Применение экзогенных элиситоров в сельском хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный аграрный университет

Применение экзогенных элиситоров в сельском хозяйстве

Яблонская Елена Карленовна, к.б.н., доцент

Краснодар

Аннотация

В последние годы увеличиваются потери урожая от болезней и вредителей растений во всем мире. Использование различных пестицидов при интенсивных технологиях выращивания озимой пшеницы не может противостоять этому. Патогенные микроорганизмы приобретают устойчивость к применяемым препаратам и становятся более агрессивными. Это создает много экологических проблем. Растения практически постоянно находятся в условиях экологического стресса. В таком состоянии они иммунодефицитны. Однако невозможно полностью отказаться от пестицидов. А пестициды не способны заметить иммунную систему растения, а в ряде случаев подавляют ее. В статье приводится обзор широко применяемых экзогенных элиситоров. Обсуждаются наиболее важные результаты совместного применения композиции препаратов элиситорного действия: фуролан и метионин. Современный уровень развития науки привёл к появлению нового метода защиты растений, который основан на повышении иммунного потенциала растений, а не на уничтожении патогенов, как это происходит в случае использования пестицидов. Прибавка урожая от использования биогенных элиситоров в качестве иммунизаторов составляет от 10 до 30% в зависимости от условий года, сорта растений и, особенно, инфекционной нагрузки патогенов. Их применяют для обработки почвы, замачивания семян и растений, опрыскивания растений в период вегетации.

Ключевые слова: элиситоры, метионин, фуролан, экологический стресс, адаптация, ростовые и синтетические процессы, озимая пшеницы.

Одной из глобальных проблем защиты растений является интенсивная химизация технологий выращивания озимой пшеницы. За последние годы потери урожая от болезней и вредителей растений во всем мире имеют тенденцию к увеличению. Использование различных пестицидов при интенсивных технологиях выращивания озимой пшеницы не может противостоять этому. Патогенные микроорганизмы вырабатывают гены вирулентности, приобретают устойчивость к применяемым препаратам и становятся более агрессивными и. Это создает много экологических проблем. Растения практически постоянно находятся в условиях экологического стресса. В таком состоянии они иммунодефицитны. Однако невозможно полностью отказаться от пестицидов. А пестициды не способны заметить иммунную систему растения, а в ряде случаев подавляют ее.

Современный уровень развития науки привёл к появлению нового метода защиты растений, который основан на повышении иммунного потенциала растений, а не на уничтожении патогенов, как это происходит в случае использования пестицидов. Это направление стало приобретать особо важное значение в технологиях выращивания сельскохозяйственных культур в последние годы. Прибавка урожая от использования биогенных элиситоров в качестве иммунизаторов составляет от 10 до 30% в зависимости от условий года, сорта растений и особенно инфекционной нагрузки патогенов. Препараты применяют для обработки почвы, замачивания семян и растений, опрыскивания растений в период вегетации.

Известно, что все растения обладают генами устойчивости и способны давать определенный ответ на инфицирование. Необходимо найти такие вещества, которые будут являться стимуляторами иммунных реакций и на их основе создавать препараты, которые будут активировать эти реакции в растениях против возбудителей болезни. Таким образом, видоизменяется схема защиты посевов растений. Индукторы устойчивости не обладают биоцидным действием и не убивают сам патоген. Однако они позволяют растению полнее реализовать свой генетический потенциал устойчивости, в результате этого ,растение, вырабатывая метаболиты, само справляется с инфекцией. Данный эффект позволяет индуцировать системную устойчивость растений на весь период вегетации, что не возможно при применении одних только фунгицидов и бактерицидов

При этом необходимо учитывать особенности функционирования иммунной системы растения и разработать технологические методы воздействия на ключевые этапы реализации иммунного ответа растений[1-5].

На рынках мира стали появляться препараты нового поколения. Некоторые из них являются микробиологическими препаратами, а некоторые - химически синтезированными. Они не проявляют токсичности, не оказывают губительного влияния на экологическую систему в безопасны для человека. Очень перспективны в этом плане синтетические препараты, характеризующиеся наличием не фунгицидной, энтомоцидной или гербицидной, а биорегуляторной и антидотной активностью. К этой группе могут быть отнесены регуляторы роста на основе функциональных аналогов гормонов, ингибиторов синтеза хитина, препараты на основе хитозана (Хитозар, Нарцисс, Фитохит, Агрохит, Экогель), на основе бактериальных культур (Агат-25К, Фитоспорин, Экстрасол, Алирин, Гамаир, Алирин, Глиокладин, Эмистим, Витовакс, Микосан), на основе органических соединений (Иммуноцитофит, Бенолмил, Стробилурин, Оберег, Новосил (Силк), Циркон, Пропиконазол, Фуролан, Янтарная кислота, фундазол, импакт, спортак, альто, фоликур, тилт , рекс КС, гранит, опус). С целью иммунизации применяют так же ряд фунгицидов, принадлежащих к различным химическим группам (Максим XL, Беномил, Эмистим, Азоксистробин, Метоксииминоацетатамин, Крезоксимметил и Трифлоксистробин, Пираклостробин, Пикоксистробин, Флуаксастробин).

Их иммунизирующее действие лучше проявляется при сочетании нескольких действующих веществ с разными механизмами действия.

Однако нужно учитывать, что растение находится в целостной системе взаимодействия с окружающей средой, патогенами и другими микроорганизмами, которые могут отказывать существенное воздействие на экспрессию отдельных реакций устойчивости.

Применение элиситоров позволяет не только побороть возможное или наступившее заражение культур, но и повысить их урожайность, а также сократить расход других пестиццидов лечебного и профилактического действия.

Все это делает элиситоры перспективными средствами для защиты растений.

Индуцированная устойчивость растений может быть локальной и системной.

Локальная устойчивость развивается только в тех тканях, которые соприкасались с индуцирующим патогеном или элиситором.

Системная устойчивость возникает во всех тканях растения, независимо от места нанесения индуцирующего агента.

Очевидно, что особенно ценной и важной для сельскохозяйственного производства является системная, продолжительная устойчивость растений. Системная приобретенная устойчивость определяется комплексом активных механизмов устойчивости: синтезом защитных белков, фитоалексинов, укреплением клеточных стенок. Неспецифична по воздействию на патогенные микроорганизмы.

По данным обзора фитосанитарного состояния посевов сельско-хозяйственных культур РФ в 2014 г в Южном федеральном округе заражение корневыми гнилями озимых зерновых культур отмечалось на площади 363,6 тыс. га (в 2013 г. - 348,4 тыс. га), обработки проводились на 182,5 тыс. га (в 2013 г. - 175,3 тыс. га). элиситорный урожай фуролан метионин

В Краснодарском крае на озимых зерновых развивались в основном фузариозные (Fusarium spp.) гнили. Всего было заражено 307,91 тыс. га со средневзвешенным процентом распространенности 4,4. Фитосанитарная ситуация с фузариозными гнилями осталась на уровне прошлых лет, из-за прохладной весны и переувлажнения почвы распространялись больше, особенно на полях раннего срока сева, участках с не выравненным рельефом, поверхностной обработкой почвы, по предшественникам колосовые, кукуруза, горох, люцерна и соя. На таких полях отмечалась гибель растений, изреженность посевов и снижение урожайности. Посевы с превышением ЭПВ, были обработаны фунгицидами на площади 182,15 тыс. га в т.ч. Биопрепаратами было обработано 56,43 тыс. га, агротехнический метод применялся на 16,22 тыс. га.

Основными причинами распространения фузариоза в южных районах европейской части страны могут быть не только теплые влажные погодные условия в период цветения, созревания и уборки, но и нерациональное применение приемов интенсивной технологии возделывания (минимализация обработки почвы, в том числе поверхностная обработка дисковыми орудиями), некондиционные семена, увлечение позднеспелыми сортами, затяжная уборка [2].

Систематическое воздействие пестицидов также увеличивает резистентность и токсинообразующие свойства возбудителей фузариоза.

По прогнозам РОССЕЛЬХОЗЦЕНТРА в 2015 г. возможна повышенная вредоносность корневых гнилей. В борьбе с фузариозами применяют усовершенствованные методы химической защиты в рамках интегрированной защиты растений, направленные на подбор эффективных, но малоопасных для агроценозов препаратов [3-10]. В месте с тем химический метод защиты растений вызывает возникновение резистентности у фитопатогенов, что снижает эффективность препаратов, приводит к появлению новых еще более вредоносных возбудителей болезней.

В качестве препаратов, применяемых в предлагаемой нами технологии, используются препарат фуролан и аминокислота метионин, для повышения устойчивости растений к поражению фитопатогенами и снижению токсического воздействия гербицидов [6-14].

Фуролан повышает устойчивость растений к поражению грибковыми заболеваниями, положительно влияет на физиолого-биохимические процессы, увеличивает продуктивность растений пшеницы, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям произрастания и поражению фитопатогенами, способствует получению более выровненного по размерам зерна в колосе и синхронизирует его созревание.

Аминокислота метионин незаменимая серусодержащая аминокислота. Входит в состав большинства белков, участвует в процессах ферментативного метилирования, приводящих к образованию холина и других биологически важных соединений.

Применение комплекса препаратов позволяет сохранить существующие в агробиоценозе равновесие микроорганизмов, и при этом, свести к минимуму неблагоприятное воздействие фитопатогенных бактерий на растения (таблица 1).

Цель настоящей работы - изучить синергетический элиситорный эффект совместного применения метионина и регулятора роста фуролан на проростках озимой пшеницы сорта Краснодарская 99, широко районированного на территории Краснодарского края.

Поскольку в основе полевой устойчивости лежат анатомо-морфологические и онтогенетические особенности растений и ими управляют различные гены, то для оценки эффективности применяемых препаратов часто используют косвенные признаки, анне прямое заражение.

Фузариозная корневая гниль вызывает гибель проростков, гниль корней, подземного междоузлия и основы стеблей, угнетение роста растений, гибель продуктивных стеблей, развитие неполноценного колоса с щуплым зерном, полегание. Для снижения поражения растений фузариозом используются различные фунгициды , в том числе ядохимикат Тирам, в состав которого входит тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД). Однако этот препарат оказывает отрицательное воздействие не только на патогенные микроорганизмы, но и на полезную микрофлору агробиоценозов.

Для снижения поражения проростков озимой пшеницы фузариозом, применяли регулятор роста элиситорного типа фуролан и аминокислоту метионин, а так же их композицию [2].

При воздействии на растения изучаемых препаратов, они воспринимаются растением как сигнальные вещества (как продукты воздействия микроорганизмов) и растение включает свои защитные механизмы индуцированной иммунной защиты, позволяющие разрушить чужеродные молекулы. Происходит запуск антистрессовых программ [3,4,5]. Стабилизируется синтез белка, повышается устойчивость к обезвоживанию, а следовательно засухоустойчивость. Увеличивается содержание фенольных соединений, в частности хлорогеновой кислоты, являющейся предшественником лигнина, и как следствие происходит более активная лигнификация тканей растений. Это способствует повышению усточивости к фитопатогенами. Семена озимой пшеницы, пораженные фузариозом, обрабатывали водными растворами изучаемых препаратов, эффективность которых определяли по таким показателям, как всхожесть, длина и масса проростков, поражаемость проростков [10-18].

Результаты исследований приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Поражаемость фузариозом проростков озимой пшеницы.

Установлено, что фуролан, метионин и их композиция улучшает посевные качества семян, достоверно повышает всхожесть семян озимой пшеницы на 20-40%, в сравнении с контролем.

Активируется ростовые и синтетические процессы в проростках, снижается поражаемость их фузариозом. По своей эффективности препараты не уступают ТМТД.

Таким образом, предпосевная обработка семян озимой пшеницы повышает устойчивость проростков к поражению фузариозом, что может быть обусловлено иммунизирующим воздействием препаратов.

При воздействии на растения изучаемыми препаратами, они воспринимаются растением как сигнальные вещества, и растение включает свои защитные механизмы индуцированной иммунной защиты, позволяющие разрушить чужеродные молекулы. Происходит запуск антистрессовых программ. Стабилизируется синтез белка, повышается устойчивость к обезвоживанию, а следовательно, засухоустойчивость[15-19]. Увеличивается содержание фенольных соединений, в частности хлорогеновой кислоты, являющейся предшественником лигнина, и как следствие происходит более активная лигнификация тканей растений. Это способствует повышению устойчивости к фитопатогенами и снижению токсического воздействия гербицидов [6-19].

В связи со стабилизацией синтеза белка происходит стабилизация клеточных мембран, в том числе и мембран хлоропластов, что обусловливает в условиях засухи активное протекание фотосинтетических процессов, увеличивается содержание пигментов в растении (таблица 1) [19-23]. При определении содержания пигментов установлено, что в вариантах с применение фуролана, метионина и при совместном внесении увеличивается содержание хлорофилла на 24,6% , 9,7% и 17,8% соответственно, и каротина на 47,5% , 27,3% и 50,5% соответственно.

Активация фотосинтетических процессов, роста корневой системы улучшает поступление питательных веществ из почвы, синтез углеводов и белковых веществ.

Таблицы 1 - Содержание пигментов, мг/г сух.в-ва

Это создает условия для более равномерного налива зерна в колосе, повышения урожайности, выравненности зерна по размерам в колосе, крупности и выполненности, увеличивается масса 1000 зерен, повышается содержание белка и клейковины, улучшается ее качество в связи с более активным синтезом глиадинов и глутаминов, содержащих в большом количество аспарагиновую и глутаминовую кислоты [6-10] (таблица 2).

Таблица 2 - Показатели качества зерна озимой пшеницы

При изучении показателей качества зерна пшеницы установлено, что при совместном применении фуролана с метионином улучшаются натура зерна, увеличивается содержание белка и клейковины, улучшается ее качество [18,19].

В результате проведенных анатомо-морфологических исследований листовой пластинки пшеницы выявлено, что в вариантах с обработкой метионином и комплексом метионин с фуроланом, листья пшеницы приобретают ряд признаков ксероморфной структуры: утолщение стенок клеток эпидермиса, увеличение общей толщины листовой пластинки, уменьшение размеров клеток хлоренхимы, увеличение толщины хлоренхимы, уменьшение величины устьиц, увеличение размеров пузыревидных клеток (таблица 3).

Таблица 3 - Сравнительная характеристика биометрических параметров листовой пластинки пшеницы (в усл.ед.)

Все это позволяет растению накопить больше влаги, используемой листом при начале его подсыхания при водном стрессе. Существенное утолщение слоя хлоренхимы, свидетельствует о большом потенциале синтетической активности листа. За счет утолщения клеток эпидермиса и слоя хлоренхимной ткани увеличивается общая толщина листовой пластинки. Кроме того, на поверхности эпидермиса расположены волоски, клетки которых наполняются воздухом и играют защитную роль (от перегрева солнцем, от потери воды).

Таким образом, обработка фуроланом, фуроланом с метионином, позволяет изменить анатомическую структуру листа, что имеет значение для повышения засухоустойчивости пшеницы.

При определении содержания РНК, ДНК и общего белка спектральным методом выявлено увеличение их содержания в вариантах с обработкой фуроланом и композицией фуролан с метионином в среднем на 1,59% и 6,3% соответственно (таблица 4).

Таблица 4 - Суммарное РНК, ДНК и общего белка спектральным методом (экстракция буфером), мг/г сух в-ва

Таким образом, использование максимального биологического потенциала озимой пшеницы путем индукции иммунитета абиогенными элиситорами может стать одним из альтернативных экологически безопасных путей развития сельскохозяйственного производства и получения высококачественного урожая [23-25].

Предлагаемая нами технология применения комплекса препаратов фуролан и метионин является очень перспективной, т.к. среди описанных выше аналогов элиситоров, удовлетворяет главным критериям, предъявляемым к новым средствам защиты растений: высокая эффективность, экономичность, низкая себестоимость, экологическая безопасность и безвредность для человека. Это открывает огромные перспективы перехода от опасных биоцидных препаратов к современным нанотехнологичным методам защиты растений от заболеваний.

Список использованной литературы

1. Тютерев С.Л. Физиолого-биохимические основы управления стрессоустойчивостью растений в адаптивном растениеводстве.// Вестник защиты растений, №1., 2000, С.11-33.

2. Яблонская Е.К. Средство для обработки семян зерновых и зернобобовых культур, пораженных фузариозом/ В.В. Котляров, Ю.П. Федулов и др.//Патент РФ № 2475025 от 20.02.2013 г.

3. Яблонская Е.К. Возделывание озимой пшеницы с использованием обработки растений экзогенными регуляторами/В.В. Котляров, Ю.П.Федулов и др.// Труды Кубанского государственного аграрного университета, Краснодар, КубГАУ, Вып.3, 2012, С.81-87.

4. Котляров В.В Бактериальные болезни злаковых культур. Краснодар. КубГАУ. 2008. 325с.

5. Тютерев С.Л. Индуцированный иммунитет//Болезни культурных растений. С-Питербург.-2005.с.224-230.

6. Муромцев Г.С., Чкаников Д.И., Кулаева О.Н. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений.-М: Агропромиздат.-1987.-383 с.

7. Спиридонов Ю.Я., Хохлов П.С., Шестаков В.Г. Антидоты гербицидов// Агрохимия.- 2009.- №5.-С.81-91.

8. ЖуковЮ.П. Получение программированных урожаев зерна озимых культур при комплексном применении средств химизации/ Ю.П.Жуков, Т.П. Дадабаева, С.А. Фирсов, И.М.Хайруллин // Известия ТСХА.- 1991.- №6. - С. 67-80.

9. Яблонская Е.К., Котляров В.В., Федулов Ю.П. Молекулярные механизмы действия антидотов гербицидов, перспективы использования в сельском хозяйстве. Монография.- Краснодар.: КубГАУ, 2013.-181 с.

10. Яблонская Е.К., Плотников В.К. Влияние гербицида 2,4-Д и антидота фуролан на ростовые и синтетические процессы в проростках озимой пшеницы/ Политематический сетевой электронный Научный Журнал КубГАУ.-№24(8)-С. 1-8.

11. Яблонская Е.К. Влияние совместного применения гербицида 2,4-Д и его антидота фуролан на формирование качества зерна озимой мягкой пшеницы при созревании./ Е.К. Яблонская, Е.В. Суркова, В.К.Плотников и др.// Известия вузов. Пищевая технология. Вып. 1, 2007 г., с. 15-18.

12. Яблонская Е.К. Влияние гербицида 2,4-Д и антидота фуролан на качество зерна озимой пшеницы./ Е.К.Яблонская, Е.В. Суркова, В.К.Плотников, Н.Г. Малюга //8-я региональная научно - практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар, 2006 г.С.201.

13. Яблонская Е.К. Влияние на качество зерна озимой пшеницы антидота гербицида 2,4-Д препарата фуролан/ Е.К. Яблонская, В.К. Плотников, В.В. Гаража, Н.И. Ненько// Известия вузов. Пищевая технология. Вып.1,2007г.,С.103

14. Яблонская Е.К. Метаболизм пшеницы под влиянием гербицида 2,4-Д и его антидота фуролан. Монография. LAP Lambert Academic Publishing GmbH & Co.KG. Germany, 148с.

15. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М.: Колос, 1970. Вып. 5 - 159 с.

16. Кушниренко М.Д., Печерская С.Н. Физиология водообмена и засухоустойчивости растений. Кишинев.: Штиинца, 1991. - 306 с.

17. Воробьев Н.В. Определение содержания сахарозы, фруктозы и глюкозы в растительных тканях с помощью антронового реактива. Бюллетень НТИ ВНИИриса. Краснодар, 1985. Вып.33. - С. 11-13

18. Георгиев Г.П. Методы определения и выделения нуклеиновых кислот. В сб.: Химия и биохимия нуклеиновых кислот. Л., 1968. - С. 74-120

19. Якуба Ю.Ф. Применение СВЧ-экстракции и высокоэффективного капиллярного электрофореза для анализа вегетативных органов растений.: Материалы II Междунар. конф. «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, растений и сельскохозяйственного сырья». М., 2004. -С. 71-74

20. Практикум по биохимии. Под ред. С.Е. Северина, Г.А.Соловьевой. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 509 с.

21. Захарова М.В. Методика определения массовой концентрации свободных аминокислот / М.В. Захарова, И.А. Ильина, Г.В. Лифарь, Ю.Ф. куба // Методическое и аналитическое обеспечение исследований по садоводству, Краснодар.- 2010.- С. 289-295

22. Якуба Ю.Ф. Способ определения глюкозы, сахарозы, фруктозы / Ю.Ф. Якуба, Н.И. Ненько, М.В. Филимонов, В.В. Шестакова, М.В. Захарова // Патент РФ № 2492458от 10.09.2013

23. Котляров В.В. Применение физиологически активных веществ в агротехнологиях/ В.В. Котляров, Ю.П.Федулов, К.А.Доценко, Д.В.Котляров, Е.К.Яблонская.- Краснодар: КубГАУ.-2013.-169 с.

24. Яблонская Е.К., Ненько Н.И., Суркова Е.В., Плотников В.К. Способ снижения токсического действия гербицида группы 2,4-Д на качество зерна озимой пшеницы /Патент РФ № 2356225 от 27 мая 2009 г Бюл.№15

25. Яблонская Е.К., Котляров В.В., Багрянцев Е.С., Донченко Д.Ю., Федулов Ю.П. Средство для обработки семян зерновых и зернобобовых культур, пораженных фузариозом. Патент РФ № 2475025 от 20.02.2013.

Размещено на Allbest.ru