CC BY
10Биологическое действие гуминовых кислот вертикального профиля торфяной залежи Обь-Иртышского междуречья
о
сч
О Ш
m
X
<
m о х
X
Осницкий Евгений Михайлович
соискатель, Югорский государственный университет, evg.osn@gmail.com
Сартаков Михаил Петрович
доктор биологических наук, доцент, Югорский государственный университет, mpsmps@bk.ru
Барабанщикова Людмила Николаевна
Кандидат биологических наук, доцент, Государственный аграрный университет Северного Зауралья, bar.2000@mail.ru
Рыбачук Оксана Владимировна
старший преподаватель, Государственный аграрный университет Северного Зауралья, rybachuk74@mail.ru senior lecturer, State agrarian University of Northern TRANS-Urals, Tyumen
Ефанов Максим Викторович
кандидат химических наук, доцент, LLC «Малая инновационная компания «Югра-Биотехнология», efanov_1973@mail.ru
В статье представлены результаты изучения действия препаратов гуминовых кислот в вегетационном опыте. Тест-культура - яровая пшеница сорта Ирень. Исследованы 6 образцов гуминовых кислот. Данные образцы отобраны из вертикального профиля с различных глубин. 4 образца представлены торфами различного ботанического состава и степени разложения, два другие гипново-травяной сапропель и сапропель. Полученные в вегетационном опыте результаты были сравнены с результатами ЭПР спектроскопии данных образцов. Установлено, что гуминовые препараты сфагнового комплексного торфа (250-260 см) 0,01% и сапропеля (470-480 см) 0,01% положительно повлияли на энергию прорастания и всхожесть семян, а также на увеличение массы корневой системы и надземной части растений. Для данных образцов характерны высокие значения удельной концентрации парамагнитных центров в ГК 1,491017 пмц/г и 1,981017 пмц/г соответственно, а также средние значения "Молекулярной массы" 3,04106 г/моль и 4,04106 г/моль соответственно.
Ключевые слова: Торфы, гуминовые кислоты, биологическое действие, Обь-Иртышское междуречье, ЭПР-спектроскопия.
Введение
При торфообразовании происходит существенное изменение органического вещества, которое приводит к разрушению одних соединений и синтезу новых, ранее отсутствующих в растениях торфообразователях. Природная экология региона определяет кинетику данных процессов. Наиболее характерным моментом разложения растительной массы в торфяной залежи является накопление гуминовых кислот (ГК). Учитывая, что ГК обладают широким спектром биологического действия, их изучение, особенно ГК торфов, представляет интерес в целях получения новых препаратов [1,2,3,4,5]. В связи с этим приобретает особую актуальность исследование структуры и свойств ГК торфов современными физико-химическими методами. Исследование молекулярной структуры ГК и их биологических особенностей предусматривает решение задач практической значимости, позволяющих характеризовать различные месторождения торфа в качестве сырья для производства гуминовых препаратов [6,7], в зависимости от экологических условий их формирования.
Объект исследований
Профиль вертикальной торфяной залежи был отобран в 30 километрах к юго-западу от города Ханты-Мансийска в районе полевой учебно-экспериментальной станции «Мухрино» Югорского государственного университета. Данный стационар находится на левобережной террасе Иртыша на типичном болотном массиве (болото «Мухрино»). Глубина торфяной залежи составляет 510 см. От поверхности до глубины 370 см вертикальный профиль представлен сфагновым мочажин-ным, шейхцериево-сфагновым, шейхцериевым, сфагновым комплексным, сфагновым фускум торфами. На глубине от 370 до 510 см профиль состоит из гипново-тра-вяного сапропеля и сапропеля.
Методика
Образцы отобраны от поверхности до глубины 510 см с шагом 10 см. Отбор образцов производился при помощи торфяного бура марки Еуке1катр (Реа1затр!ег, производство Нидерланды). Доставленные в лабораторию образцы торфов доводились до воздушно сухого состояния, растирались на дисковой мельнице и просеивались через сито с отверстиями в 1 мм.
Из воздушно сухих образцов торфов предварительно удалялись липиды экстракцией спиртобензолом (1:1) и осуществлялось декальцинирование серной кислотой в течение 12 часов до отрицательной реакции на кальций. Избыток сульфат-ионов удалялся в процессе промывки дистиллированной водой. Из декальциниро-ванной почвы ГК извлекались децимолярным раствором гидроксида натрия в процессе взаимодействия в течение 12 часов с последующими повторными обработками
до обесцвечивания раствора. Раствор гумата натрия отделяли от шлама центрифужным методом. Для отделения коллоидной взвеси глинистых минералов добавлялся раствор сульфата натрия. Осаждение ГК осуществлялось 0,25М раствором ЬЪЭОд при рН=1, затем образцы отстаивались ночь для укрупнения и созревания осадка и отделялись от маточного раствора центрифугированием. Полученный таким образом гель ГК высушивался в вакууме при температуре 600С в течение 6 часов.
Спектры ЭПР образцов записаны в области значений Н магнитного поля 1510-5510 Гс. В области ~3510 Гс для всех образцов наблюдается синглет с шириной линии ~4.16 Гс. д-Факторы близки к фактору спектроскопического расщепления для свободного электрона (2,00230) и лежат в пределах д = 2.00360±0.00015. Данный сигнал отвечает свободным радикалам органических соединений. Определение числа спинов в образцах производилось на двойном резонаторе с эталонным образцом ГК шейхцериево-сфагнового торфа с глубины 40-50 см. Усредненное значение числа спинов в этом образце ЫЭ = 6.461015. Оно получено из числа спинов на 1 мг для образца в капилляре относительно стандарта. Из числа парамагнитных центров рассчитаны удельная концентрация парамагнитных центров и «молекулярная масса» условных молекул ГК. «Молекулярная масса» рассчитана по формуле:
где М - молекулярная масса, г/моль;
Ыа - число Авогадро 6,02 1023, моль-1;
Ые - концентрация парамагнитных центров, пмц/г.
Изучение действия препаратов ГК проводили в вегетационном опыте (таблица 1).
Таблица 1 Схема опыта
№ образца Глубина отбора, см Вид сырья Степень разложени я, % Концентраци я, %
1 - Вода (контроль) - -
2 20-30 Шейхцериево-сфагновый торф 0 0,010
3 210-220 Шейхцериевый торф 40 0,010
4 250-260 Сфагновый комплексный торф 10 0,010
5 310-320 Сфагновый фускум торф 15 0,010
6 420-430 Гипново-травяной сапропель 0,010
7 470-480 Сапропель - 0,010
8 20-30 Шейхцериево-сфагновый торф 0 0,001
9 210-220 Шейхцериевый торф 40 0,001
10 250-260 Сфагновый комплексный торф 10 0,001
11 310-320 Сфагновый фускум торф 15 0,001
12 420-430 Гипново-травяной сапропель 0,001
13 470-480 Сапропель - 0,001
сутки. Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Microsoft Excel 2010.
Результаты
Образцы для биологического тестирования были отобраны по содержанию парамагнитных центров. Были взяты ГК с наибольшими, наименьшими и средними значениями парамагнитной активности, которая в наших исследованиях изменялась от 0,86 до 2,57 пмц /г, соответственно условная молекулярная масса от 2,34 до 7,01106 г/моль.
Учитывая, что различные гуминовые препараты могут иметь заметные отличия по составу периферических цепей, можно предположить, что их биологическая активность связана с особенностями основной структуры макромолекул. Наиболее характерным проявлением этих особенностей является их электронный парамагнетизм [1].
Лучший результат влияния на энергию прорастания семян показал препарат ГК сапропеля (470-480 см) 0,01% прибавка к контролю - 13,3%, другие препараты не оказывали положительного действия. Всхожесть больше всего повысилась на 24,6% в варианте ГК сфагнового комплексного торфа (250-260 см) 0,01% и на 20% и 11,7% - ГК сапропеля (470-480) 0,01% и 0,001% (таблица 2).
Нужно отметить, что эти образцы ГК обладали достаточно высокими показателями парамагнитной активности - 1,491017 пмц/г ГК сфагнового комплексного торфа (250-260 см) и 1,981017 пмц/г ГК сапропеля (470-480 см).
С ростом глубины торф меняет ботанический состав и степень разложения, на глубине 370 см торф сменяется гипново-травяным сапропелем, а затем на глубине 460 см гипново-травяной сапропель сменяется сапропелем при этом удельная концентрация парамагнитных центров ГК увеличивается.
Таблица 2
№ образца Глубина отбора проб, см Удельная концентрация, *1017 пмц/г, в ГК "Молекулярн ая масса", *106 г/моль Энергия прорастани я, % Всхожесть , %
1 контрол ь --- — 30,0 50,0
2 20-30 1 ,1 5 5,26 17,1 42,2
3 210-220 0,86 7,01 21,9 41,7
4 250-260 1,49 4,04 32,0 74,6
5 310-320 0,99 6,05 25,0 58,8
6 420-430 2,57 2,34 17,5 48,2
7 470-480 1,98 3,04 43,3 70,0
8 20-30 1 ,1 5 5,26 28,3 56,7
9 210-220 0,86 7,01 18,3 51,7
10 250-260 1,49 4,04 18,3 45,8
11 310-320 0,99 6,05 16,7 48,4
12 420-430 2,57 2,34 28,4 56,7
13 470-480 1,98 3,04 30,0 61,7
НСР05 4,2 8,1
Стаканы емкостью 500 мл заполняли чернозёмом выщелоченным. Тест-культура - яровая пшеница сорта Ирень. Семена замачивали в воде и гуминовых препаратах 0,01% и 0,001% концентрации на сутки в чашках Петри и отбирали для посева проросшие по 15 шт. на сосуд. Сосуды посещали в климатостат марки КС-200 СПУ при 1=20°С со сменой программы дня и ночи. Опыты проводились в 4-кратной повторности. Подсчет энергии прорастания - на 4 сутки, всхожесть - на 7 сутки, биометрические показатели всходов - на 14
Формирование и рост корней в длину у пшеницы, обработанной гуминовыми препаратами, не имели заметных различий, во всех вариантах этот показатель ниже, чем в контроле. Наибольшей массой корневой системы обладали растения, обработанные препаратом ГК сапропеля (470-480 см) 0,01% - прибавка к контролю 27,8%. Остальные препараты не оказали влияния на этот показатель (таблица 3).
На высоту растений гуминовые препараты существенного воздействия не оказывали. ГК сфагнового
X X
о го А с.
X
го m
о
м о
to
о
сч
комплексного торфа (250-260 см) 0,01% и ГК сапропеля (470-480 см) 0,01% положительно повлияли на массу надземной части растений, она увеличилась по сравнению с контролем на 35% и на 38,5% соответственно (таблица 3).
Таблица 3
Влияние гуминовых препаратов на биометрические показатели пшеницы
№ Глубина Число Длина Масса Высота Масса
образца отбора проб, см корешк ов, шт. корней, см корней, г/сосуд растений , см растени й, г/сосуд
1 контроль 7,3 15,9 0,36 21,1 1,43
2 20-30 6,5 11,6 0,25 15,5 1,54
3 210-220 4,4 14,4 0,38 21,4 1,08
4 250-260 4,5 13,9 0,39 20,8 1,93
5 310-320 4,5 12,9 0,33 21,3 1,11
6 420-430 3,8 13,0 0,18 18,7 1,13
7 470-480 4,9 14,1 0,46 21,9 1,98
8 20-30 4,9 12,7 0,30 17,4 1,45
9 210-220 4,9 12,4 0,29 22,4 1,29
10 250-260 4,6 10,4 0,25 18,1 1,16
11 310-320 4,8 10,6 0,17 19,3 1,09
12 420-430 4,4 11,7 0,26 20,9 1,13
13 470-480 4,9 14,3 0,37 29,9 1,63
НСР05 0,76 1,6 0,09 3,1 0,37
О Ш
m х
Вывод
Результаты вегетационных опытов показали, что гуминовые препараты сфагнового комплексного торфа (250-260 см) 0,01% и сапропеля (470-480 см) 0,01% вертикального профиля торфяной залежи Объ-Иртышского междуречья положительно повлияли на энергию прорастания и всхожесть семян, а также на увеличение массы корневой системы и надземной части растений. Для данных образцов характерны высокие значения удельной концентрации парамагнитных центров в ГК 1,49-1017 пмц/г и 1,981017 пмц/г соответственно, а также средние значения " молекулярной массы" 3,04 106 г/моль и 4,0 4106 г/моль соответственно.
Литература
1. Комиссаров И.Д., Логинов Л.Ф. Гуминовые препараты // Научные труды Тюменского СХИ, 1971, Т. 14, 266 с.
2. Перминова, И. В. Гуминовые вещества - вызов химикам XXI века // Химия и жизнь. - 2008. - № 1. - С. 50 - 56.
3. Грехова И. В. Влияние гуминовых препаратов на жизнедеятельность растений // Мат-лы третьей всероссийской науч.-практ. конф. «Проблемы и перспективы биологического земледелия» и I всероссийской конф. молодых ученых АПК «Актуальные вопросы развития отраслей сельского хозяйства: теория и практика» - Ростов-на-Дону, 1-3 октября 2019. С. 27-33.
4. Сартаков М.П., Леонов В.В. Влияние щелочных растворов гуминовых кислот на активность липазы. Вестник КрасГАУ. 2011. №6 (57). С. 46
5. Ефанов М.В., Чумак В.А. Ананьина И.В., Сартаков М.П. Стимулятор роста из торфа. патент на изобретение РУЭ 2657448 03.10.2017
6. Чуков С.Н., Ехаркью Е., Абакумов Е.В. Характеристика гуминовых кислот тундровой зоны севера Западной Сибири методом парамагнитного резонанса // Почвоведение. 2017. № 1. С. 35-39.
7. Попов А.И., Зеленков В.Н., Теплякова Т.В. Биологическая активность и биохимия гуминовых веществ Часть 1. Биохимический аспект (обзор литературы) // Вестник Российской академии естественных наук. -2016. - №1. - С. 11-18
Biological activity of humic acids of the vertical profile of the
peat Deposit of the Ob-Irtysh interfluve Osnitsky E.M., Sartakov M.P., Barabanschikova L.N., Rybachuk O.V.
Yugra state University, State agrarian University of Northern TRANS-Urals
The article presents the results of a study of the effects of humic acid preparations in a growing experiment. Test culture - spring wheat varieties Iren. Six samples of humic acids were studied. These samples were taken from a vertical profile from various depths. 4 samples are represented by peat of various botanical composition and degree of decomposition, the other two are hypnosis-herb sapropel and sapropel. The results obtained in the growing experiment were compared with the results of EPR spectroscopy of these samples. It was found that humic preparations of sphagnum complex peat (250-260 cm) 0.01% and sapropel (470-480 cm) 0.01 % positively affected the germination energy and seed germination, as well as an increase in the mass of the root system and the aerial parts of plants. These samples are characterized by high values of the specific concentration of paramagnetic centers in the HAs 1.49 ■ 1017 pmc / g and 1.98 ■ 1017 pmc / g, respectively, as well as average values of the "Molecular Weight" of 3.04 ■ 106 g / mol and 4, 04 ■ 106 g / mol, respectively. Key words: Peat, humic acid, biological effect, Ob-Irtysh interfluve,
EPR spectroscopy. References
1. Komissarov I.D., Loginov L.F. Humic preparations // Scientific
works of the Tyumen Agricultural Institute, 1971, T. 14, 266 p.
2. Perminova, I. V. Humic substances - a challenge to chemists of
the 21st century // Chemistry and Life. - 2008. - No. 1. - P. 50 -56.
3. Grekhova I.V. The effect of humic preparations on the vital activity
of plants // Materials of the third All-Russian scientific-practical. conf. "Problems and Prospects of Biological Farming" and I All-Russian Conf. young scientists of the agro-industrial complex "Actual issues of the development of agricultural sectors: theory and practice" - Rostov-on-Don, October 1-3, 2019. P. 27-33.
4. Sartakov M.P., Leonov V.V. The effect of alkaline solutions of
humic acids on lipase activity. Bulletin of the KrasSAU. 2011. No6 (57). S. 46
5. Efanov M.V., Chumak V.A. Ananyina I.V., Sartakov M.P. Growth
stimulator from peat. Patent for invention RUS 2657448 10/03/2017
6. Chukov S.N., Eharkyu E., Abakumov E.V. Characterization of
humic acids of the tundra zone of the north of Western Siberia by paramagnetic resonance // Soil Science. 2017. No. 1. S. 3539.
7. Popov A.I., Zelenkov V.N., Teplyakova T.V. Biological activity and
biochemistry of humic substances Part 1. Biochemical aspect (literature review) // Bulletin of the Russian Academy of Natural Sciences. - 2016. - No. 1. - S. 11-18
<
m о x
X
