Підвищення фітотоксичної дії гербіциду інгібітора протопорфіриногеноксидази карфентразону та гербіциду класу синтетичних ауксинів 2,4-д за сумісного застосування з донором no нітропрусидом натрію

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Національна академія наук України

Інститут фізіології рослин і генетики

Підвищення фітотоксичної дії гербіциду інгібітора протопорфіриногеноксидази карфентразону та гербіциду класу синтетичних ауксинів 2,4-д за сумісного застосування з донором no нітропрусидом натрію

І.Г. Пономарьова,

М.В. Хандежина,

М.П. Радченко

Анотація

Досліджували вплив донора NO нітропрусиду натрію (НПН) на фітотоксичну дію гербіциду інгібітора протопорфіриногеноксидази (ПРОТО) карфентразону та гербіциду 2,4-Д класу синтетичних ауксинів. Вплив НПН на дію гербіцидів вивчали в умовах вегетаційних дослідів з використанням рослин редьки олійної як моделі однорічних дводольних бур'янів, чутливих до дії досліджуваних гербіцидів. Рослини редьки обробляли гербіцидами у фазу двох справжніх листків обприскуванням розчинами гербіцидів та НПН окремо, розчинами гербіцидів із добавлянням НПН, інактивованого НПН і сечовини. Фітотоксичну дію оцінювали за інгібуванням наростання маси сирої речовини надземної частини рослин. За обробки рослин розчином НПН у концентраціях 2,5 і 5 мМ встановлено тенденцію до стимуляції росту. Гербіцид карфентразон у нормах 15 і 20 г/га дуже слабко, а гербіцид 2,4-Д у нормі 360 г/га істотно пригнічували ріст редьки олійної. Інгібувальна дія карфентразону за норми 15 г/га посилювалась за сумісного застосування з НПН у концентрації 5 мМ, а за норми внесення карфентразону 20 г/га за обох досліджуваних концентрацій НПН - 2,5 і 5 мМ. За сумісного застосування 2,4-Д з НПН інгібувальна дія посилювалась лише за концентрації НПН 5 мМ. Добавляння до робочого розчину інактивованого НПН, який унаслідок витримування на світлі протягом 24 год втрачав здатність утворювати NO, та сечовини концентрацією 15 мМ, яка за вмістом азоту еквівалентна розчину НПН концентрацією 5 мМ, не впливало на дію гербіцидів. Останнє є свідченням того, що посилення інгібувальної дії карфентразону і 2,4-Д за сумісного застосування з НПН зумовлене його здатністю бути донором NO. Отримані результати підтвердили принципову можливість зростання фітотоксичної дії гербіцидів інгібіторів ПРОТО та синтетичних ауксинів у разі сумісного застосування з донором NO.

Ключові слова: NO, нітропрусид натрію, гербіциди, карфентразон, 2,4-Д.

Annotation

Increase in the phytotoxic effect of protoporphyrinogen oxidase inhibiting herbicide carfentrazone and herbicide synthetic auxin 2,4-d by join use with the no donor sodium nitroprusside

I.G. Ponomareva, M.V. Khandezhyna, M.P. Radchenko, Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine

The influence of the NO donor sodium nitroprusside (SNP) on the phytotoxic effect of the herbicide protoporphyrinogen oxidase (PPO) inhibitor carfentrazone and the herbicide 2,4-D from the class of synthetic auxins was studied. The study of the effect of SNP on the action of herbicides was carried out in the conditions of greenhouse experiments using oil radish (Raphanus sativus L. var. oleifera Metzg.) plants as a model of annual dicotyledonous weeds sensitive to the action of the studied herbicides. Treatment with herbicides was carried out at the stage of two true leaves by spraying plants with solutions of herbicides and SPN separately, with solutions of herbicides with the addition of SNP, inactivated SNP and urea. The phytotoxic effect was evaluated by inhibiting the increase in the fresh mass of the above-ground part of the plants. It was established that when plants were treated with SNP solution in concentrations of 2.5 and 5.0 mM, a tendency to growth stimulation was observed. The herbicide carfentrazone at rates of 15 and 20 g/ha very weakly, and the herbicide 2,4-D at the rate of 360 g/ha significantly inhibited the growth of oil radish. An increase in the inhibitory effect of carfentrazone at a rate of 15 g/ha was observed when combined with SNP at a concentration of 5.0 mM, and at a rate of carfentrazone application of 20 g/ha at both studied concentrations of SNP 2.5 and 5.0 mM. Under join application of 2,4-D with SNP, an increase in the inhibitory effect was observed only at a SNP concentration of 5.0 mM. Addition to the solution of inactivated SNP, which lost its ability to form NO due to exposure to light for 24 hours, and urea at a concentration of 15 mM, which is equivalent to the SNP solution at a concentration of 5.0 mM in terms of nitrogen content, did not affect the herbicides action. The latter is evidence that the increase in the inhibitory effect of carfentrazone and 2,4-D by join application with SNP is due to its ability to be a NO donor. The obtained results proved the fundamental possibility of increasing the phytotoxic effect of PPO inhibitor herbicides and synthetic auxins due to the simultaneous use with the NO donor.

Key words: NO, sodium nitroprusside, herbicides, carfentrazone. 2,4-D.

Постановка проблеми

Нині вибірну фітотоксичність гербіцидів підвищують їх сумісним застосуванням зі сполуками двох класів: сейфнерами, які підвищують стійкість культурних рослин до гербіцидів, та ад'ювантами, які посилюють фітотоксичну дію гербіцидів на бур'яни. Сейфнери селективно пришвидшують детоксикацію діючих речовин гербіцидів у культурних рослинах, а ад'юванти сприяють надходженню цих діючих речовин до рослин [1]. Отже, модифікація дії гербіцидів сейфнерами та ад'ювантами реалізується впливом на концентрацію діючих речовин гербіцидів у сайтах їхньої дії. Водночас є істотні підстави вважати, що взаємодія діючих речовин гербіцидів із сайтами їхньої дії - це тільки перший етап активного процесу індукованого патогенезу, складовою частиною якого є програмована загибель клітин (ПЗК) [2]. Тому цілком реальною видається можливість модифікації фітотоксичної дії гербіцидів впливом на розвиток індукованого патогенезу, зокрема на проходження окремих етапів ПЗК.

Одним із чинників, який можна використати як модифікатор фітотоксичної дії гербіцидів, є монооксид азоту (NO), оскільки відомо, що за дії різноманітних стресорів NO є медіатором адаптивних процесів, спрямованих на підвищення стійкості рослин [3-7], і водночас може брати участь в індукції ПЗК, зумовленої впливом цих стресорів [8-11]. Очевидно, що для рослин гербіциди є абіотичними стресорами. Однак відомості щодо модифікації дії гербіцидів за допомогою NO дуже обмежені й суперечливі. Так, NO знижував токсичність для рису гербіциду параквату [12]. Попередня обробка рослин сої донором NO нітропрусидом натрію зменшувала оксидний стрес, спричинений гербіцидом лактофеном [13]. За одночасної обробки рослин гороху НПН і неселективним гербіцидом гліфосатом його токсичний вплив зменшувався [14]. Водночас в умовах вегетаційного досліду на рослинах вівса, який слугував моделлю однорічних злакових бур'янів, встановлено, що за попередньої обробки НПН концентрацією 2 мМ за 24 год до обробки гербіцидом фенокса- проп-етилом інгібувальна дія цього гербіциду посилювалась. За одночасної обробки гербіцидом і НПН фітотоксична дія феноксапропетилу ослаблювалась [15]. Аналогічний ефект спостерігали на рослинах соняшнику, що їх використовували як модель однорічних дводольних бур'янів, за обробки НПН і гербіцидом інгібітором ацетолактатсинтази (АЛС) трибенуронметилом. Передобробка НПН посилювала, а сумісне застосування з гербіцидом - ослаблювало фітотоксичну дію [16]. В умовах польового досліду в посіві озимої пшениці за сумісного застосування НПН концентрацією 2 мМ з трибенурон-метилом і синтетичним ауксином 2,4-Д (препарат естерон) змін в ефективності контролювання бур'янів не виявлено. Водночас у разі застосування в посіві кукурудзи НПН із гербіцидом інгібітором протопорфіриногеноксидази сафлюфенацилом ефективність контролювання однорічних злакових бур'янів істотно зростала [16].

Можливість посилення фітотоксичної дії гербіцидів унаслідок застосування нефітотоксичної сполуки дуже приваблива, оскільки дає змогу знизити норму внесення гербіцидів і тим самим зменшити пестицидне навантаження на фітоагроценоз. Однак необхідність пе- редобробки донором NO для посилення дії гербіцидів зводить нанівець можливість його реального використання на практиці.

Залежність характеру впливу НПН на фітотоксичну дію гербіцидів від термінів обробки можна пояснити різницею в динаміці надходження гербіцидів і НПН до рослин, й, відповідно, відмінностями у часі між етапами розвитку фітотоксичної дії гербіцидів і відповіддю рослин на зміну вмісту NO. Слід зазначити, що й феноксапропетил, який за механізмом дії є інгібітором ацетил-КоА-карбоксилази (АКК), і трибенурон-метил, який є інгібітором АЛС, характеризуються повільним розвитком фітотоксичної дії. Постає запитання, яким буде характер впливу донора NO за його сумісного застосування з гербіцидами, які на відміну від інгібіторів АКК та АЛС характеризуються швидким розвитком фітотоксичної дії? Найшвидше фітотоксична дія розвивається у гербіцидів класів інгібіторів ПРОТО та синтетичних ауксинів. У зв'язку з цим завданням нашого дослідження було визначення впливу донора NO нітропрусиду натрію за сумісного застосування з гербіцидом інгібітором ПРОТО карфентразоном і синтетичним ауксином 2,4-Д.

Методика. 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 у суміші ґрунту з піском (співвідношення 3 : 1) по 20 рослин на посудину. Обробляли рослини гербіцидами і НПН у фазу двох справжніх листків обприскуванням фіксованим об'ємом розчинів певної концентрації гербіцидів та НПН. Інгібувальну дію гербіцидів визначали за пригніченням наростання маси сирої речовини надземної частини рослин і розраховували за формулою

I (%) = 100 - М_д-100/М_к,

де I - інгібувальна дія, %; М, М_к - маси однієї рослини відповідно у дослідному й контрольному варіантах.

Маси рослин визначали у проміжок від 7 до 12 діб після обробки залежно від швидкості появи видимих ознак фітотоксичної дії гербіцидів.

Донором NO слугував натрійнітрозопентаціаноферат (Na₂[Fe(NO)(CN)₅], тривіальна назва - нітропрусид натрію; компанія «Мерк КГаА»). Для інактивації нітропрусиду натрію його розчин витримували на світлі протягом однієї доби. Рослини обробляли такими гербіцидними препаратами: аврора 40 ВГ (водорозчинні гранули) (карфентразон, 400 г/кг) компанії «FMC» та Естерон 600 КЕ (концентрат емульсії) (етилгексиловий естер 2,4-Д, 600 г/л) компанії «Доу АгроСаєнсис».

Досліди проводили в чотириразовому повторенні. Кожен дослід передбачав контрольний варіант без обробки. Для перевірки відтворюваності результатів досліди за ідентичною схемою повторювали двічі. Результати оброблено статистично методом дисперсійного аналізу (ANOVA) з визначенням значущості різниці між середніми з використанням тесту Тьюки (Tukey's HSD test) за p <0,05. Наведено середні значення та їхні стандартні похибки (M±SE).

Результати та обговорення

Перші досліди були присвячені визначенню концентрації НПН, за якої за сумісного застосування з гербіцидами інгібіторами ПРОТО й синтетичними ауксинами фітотоксична дія зростала. У вегетаційних і польових дослідах щодо вивчення впливу донора NO на фітотоксичну дію гербіцидів НПН застосовували у концентрації 2 мМ. За такої концентрації за сумісного застосування фітотоксична дія посилювалась лише для гербіциду інгібітора ПРОТО [16]. Відомо, що за дії різноманітних стресорів з підвищенням концентрації NO його здатність стимулювати адаптивні процеси втрачається [7]. Встановлено також, що за низьких концентрацій NO може бути інгібітором, за високих - індуктором програмованої загибелі клітин [8]. У зв'язку з цим для вивчення ми обрали концентрацію НПН 2,5 мМ, що незначно перевищувала концентрацію НПН, яку використовували в дослідах, описаних у працях [15, 16], та вдвічі збільшену концентрацію 5 мМ.

Результати досліду щодо сумісного застосування гербіциду кар- фентразону і НПН наведено в табл. 1. Карфентразон у рекомендованих нормах внесення 15 і 20 г/га через 9 діб після обробки дуже слабко вплинув на рослини редьки олійної. Це може бути зумовлено тим, що обробку рослин проводили у фазу двох справжніх листків, тоді як карфентразон рекомендовано застосовувати в ранні фази розвитку бур'янів (фаза сім'ядолей). За обробки НПН в обох концентраціях спостерігали тенденцію до стимулювання росту, хоча перевищення маси рослин було незначущим. Вірогідний вияв інгібувальної дії карфентразону спостерігали лише за сумісного застосування гербіциду й НПН. Накопичення маси рослин вірогідно зменшувалось у варіанті з нормою внесення карфентразону 15 г/га та концентрації НПН 5 мМ, а за норм внесення карфентразону 20 г/га інгібувальна дія посилювалась за обох концентрацій НПН. Ці результати збігаються з даними досліду щодо сумісного застосування НПН з інгібітором ПРОТО сафлюфенацилом [16].

Таблиця 1

Інгібування наростання маси сирої речовини надземної частини рослин редьки олійної (модель однорічних дводольних бур'янів) за дії гербіциду інгібітора ПРОТО карфентразону та його сумішей з нітропрусидом натрію

Результати досліду із сумісного застосування гербіциду 2,4-Д та НПН наведено в табл. 2. За обробки рослин НПН, як і в дослідах із карфентразоном, спостерігали тенденцію до стимулювання росту рослин. За дії гербіциду 2,4-Д, який використовували в рекомендованій нормі внесення 360 г/га, пригнічення росту рослин редьки олійної було досить істотним й однозначно перевищувало дію кар- фентразону, який при застосуванні окремо дуже слабко впливав на ріст рослин редьки олійної (див. табл. 1).

Однак на відміну від карфентразону інгібувальна дія 2,4-Д посилювалась тільки за вищої концентрації НПН - 5 мМ (див. табл. 2).

Як уже зазначалось, за сумісного застосування 2,4-Д і НПН в концентрації 2 мМ ефективність контролювання бур'янів не змінювалася [16]. Це може бути зумовлено низькою концентрацією НПН, оскільки для стимуляції інгібувальної дії 2,4-Д концентрацію НПН потрібно істотно збільшити.

нітропрусид натрій гербіцид вегетаційний редька

Таблиця 2

Інгібування наростання маси сирої речовини надземної частини рослин редьки олійної (модель однорічних дводольних бур'янів) за дії гербіциду класу синтетичних ауксинів 2,4-Д (етилгексиловий естер) та його сумішей з нітропрусидом натрію (НПН)