Поиск новых иммуномодуляторов сахарной свеклы в ряду производных пиридилгидразонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОИСК НОВЫХ ИММУНОМОДУЛЯТОРОВ САХАРНОЙ СВЁКЛЫ В РЯДУ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРИДИЛГИДРАЗОНОВ

Дядюченко Людмила Всеволодовна

Химическая прополка посевов является важным звеном в защите сельскохозяйственных культур от сорняков, т.к. сорные растения существенно снижают урожай важнейших культур. При плотности засорения выше экономического порога вредоносности гербициды значительно повышают урожай без затрат ручного труда и применение их является необходимым и рентабельным. Однако большинство пестицидов являются достаточно токсичными веществами, зачастую они помимо своей основной функции (защиты от болезней, сорняков и вредителей) оказывают стрессовое действие на защищаемую культуру. Стрессовый эффект может проявляться в виде замедления роста и развития различных метаболических процессов, снижения всхожести, появления пятен, ожогов, скручивания листьев, повышения подверженности болезням и других симптомов, а в конечном итоге выражается в значительном недоборе урожая [1]. Таким образом, создание средств снижения отрицательного действия гербицидов на культурные растения весьма актуально.

Сахарная свёкла относится к одной из основных экономически важных сельскохозяйственных культур. В новых, интенсивных технологиях средства защиты сахарной свёклы применяются очень широко. Несмотря на эффективность химических способов уничтожения сорняков, недобор сельскохозяйственной продукции от фитотоксичности гербицидов ежегодно составляет 15-20 %. [2]. Поэтому, одновременно с проблемой повышения биологической эффективности препаратов необходимо разрабатывать меры и средства, которые защищают культурные растения от нежелательных последствий их применения.

Задачей нашего исследования являлся синтез и биологический скрининг новых химических соединений - потенциальных иммуномодуляторов сахарной свёклы. Для этого был синтезирован ряд производных пиридилгидразонов, общей формулы I:

Ia R = H, R¹ = CH₃; Ib R = H, R¹ = 4-NO₂; Ic R = H, R¹ = 4-NH-C(O)CH₃; Id R = H, R¹ = 4-N(C₂H₅)₂; Ie R = 2-OH, R¹ = 4-Br; If R = H, R¹ = 4-N(CH₃)₂; Ig R = H, R¹ = 4-OH; Ih R = H, R¹ = 4-OC₂H₅.

Пиридилгидразоны - перспективный класс соединений в плане поиска БАВ, среди них найдены представители с высокой антидотной и рострегулирующей активностями [3-5].

Синтез соединений Ia-h осуществляли взаимодействием 4-метил-6-метилгидразино-2-хлорникотинонитрила с ароматическими альдегидами при кипячении в среде этанола. Выход целевых продуктов составил 61- 82 %. Для всех синтезированных соединений определены физико-химические константы (Т_пл., Т_кип.), их структура подтверждена элементным анализом, а также методами ЯМР ¹Н-спектроскопии и масс-спектрометрии. Индивидуальность соединений установлена с помощью тонкослойной хроматографии. Синтез исходного 4-метил-6-метилгидразино-2-хлорникотинонитрила описан в работе [6].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

пиридилгидразон гербицид сахарный свекла

Оценку иммуномодулирующей активности синтезированных соединений проводили на сахарной свекле гибрида F₁ Аллигатор.

Первичную оценку активности новых соединений осуществляли в лабораторном опыте по величине их рострегулирующего эффекта. Для этого использовали официально рекомендованную методику проращивания семян в «рулонах» по ГОСТ 12044-93, пп. 10.3, 10.7. Повторность опыта четырёхкратная. В каждом варианте опыта семена сахарной свёклы обрабатывали 30 мл рабочего раствора препаратов. Затем семена выдерживали в течение 1 ч при 21-22 ^°С в отсутствии света. Обработанные семена (по 50 шт.) раскладывали в линию с интервалом 1-2 см на увлажненную по полной влагоемкости полосу фильтровальной бумаги, которую сворачивали в рулон. Рулоны устанавливали вертикально в химические стаканы и термостатировали при 22-25 ^°С. Через 10 суток опыт заканчивали и проводили биометрическую оценку растений. Данные учётов обрабатывали статистически (при уровне значимости Р = 0, 95).

Отобранные в лабораторном опыте соединения Ib и Ie изучали в условиях полевого опыта.

Опыт на сахарной свекле был заложен по схеме:

- Контроль - без обработки (ручная прополка);

- Эталон - обработка баковой смесью гербицидов;

- Смесь гербицидов + соед. Ib 20 г/га;

- Смесь гербицидов + соед. Ib 40 г/га;

- Смесь гербицидов + соед. Iе 20 г/га;

- Смесь гербицидов + соед. Ib 40 г/га;

Расход рабочего раствора 300 л/га;

В баковой смеси использовали гербициды, общепринятые в технологии выращивания сахарной свеклы: Бетанал 22 - селективный гербицид для послевсходового контроля однолетних двудольных сорняков; Лонтрел^® 300 - послевсходовый гербицид для защиты от комплекса трудноискоренимых сорняков (осот, горчак ползучий и др.); Зелек Супер - селективный послевсходовых системный гербицид, предназначенный для борьбы с однолетними и многолетними злаковыми сорняками.

Обработку растений проводили в фазу 4-6 настоящих листьев сахарной свёклы, при обработке к баковой смеси гербицидов добавляли растворы исследуемых веществ Ib и Ie. Баковая смесь содержала следующие количества гербицидов: Зеллек - Супер, КЭ + Бетанал 22, КЭ + Лонтрел 300, ВР в дозе - 0, 37 л/га + 0, 7 л/га + 0, 2 л/га (доза гербицидов снижена на 30% от рекомендованной).

Одним из механизмов действия гербицидов группы Бетанала, широко применяемых на посевах сахарной свёклы, является подавление фотосинтеза за счёт ингибирования транспорта электронов. При этом замедляется синтез важнейших аминокислот - предшественников белка. Содержание хлорофилла снижается на 9-12% [7]. В результате, растения приостанавливаются в росте, тормозятся физиолого-биохимические процессы, наблюдается, так называемая «гербицидная яма» - до 2-3 недель, что сильно сказывается на урожайности культуры.

Для изучения элементов иммуномодулирующего действия наших соединений Ib и Ie, определяли содержание пигментов в листьях растений, биометрические показатели надземной части и корнеплодов, урожайность и сахаристость.

Пробы на содержание пигментов отбирали на следующий день и через каждые 5 дней после обработки. Содержание фотосинтезирующих пигментов в листьях растений (хлорофилла а, хлорофилла b и каротиноидов) определяли на спектрофотометре Genesys 8 (Thermo Spectronic, Англия), в экстрактах 96 %-ным этанолом с последующим расчетом по формулам Лихтенталлера [8].

Биометрические показатели надземной части и корнеплодов определяли в фазу смыкания листьев в междурядьях и при уборке урожая, в том числе площадь ассимиляционной поверхности листьев по методике Н.И. Орловского [9], динамику накопления растениями сырой и абсолютно сухой биомассы по методике Глеванского [10].

Учет урожая осуществляли количественно-весовым методом, путем подсчета и взвешивания корнеплодов с учетных площадок. Содержание сахара в корнеплодах определяли по ГОСТу Р53036-2008. Статистическую обработку результатов исследований проводили по прописи Б. А. Доспехова [11]. О достоверности разницы между вариантами судили по критерию Стьюдента при уровне значимости t 0, 05 и НСР₀₅.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По результатам полевого опыта оба изучаемые соединения Ib и Ie проявили защитный эффект от негативного воздействия гербицидов на высоком уровне. Данные таблицы 1, свидетельствуют, что применение на растениях испытуемых соединений оказало существенное влияние на надземные органы растений. Под их влиянием увеличилась высота растений на 0, 1-4, 5 см, число листьев - 0, 1-2, 0 шт, площадь листьев - 0, 12-2, 03 дм² в сравнении с гербицидным эталоном. Увеличение параметров надземных органов привело к увеличению биомассы и массы сухого вещества. Биомасса надземных органов от применения испытуемых соединений увеличилась на 0, 92-20, 58 г, сухого вещества на 0, 77-7, 04 г. Следует отметить, что использование соединения Ie в дозе 20г/га оказалась более эффективным, так как на этом варианте были отмечены самые высокие значения по всем показателям.

Таблица 1. Биометрия сахарной свеклы в фазе смыкание листьев в междурядьях гибрида F₁ Аллигатор, 2016 г.

Применение на растениях сахарной свеклы испытуемых соединений Ib и Ie активизировало не только рост и развитие надземных органов, но и синтез фотосинтетических пигментов в листьях растений. На графике представлено содержание пигментов хлорофилла а, хлорофилла b и каротиноидов за период вегетации сахарной свёклы (рис.1).

Рисунок 1 - Содержание пигментов в листьях растений сахарной свеклы мг/дм²

Как видно из данных графика, применение испытуемых соединений, усиливает процессы синтеза пигментов в листьях растений. На эталонном варианте было отмечено снижение содержания хлорофилла «а» на 5 сутки после обработки, что говорит о наступлении стрессового состояния растений. В вариантах же с испытуемыми соединениями хлорофилл «а» был на уровне или выше контрольного варианта, что свидетельствует о повышении иммунитета растений в результате воздействия соединений Ib и Ie.

Что касается урожайности, то оба соединения Ib и Ie в двух дозах обеспечили прибавку урожая сахарной свёклы на уровне 10, 2 - 14, 8 % по отношению к гербицидному контролю, что составляет 56, 0 - 81, 7 ц/га (табл. 2).

Таблица 2. Урожайность сахарной свеклы гибрида F₁ Аллигатор, 2016 г.

В то же время оба препарата существенно увеличивали сахаристость корнеплодов. Так, применение соединения Ie позволило повысить процентное содержание сахара по отношению к гербицидному эталону на 4, 6%, а выход сахара на 3, 7 т/га. В других вариантах эти показатели были незначительно ниже, прибавка составила от 3, 4 до 3, 6 т/га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, применение новых синтезированных соединений:

обеспечило существенное и достоверное повышение урожая сахарной свеклы по сравнению с гербицидным контролем. Прибавка урожая к эталону составила 56, 0 - 81, 7 ц/га или 10, 2 - 14, 8 %.

Использование препаратов положительно влияет на формирование таких элементов структуры урожая, как число, масса и площадь листьев, величина и масса корнеплодов, что обеспечивает существенное повышение продуктивности культуры. Увеличивается также содержание пигментов, что повышает срессустойчивость растения к гербицидному воздействию. Качественные показатели корнеплодов (сахаристость) на 3, 8-4, 6 % превышают таковые у эталона.

Это значительное увеличение продуктивности основных показателей сахарной свёклы даёт основание рекомендовать дальнейшее более детальное изучение этих соединений с целью регистрации в качестве препаратов, повышающих иммунитет культуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захарычев В.В. Гербициды и регуляторы роста растений // М: РХТУ им. Менделеева. 2007. 204 с.

2. Захаренко В.А. Экономическая эффективность химической защиты растений в условиях реформируемой экономики России / В.А. Захаренко // Агрохимия. 1998. № 10. - c. 74-82.

3. Пат. РФ, № 2338377. Способ стимулирования роста сахарной свеклы регулятором роста. Назаренко Д.Ю., Стрелков В.Д., Дядюченко Л.В., Дмитриева И.Г.. Опубликовано 20.11.2008 г.

4. Дядюченко Л.В. Антидотная и рострегулирующая активность N1-арил-N2-(замещённый никотинонитрил)гидразонов / Л.В.Дядюченко, И.Г. Дмитриева, Д.Ю. Назаренко, В.Д. Стрелков // Агрохимия. 2014. № 7. С. 33-37.

5. Стрелков В.Д.. Синтез и скрининг гербицидных антидотов на подсолнечнике / В.Д. Стрелков, Л.В. Дядюченко, И.Г. Дмитриева, Л.И. Исакова // Международная научно-практическая конф. «Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем», г. Краснодар, 2010, с. 503-516.

6. Дмитриева И.Г. Cинтез 6-гидразино(алкилгидразино)-4-метил-2-хлорникотинонитрилов / И.Г. Дмитриева, Л.В. Дядюченко, Л.Д. Конюшкин, Е.А. Кайгородова // Изв. Вузов. Химия и хим. технол. 2006. Т. 49. № 8. c. 119.

7. Дворянкин Е.А. Действие гербицидов группы Бетанала на фотосинтез сахарной свеклы / Е. А. Дворянкин, А. Е. Дворянкин // Сахарная свекла: научно - практический журнал. 2011. № 4. с. 33-37.

8. Lichtentaller H.K., Wellburn A.R. Determinations of total extracts in different solvents / H.K., Lichtentaller, A.R. Wellburn // Biochem. Soc. Transactions. 1983. Vol. 11. № 5. р. 591-592.

9. Орловский Н.И. Основы биологии сахарной свеклы / Н.И. Орловский // Киев: Госсельхозиздат УССР. 1961. 302 с.

10. Глеванский И. В. Свекловодство / И. В. Глеванский, В. Ф. Зубенко, А. С. Мельниченко. К. 1989. 207 с.

11. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований / Б.А. Доспехов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос. 1979. 416 с.

Размещено на Allbest.ru