CC BY
57
УДК 632.651
ДЕЙСТВИЕ СОЛЕЙ АММОНИЯ (NH4NO3 и NH4VO3) НА МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ ТОМАТОВ, ИНВАЗИРОВАННЫХ ГАЛЛОВОЙ НЕМАТОДОЙ MELOIDOGYNE ARENARIA (NEAL, 1889) CHITWOOD, 1949
О. БАЙЧЕВА, И. ВЛАДОВ
Институт экспериментальной патологии и паразитологии Болгарской академии наук А. ДАМЯНОВА Институт ядерных исследований и ядерной энергетики Болгарской академии наук
Н. ЛИХАРЕВА
Центральная лаборатория общей минералогии и кристаллографии
Болгарской академии наук
С.В. ЗИНОВЬЕВА доктор биологических наук Ж.В. УДАЛОВА кандидат биологических наук Центр паразитологии ИПЭЭ РАН
Представлены данные о влиянии солей аммония (NH4NO3 и NH4VO3) на содержание Cu, Mn, Fe, Mg и Zn в органах растений томатов, инвазированных галловой нематодой Meloidogyne arenaria. Установлено, что прикорневая подкормка томатов растворами солей в концентрации 1,3 мкг/мл восстанавливает баланс микроэлементов в тканях растений, нарушенный при инвазии их галловой нематодой, что свидетельствует об эффективности применения исследованных соединений для стабилизации метаболических процессов при мелойдогинозе.
Ключевые слова: соли аммония, Meloidogyne arenaria, минеральный состав, томаты.
Галловые нематоды рода Meloidogyne (Tylenchida: Meloidogynidaej широко распространены во всем мире, но в основном в странах с тропическим и субтропическим климатом [2]. На территории Болгарии в незащищенном грунте выявлено пять видов мелойдогин - Meloidogyne incognita, M. arenaria, M. javanica, M. hapla и M. thamesi (1), в защищенном грунте встречаются преиму-
щественно три вида - M. incognita, M. arenaria и M. javanica [10]. Эти же виды встречаются в теплицах и оранжереях на территории России [9].
Ущерб от галловых нематод в странах Европы и США по данным ФАО оценивается не менее чем в 30 млрд. долларов ежегодно. До последнего времени единственным способом защиты растений от галловых нематод
являлась обработка нематицидами. Однако еще в 50-60-х гг. прошлого века был поставлен вопрос о терапии растений при фитогельминтозах [7]. Этот метод ставит целью «помочь» растению сохранить гомеостаз, нарушенный деятельностью паразитов, путем обработки соединениями, необходимыми для роста и развития растений (микро- и макроэлементы, аминокислоты и др.). При комплексной обработке растений минеральными удобрениями (КС1 и NH4VO3) и микроэлементами (Cn, Mn, Fe и B) наблюдали снижение количества яиц нематод в оотеках на 20,7-69,7 %. Установлена зависимость плотности популяции M. incognita от содержания марганца (Mn) и кальция (Ca) [1, 6, 8]. При исследовании ингибирующего действия некоторых катионов и анионов in vitro было показано, что по степени воздействия на M. incognita они располагаются в следующем порядке: K+>Cs+, NH4+ и NO3">Cr> Br", I" [15]. Анализ репеллентного/аттрактивного действия 12 солей, содержащих катионы кальция, натрия, калия и аммония, а также анионы хлорида, сульфата, нитрата выявил, что репеллентное действие увеличивалось в ряду SO42"<Cl", K+<Na+<NO3"<NH4+ [20]. Самым сильным репеллентным действием обладала соль NH4NO3.
Микроэлементы, такие как медь, марганец, цинк, железо и др. активизируют обменные процессы растений, усиливая при этом их сопротивляемость паразитам. Проведенные исследования выявили участие отдельных соединений (Mn, Co и Zn) в процессе восстановления нормального минерального баланса инвазированного хозяина [11, 12, 23].
Среди веществ, оказывающих благоприятное влияние на зараженные растения, можно выделить азотсодержащие соединения. Экспериментально доказано, что высокие концентрации ионов аммония снижают численность популяции M. incognita в корнях томатов [36]. Некоторые аминокислоты (DL-аланин, DL-треонин, DL-серин, DL-метионин, DL-фенилаланин и L-цистеин) подавляют развитие M. incognita в корнях томатов [27, 29, 33, 34]. Применение ингибитора окисления гидразина малеиновой кислоты приводит к понижению числа яиц в оотеках [26-28, 30].
Исследования на растениях фасоли выявили положительное воздействие нитрата калия (KNO3) на процессы фотосинтеза, состав, концентрацию питательных веществ и урожайность инвазированных M. incognita растений [25]. Имеются данные, что соединения, включающие азот, эффективно защищают томаты от заражения галловой нематоды M. incognita [19, 21, 22]. Одним из эффективных азотсодержащих препаратов является гидро-ксид аммония (NH4OH) [26]. Гидро-ксид аммония обладает высокой эффективностью при использовании в щелочных песчаных почвах и может служить альтернативой нематицидам. Экспериментально доказано, что высокие концентрации ионов NH4+ снижают численность популяции M. incognita в корнях томатов [3, 4, 36]. Изучение влияния NH4VO3 на развитие M. arenaria в корнях томатов сорта Tiny Tim, формирование галлов, развитие тканей молодого корня и его патологические изменения, показали, что определенные концентрации NH4VO3 ограничивают развитие M. arenaria на всех стадиях жизненного цикла. В обработанных растениях патологические изменения клеток инва-
зированного корня были заметно слабее, при этом транспортная функция проводящей системы не была нарушена. Минеральный состав обработанных растений был ближе к норме и накопления ванадия в надземных органах и плодах выявлено не было [13, 14, 16-18, 24, 31, 32].
В работе представлены данные о влиянии двух азотсодержащих (аммонийных) солей (NH4NO3 и NH4VO3) на содержание Cu, Mn, Fe, Mg и Zn в органах растений томатов, инвазирован-ных галловой нематодой M. arenaria.
Материалы и методы
Исследования проводили в лабораторных условиях при температуре 22-24 oC. Растения выращивали в вегетационных сосудах на стерилизованной пропариванием почве. В каждый сосуд вносили по 100 мл раствора нитрата аммония (NH4NO3) и ванадата аммония (NH4VO3) из расчета по 1,3 мкг/мл. Растения опрыскивали этими же растворами в том же объеме. Через
пять дней после внесения растворов солей двухмесячные растения томатов (сорт Tiny Tim) заражали нематодой M. arenaria (-400 яиц). Продолжительность эксперимента составила пять месяцев. В ходе эксперимента оценивали содержание Cu, Mn, Fe, Mg и Zn в наземных органах растений.
Схема опыта представлена в таблице 1. Каждый вариант эксперимента был выполнен в пятикратной повтор-ности. Концентрацию химических элементов определяли атомно-абсорб-ционной спектрофотометрией (AAS-Perkin Elmer 3030, Франция). Полную минерализацию материала проводили при температуре 525 oC. Полученный материал обрабатывали смесью азотной и хлорной кислот, подвергали испарению до полного высушивания и разбавляли 2%-ным раствором хлористоводородной кислоты. Все образцы растительного материала были подвержены двукратному анализу. Результаты представлены в мкг/г сухого вещества.
Схема эксперимента
Таблица 1
№ Вариант Исследованные растительные органы
I Контроль (здоровые, без обработки) 0)
II Зараженные, без обработки к ч ьч Л л Н- * э
III Зараженные, обработанные (под корень) ю 0) н н о к § g л 5 О СЗ. со О ел
IV Незараженные, обработанные (под корень) о en R И С
V Зараженные, обработанные опрыскиванием
Результаты и обсуждение Медь. Установлено, что в контрольных (здоровых и необработанных) растениях содержание ^ в ряду стебель-листья-зрелые плоды-незре-лые плоды снижается (табл. 2). Концентрация ^ ближе всего к показате-
лям контрольных растений в варианте III (зараженные и обработанные растения). В этом же варианте самое высокое содержание Cu наблюдали в стеблях. Содержание Cu в незрелых плодах выше по сравнению со спелыми. В вариантах I, III и IV самую высокую кон-
центрацию элемента установили в стеблях, затем в листьях. В растениях II и V вариантов больше всего меди содержалось в листьях.
Сравнительный анализ содержания данного элемента показывает, что самые большие отклонения от контроля отмечены в зараженных и необработанных растениях (II), в незараженных и обработанных и зараженных обработанных опрыскиванием (IV, V). Заражение томатов нематодой вызывает перераспределение элемента в органах растения (II), а обработка растений без инвазии нематодой (IV) увеличивает концентрацию меди во всех органах, особенно в стеблях. При обработке ин-вазированных томатов (III) не установлено резкого повышения данного элемента в каком-либо органе. Такая же тенденция распределения сохраняется и в контрольных растениях.
Таким образом, заражение растений приводит к существенному перераспределению содержания меди в растительных органах. Обработка растений солями аммония стабилизирует уровень концентрации и распределение данного элемента в стеблях, листьях и плодах.
Марганец. Самое высокое содержание марганца во всех вариантах опыта установлено в стеблях (табл. 2). В остальных органах содержание элемента было в несколько раз ниже. Заражение нематодой (II) и обработка солями аммония (IV) значительно увеличивали концентрацию элемента в листьях и особенно в стеблях. Так, концентрация Мп в стеблях растений варианта II была в 3,3 раза, а в варианте IV в 6 раз больше по сравнению с контролем. За исключением четвертого варианта, самое низкое содержание Мп было установлено в спелых плодах. Независимо от способа обработ-
ки зараженных растений томатов (IV, V) происходило сглаживание разницы в содержании марганца в стеблях здоровых и инвазированных растений, что, по всей видимости, указывает на стабилизацию нарушенных галловой нематодой метаболических процессов.
Железо. В контрольных растениях самое большое содержание Fe было установлено в стеблях (табл. 2). В листьях количество Fe резко снижается. В плодах концентрация Fe самая низкая. Заражение растений M. arenaria почти в 2 раза повысило содержание железа в стеблях и незрелых плодах, при этом уменьшилось содержание элемента в листьях и зрелых плодах. Обработка растений растворами солей под корень более чем в три раза уменьшила содержание железа в стеблях и листьях. Очень высокий уровень содержания Fe был зарегистрирован в стеблях и листьях обработанных растений (V). В зараженных обработанных и необработанных растениях (III и II) в 2 и 2,5 раза возрос уровень содержания элемента в незрелых плодах.
Таким образом, обработка растений поливом под корень (III, IV) вызывала снижение содержания элемента как в листьях, так и в стеблях, тогда как опрыскивание зараженных растений (V) привело к значительному увеличению железа в этих органах (в 2 и 4,5 раза, соответственно).
Магний. В контрольных растениях (I) самое высокое содержание Mg было установлено в стеблях и листьях и заметно меньше в спелых плодах (табл. 2). В стеблях содержание элемента было в 3,3 раза выше, чем в листьях. Заражение (II) увеличило уровень магния в 1,5 раза в стеблях и в 1,7 раза в листьях. Обработка (IV) вызывала такое же увеличение уровня магния в стеблях,
как и заражение, а также возрастание уровня содержания элемента в листьях. При обработке зараженных растений (III) увеличение количества магния в стеблях и листьях составило 1,45 и 2 раза соответственно. Колебания уровня магния от контроля в зрелых и незрелых плодах по вариантам были несущественными.
Цинк. В контрольном варианте самое большое количество Zn было установлено в листьях и почти вдвое меньше в стеблях, самая низкая концентрация элемента была в незрелых плодах (табл. 2). Во всех вариантах наибольшое количество цинка было выявлено в листьях. Обработка растений (IV) вызвала значительное увеличение общей концентрации цинка. Так, уровень содержания элемента в стеблях повысился в 2 раза, в листьях - в 4,5, в плодах - в 3-5 раз. Заражение (II) также увеличило концентрацию цинка (на 10 % в стеблях и на 53 % в листьях). Обработка зараженных растений солями (III) не изменила общего содержания элемента в органах по сравнению с контролем, тогда как опрыскивание (V) существенно увеличило концентрацию во всех исследованных органах.
Мелойдогиноз растений оказывает комплексное воздействие на минеральный состав как хозяина, так и паразита. Наши исследования показали, что инвазия растений M. arenaria оказала влияние на содержание таких важных для жизнедеятельности растений элементов, как Cu, Mn, Fe, Mg и Zn. Эти элементы играют большую роль в метаболизме инвазированных растений [35]. Медь принимает активное участие в метаболизме хозяина независимо от способа применения (опрыскивание надземной части рас-тения или
внесение в почву). Она является антиок-сидантом, поскольку участвует в процессах детоксикации кислородных радикалов и перекиси водорода. Защитное действие ^ находится в широких границах концентрации. Экс-периментально установлено, что высшие растения толерант-ны к высокой концентрации меди.
Марганец играет заметную роль в синтезе фенольных соединений, в том числе лигнина, занимающих центральное место в защитных механизмах растения при различных неблагоприятных факторах среды. Некоторые заболевания, которые вызывают разрушение корневой и проводящей систем (Meloi-dogyne spp.), ведут к уменьшению содержания Mn, также как и других элементов. Этот дисбаланс является причиной снижения устойчивости растений к патогенам. Обогащение почвы Mn позволяет стабилизировать нару-шенное равновесие веществ. Особенно эффективно применение марганца в кислых почвах, т. к. повышение уровня рН ведет к снижению положительного эффекта [35].
Железо принимает участие в де-токсикации кислородных радикалов и перекиси водорода. Установлено, что опрыскивание листьев железо-содер-жащими растворами улучшает общее состояние растения [35].
Существует мнение, что цинк является токсичным элементом для патогенов и играет важную роль в процессе формирования и стабилизации растительных мембран. Дефицит цинка ведет к накоплению неиспользованных сахаров в растительном организме [35].
Таблица 2
Влияние обработки томатов нитратом и ванадатом аммония на содержание Cu, Mn, Fe, Mg и Zn в органах здоровых и зараженных M. arenaria растениях
Вариант обработки Анализируемая часть растения Содержание, мкг/г
Cu Mn Fe Mg Zn
I стебли листья зрелые плоды незрелые плоды 7,92±0,41 6,44±0,40 6,03±0,29 2,26±0,15 59,29±4,30 10,14±0,72 4,52±0,31 5,0±0,33 265,11±19,00 109,23±6,60 50,71±2,80 43,06±2,90 2 539,60±203,00 741,00±55,00 627,90±56,00 692,40±48,00 22,43±1,90 81,19±5,30 8,04±0,51 4,52±0,28
II стебли листья зрелые плоды незрелые плоды 4,06±0,28 7,98±0,44 3,62±0,23 6,37±0,44 206,40±11,20 47,42±2,90 3,34±0,27 6,22±0,39 459,11±28,00 64,10±3,70 19,46±0,92 102,02±7,40 3 856,60±316,00 1 311,80±121,00 611,00±46,00 795,90±71,00 28,42±0,19 132,3±8,10 6,34±0,45 18,19±1,30
III стебли листья зрелые плоды незрелые плоды 8,00±0,47 6,94±0,46 5,46±0,32 6,41±0,39 48,81±2,80 3,90±0,32 3,36±0,34 5,30±0,41 146,75±44,00 50,67±2,60 74,05±4,10 125,03±7,10 3 601,40±306,00 1 474,60±132,00 614,80±54,00 687,20±49,00 14,86±0,82 77,49±4,30 15,48±0,91 16,49±0,88
IV стебли листья зрелые плоды незрелые плоды 17,6±0,91 10,27±0,73 7,17±0,48 6,67±0,51 356,91±21,40 44,86±2,80 17,46±0,92 10,53±0,48 85,71±5,60 28,73±1,90 260,18±18,00 43,61±2,70 3 926,50±293,00 1 825,10±155,00 851,80±58,00 857,10±53,00 45,00±2,80 301,14±18,00 23,31±1,40 27,62±1,90
V стебли листья зрелые плоды незрелые плоды 10,92±0,66 11,84±0,83 7,98±0,51 7,69±0,42 89,61±5,60 13,30±0,59 4,73±0,22 7,59±0,51 501,51±29,00 487,09±28,00 28,91±1,70 20,66±1,60 3 195,60±291,00 2 456,60±211,00 848,30±49,00 768,70±49,00 48,07±2,80 161,01±8,80 22,95±1,41 19,22±1,30
Российский паразитологический журнал, 2008, № 2
6
Магний является центральным атомом так называемой системы пиролиза окраски растений, который играет важнейшую роль в превращении световой энергии в химическую, т. е. обладает физиологически активным действием.
Нами установлено, что внесение солей аммония под корень зараженных растений (III) привело к тому, что содержание таких элементов как цинк, марганец и медь практически не отличалось у здоровых и зараженных растений. Полученные результаты могут свидетельствовать о стабилизации метаболических процессов, нарушенных нематодой. Обработка зараженных растений с помощью опрыскивания оказала несколько иное влияние на содержание исследованных элементов в органах растений. Самые большие различия в этом варианте по сравнению с контрольными растения-
ми были установлены в содержании Fe в стеблях и листьях.
Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования солей аммония для снижения стресса растений при инвазии их паразитическими нематодами. Извест-но, что под влиянием минеральных соединений характер обмена веществ может быть направлен в сторону, неблагоприятную для паразита. «... Значение минерального питания для иммунитета растений не определяется непосредственным влиянием количества того или иного элемента, содержащегося в растении, на развитие паразитического организма, существующая зависимость гораздо более сложна и определяется воздействием, как отдельных элементов минерального питания, так и определенного сочетания этих элементов на характер обмена веществ» [5].
Литература
1. Гендзехадзе Л.Ш. Нематодные болезни с.-х. культур и меры борьбы с ними. - М., 1972. - C. 154-155.
2. Деккер Х. Нематоды растений и борьба с ними. - М.: «Колос», 1972. -С. 444.
3. Зиновьева С.В., Турлыгина Е.С. Свободноживущие, почвенные, энтомо-патогенные и фитонематоды. - Л.-М.: АН СССР, 1977. - С. 71-76.
4. Зиновьева С.В., Удалова Ж.В., Васильева И.С. и др. // Прикладная биохимия и микробиология. - 2001. - Т. 37, N 5. - С. 533-541.
5. Рубин Б.А., Арциховская В.А.. Аксенова В.А. Биохимия и физиология иммунитета растений. -М.: Высшая школа, 1975. - 302 с.
6. Трескова В.С. Нематоды вредн. в с/х и борьба с ними.- 1962. - С. 299311.
7. Турлыгина Е.C. // Сб. раб. мол. фитогельминтол. - М.: Наука, 1958. -С. 82-94.
8. Турлыгина Е. С., Шпаковская К.Ф. // Тр. ГЕЛАН СССР. - 1968. - Т. 19. - С. 201-207.
9. Чижов В.Н. // Прикладная нематодология. - М.: «Наука», 2006. - С. 2357.
10. Чолева Б. // Растителна защита. - 1973. - Т. 11. - С. 32-33.
11. Baicheva O., Gabrashanska M., Damyanova A. // Helminthologia. -1988.
- V. 25. - P. 41-48.
12. Baicheva O., Gabrashanska M., Tepavicharova S. et al. // Exp. Pathol. and Parasitol. - 1998. - V. 1, N l. - P. 3-7.
13. Baicheva O., Salkova D., Damyanova A., Luhareva N. // J. of Balkan Ecol. -2003. - V. 6, N 2. - P. 157-160.
14. Baicheva O., Salkova D., Damyanova A. et al. // Exp. Pathol. and Parasitol.
- 2005. - V. 8, N. 3. - P. 3-8.
15. Castro C.E., Belse N.O., McKinneg H.E., Thomason I.J. // Chem. Ecol. -1990. - V. 16. - P. 1199-1205.
16. Damyanova A., Baicheva O., Salkova D. et al. // Acta Biologica Hungarica.
- 2003. - V. 54, N (3-4). - P. 373-384.
17. Damyanova A., Baicheva O., Sivrier I., Salkova D. // 22 Workshop-Macro-and Trace Elements. Jena. - 2004. - P. 1164-1169.
18. Hussey R.S. In: An Advanced Treatise on Meloidogyne V.1. Biology and Control. Eds. J. N. Sasser, C.C. Carter. North Carolina State University. U.S.A. -1985. - P. 143-155.
19. Le Saux R., Quénéhervé P. // Nematropica. - 1996. - V. 26, N. 3. - P. 302.
20. Le Saux R., Quénéhervé P. // (Abstr.) Nematology. - 2002. - V. 4, N. 1. -P. 99-105.
21. Melakeberhan Н. // Fund. and Appl. Nematol. - 1998. - V. 21, N 1. - P. 25-32.
22. Melakeberhan H., Webster J.M., Brooke R.C. // Nematologica. - 1985. -V. 31. - P. 190-202.
23. Mitov M., Gabrashanska M., Baicheva O. et al. // Vl-th National Conference of Parasitology with international participation. - Sofia, 2001. - P. 67.
24. Mizinnska-Boevska Y., Baicheva O., Salkova D., Georgieva A. // Доклади на Българската академия на науките. Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences . - 2004. - T. 57, N. 12. - P. 103-108.
25. Oka Y., Pivonia S. // Nematology. - 2002. - V. 4, N. 1. - P. 65-71.
26. Prassad K.S.K., Rao J.S. // Proc. Indian Acad. Tci., B. - 1976. - V. 42, N. 6. - P. 295-298.
27. Prassad K.S.K., Setty K.G.H., Gorindu H.C. // Curr. Res. - 1976. - V. 5, N. 10. - P. 176-178.
28. PrassadK.S.K., Setty K.G.H., Gorindu H.C. // Ibid. - 1976. - V. 5, N. 11.
- P. 188-190.
29. Reddy P.P., Gorindu H.C., Setty K.G.H. // Ind. J. of Nematol. - 1975/1976.
- V.5, N. 1. - P. 42-48.
30. Salen F.M., Midan A.A. // Anz Schädlingesk. Pflauz. Und Umwelschutz. -
Российский паразитологический журнал, 2008, № 2 8
1980. - Bd. 53, N. 11. - S. 169-170.
31. Salkova D., Baicheva O., Alexandrova R. // Exp. Pathol. and Parasitol. -2002. - V. 5, N. 8. - P. 41-43.
32. Salkova D., Baicheva O., Palazova G., Samaliev S. // Exp. Pathol. and Parasitol. - 2003. - V. 7, N.3. - P. 83-90.
33. Setty K.G.H., Krishnappa K., Prasad K.S.K. // Curr. Res. - 1977. - V. 6, N. 8. - P. 135-136.
34. Setty K.G.H., Krishnappa K, Prasad K.S.K. // Ibid. - 1977. - V. 6, N. 7. - P. 124-125.
35. Spiegel Y., Cohen E, Kafkafi U, Sulami M. // J. Nematol. - 1982. - V. 14. -P. 530-535.
36. Webster J., Sudirman M. // Nematologica. - 1995. - V. 41, N.3. - P. 353354.
Effect of salts of ammonium (NH4NO3 and NH4VO3) on mineral structure of plants infected by root-knot nematode Meloidogyne arenaria (Neal, 1889)
Chitwood, 1949
O. Baicheva, A. Damyanova, I. Vladov, N. Luhareva , S.V. Zinovieva,
Zh.V. Udalova
The data on influence of salts of ammonium (NH4NO3 and NH4VO3) on Cu, Mn, Fe, Mg and Zn contents in organs of plants of tomatoes infected by root-knot nematode Meloidogine arenaria are presented. It is established that radical top dressing of tomatoes by solutions of salts in concentration of 1,3 mkg/ml restores balance of mi-crocells of the plants disturbed by root-knot nematode. It's testifies about efficiency of application of NH4NO3 and NH4VO3 for stabilization of metabolic processes at me-loidoginosis.
