Прискорення фітотоксичної дії гербіциду аклоніфену за сумісного застосування з донором NO нітропрусидом натрію

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України

Прискорення фітотоксичної дії гербіциду аклоніфену за сумісного застосування з донором NO нітропрусидом натрію

І.Г. Пономарьова

В.В. Юхимук

м. Київ

Анотація

Досліджували вплив донора NO нітропрусиду натрію (НПН) на фітотоксичну дію гербіциду інгібітора синтезу каротиноїдів аклоніфену. Спостереження проводили в умовах вегетаційного досліду на рослинах редьки олійної як моделі однорічних дводольних бур'янів, а також у польових дослідах у посівах соняшника. Під час вегетаційного досліду рослини обробляли у фазу двох справжніх листків обприскуванням розчином гербіциду окремо та з додаванням НПН. Динаміку розвитку фітотоксичної дії оцінювали за інгібуванням наростання маси сирої та сухої речовини надземної частини рослин, а також за інгібуванням накопичення фотосинтетичних пігментів у листках. У польових дослідах визначали вплив НПН на фітотоксичну дію аклоніфену на культурні рослини та ефективність контролювання бур'янів. Встановлено, що на ранніх етапах розвитку фітотоксичної дії аклоніфену за додавання НПН посилюється інгібувальний вплив на чутливі до аклоніфену види рослин. Разом з тим остаточна дія аклоніфену в межах рекомендованих норм внесення 0,6-1,2 кг/га як на чутливі, так і на стійкі види рослин не змінюється під час додавання НПН у концентраціях 1, 3 та 5 мМ. Отже, за сумісного застосування з донором NO відбувається лише прискорення розвитку фітотоксичної дії аклоніфену, а не її підсилення. Порівняння впливу донора NO на фітотоксичну дію аклоніфену та гербіцидів з класів інгібіторів ПРОТО, АЛС і синтетичних ауксинів дало можливість зробити висновок, що опосередкованість фітотоксичної дії гербіциду утворенням АФК є необхідною, але недостатньою умовою чутливості рослин до дії гербіциду за впливу NO.

Ключові слова: NO, нітропрусид натрію, гербіциди, аклоніфен.

Abstract

Acceleration of herbicide aclonifen phytotoxic action by join application with no donor sodium nitroprusside

I.G. Ponomareva, V.V. Yukhymuk

Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv

The effect of NO donor sodium nitroprusside (SNP) on the phytotoxic effect of the carotenoid synthesis inhibitor herbicide aclonifen was investigated. The research was conducted under the greenhouse conditions using oil radish plants as a model of annual dicotyledonous weeds, as well as in field experiments in sunflower crops. In the greenhouse experiment treatment was carried out in stage of two true leaves by spraying plants with a herbicide separately and with the addition of SNP. The dynamics of the phytotoxic effect development was evaluated by the inhibition of the aboveground part of the plants fresh and dry matter accumulation, as well as by the inhibition of the accumulation of photosynthetic pigments in the leaves. In field experiments, the effect of SNP on the phytotoxic effect of aclonifen on sunflower plants and the effectiveness of weed control was evaluated. It was established that addition of SNP can lead to increase of aclonifen inhibitory effect on sensitive plant species at the early stages of the development of herbicide action. At the same time, the final effect of aclonifen in the range of recommended application rates of 0.6-1.2 kg/ha, both on sensitive and resistant plant species, does not change when SNP is added in concentrations of 1, 3 and 5 mM. It was concluded that join application with NO donor can lead only to the acceleration of development, but not to the strengthening of aclonifen phytotoxic effect. On the basis of a comparison of NO donor input on the phytotoxic effect of aclonifen and herbicides from the classes of synthetic auxins, PPO and ALS inhibitors, it was concluded that dependence of herbicide phytotoxic effect on the formation of ROS is a necessary, but not sufficient condition for the plant sensitivity to herbicide's action under NO application.

Key words: NO, sodium nitroprusside, herbicides, aclonifen.

Основна частина

Посіви соняшника на ранніх етапах розвитку культури можуть дуже пригнічуватись бур'янами. Особливо небезпечні дводольні види бур'янів, оскільки від них найскладніше захистити посіви соняшника. Для контролювання бур'янів у посівах соняшника рекомендовано гербіциди кількох класів. Однак усі вони селективні до культури лише за внесення у ґрунт до появи сходів. Відомо, що ефективність «ґрунтових» гербіцидів дуже залежить від вологості ґрунту й може стрімко зменшуватися в умовах посухи. Асортимент гербіцидів, які є ефективними проти дводольних бур'янів і можуть використовуватися за вегетації соняшника, вкрай обмежений. Зокрема, для застосування у вегетацію культури рекомендовано гербіцид аклоніфен. Однак селективність цього препарату недостатня, внаслідок чого є висока вірогідність тимчасових проявів фітотоксичного впливу аклоніфену на рослини. У зв'язку з цим актуальним є пошук методів підвищення селективності аклоніфену щодо соняшника.

Як модифікатор фітотоксичної дії гербіцидів використовують безпечний для навколишнього середовища монооксид азоту (NO). Він є одним із ключових сигнальних посередників-газотрансмітерів, що функціонує в усіх живих організмах, і одним із універсальних регуляторів різноманітних метаболічних процесів. Відомо, що NO за дії різних стресорів, з одного боку, є медіатором адаптивних процесів, спрямованих на підвищення стійкості рослин [1-5], з іншого - може брати участь в індукції програмованої загибелі клітин (ПЗК), спричиненої впливом цих стресорів [6, 7]. За дії NO відбувається як зменшення, так і збільшення фітотоксичної дії гербіцидів з різними механізмами фітотоксичності. Донори NO, так само, як й класичні антиоксиданти, знижують токсичність для рису гербіциду параквату, що є перехоплювачем електронів від природного акцептора у ФС I хлоропластів [8]. За сумісного застосування донора NO НПН з несе - лективним гербіцидом гліфосатом, який є інгібітором ферменту шляху біосинтезу ароматичних амінокислот 5-енолпірувілшикимат-3-фо - сфатсинтази (ЕПШФС), спостерігалося зменшення оксидного стресу в рослинах гороху [9]. Попередня обробка рослин сої НПН зменшувала оксидний стрес, спричинений гербіцидом інгібітором прото - порфіриногеноксидази (ПРОТО) лактофеном [10]. В умовах польового досліду в посіві пшениці озимої за сумісного застосування НПН з гербіцидами інгібітором ацетолактатсинтази (АЛС) трибенуронмети - лом та синтетичним ауксином 2,4 - Д не було виявлено змін у ефективності контролювання бур'янів. Водночас за сумісного використання у посіві кукурудзи НПН та гербіциду інгібітора ПРОТО сафлюфенацилу ефективність контролювання однорічних злакових бур'янів істотно збільшувалася [11]. В умовах вегетаційного досліду на рослинах вівса, який слугував моделлю однорічних злакових бур'янів, встановлено, що попередня обробка рослин НПН за 24 год до внесення гербіциду інгібітора ацетил-КоА-карбоксилази (АКК) фе - ноксапропетилу посилювала його дію. При цьому за одночасної обробки гербіцидом і НПН фітотоксична дія феноксапропетилу зменшувалася [12]. Аналогічний ефект спостерігали за обробки НПН і гербіцидом інгібітором АЛС трибенуронметилом рослин соняшника, які використовували як модель однорічних дводольних бур'янів. Попередня обробка НПН збільшувала, а сумісне застосування зменшувало фітотоксичну дію трибенуронметилу [11]. З цих даних можна зробити висновок, що модифікація NO фітотоксичної дії гербіцидів зумовлена впливом NO на інтенсивність утворення активних форм кисню (АФК), індуковане дією гербіцидів. Свідченням цього є той факт, що найсильніший вплив NO спостерігали на дію гербіцидів, фітотоксичність яких опосередковується утворенням АФК. Це стосується гербіциду параквату та гербіцидів інгібіторів ПРОТО, дія яких зумовлена дезорганізацією процесу фотосинтезу, внаслідок чого опосередковується утворення АФК [13], а також гербіцидів інгібіторів АКК, для яких встановлена участь АФК у індукованому патогенезі [14, 15]. Разом з тим вплив NO на фітотоксичну дію гербіцидів, для яких утворення АФК є неспецифічним вторинним ефектом, зокрема для гліфосату, пов'язано з впливом NO на індукований цим гербіцидом вторинний оксидний стрес [9].

На практиці модифікація NO фітотоксичної дії гербіцидів може мати значення лише за сумісного застосування донора NO та гербіцидів. Висловлено припущення [11, 12], що однакова залежність від термінів обробки характеру впливу НПН на фітотоксичну дію гербіцидів інгібіторів АКК та АЛС пояснюється тим, що обом класам цих гербіцидів властивий однаковий повільний темп розвитку фітотоксичної дії, хоча її механізми, зокрема участь АФК у індукованому патогенезі, є різними. Постає питання, як сумісне застосування з НПН вплине на фітотоксичну дію гербіцидів, які характеризуються найшвидшим розвитком фітотоксичної дії, а саме гербіцидів інгібіторів ПРОТО та синтетичних ауксинів? У зв'язку з цим було досліджено вплив НПН на фітотоксичну дію гербіциду інгібітора ПРОТО карфентразону, дія якого опосередковується утворенням АФК, та синтетичного ауксину 2,4 - Д, для якого утворення АФК має другорядне значення. Встановлено, що за сумісного застосування з НПН фітотоксична дія карфентразону на рослини редьки олійної, які використовувалися як модель дводольних бур'янів, значно посилюється, а 2,4 - Д є незначною [16]. З отриманих даних випливає, що можливість модифікації фітотоксичної дії гербіциду за рахунок сумісного застосування з донором NO зумовлена насамперед участю АФК у розвитку фітотоксичної дії цього гербіциду.

Механізм фітотоксичної дії аклоніфену остаточно не визначений. Видимі прояви його дії є типовими для «блічингових» гербіцидів, фітотоксичність яких зумовлена інгібуванням синтезу каротиноїдів. Однак за хімічною структурою аклоніфен належить до дифенілових ефірів, які, як й лактофен, є інгібіторами ПРОТО. У зв'язку з цим певний час існувала думка, що аклоніфен є гербіцидом з подвійною дією: інгібуванням ПРОТО та синтезу каротиноїдів [17]. Потім з'явилося повідомлення, що сайтом дії аклоніфену є фермент соланезил - дифосфатсинтаза (СДФС) [18]. Вважали, що інгібування аклоніфе - ном синтезу каротиноїдів зумовлено тим, що СДФС бере участь у синтезі пластохінону, який є кофактором ферментів синтезу каротиноїдів фітоендесатураз. На сьогодні ж у міжнародній базі даних, яка узагальнює інформацію щодо поширення у бур'янів резистентності до гербіцидів з різними механізмами фітотоксичності, група 32, спеціально відведена для інгібіторів СДФС, не містить жодного члена, а аклоніфен віднесено до групи 34, до якої належать інгібітори лікопенциклази [19], ферменту, який бере участь у формуванні окремих класів каротиноїдів. Незважаючи на невизначеність щодо конкретного механізму дії аклоніфену, не викликає сумніву той факт, що його дія пов'язана з порушенням синтезу каротиноїдів, внаслідок чого, як і для всіх гербіцидів, дія яких зумовлена дезорганізацією фотосинтезу, опосередковується утворенням АФК [13]. Тому можна очікувати, що аналогічно гербіцидам інгібіторам ПРОТО фітотоксична дія аклоніфену посилюватиметься за сумісного застосування з НПН. Однак швидкість розвитку фітотоксичної дії аклоніфену значно менша, ніж у інгібіторів ПРОТО. За цим параметром аклоніфен ближче до гербіцидів інгібіторів АКК, дія яких розвивається повільно. Отже, не виключено, що за сумісного використання з НПН фітотоксична дія аклоніфену зменшуватиметься, як це відбувається у гербіцидів інгібіторів АКК.

Підвищити селективність аклоніфену щодо соняшника можна, якщо за сумісного застосування з НПН фітотоксична дія аклоніфену зменшуватиметься. Якщо ж фітотоксична дія аклоніфену збільшуватиметься, то за сумісного використання з НПН норму внесення ак - лоніфену можна буде зменшити і це дасть можливість посилити його селективність щодо соняшника.

Мета нашої роботи полягала у визначенні можливості модифікації фітотоксичної дії аклоніфену за рахунок сумісного застосування з донором NO НПН. Для цього в умовах вегетаційного досліду вивчали вплив різних концентрацій НПН на динаміку розвитку фітотоксичної дії аклоніфену на чутливі рослини, обрані як моделі бур'янів, а в умовах польових дослідів у посівах соняшника оцінювали вплив НПН на селективність аклоніфену щодо культурних рослин та ефективність контролювання ним бур'янів.

У вегетаційних дослідах об'єктом досліджень були рослини редьки олійної (Raphanus sativus L. var. oleifera Metzg.), які слугували моделлю однорічних дводольних бур'янів. Досліди проводили на вегетаційному майданчику Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за природного освітлення. Рослини вирощували у посудинах місткістю 1 кг (по 20 шт.) у суміші ґрунту з піском (співвідношення 3:1). Рослини обробляли у фазу двох справжніх листків обприскуванням фіксованим об'ємом розчинів певної концентрації гербіциду та НПН. Інгібувальну дію гербіциду оцінювали за вмістом фотосинтетичних пігментів та масою сирої речовини надземної частини рослин і обчислювали за формулою (1)

де І - інгібувальна дія, %, М_д, М_к - значення критеріїв (вміст пігментів, маса рослини) у дослідному і контрольному варіантах відповідно.

Маси сирої та сухої речовини надземної частини рослин визначали на 3-тю, 6-ту та 9-ту доби після обробки. Вміст фотосинтетичних пігментів (в мкг/мг сухої речовини) визначали на 4-ту добу після обробки методом екстракції наважки рослинного матеріалу в ДМСО на водяній бані за 67°С протягом 3 год [20].

Досліди проводили у чотириразовому повторенні. Кожен дослід передбачав контрольний варіант без обробки. Для перевірки відтворюваності результатів досліди за ідентичною схемою повторювали двічі.

Польові досліди проводили у 2023 р. у посівах соняшника гібрида Неома на полях дослідного господарства Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (смт Глеваха Фастівського р-ну Київської обл. - локація 1) та гібрида П64ЛЕ137 на полях приватного сільськогосподарського виробництва (с. Могутнє Кіровоградського р-ну Кіровоградської обл. - локація 2). Посіви обробляли у фазу чотирьох листків у соняшника за допомогою інтегрального штангового обприскувача зі стисненим повітрям: ширина штанги - 3 м, кількість розпилювачів - 6, відстань між розпилювачами - 50 см, висота руху штанги - 50 см, швидкість руху - 5 км/год, витрата робочої рідини - 300 л/га. Площа дослідної ділянки 15 м² (3 х 5 м), повторність - чотириразова, розміщення рендомізоване.

Ефективність контролювання бур'янів оцінювали для кожного виду окремо за зменшенням чисельності на оброблених ділянках порівняно з контролем [21]. При оцінюванні ефективності дії гербіцидів окрім чисельності бур'янів враховували також ступінь їх видимих пошкоджень (пригнічення росту, морфологічні дефекти, хлороз і некроз листків), які визначали візуально й виражали у відсотках (0 - відсутність ознак дії гербіцидів, 100 - повна загибель бур'янів цього виду). Ефективність контролювання бур'янів обчислювали за формулою (2)

де Е - ефективність контролювання певного виду бур'янів з урахуванням рівня забур'янення та візуальної оцінки дії гербіцидів, %; К₁ - кількість бур'янів на 1 м² в контролі до обробки; К₂ - кількість бур'янів в 1 м² у контролі в момент проведення обліку після обробки; В₁ - кількість бур'янів на 1 м² під час обліку до обробки на ділянці, що буде оброблятися гербіцидами; В₂ - кількість бур'янів на 1 м² ділянки після обробки гербіцидами; Е_в - візуальна оцінка дії гербіциду (рівень пошкоджень чи ступінь пригнічення рослин, виражені у% візуально порівняно з рослинами того самого виду в контролі).

Вплив аклоніфену на соняшник оцінювали через 7 та 28 діб після обробки посіву. Фітотоксичний вплив на соняшник визначали підрахунком відсотка пошкоджених рослин на кожній дослідній ділянці та візуальною оцінкою ступеня пошкодження, яку виражали у відсотках (0 - відсутність пошкодження, 100 - повна загибель рослини). Фітотоксичну дію на соняшник у відсотках обчислювали за формулою (3)

де F - фітотоксична дія на культуру, %; N_pi - кількість рослин з певним типом та інтенсивністю пошкодження; N - загальна кількість обстежених рослин; P - ступінь певного типу пошкодження у відсотках.

У дослідах використовували гербіцидний препарат челендж КС (концентрат суспензії) (аклоніфен, 0,6 кг/л) компанії «Bayer Crop-

Science». Аклоніфен застосовували у нормах 0,6 та 1,2 кг/га, рекомендованих для застосування у вегетацію соняшника. Донором NO слугувала речовина натрійнітрозопентаціаноферат (Na₂[Fe(NO) (CN)₅]), тривіальна назва нітропрусид натрію компанії «Мерк КГаА». Обрали концентрації 1 та 3 мМ, за впливу яких фітотоксична дія гербіцидів інгібіторів АКК [11], зменшувалася та 5 мМ, яка збільшувала фітотоксичну дію гербіциду інгібітора ПРОТО [16].

Статистичну обробку отриманих результатів здійснювали методом дисперсійного аналізу (ANOVA) з визначенням достовірності різниці між середніми з використанням тесту Тьюки (Tukey's HSD test) за р< 0,05. Наведено середні значення та їх стандартні похибки (MtSE).

Відомо, що за дії різних стресорів у разі збільшення концентрації NO його здатність стимулювати адаптивні процеси втрачається [5]. Тому першим завданням вегетаційних дослідів було визначити вплив різних концентрацій НПН на фітотоксичну дію аклоніфену. Вміст суми хлорофілів (a+ b) і каротиноїдів та інгібувальна дія аклоніфену та його сумішей з НПН, обчислена за зменшенням вмісту цих пігментів у листках рослин редьки олійної на 4-ту добу після обробки, наведені у табл. 1. Видно, що збільшення норми внесення аклоніфену з 0,6 до 1,2 кг/га не привело до достовірного посилення інгібувальної дії. За норми внесення аклоніфену 0,6 кг/га додавання НПН у жодній із досліджуваних концентрацій не вплинуло на інгібувальну дію аклоніфену. Водночас за норми внесення аклоніфену 1,2 кг/га додавання НПН у концентраціях 3 та 5 мM спричинило достовірно більші втрати вмісту пігментів. Отже, за певних співвідно шень норм внесення додавання НПН може підсилити дію аклоніфе - ну. Дійсно, на 3-тю і 6-ту доби після обробки інгібування наростання маси сирої речовини надземної частини рослин редьки олійної підсилювалось при додаванні до аклоніфену в нормі 0,6 кг/га НПН концентрацією 5 мМ, а за норми аклоніфену 1,2 кг/га у всіх досліджених концентраціях НПН. Однак на 9-ту добу істотних відмінностей у значеннях інгібувальної дії аклоніфену окремо та за додавання НПН не спостерігалося (рис. 1). З цього випливає, що додавання НПН лише прискорює розвиток, але не впливає на остаточну силу фітотоксичної дії аклоніфену. Такий висновок підтверджується даними щодо динаміки інгібувальної дії, яку визначали за критерієм пригнічення накопичення маси сухої речовини рослин (рис. 2). Видно, що динаміка інгібувальної дії аклоніфену на накопичення маси сухої речовини рослин редьки олійної практично не змінювалася у разі збільшення норми внесення гербіциду або його сумісного застосування з НПН. Тобто додавання НПН до аклоніфену могло прискорювати втрати вологи рослинами і зменшувати вміст фотосинтетичних пігментів у листках, але не вплинуло на пригнічення гербіцидом росту рослин редьки олійної.

Таблиця 1. Вміст суми хлорофілів (a + b) і каротиноїдів (мкг/мг сухої речовини) у листках рослин редьки олійної на 4-ту добу після обробки гербіцидом аклоніфеном та його сумішами з НПН та інгібувальна дія (%) гербіциду, розрахована за зменшенням вмісту фотосинтетичних пігментів