Особенности реакции представителей рода Monarda на физическое и химико-биологическое воздействие

Такая последовательность роста органов зародыша выработалась в процессе эволюции. Она позволяет зародышу прикрепиться к почве и получать из нее воду[9].

Для роста необходимо непрерывное снабжение зародыша водой и питательными веществами. В процессе роста проросток переходит постепенно с гетеротрофного на мезотрофное питание, а потом -- на автотрофное. Пока зародыш находится в почве, он питается запасными веществами, находящимися в эндосперме, перисперме или семядолях, т. е. гетеротрофно. Как только появляются первые зеленые листья, начинается фотосинтез, и проросток может сам синтезировать часть необходимых веществ. Однако крупные мясистые семядоли продолжают снабжать его питательными веществами до тех пор, пока их запас не будет израсходован и семядоли не отомрут и не отпадут. Это период мезотрофного питания. У некоторых растений семядоли, появляясь над поверхностью почвы, зеленеют и превращаются из запасающих органов в фотосинтезирующие. Это связано с развитием в них хлоропластов и с превращением глиоксисом в пероксисомы, участвующие в гликолатном цикле фотосинтеза[9].

После прорастания зародышевый корешок превращается у двудольных растений в главный корень, в результате ветвления которого образуется корневая система. У однодольных растений главный корень быстро перестает расти, но образуются придаточные корни сначала над узлом щитка, а потом на нижних междоузлиях. Формируется система придаточных корней растения.

Одновременно начинается интенсивный рост и разворачивание листьев. Индуктором этих процессов является свет, под действием которого усиливается синтез гиббереллинов. Быстро увеличивается концентрация хлорофилла, формируются хлоропласты. В верхушечной меристеме побега образуются новые листья, узлы и междоузлия. Закладываются пазушные почки, образующие боковые побеги или остающиеся в состоянии покоя (спящие почки). У злаков в пазухах нижних листьев закладываются почки, обусловливающие их кущение[9].

Между ростом корней и побегов существуют сложные гормональные взаимодействия. ИУК, синтезируемая в верхушке побега, передвигается в корни. Низкие концентрации ИУК стимулируют деление и растяжение клеток корня, а высокие тормозят эти процессы, но стимулируют заложение боковых корней в перицикле. В корнях синтезируются цитокинины, поступающие в побег и индуцирующие заложение и рост пазушных почек[9].

Считается, что оценка проростков в технологии определения посевных качеств семян занимает второе по значению место после отбора образцов. Главная цель всех семенных тестов - выявление способности семян образовывать нормальные проростки, способные к продолжительному росту в почве при благоприятных условиях. В последние десятилетия в международных правилах определения качества семян введен раздел, предписывающий оценивать у проростков развитие важнейших морфологических структур, нарушение которого приводит к гибели или слабому росту проростка. Обращается особое внимание и на необходимость оценки потенций проростков при попадании их в неблагоприятные условия.

В соответствии с Международными правилами, при проведении лабораторных испытаний выделяют следующие категории анормально развитых проростков, которые не могут иметь хозяйственной ценности, поскольку не способны развиться в нормально развитые растения в полевых условиях:

загнившие семена и проростки, в том числе все те, у которых корень и семядоли либо полностью, либо в своей большей части загнили, при условии, что вызывающие гниль патогены не перешли с соседнего проростка;

травмированные проростки, у которых отломаны семядоли или часть корня, даже если имеются придаточные корни;

анормально развитые проростки, в том числе те, которые прорвали семенную оболочку, но прекратили рост, даже если семядоли приобрели зеленую окраску; проростки со слабыми побегами или корнями; проростки, у которых значительная часть корня или побега повреждены возбудителями болезней.

В свою очередь, нормально развитые проростки должны иметь:

хорошо развитую корневую систему, включая первичный корешок, за исключением тех растений (например, виды злаковых), которые образуют не менее двух зародышевых корешков;

хорошо развитый гипокотиль без повреждения проводящих тканей;

неповрежденную почечку с хорошо развитым зеленым листом, находящимся внутри или вышедшим из колеоптиля, или же неповрежденный эпикотиль с нормальной верхушечной почкой;

одну семядолю для однодольных и две семядоли для двудольных растений. (метод рекомендации по проведению опытов) [9].

1.5 Предпосевная обработка семян

Болезни, переносимые семенами и появляющиеся на ранних стадиях роста растений, а также насекомые могут оказать опустошающее воздействие на урожай. Специальная обработка семян перед посевом имела огромное значение на протяжении всей истории человечества, а в настоящее время способствует увеличению урожаев и их качества во всем мире. Семена являются переносчиками грибов, бактерий и вирусов, часть из которых может стать источником болезней растений[17].

Почва без санитарной обработки также содержит грибы и другие организмы, повреждающие семена и ростки. Насекомые могут повреждать семена в хранилищах или после высева их в почве. Повреждение семян насекомыми в процессе хранения может потребовать проведения их защитной обработки до высева. После высева почвенные насекомые могут пагубно воздействовать на семена и на их ростки, особенно в холодных и влажных условиях, препятствующих быстрым всходам и интенсивному росту [17].

Обработка семян перед посевом -- это воздействие на них химическими, физическими и биологическими способами, которые защищают семена от различных заболеваний и вредителей. Самая важная и эффективная часть обработки -- химическая, или протравливание семян.

Еще 4 тысячи лет назад в Древнем Египте и Греции семена вымачивали в луковом соке или перекладывали при хранении кипарисовой хвоей.

В средние века, с развитием алхимии и, благодаря ей, химии, стали вымачивать семена в каменной и калийной соли, медном купоросе, солях мышьяка. В Германии популярны были самые простые способы -- выдерживание семян в горячей воде или в растворе навоза.

В начале 16 века было замечено, что семена, побывавшие во время кораблекрушении в морской воде, дают посевы, которые меньше поражаются твердой головней. Гораздо позже, 342 лет назад, эффективность ПХОС была научно доказана в ходе опытов французского ученого Тиле, который исследовал влияние обработки семян солью и известью на распространение через семена твердой головни.

В начале 19 века использование препаратов с мышьяком как опасных для жизни человека было запрещено, но в начале 21 века стали использовать ртутьсодержащие вещества, которые запретили к применению только в 1982 году, причем только на территории Западной Европы.

И только в 60-е годы прошлого века были разработаны системные фунгициды для предварительной обработки семян, и индустриальные страны стали их активно применять. С 90-х стали применяться комплексы современных высокоэффективных и сравнительно безопасных инсектицидов и фунгицидов[17].

1.5.1 Регуляторы роста

Регуляторы роста - органические соединения, стимулирующие или тормозящие процессы роста и развития растений (природные вещества и синтетические препараты, применяемые при обработке с.-х. культур). Природные регуляторы роста представлены в растениях фитогормонами и ингибиторами роста, а также веществами типа витаминов. Гормоны представляют собой важные химические регуляторы роста животных и растений, которые образуются в одних тканях организма и транспортируются в другие, где проявляется их физиологическое действие. Гормоны биологически активны в чрезвычайно малых количествах[7].

Ауксины -- это вещества индольной природы. Основным фитогормоном типа ауксина является в-индолилуксусная кислота (ИУК). Наиболее богаты ауксинами растущие части растительного организма: верхушки стебля, верхушки корня, молодые растущие части листьев, почки, завязи, развивающиеся семена, а также пыльца. Образование ауксинов в большинстве случаев идет в меристематических тканях. Ауксины легко передвигаются из верхушки стебля вниз к его основанию, а из верхушки корня вверх, т. е. полярно. Полярное передвижение ауксинов идет по флоэме с большой скоростью, значительно превышающей скорость обычной диффузии, следовательно, это активный процесс, требующий затраты энергии. Наиболее ярким проявлением физиологического действия ауксина является его влияние на рост клеток в фазе растяжения. Ауксины в некоторых случаях стимулируют деление клеток, например, камбия. Под влиянием ауксинов может измениться направление дифференциации клеток. Имеются многочисленные данные, что ауксины являются регуляторами притока воды и питательных веществ. Увеличение притока воды под влиянием ауксина можно легко наблюдать при изучении его влияния на рост клеток в процессе растяжения. Гормоны типа ауксина влияют на распределение питательных веществ в растении. При внесении извне ауксинов или их синтетических аналогов они концентрируются в отдельных органах и клетках. Это вызывает приток к этим органам воды и питательных веществ и, как следствие, их усиленный рост. Одновременно рост других органов, содержащих меньше ауксинов, ослабляется, поскольку питательные вещества к ним поступают в меньшем количестве[8].

Гиббереллины впервые были выделены из паразитических грибов, нарушающих нормальный рост сеянцев риса. Наиболее распространенный гиббереллин А3 -- гибберелловая кислота (ГК). Остальные гиббереллины различаются в основном по структуре боковых цепочек. Растения на разных этапах онтогенеза могут различаться по набору гиббереллинов. Хотя все гиббереллины отличаются одинаковой направленностью физиологического действия, однако их активность может быть различной. Гиббереллины могут образовываться в разных, по преимуществу растущих частях растительного организма. Все же основное место образования гиббереллинов -- это листья. Наиболее общим и ярким проявлением физиологического действия гиббереллина является его способность резко усиливать рост стебля у карликовых форм различных растений. Считается, что карликовость -- это результат изменения (мутации) в одном гене. Возможно, что именно этот ген ответствен за образование гиббереллина, или, точнее, за образование фермента, катализирующего одну аз ступеней его синтеза. Однако некоторые исследователи полагают, что карликовые мутанты содержат ингибиторы роста и внесение гиббереллина лишь нейтрализует их действие. Обычно карликовость выражается в уменьшении длины междоузлий стебля при сохранении их числа. Обработанные гиббереллином карликовые растения выравниваются по высоте с нормальными, однако в последующих поколениях карликовость продолжает сохраняться[8].

Цитокинины -- это фитогормоны, регулирующие в первую очередь деление клеток. Все известные цитокинины -- это производные пуриновых азотистых оснований, а именно аденина, в котором аминогруппа в 6-м положении замещена различными радикалами. Цитокинины образуются в корнях и передвигаются в надземные органы по ксилеме. Цитокинины могут действовать совместно с ауксинами, вызывая деление клеток in vitro. В культуре клеток сердцевины табака высокая концентрация ауксина ускоряет формирование корня, в то время как высокая концентрация цитокинина ускоряет формирование почек. В интактных растениях цитокинины ускоряют рост боковых почек, действуя как антагонисты ауксина. Цитокинины предотвращают старение листьев, стимулируя синтез белка[8].

Абсцизовая кислота -- сильный ингибитор прорастания семян и роста почек и накапливается в них при переходе в состояние физиологического покоя. Одна из наиболее важных функций АБК -- ее участие в механизмах стресса. Абсцизовая кислота быстро накапливается в тканях при действии на растение неблагоприятных факторов внешней среды, особенно при водном дефиците, вызывая быстрое закрывание устьиц, что снижает транспирацию. Предполагается, что АБК, вырабатываемая корневым чехликом и тормозящая рост корня растяжением, участвует в механизме тропизмов корней. Установлено, что абсцизовая кислота может ингибировать синтез ДНК, РНК и белков. Наряду с этим она способна быстро воздействовать на ряд физиологических процессов. Закрывание устьиц после обработки АБК наблюдается уже через 3 мин, торможение ауксинзависимого выделения ионов Н+ и растяжения отрезков колеоптилей овса -- через 4 -- 5 мин. Предполагается, что АБК ингибирует функциональную активность Н+-помпы, что может иметь многообразные последствия. В большинстве случаев АБК тормозит рост растений. Причем этот фитогормон может выступать антагонистом ИУК, цитокинина и гиббереллинов. Однако в некоторых случаях АБК функционирует как активатор: она стимулирует развитие партенокарпических плодов у розы, удлинение гипокотиля огурца, образование корней у черенков фасоли[8].

Этилен представляет собой газ, образующийся в результате неполного сгорания углеводородов. Этилен ингибирует удлинение проростков, останавливает рост листьев (у двудольных) и вызывает задержку митозов. Все эти явления устраняются повышенными концентрациями СО2. Удлинение стебля тормозится из-за изменения направления роста клеток с продольного на поперечное, что приводит к утолщению стебля. Обработка этиленом индуцирует корнеобразование на стебле. У некоторых растений этилен вызывает эпинастию (опускание) листьев. В то же время у многих видов он ускоряет прорастание пыльцы, семян, клубней и луковиц[8].

Гормон тормозит полярный транспорт ауксина и способствует образованию его конъюгатов. По-видимому, именно с этим связана способность этилена усиливать процессы старения, опадения листьев и плодов, устранять апикальное доминирование. Как уже отмечалось, этилен ускоряет созревание плодов. Резко усиливается его выработка при стрессе и повреждении тканей (стрессовый этилен). Повышение концентрации ауксина и цитокинина также активирует продукцию этилена[8].

Фузикокцин. По своему действию фузикокцин похож на ауксин. Он стимулирует растяжение клеток корней, стеблей, колеоптилей, листьев, причем даже активнее, чем ИУК, а также прорастание семян (например, пшеницы). Фузикокцин вызывает открывание устьиц в присутствии и отсутствии света (антагонист АБК). Это связано с активацией протонной АТФ-азы и калиевых каналов. Кроме того, фузикокцин стимулирует транспорт кальция, хлора, глюкозы, аминокислот в клетку, а также дыхание и корнеобразование.

Фузикокцин обладает антистрессовыми функциями. Он повышает всхожесть семян при повышенных и пониженных температурах, избыточном увлажнении, при засолении. Замачивание семян в растворе фузикокцина, а также опрыскивание им в фазу кущения озимых пшеницы, ржи и ячменя повышает их морозоустойчивость благодаря лучшему развитию фотосинтетического аппарата у обработанных растений и накоплению ими большего количества в клетках сахаров. Фузикокцин защищает растения риса при засолении, повышает устойчивость клубней картофеля к некоторым заболеваниям[35].

Жасмонова кислота. Жасмоновая кислота (ЖК) и ее метиловый эфир могут контролировать такие процессы как созревание плодов и рост корня, изгиб усиков производство жизнеспособной пыльцы, устойчивость растений к насекомым и патогенам. Жасмоновая кислота и ее метиловый эфир могут синтезироваться при механическом повреждении из линоленовой кислоты, образующейся при распаде фосфолипидов клеточных мембран. Жасмоновая кислота транспортируется в неповрежденные участки по флоэме, а ее метиловый эфир как летучее соединение - по воздуху.



Содержание ЖК в тканях растений возрастает при механических раздражениях: изменение тургорного давления при водном дефиците, движении усиков, взаимодействии корневых волосков с частицами почвы. Синтез ЖК активируется элиситорами и системином. Активация синтеза ЖК в ответ на ряд механических раздражений происходит с участием Са-кальмодулинового пути сигнальной трансдукции. Концентрация ЖК наиболее высока в зонах клеточного деления, молодых почках, цветках, тканях околоплодника, в гипокотельном крючке бобовых растений. ЖК приводит к снижению содержания хлорофилла и хлорозу[35].

Концентрация жасмоновой кислоты в растительных тканях резко возрастает при механическом повреждении или воздействии элиситоров, способных индуцировать реакцию сверхчувствительности. Последняя является одним из самых эффективных способов защиты растительных организмов от повреждения, поскольку происходит быстрая локальная гибель инфицированных растительных клеток вместе с патогеном, что, в конечном счете, обеспечивает устойчивость всего растения. Синтез жасмонатов запускается при поранении растения, например, в процессе поедания фитофагами.

Жасмоновая кислота активирует экспрессию ряда генов, продукты которых вырабатываются в ответ на такие стрессовые воздействия, как механическое повреждение тканей и заражение патогенами. К их числу относятся, например, тионины, экстенсины, ферменты, участвующие в синтезе ряда фенольных соединений и фитоалексинов. Поэтому обработка растений жасмоновой кислотой резко повышает их устойчивость к повреждениям. Жасмоновая кислота - один из факторов индукции иммунитета растений к повторным заражениям[35].



Салициловая кислота

Салициловая кислота (СК): также обеспечивает растению устойчивость к повреждениям, вызываемыми различными патогенами. Синтез СК играет определяющую роль в реакции сверхчувствительности, а также в пролонгированной системной устойчивости растений к широкому кругу инфекций.

Синтез СК начинается в растениях с превращения фенилаланина в транс-коричную кислоту[35].

Схема биосинтеза салициловой кислоты: Фенилаланин > транс-коричная кислота > Бензойная кислота > Салициловая кислота

Образование салициловой кислоты происходит с участием фермента 2-гидроксилазы бензойной кислоты. Фермент представляет собой цитохром-Р450-монооксигеназу, использующую молекулярный кислород для гидроксилирования бензойной кислоты[35].

Салициловая кислота может образовывать метиловый эфир и (или) связываться с глюкозой под действием глюкозилтрансферазы.

Образование больших количеств пероксида водорода является также причиной активации синтеза фитогормонов - салициловой и жасминовой кислот. Повышение содержания салициловой кислоты усиливает реакцию СВЧ, поскольку салицилат является ингибитором каталазы - фермента, расщепляющего пероксид водорода. То есть пероксид водорода, активируя синтез салициловой кислоты, способствует еще большему накоплению активных форм кислорода и таким образом вызывает усиление СВЧ-реакции. По мере затухания реакции СВЧ салициловая кислота переводится в связанную форму, взаимодействуя с глюкозой и образуя гликозиды. Следует отметить, что синтез салициловой кислоты и образование ее коньюгантов - ключевые элементы не только в СВЧ-реакции, но и в формировании системного приобретенного иммунитета растения. Таким образом, в ходе СВЧ-реакции в растении происходит также формирование иммунитета к повторным заражениям[35].

Системин. Системин является единственным пептидом, обладающим гормоноподобным действием в растениях. Он был обнаружен в лаборатории Райана в 1992 г., а в следующем году была определена его структура. До открытия системина единственными известными молекулами растений, участвующими в клеточной коммуникации, были небелковые соединения относительно низкого молекулярного веса.

Полипептид системин состоит из 18 аминокислотных остатков. Он был изолирован из листьев томатов сначала в виде высокомолекулярного предшественника, содержащего 200 аминокислот и названного просистемином[36].

Синтез системина индуцируется либо механическим поранением, либо повреждением насекомыми. Пока системин обнаружен только в надземных органах (но не в корнях) томатов и картофеля. Соответственно поранение любой надземной части этих растений вызывает индукцию системина. Экзогенный системин в чрезвычайно низкой концентрации (40 фмолей) индуцирует у томатов экспрессию ингибиторов сериновых протеиназ, идентичных тем, которые образуются в ответ на поранение или повреждение грызущими насекомыми. Предполагается, что ингибиторы являются индуцибельными защитными соединениями, препятствующими легкой усвояемости белков насекомыми.

Используя меченый системин, удалось установить, что этот полипептид в течение 30 минут распространяется по всему листу от точки его нанесения. Через 3 часа его уже удавалось обнаружить во флоэмных эксудатах срезанных листьев томатов. Последнее показывает, что системин может системно передвигаться по флоэме. Однако, сейчас способность флоэмного транспорта системина подвергается сомнению [36].

Поранение одного листа томатов индуцирует транскрипцию мРНК системина по всему растению. Правда, это не исключает возможность того, что накопление системина в разных частях растений может быть следствием неких иных раневых сигналов. Полагают, что системин связывается с мембранным рецептором и тем самым активирует липазу, освобождающую линоленовую кислоту. Последняя служит источником жасмонатов, которые и могут индуцировать системин. He исключено также, что могут существовать и другие сигналы, индуцирующие системное накопление системина[36].

Все еще неизвестно, индуцирует ли системин СВЧ или его накопление объясняется только поранением. Неясно также, каковы взаимоотношения между системином, СК, жасмоновой кислотой и этиленом. Трудно судить, является ли повышение уровня системина по всему растению результатом его транспорта из пораненного участка ткани или же некий неизвестный сигнал индуцирует накопление системина на расстоянии, что и приводит к системной активации генов ингибиторов протеиназ. Тем не менее нельзя исключить, что быстрая индукция системина при поранении, его способность передвигаться по флоэме и индуцировать защитные белки делает последний одним из возможных кандидатов на трансдукцию SAR[36].

Брассиностероиды -- фитогормоны класса стероидов, соддерживающие нормальное функционирование иммунной системы растения, особенно в неблагоприятных условиях, например, при пониженных температурах, заморозках, затоплении, засухе, болезнях, действии пестицидов, засолении почвы и др. Брассиностероиды - стрессовые адаптогены, обладающие сильной ростостимулирующей активностью. Содержатся в каждой растительной клетке в очень малом количестве. Концентрация ферментов биосинтеза брассиностероидов наиболее высока в молодых тканях растения: этиолированных проростках, меристемах, флоральных примордиях, развивающейся пыльце. Брассиностероиды являются «регуляторами регуляторов», поскольку контролируют действие ауксинов, гиббереллинов, АБК, этилена. Они способны стимулировать образование этих гормонов, а также усиливают синтез ключевых ферментов нуклеинового обмена растений - ДНК- полимеразы, рибонуклеазы, АТФ-азы. При совместном действии с ауксинами, гиббереллинами или цитокининами, как правило, проявляют синергизм, т.е. взаимное усиление эффекта. Стимулируют рост и развитие растений при низких концентрациях[18].

В настоящее время создано множество химических и биологических препаратов, стимулирующих прорастание семян. Это вещества природного происхождения, выделенные из грибов, бактерий, водорослей, торфа, угля, сапропеля, витамины или их синтетические аналоги[19].

Регуляторы роста растений нашли практическое применение в следующих основных областях:

* возрождает ослабленные и омолаживает старые растения, за счёт стимуляции побегообразования и корневой системы;

* восстанавливает повреждённые растения после перенесённых стрессов (посадка, пересадка, хранение, длительная транспортировка, неоптимальная освещённость и температура, обработка пестицидами, засолённость и др.);

* вызывает раннее и обильное цветение, интенсивное окрашивание листьев и сочную окраску цветов за счёт усиления синтеза хлорофилла и других пигментов;

* индуцирует повышенную сопротивляемость к фитопатогенам (особенно корневым гнилям), вредителям, неблагоприятным условиям выращивания;

* вызывает активное нарастание вегетативной массы

* активирует ферментативную и гормональную системы растения и т.д.[20].

Наиболее распространённый способ обработки растений регуляторами роста -- опрыскивание. Так, для предотвращения опадения завязей плодовые деревья и ягодники опрыскивают стимуляторами типа АНУ и её производными. Для увеличения выхода волокна у лубяных культур вегетирующие растения опрыскивают раствором гиббереллина.

Ивин. Эффективный регулятор роста овощных культур: огурцов, томатов, перца сладкого, капусты, моркови, баклажанов, табака, а также хлопчатника, табака, эфиромасличных культур, роз.

Аналог естественных фитогормонов. Ивин способствует снижению уровня заболеваемости растений, повышению урожая, уменьшению содержания, в плодах нитратов, тяжелых металлов, радионуклидов. Препарат особенно эффективен при обработке семян. Прозрачный, водно-спиртовой раствор.

Класс токсичности: относится к малотоксичным веществам.

Условия хранения: Препарат хранят в заводской упаковке в сухом, темном помещении при температуре от 0 до +30єС.

Срок хранения: 3 года[37].

Биолан. Препарат является продуктом биологического происхождения. Характеризуется повышенным содержанием аналогов фитогормонов, полиненасыщенных жирных кислот, ответственных за выработку фитонцидов, фитоалексинов и хелатных форм биогенных микроэлементов[38].

Биолан является стимулятором роста широкого спектра действия, разрешен для обработки семян и опрыскивания растений зерновых, зернобобовых, технических, кормовых, овощных, бахчевых культур, винограда, плодово-ягодных культур, съедобных грибов. Применяется также на декоративных и лесных деревьях, кустарниках, цветах и газонных травах. Разрешен к использованию в частном секторе.

Механизм действия: способствует ускоренному делению клеток, развитию корневой системы, увеличению листовой поверхности и содержанию хлорофилла, снижает фитотоксическое действие пестицидов, обладает антимутагенным эффектом, улучшает качество выращенной продукции, увеличивает урожай.

Нормы расхода: 20 мл на 1 тонну семян; 10-15 мл. на 1 гектар посевов в зависимости от культуры и уровня агрофона.

Класс токсичности: препарат по ГОСТ 12.1.007-76 относится к малотоксичным веществам[38].

Условия хранения: препарат хранят в упаковке производителя в сухом, темном и прохладном помещении при температуре 0-30°С. Гарантийный срок хранения - 3 года[38].

Биосил. Препарат широкого спектра действия. Препарат предназначен для обработки семян и опрыскивания растений озимой и яровой пшеницы, ячменя, сои, гречихи, гороха, рапса, люцерны, клевера, льна, в лесоводстве и садоводстве.

Биосил способствует ускоренному делению клеток, развитию более мощной корневой системы, увеличению площади листовой поверхности и содержания хлорофилла, снижает фитотоксичное действие пестицидов, обладает антимутагенным эффектом, улучшает качество выращенной продукции, повышает урожайность, устойчивость растений к болезням и неблагоприятным факторам внешней среды (переохлаждению, перегреву, недостатку или избытку света и влаги)[39].

Биосил является улучшенным аналогом регулятора роста растений Агростимулин. Он представляет из себя комплекс регуляторов природного происхождения и синтетических фитогормонов и биогенных микроэлементов. Прозрачный бесцветный водно-спиртовой раствор.

Норма расхода. 20-25 мл на тонну семян или 15-20 мл на гектар посевов в зависимости от культуры, типа почвы и уровня агрофона.

Класс токсичности. Препарат по ГОСТ 12.1.007-76 принадлежит к малотоксичным веществам[39].

Условия хранения. Биосил хранят в упаковке производителя в сухом, темном помещении при температурах 0-30 °С.

Срок хранения - 3 года.

Регулятор роста растений Биосил применяют в виде водного раствора совместно с другими препаратами, который готовят в день использования, не нарушая технологию использования, что не требует дополнительных затрат на отдельное внесение препарата. Доза регулятора роста при внесении на тонну семян или на гектар посевов достаточно мала, поэтому важно, чтобы препараты были равномерно растворены в рабочем растворе. Для этого воду с регулятором роста и другими препаратами тщательным образом перемешивают до однородной консистенции.

Обработку семян зерновых колосовых культур, сахарной свеклы, кукурузы, технических и других культур препаратом Биосил проводят на семенных и кукурузокалибровочных заводах, а также в хозяйствах. Этот агроприем проводится в соответствии с требованиями для каждой культуры, правилами безопасности и санитарными нормами. Эти работы необходимо проводить качественно и быстро, чтобы не допустить набухания семян и повреждения их оболочек[39].

Внекорневая (листовая) обработка. Посевы опрыскивают водными растворами регуляторов роста с помощью штанговых опрыскивателей или авиатехники. Самыми эффективными для внесения препарата являются утренние часы до 10-11 и вечерние часы - после 17. Не рекомендуется опрыскивание посевов при скорости ветра выше 4 м/с.

Объемы водных растворов препарата из расчета на гектар посевов для полевых культур предусмотрены инструкциями к опрыскивателям (250-300 л/га).

Допускается снижение норм концентрации рабочего раствора на гектар при малообъемных орошениях до 12-25 л/га и до 2,5 л/га при обработке УМО (ультрамалая обработка)[39].

Регоплант. Биостимулятор (регулятор роста) растений из серии композиционных препаратов обладающий биозащитными свойствами, сбалансированная композиция биологически активных соединений аналогов фитогормонов, аминокислот, жирных кислот, олигосахаридов, хитозана, биогенных и хелатных микроэлементов К2О, Ca, Fe, Cu, B, Mn, Zn, Mo, Mg, S, N[40].

Преимущества применения: препарат гарантированно увеличивает урожайность и качество продукции. Способствует повышению энергии прорастания семян и их полевой всхожести, снятию мутагенной нагрузки от применения пестицидов. Способствует развитию более мощной корневой системы, увеличению площади листовой поверхности и содержанию хлорофилла, повышает устойчивость растений к болезням, стрессовым факторам антропогенного или природного происхождения. Препарат ускоряет деление клеток, ризогенез, развитие симбиотической микрофлоры в корневой системе, снижает фитотоксическое действие пестицидов, активизирует «ген устойчивости». Препарат обладает антипаразитарным действием- снижает нематодную нагрузку в почве, а также снижает заселенность почвы проволочником[40].

Регоплант защищает растения от фитонематод и насекомых-фитофагов, а также от болезней, возбудителями которых являются грибы-фитопатогены.

Норма применения: обработка семян - 250мл на 1 т, опрыскивание посевов - 50 мл на 1 га.

Водно-спиртовой раствор

Класс токсичности: относится к малотоксичным веществам.

Условия хранения: Препарат хранят в заводской упаковке в сухом, темном помещении при температуре от 0 до +30єС.

Срок хранения: 2 года[40].

1.5.2 Физические методы обработки семян

Физические факторы воздействия, такие, как, обработка звуком, током, магнитными и электромагнитными полями, способны существенно влиять на активность биологических объектов. Физические способы активации растений и семян в большинстве своем доступны, а их применение оправдано с экологической точки зрения.

Действие звука в широком диапазоне частот на семена многократно описано в литературе. Наиболее изучено воздействие ультразвука (УЗ), основные исследованные диапазоны которого составляют 21-66 кГц (УЗ низкой интенсивности) и 0,5-10 МГц (УЗ высокой интенсивности). Предпосевная обработка семян УЗ низкой интенсивности вызывает усиление воспроизводительных функций клеток, т.е. ускоренное развитие растения, сокращая сроки всхожести, увеличивая ее процент и скорость прорастания корней и побегов, уменьшая зависимость растений от погодных условий и их заболеваемость. УЗ низкой интенсивности не нарушает целостности объекта, например клетки, а влияет только на скорость физиологических процессов, в частности биохимических реакций, лежащих в их основе. В то же время интенсивный УЗ может приводить к изменению морфологии различных органов растений, изменению их электрофизических и других параметров. Под действием УЗ внутри клеток происходят самые разнообразные процессы, клеточное содержимое обычно перемешивается, органеллы меняют свое положение, разрушаются внутриклеточные мембраны, в результате УЗ-обработка клеток может вызвать как подавление, так и стимуляцию процессов их жизнедеятельности[16, 21].

В настоящее время хорошо описаны эффекты действия электромагнитных и магнитных полей (постоянных, переменных, комбинированных) на биологические системы растительного происхождения. Характер эффекта, его величина зависят от мощности и частоты приложенного поля. Электромагнитные и магнитные поля высокой (106-107 Гц) и очень высокой (107-108 Гц) частоты, а также ультравысокочастотные (108-109 Гц), сверхвысокочастотные (109-1010Гц) и крайне высокочастотные (1010-1011 Гц), не являясь ионизирующим излучением и не вызывая необратимых химических изменений в живой системе, могут возбуждать когерентные колебательные и вращательные режимы и вызывать биологические эффекты, для реализации которых требуются энергии ниже уровня ионизационных потенциалов: нагревание ткани, диэлектрофорез, деполяризация ячеистых мембран, ускорение диффузионных процессов в клетке, процессы преобразования, передачи, кодирования и хранения информации о живых системах и др. Многие клетки и их мембраны могут напрямую использовать энергию внешних электромагнитных полей, превращая ее в энергию молекулярных и клеточных процессов. Здесь прослеживается прямая аналогия с действием света, о чем свидетельствует активация фотосинтетических процессов в клетке и растении в целом после пропускании электротока[11, 22].

Физическая природа действия электромагнитных полей на биологические объекты в настоящее время недостаточно изучена. Существует классификация, позволяющая условно разделить воздействие электромагнитных полей по характеру изменений, вызываемых в биологическом объекте. В первую очередь, это энергетическое воздействие, сопровождающееся ростом температуры и локального давления, а также появлением механических изменений в структуре биологической ткани. В следующую очередь - функциональное воздействие, при котором энергия поля не приводит к заметному нагреву, но влияет на энзиматическую активность, конформационную динамику белков, возникновение в биологических структурах электрических или магнитоиндуцированных сил и вращающих моментов, инициирующих внутриклеточные процессы. Завершающий уровень воздействия - информационный, когда внешний поток энергии электромагнитного поля может вызвать изменение процессов жизнедеятельности. В этом случае действие поля накладывается на эндогенные ритмы растительных объектов, что, в зависимости от условий и характера информационного воздействия, может привести как к стимуляции их роста, так и к его угнетению[24].

Исследованиями последних лет доказано, что облучение в малых дозах вызывает многочисленные структурные перестройки в клетках, сохраняющиеся длительное время после облучения и приводящие к изменению функциональной активности клеток. Предлагаемое объяснение природы нелинейной бимодальной зависимости эффекта от дозы излучения основывается на представлениях о существующем разрыве между дозами, вызывающими повреждения в биологических объектах и инициирующими системами их восстановления. В связи с тем обстоятельством, пока системы восстановления не работают с полной интенсивностью, биоэффект нарастает с увеличением дозы излучения, затем по мере усиления процессов восстановления или сохраняется на том же уровне, или уменьшается вплоть до элиминирования. Все приведенные данные говорят о том, что реакция организма на воздействие малых доз излучения есть функция дозы, мощности облучения и времени, прошедшего с начала облучения[24, 25].

В ходе исследований установлена стимуляция всхожести и энергии прорастания семян Monarda fistulosa L. Режимом 3 на начальных этапах онтогенеза и ростовых процессов Режимом 1. Влияния ЭМИ на накопление основных фотосинтетических пигментов в листьях растений Hyssopus officinalis L. было установлено, что обработка семян иссопа Режимом 1 привела к существенному увеличению уровня хлорофилла а, b и каротиноидов по сравнению с контролем

Из этого следует, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение по воздействию на различные лекарственные культуры СВЧ-диапазона является видоспецифичным. В связи с этим под каждую культуру необходимо индивидуально подбирать режим воздействия[41].



Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты и условия проведения исследований

Объектом исследования послужили эфиромасличные растения, лекарственные растения: монарда лимонная (Monarda citriodora) и монарда двойчатая (Monarda didyma).

Монарда (Моnаrda) - травянистое растение семейства губоцветных (Lamiaceae). Родина её - Северная Америка и Мексика, где монарда распространена местами очень широко, словно сорняк. После открытия Колумбом нового континента монарда была завезена в Испанию. Но европейцы узнали о монарде только спустя 85 лет - из книг врача Николаса Монардеса «Радостные новости из Нового Света» (1569 г.) и «Медицинская история Западной Индии» (1580 г.). В этих книгах монарда называлась «ориган канадский» и «душевик вергинский». Через два столетия Карл Линней включил это растение в свою классификацию видов («Виды растений», 1753 г.), а род получил название «монарда» в честь H. Монардеса.

Потом о монарде надолго забыли, а вспомнили о ней только через столетие. В Европе и Азии монарда стала возделываться как эфиромасличное растение. Листья, стебли и соцветия почти у всех видов монарды обладают разнообразным букетом сильных ароматов (мяты, лимона и пр.). К началу XIX века монарду уже широко выращивали под названиями: бергамот (за сходство запаха листьев монарды с ароматом цитрусового растения - бергамота), чай Освего (для приготовления чая её использовали индейцы племени Освего), пчелиный бальзам, пахучий бальзам, американская мелисса, индийское перо, горный бальзам, лимонная мята[26].

Представители рода (Monarda) содержат большое количество полезных эфирных масел (около 2,4% из расчета на сухой вес), витамины (В2, В1, С) и др. биологически активные вещества.

В эфирном масле монард идентифицировано около двадцати компонентов. Основной из них - тимол (50-60%). Кроме него в эфирном масле растения содержатся карвакрол (9,6%), сабинен (3,8%), г-терпинен (16,5%), n-цимол (3%), б-туйен, борнеол, б-туйол, линалоол, мирцен, цинеол.

В состав растений рода монарда входят дубильные вещества, монардин и монардеин (в цветках), горечи, эфирное масло, антисептик тимол. Они используются в качестве иммуномодулирующего, антистрессового, антисклеротического, антианемического, антиканцерогенного, адаптогенного, радиопротекторного, антиоксидантного, антигельминтного, антисклеротического, слабительного, противовоспалительного, стимулирующего, бактерицидного и спазмолитического средства. Растения применяют также при ожогах, экземе, себорее, головной боли, хронических бронхитах, лучевой болезни, лихорадке, кашле, заболеваниях полости рта и гортани, бронхиальной астме, сальмонеллезе, пониженном аппетите, кожных инфекциях, трудно заживающих ранах[27].

Из красных цветков дикорастущей монарды коренные жители Северной Америки заваривали чай, вкус которого напоминал мяту. Белые поселенцы использовали этот чай под названием 'Osewego' при болях в желудке и как жаропонижающее.

Род насчитывает 20 видов, распространенных в Северной Америке от Канады до Мексики.

Однолетние и многолетние корневищные растения с прямыми или ветвистыми стеблями до 150 см высотой, с простыми, продолговато-ланцетными, зубчатыми листьями. Цветки мелкие, душистые, белые, красные, пурпуровые, желтоватые или крапчатые, двугубые, собраны в густые кистевидные или головчатые соцветия 6-7 см в диаметре, часто расположенные на стебле одно над другим. Плод -- орешек. Листья, стебли и соцветия обладают широким букетом ароматов (мяты, лимона и пр.).

Сейчас монарду знают многие: одни восхищаются разнообразной окраской и ароматом ее цветков, другие используют в кулинарии как пряность, третьи лечат простуду, заваривая чай из листьев, четвертые превозносят медоносные качества монарды. В Северной Америке - в США и Мексике - монарда встречается достаточно широко, местами превращаясь в сорное растение. В России наибольшее распространение получили многолетние монарды: двойчатая (М. didyma), дудчатая (M.fistulosa) и лимонная (М. citriodora). Однако видов монарды гораздо больше. Среди них монарды душистая (М. clinopodia), средняя (М. media), Рассела (М. russeliana), мягкая (М. mollis), Бредбери (М. bradburiana), точечная (М. punctata), красная (М. rubra), гребенчатая (М. ресtinata), рассеянная (М. dispersa) и другие[28].

Условия выращивания. Монарду размножают семенами и вегетативно -- делением куста. При семенном размножении в Нечерноземной зоне ее следует культивировать рассадным способом.

Семена высевают в ящики в конце января -- начале февраля. Всходы появляются на 15-20-й день. Через 20-25 дней после появления всходов сеянцы пикируют на 3-4 см друг от друга. На плантацию рассаду высаживают в 60-65-дневном возрасте с 2-3 парами настоящих листьев. Монарда переносит легкие заморозки до -3-5°С.

В южных районах посев можно проводить сразу в грунт. Семена заделывают на глубину 1-1,5 см.

Взошедшие растения первые 30-45 дней растут очень медленно и быстро зарастают сорняками. К тому же растения семенного размножения (особенно монарды дудчатой), как правило, бывают неоднородными по морфологическим и биохимическим показателям. Поэтому лучше плантацию монарды закладывать саженцами, полученными от деления 3-4-летних кустов. От каждого трехлетнего маточного куста в условиях Нечерноземья можно получить до 30 и более саженцев, при этом маточный куст может быть сохранен.

На плантацию саженцы высаживают ранней весной, несколько раньше, чем рассаду, по схеме 70Ч30-40 см. При размножении делением кустов урожай зеленой массы и семян получают уже в год посадки, тогда как при семенном размножении все виды монарды, кроме лимонной, зацветают только на второй год жизни[29].

Монарду лимонную следует выращивать только рассадным способом, так как зимой в условиях Подмосковья она вымерзает.

Для монарды следует отводить открытые ровные участки. Она нетребовательна и успешно растет на известковых почвах, особенно после хорошо удобренных навозом предшественников (овощные культуры, картофель). Непригодны тяжелые, кислые, сильно засоленные и заболоченные почвы.

Подготовку участка под монарду начинают с перекопки сразу же после уборки предшествующей культуры на глубину 25-30 см.

Под перекопку следует внести 5-6 кг пере-превшего навоза, 5-6 кг торфа, 40-50 г суперфосфата и 20-30 г калийных удобрений на 1 м2.

При закладке плантации рекомендуется внести 0,4 кг извести и 10 кг песка на 1 м2. Весной проводят перекопку на глубину 20-22 см с внесением 20-30 г/м2 аммиачной селитры.

В течение лета для борьбы с сорняками проводят 2-3 ручные прополки в рядках.

Уборка урожая надземной зеленой массы начинается в фазе массового цветения, когда в соцветиях и листьях содержится больше всего эфирного масла.

Срезку сырья проводят не ниже 20-25 см от поверхности почвы на уровне облиственности -- в зоне ветвления цветоносных стеблей. Сухое сырье сохраняет аромат до 2-3 лет.

Зрелые семена монарды хорошо переносят искусственное замораживание и мороз до -20°С в течение 2,5 месяцев в замерзших семенниках на участке. Поэтому-то весной можно наблюдать многочисленные всходы монарды из опавших на землю осенью и зимой семян.

Плантации монарды рекомендуется использовать не более 5 лет, так как в дальнейшем урожайность зеленой массы и семян уменьшается[29].

2.1.1 Монарда лимонная ( лат. Monarda citriodora) - травянистое растение рода Монарда (Monarda) семейства Яснотковые (Laminaceae)

Рисунок - 2.1. Monarda citriodora

Требования к почвам. Монарда лимонная не требовательна к почвам, однако лучше растет на легких известковых; непригодны почвы тяжелые болотистые и кислые. Возделывать ее лучше на открытых, достаточно увлажненных участках, защищенных от холодных северных ветров. Возможно небольшое затенение плантации. Урожай зеленой массы при этом увеличивается, а выход эфирного масла не снижается. Отзывчива на органические и минеральные удобрения.

Обработка почвы и удобрения такие же, как и для мелиссы. Размножается монарда лимонная посевом семян или делением куста при весенней посадке. Один маточный куст может дать 15 и более саженцев с двумя-тремя побегами каждый.

При семенном размножении культура ведется рассадным способом. Семена высевают в парники или на хорошо подготовленные гряды в марте. Всходы появляются на девятый-десятый день. На восемнадцатый-двадцатый день после появления всходов растения пикируют на 4--5 см друг от друга. На плантацию рассаду высаживают в возрасте 45--50 дней.

Лучшим способом размножения при промышленной культуре является деление кустов. При семенном размножении наблюдается расщепление.

Саженцы, полученные от деления кустов, высаживают на плантацию ранней весной, а рассаду, выращенную из семян,-- обычно в мае.

Урожай начинают собирать со второго года культуры во время цветения. Срезают облиственные цветущие побеги на высоте 20--25 см от поверхности почвы. Срезанное сырье поступает на переработку в сыром виде (при сушке часть масла теряется), а для заготовки впрок -- сушится в проветриваемых помещениях или сушилках.

Срезанные растения в условиях Крыма хорошо отрастают и часто цветут повторно. Весеннее отрастание после зимовки начинается рано -- во второй половине февраля -- начале марта.

Урожай зеленой массы в зависимости от возраста растений -- 150--200 ц с гектара, что дает 117--156 кг эфирного масла с гектара при среднем содержании его в сырье 0,78% [30].

2.1.2 Монарда двойчатая ( лат. Monarda didyma) - травянистое растение рода Монарда (Monarda) семейства Яснотковые (Laminaceae)

Рисунок - 2.2. Monarda didyma



Многолетнее травянистое растение до 80 см высотой, имеющее длинное горизонтальное корневище. Стебли прямостоячие, облиственные, четырехгранные, с тонкими волосками. Листья расположены супротивно, на коротких черешках с красноватыми прилистниками, 6-12 см длиной, светло-зеленые, овальные, на конце заостренные, по краю городчато-зубчатые, с редким опушением. Цветки мелкие, лиловые или фиолетовые, собраны в густое конечное, головчатое соцветие до 6 см в диаметре, иногда развивается еще одно соцветие, расположенное над первым. Крупные, листовидные прицветники часто одной окраски с цветками. Плод -- сухой, растрескивающийся на 4 орешка. В культуре с 1656 года. Обычно в садах встречаются гибриды с участием монарды двойчатой[28].

2.2 Физические методы предпосевной обработки

Микроволновая обработка семян производилась в Институте ядерных проблем БГУ на лабораторной установке для обработки семян различных сельскохозяйственных культур в широком частотном диапазоне (от 38 до 121 ГГц) с плавной регулировкой мощности от 1 до 10мВт (Рис.2.4). Установка содержала источник сигнала (сменный), развязывающий вентиль (широкополосный), предназначенный для уменьшения влияния отражений в волноводном тракте на частоту СВЧ колебаний источника сигнала, аттенюатор, блок управления, рупорную антенну, емкость для размещения обрабатываемых семян.

Рисунок - 2.3. Лабораторная установка для микроволновой предпосевной обработки семян.

Семена монарды были обработаны электромагнитным (ЭМИ) излучением в четырех частотных режимах: Режим 1 (54-78 ГГц, 22 мин); Режим 2 (64-66 ГГц, 12 мин), Режим 3 (64-66 ГГц, 8 мин) и Режим 2” (64 - 66 ГГц, 10 мин) в НИИ “Ядерных проблем БГУ”.

2.3 Химический метод предпосевной обработки

Химическая обработка семян проводилась с помощью экологически чистого регулятора роста эпин + (гомобрассинолид), производства ИБОХ НАН Беларуси. Действующее вещество - принадлежит к классу брассиностероидов, природных гормонов растений. Эпин+ - раствор гомобрассинолида в спирте 0,026 г/л.

Рисунок - 2.4. Структурная формула гомобрассинолида (эпин+).

Гомобрассинолид способствует развитию корневой системы, не вызывает уродства листьев, цветов, плодов и корней. Препарат придает растениям стойкость к неблагоприятным факторам среды. Он активизирует другие фитогормоны, усиливает их физиологическое действие и тем самым повышает устойчивость культуры к всевозможным стрессам, вызываемым низкими температурами, солями, затоплением, засухой, ядохимикатами. Способствует снижению опадения цветов и плодов, одновременно увеличивая у последних массу и улучшая качество. Содействует развитию здоровой рассады, формированию растений в начальный период. Это объясняется тем, что гормон соразмерно тому или другому стрессу корректирует уровень соответствующих фитогормонов в организме растений [31].

Семена исследуемой культуры были инкрустированы раствором эпин + в различных концентрациях: Эп-1 (10-4%), Эп-2 (10-6%), Эп-3 (10-8 %).

2.4 Биологический метод предпосевной обработки

Биологическая обработка семян проводилась препаратом эмистим С. Препарат широкого спектра действия. Продукт биотехнологического выращивания грибов-эпифитов из корневой системы лекарственных растений. Прозрачный бесцветный водно-спиртовый раствор. Содержит сбалансированный комплекс фитогормонов ауксиновой, цитокининовой природы, аминокислот, углеводов, жирных кислот, микроэлементов. Эмистим С увеличивает энергию прорастания и полевую всхожесть семян, устойчивость растений к болезням (бурой ржавчине, корневым гнилям и др.) и стрессовым факторам (высоким и низким температурам, засухе, фитотоксическому действию пестицидов), повышает урожай и улучшает качество растительной продукции. Нормы расхода: 10-20 мл. на 1 тонну семян; 10-15 мл. на 1 гектар посевов в зависимости от культуры и уровня агрофона[32].

Семена исследуемой культуры были инкрустированы раствором Эмистим С в концентрации 10-8%.

2.5 Условия проведения исследований

Исследования проводились на базе кафедры общей биологии и ботаники БГПУ им. М. Танка и отдела биохимии и биотехнологии растений ГНУ «Центральный ботанический сад» НАН Беларуси в условиях лабораторных и вегетационных опытов в период с 2012-2014г.

Согласно ГОСТу 24933.0-81, всхожесть - это способность семян давать нормально развитые проростки за определенный срок (предусмотренный для каждой культуры) при оптимальных условиях проращивания. Процент всхожести устанавливают отношением нормально проросших семян к общему их количеству, взятому для проращивания. Энергия прорастания характеризует дружность прорастания семян, т.е. количество семян, нормально проросших за более короткий срок, установленный для каждой культуры. Оценка прорастания семян включала в себя измерения массы и длины корней и проростков, а также расчет всхожести и энергии прорастания [16].

...