает ее от обычных эмульсий.
MЭ активно применяются при изготовлении моющих средств, смазочных материалов, покрытий и др. Не обошла эта тенденция и агрохимию.
Традиционно протравители семян выпускались в виде суспензионных концентратов (КС) или смачивающихся порошков (СП). Микроэмульсии - разработка российских ученых, сложные системы, которые долгое время существовали, главным образом, в виде лабораторных разработок. «Щелково Агрохим» - первая российская компания, наладившая выпуск пестицидов на основе МЭ в промышленных масштабах. А ведь это не так просто. Одно дело разработать препарат в лаборатории, а другое - вывести его на промышленный уровень. Для этого необходимы огромные инвестиции, наличие современной высокотехнологичной исследовательской базы, высококвалифицированного персонала, возможность экспериментировать и проводить тестирование в мульти-функциональной лаборатории.
Защита растений на молекулярном уровне
Сегодня в ассортименте «Щелково Агрохим» уже четыре микроэмульсионных фунгицидных протравителя, в том числе и новые трехкомпонентные препараты: Бенефис, МЭ (50 г/л металаксила + 40 г/л имазалила + 30 г/л тебуконазола) и Поларис, МЭ (100 г/л прохлораза +25 г/л имазалила + 15 г/л тебуконазола). Вероятно, в скором времени эта препаративная форма заменит порошки, концентраты, суспензии, концентраты эмульсий и др. Ведь преимущества МЭ перед традиционными суспензионными формами протравителей семян очевидны: легкое проникновение внутрь зерна из-за высокой дисперсности (рис 1,2), максимально возможное исключение потерь протравителя с поверхности семенного материала за счет осыпания при транспортировке и посеве; способность смешиваться с водой в любом соотношении, образуя при этом стабильный во времени рабочий раствор. МЭ смешиваются с водой в любом отношении, образуя стабильный во времени рабочий раствор.
Они не подвержены расслоению и разложению в процессе хранения.
Препараты выгодно отличаются не только высокой эффективностью, но и положительным влиянием на интенсивность роста культурных растений, что, в конечном счете, формирует величину урожайности.
Рис Степень проникновения ДВ в семя
Технология МЭ нацелена на получение препаратов, образующих рабочие растворы с дисперсностью менее 0,01 микрона (наноуровень), т. е. в тысячи раз меньше, чем у традиционных препаратов. Чем меньше размер частиц, тем легче они проникают в семена, обеспечивая более длительную и более эффективную защиту. Такой уровень дисперсности позволяет защищать растение на молекулярном уровне.
Бенефис и Поларис производятся с января 2013 г. и сегодня активно внедряются в сельское хозяйство. Коэффициент поглощения этих препаратов в три раза выше, чем у КС-формуляций при одинаковом содержании действующего вещества, что способствует повышению их эффективности за счет максимального использования целевых свойств фунгицидов.
Рассмотрим преимущества новой формуляции с точки зрения эффективности препаратов.
Причиной значительного снижения урожайности (около 20 %) являются болезни растений, поэтому очень важно правильное и своевременное применение протравителей семян и фунгицидов. Бенефис, МЭ - трехкомпонентный фунгицидный протравитель для предпосевной обработки семян зерновых культур и сои, проявляющий исключительное действие против корневых гнилей. Поларис, МЭ - трехкомпонентный фунгицидный протравитель для предпосевной обработки семян зерновых культур, проявляющий усиленное действие против снежной плесени и других болезней. Входящий в состав препарата биоактиватор оказывает ростостимулирующее действие: стимулирует развитие колеоптиля, формирует мощную корневую систему, повышает засухо- и морозоустойчивость, снижает пестицидную нагрузку на окружающую среду за счет повышения эффективности и снижения норм расхода.
Оба препарата превосходят большинство протравителей семян по широте спектра действия за счет комбинации трех действующих веществ. Препаративные формы в виде микроэмульсии обеспечивают максимальное проникновение действующих веществ внутрь семени, мощную и пролонгированную защиту в период вегетации. Это, несомненно, определяющий фактор при выборе препаратов.
Применение инновационных препаратов, созданных по принципу коллоидных систем, - это метод эффективной борьбы с вредными объектами на молекулярном уровне за счёт лёгкого проникновения и свободного перемещения внутри растения, возможность получать высокие урожаи с меньшими затратами, сохраняя окружающую среду для будущего поколения.
05.11.2014 0Правительство России завершает подготовку национального проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики». Он объединит передовые решения в сфере биотехнологий, возобновляемых биоресурсов, а также создания новых материалов.
Кажется, ещё 10 лет назад о биоэкономике мало кто слышал, а сегодня на её развитие направлены средства нацпроектов, о биоэкономике в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, фармацевтике и в других отраслях говорит национальный лидер. Что же это такое?
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН определяет биоэкономику как «использование возобновляемых биологических ресурсов, биологических процессов и принципов устойчивого производства товаров и услуг во всех секторах экономики». При этом биоэкономика напрямую связана с достижениями биотехнологии в сельском хозяйстве и промышленности.
Если сказать чуть иначе, биоэкономика – это, по сути, новый способ создания продукта в условиях шестого технологического уклада, рывок в который человечество совершило в 2020-е годы. Этот новый уклад учёные описывают через инженерию живых тканей и организмов с заранее заданными свойствами, искусственный интеллект, беспилотные летательные системы, анализ больших данных и космический мониторинг. Для сельского хозяйства это принципиально новый уровень производительности труда, полная переработка отходов с помощью микроорганизмов, биотехнологическое производство любых молекул и манипуляции с генами, оптимизация геномов живых организмов.
Нацпроект
Координационный центр правительства России сообщает, что новый нацпроект «Технологическое обеспечение биоэкономики» призван обеспечить технологический суверенитет страны, ускорить развитие сельского хозяйства через внедрение биотехнологий, а также создать условия для самореализации граждан.
В своём выступлении на стратегической сессии в марте с. г. премьер-министр Михаил Мишустин подчеркнул, что нацпроект будет носить комплексный характер и формировать фундамент сразу для нескольких направлений.
Михаил Мишустин - премьер-министр Российской Федерации
«В их числе – химия, пищевая индустрия, энергетика, медицина, экология, сельское хозяйство. Все те отрасли, где возможно глубокое внедрение биопроцессов и использование современных форматов производства на индустриальном уровне», – подчеркнул Председатель Правительства.
Он добавил, что ключевая задача национального проекта – консолидировать усилия, мощности и ресурсы, создать конкурентные предприятия, в том числе за счёт модернизации имеющихся, чтобы вернуть позиции одного из глобальных лидеров биотехнологического рынка.
Цели и задачи
Среди других задач проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики» можно выделить следующие:
- Технологический рывок в АПК. Нацпроект призван стать платформой для опережающего развития сельского хозяйства и других смежных отраслей за счёт внедрения передовых биотехнологических решений.
- Технологический суверенитет и лидерство: развитие собственной биоэкономики рассматривается как стратегически важный шаг для снижения зависимости от импортных технологий и продукции, а также для занятия ведущих позиций на мировом рынке.
- И наконец, новый национальный проект должен способствовать дальнейшему расцвету науки и производства, а также решению кадрового вопроса для работы в такой новой сфере, как биоэкономика. В конечном итоге новый нацпроект должен привести к росту экономики и повышению уровня жизни в стране.
Ответ на вызовы
Глобальные вызовы в области продовольственной безопасности, связанные с ростом народонаселения планеты и изменением климата, цифровой трансформацией экономики, требуют должного отклика. И здесь «Щёлково Агрохим» даёт достойный ответ сразу по нескольким направлениям.
Прежде всего это обширные селекционно-семеноводческие программы в Орловской области, на Центральном Черноземье и в Краснодарском крае, нацеленные на формирование замкнутого цикла сельскохозяйственного производства. По словам члена-корреспондента РАН Александра Прянишникова, в рамках этой работы «Щёлково Агрохим» создаёт для АПК России системы новых сортов, дополняющих друг друга по комплексу хозяйственных и биологических свойств; обеспечивает программы первичного и оригинального семеноводства достаточными объёмами исходного материала; формирует 100-процентный уровень обеспеченности промышленного семеноводства собственными сортами.
Научный консорциум по селекции
Для решения столь фундаментальных биотехнологических задач «Щёлково Агрохим» задействовует уникальные коллективы учёных из научных институтов по всей стране: от Института фундаментальных проблем биологии РАН и Института общей генетики РАН до ВНИИСБ, ВНИИМК им. В.С. Пустовойта и НИИСХ Северного Зауралья и др. С целым рядом научных учреждений существуют совместные программы исследований. Так, с институтом Цитологии и генетики (ИЦиГ СО РАН) совместная программа работы нацелена на получение константных (не расщепляющихся) форм растений, выявление сопряжённости индексов NDVI с молекулярными маркерами, контролирующих темпы развития растений. С учёными из Института фундаментальных проблем биологии (г. Пущино) ведётся оценка сортовых особенностей по активности фотосинтетического аппарата растений, поиск генетических маркеров, определяющих функционал фотосинтетических и продукционных процессов у растений, и др.
Цифровые двойники
Для тестирования аграрных технологий «Щёлково Агрохим» разработал собственную цифровую новинку – иммерсивного цифрового двойника. Это виртуальная копия реального производства, позволяющая изучать и моделировать сельскохозяйственные процессы в режиме реального времени и проводить виртуальные испытания технологий и сельхозмашин.
Начальник отдела информационных технологий «Щёлково Агрохим» Дмитрий Москвин на конференции в г. Щёлково представил эту разработку компании широкой публике. Двойник повторяет всё, что происходит на промышленном объекте или в теплице, и позволяет моделировать любой процесс – от роста растений до работы оборудования. На основе данных, получаемых от цифрового двойника, можно оценивать потребности в ресурсах, прогнозировать болезни полевых культур и оперативно реагировать на любые изменения, что повышает эффективность работы.
Дмитрий Москвин - начальник отдела информационных технологий «Щёлково Агрохим»
Система также способна прогнозировать степень износа производственного оборудования, позволяя сократить вероятность его отказов. Новый софт даёт возможность проводить краш-тесты и обучать сотрудников на симуляторе, где ошибки становятся безопасной частью практики, помогая предотвратить реальные инциденты. Следующим этапом развития станет внедрение искусственного интеллекта для автоматизации управления процессами.
Цифровой образ сорта
Прошедшей осенью также было подписано соглашение между «Щёлково Агрохим» и Госсорткомиссией. В рамках совместной работы стороны займутся внедрением цифровых технологий в селекционный процесс. Первым шагом станет реализация пилотного проекта по формированию цифрового образа сортов и гибридов. Этот подход позволит анализировать и прогнозировать фенотипические и генотипические характеристики новых растений в виртуальной среде, что значительно ускорит создание новых сортов, адаптированных для разных регионов страны.
Заключение
Возможности искусственного интеллекта, машинное обучение, доступ к большим данным стали новой магией и навсегда изменили наши подходы к развитию биотехнологий. Никогда раньше у человечества не было такого количества инструментов для анализа и улучшения сложных биологических систем и оптимизации самых разных процессов. Несомненно, развитие биоэкономики ускорит научные открытия в области сельского хозяйства и промышленности и обеспечит технологический суверенитет страны.