CC BY
66
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
клетки, в особенности лучевые, нередко содержат крупные призматические кристаллы оксалата кальция (размером до 15 мкм), которые являются продуктом жизнедеятельности дуба. Прозрачные кристаллы контрастно и полихромно отличаются от просветов клеток при использовании метода поляризационного микроскопирования (рис. 6).
Таким образом, деформации клеточных стенок трахеальных анатомических элементов обнаруживаются редко. Межклеточные «щели» и микротрещины отсутствуют. Средняя пластинка (как наиболее лигнифи-цированный элемент древесины) неразрывна, прочно связывает смежные клеточные стенки. Полости всех паренхимных клеток содержат аморфные осадки различной структуры. Внутренняя поверхность полостей большинства клеток покрыта хрупким темноокрашенным слоем, вероятно, являющимся производным следующих основных процессов, протекающих в естественной среде топ-ляковой древесины: локальной деструкции клеточной стенки (со стороны контактирующей со свободной водой), химического осаждения экстрактивных веществ (преимущест-
венно флобафены), действия микрофлоры на древесину.
Библиографический список
1. Вихров, В.Е. Строение и физико-механические свойства ранней и поздней древесины дуба / В.Е. Вихров // Тр. института леса АН СССР, 1953. - Т. IX. - С. 29-37.
2. Туманян, С.А. Сравнительно-анатомическое исследование древесины представителей рода Quercus L. / С.А. Туманян // Тр. института леса АН СССР, 1953. - Т. IX - С. 39-69.
3. Яценко-Хмелевский, А.А. Анатомическое строение древесины основных лесообразующих пород СССР. Дуб - Quercus L / А.А. Яценко-Хмелевский, К.И. Кобак. - Л.: Наука, 1978. - C. 15-31.
4. Атлас древесины и волокон для бумаги: под ред. Е.С. Чавчавадзе.- М.: Ключ, 1992. - 336 с.
5. Аксенов, П.А. Сравнительно-анатомическое исследование древесины дуба, применяемой в виноделии / П.А. Аксенов, В.В. Коровин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 3 - М.: МГУЛ, 2010.
- С. 5-15.
6. Барыкина, Р.П. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы / Р.П. Барыкина и др.
- М.: МГУ, 2004. - 312 с.
7. Яценко-Хмелевский, А.А. Основы и методы анатомического исследования древесины / А.А. Яценко-Хмелевский. - М. - Л.: Изд. АН СССР, 1954. -335 с.
РЕГУЛИРОВАНИЕ РОСТА, РАЗВИТИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ растений олигохитазаном В СОСТАВЕ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОЧИПОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Н.Л. ВОРОПАЕВА, ГНУ ВНИИ рапса Россельхозакадемии,
A. 3. ИБРАЛИУ, Албанский сельскохозяйственный университет, Албания,
О.Л. ФИГОВСКИЙ, Нанотех Индастрис Инк., США,
Н. КАДИАСИ, Албанский сельскохозяйственный университет, Албания,
B. П. ВАРЛАМОВ, ГНУ ВНИИ рапса Россельхозакадемии,
В.В. КАРПАЧЕВ, Центр «Биоинженерия» РАН, Россия
Светлой памяти проф. Игоря Николаевича Рубана посвящается
Как известно, кукуруза (вид Zеа тауБ L.)
- одна из основных культур современного мирового земледелия, которая, обладая высокой урожайностью, широко применяется в различных сферах человеческой деятельности [1, 2]. В продовольственных целях в странах мира используется около 20 % зерна
кукурузы, в технических - 15-20 % и примерно две трети идет на корм. В зерне кукурузы содержатся углеводы (65-70 %), белки (9-12 %), жиры (4-8 %), минеральные соли, витамины и другие важные компоненты, лежащие в основе пищевой ценности этой культуры. Из зерна получают муку, крупу, хлопья,
32
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
консервы (сахарная кукуруза), крахмал, этиловый спирт, декстрин, пиво, глюкозу, сахар, патоку, сиропы, мед, масло, витамин Е, аскорбиновую, глутаминовую кислоты и некоторые другие вещества. Пестичные столбики применяют в медицине. Из стеблей, листьев и початков вырабатывают бумагу, линолеум, вискозу, активированный уголь, искусственную пробку, пластмассу, анестезирующие средства и др. Кроме того, зерно кукурузы является прекрасным кормом для животноводства. В 1 кг зерна содержится 1,34 кормовой единицы и 78 г перевариваемого протеина, что делает кукурузу ценным компонентом комбикормов. Однако протеин зерна кукурузы беден незаменимыми аминокислотами (лизином и триптофаном) и богат малоценным в кормовом отношении белком зеином. Силос на основе кукурузы имеет хорошую переварива-емость и обладает диетическими свойствами. 100 кг силоса, приготовленного из кукурузы в фазе молочно-восковой спелости, содержат около 21 кормовой единицы и до 1800 г перевариваемого протеина. Кукурузу используют на зеленый корм, который богат каротином. В корм идут и остающиеся после уборки на зерно сухие листья, стебли и стержни початков кукурузы. В 100 кг кукурузной соломы содержится 37 кормовых единиц, а в 100 кг размолотых стержней - 35 кормовых единиц. Как пропашная культура кукуруза - хороший предшественник в севообороте, способствует освобождению полей от сорняков, почти не имеет общих с зерновыми культурами вредителей и болезней. При уборке на зерно она
- хороший предшественник зерновых культур, а при возделывании на зеленый корм
- прекрасная парозанимающая культура. Кукуруза получила большое распространение в поукосных, пожнивных и повторных посевах. Используют ее и как кулисное растение.
С целью предотвращения поражения проростков кукурузы различными болезнями и вредителями (плесневыми грибками, корневыми и стеблевыми гнилями и др. - всего известно на сегодняшний день более 100 различных болезней на этой культуре) семена кукурузы обрабатывают различными протравителями комплексного действия: фунгицидами
(витавакс 200 (2 кг/т), витавакс 200 ФФ (2,53,0 л/т), максим 025 (1 л/т), премис (1,5 л/т); инсектицидами: промет 400, 40 % мк.с. (25 л/ т) или гаучо 70 % с.п.(5 кг/т) и другими препаратами системного действия [3-5]. При этом часто используют один из важных приемов подготовки семян к посеву, который называется инкрустирование - частичное покрытие поверхности семян различными пленкообра-зователями [6, 23]. Этот метод обработки заключается в том, что на поверхность семян наносят водные растворы полимерных плен-кообразователей (поливиниловый спирт, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и др.), в который, кроме протравителей, вводятся различные физиологически активные вещества, необходимые для активизации ростовых процессов кукурузы. Например, для обработки семян этой культуры используют состав (на 1 т семян): ПВС (поливиниловый спирт) в количестве 0,5-1 кг, биологически активные вещества, пестициды согласно нормам, рекомендуемым в соответствии с инструкциями по их применению [7-9]. Введение в гидрофильную пленку микроэлементов питания растений (цинк, марганец, молибден и др.) способствует повышению полевой всхожести семян кукурузы. В полевых условиях пленкообразующие протравители, предохраняя семена от поражения возбудителями болезней и вредителями, позволяют их высевать в более ранние сроки (на 5-10 дней).
В настоящее время в условиях надвигающегося экологического кризиса и резко меняющегося климата становятся актуальными подходы, связанные с повышением адаптации семян и растений различных культур к неблагоприятным факторам окружающей среды. При этом в агропромышленном комплексе используются современные экологически безопасные технологии, в том числе нанотехнологии [12-12, 24]. Альтернативой химическим препаратам выступают новые агротехнические и технологические приемы, специализированные севообороты, устойчивые к патогенам и вредителям данного региона новые выведенные сорта, оптимальные схемы посадки, биометод, микробиологические средства, фиторегуляторы роста и развития растений для
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
33
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
усиления естественных защитных реакций, биологически активные вещества природного происхождения и их производные, индуцирующие устойчивость растений к болезням и вредителям [13-15, 25].
Нами разрабатывается экологически безопасная нанотехнология для предпосевной обработки семян кукурузы с использованием физиологически активных полифункциональных многокомпонентных наночипов различного состава на основе биопестицидов - производных полисахаридов (хитина, целлюлозы) и природных минералов с применением нанотехнологических подходов при их создании, когда семя рассматривается как нанообъект, препараты готовятся в виде наночипов, а способ их нанесения осуществляется путем нанотехнологии [16, 26-28].
Получение наночипов, нанесение на поверхность семян и оценка их эффективности проведены согласно патенту USA [29]. Закладка лабораторных и полевых опытов, наблюдения, учеты, анализы выполнены по общепринятым для НИР международным стандартам, методикам и ГОСТам [17-21].
Наночипы различного состава, представляющие собой сформированные на наносорбенте на основе пористого модифицированного минерала наноструктурированные полифункциональные системы, с помощью производных полисахаридов - физиологически активного вещества аминополисаха-рида-хитозана (элиситора) и производных целлюлозы при определенных соотношениях компонентов и их концентрациях с включением в некоторые из них производственных фунгицидов и инсектицидов с резко сниженными нормами расхода. Наночипы либо с помощью полимерного связующего прикрепляются к поверхности семян, либо в виде раствора затекают, встраиваясь в нанопоры кожуры семени [22, 29].
Для выполнения данного эксперимента были использованы в качестве исходного посевного материала семена линии кукурузы В73, выведенные в Албанском Аграрном университете (UBT). В ходе эксперимента семена, обработанные наночипами различного состава, высевались на опытных участках
сельскохозяйственного университета г. Тираны (EDE Valias).
Наносистемы для предпосевной обработки готовили путем последовательного смешения исходных компонентов в различных концентрациях и соотношениях в воде по соответствующим рецептурам, исходя из объемов, принятых в технологии предпосевного протравливания семян. Семена обрабатывали путем нанесения на их поверхность разработанных наночипов различного состава, подсушивали, контролировали полноту нанесения, учитывая при этом отсутствие осыпаемости вводимых в полифункциональные комплексные наносистемы компонентов, и тарировали.
Полевые и лабораторные опыты по изучению эффективности нанотехнологии предпосевной обработки семян с применением наночипов различного состава проводили согласно общепринятым методикам. Опыты закладывали в четырех повторениях, исходя из общей схемы:
- семена необработанные (контроль);
- семена, обработанные используемым в производстве протравителем (эталон);
- семена, обработанные отдельными компонентами наносистем, входящих в состав наночипов;
- семена, обработанные различными компонентами при варьировании их концентрации и соотношений в физиологически активных полифункциональных многокомпонентных системах;
- семена, обработанные различными компонентами при варьировании их концентрации и соотношений в физиологически активных полифункциональных системах совместно с принятым в производстве протравителем со сниженной нормой расхода.
Опыты заложены по общепринятой методике по Доспехову [20-21] в четырех повторениях на фоне общепринятой в Албании технологии возделывания культуры кукурузы. Во всех полевых опытах проведены фенологические, фитосанитарные наблюдения и учеты согласно общепринятым методикам и разработанным рекомендациям. Для защиты посевов кукурузы от сорняков они были обработаны в период вегетации гербицидами.
34
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
За период вегетации растений кукурузы в опыте были проведены следующие учеты и наблюдения: комплекс фенологических наблюдений - начало появления всходов - в зависимости от состава систем, используемых для предпосевной обработки семян, полные всходы, густота стояния растений (по всходам и перед уборкой), появление первого настоящего листа и 6-7 листьев, начало и полная бутонизация, начало и массовое цветение, накопление сырой и сухой массы, биометрические показатели растений (высота растений, высота ветвления, диаметр стебля, число початков на растении, число семян в початке, масса 1000 семян, вес семян растения, восковая спелость и урожайность. Учеты и наблюдения проводились по Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1971, 1985 гг.). Учеты поражения болезнями посевов кукурузы были также проведены согласно общепринятым методикам. Заселенность и повреждаемость посевов вредителями была определена по методике ВИЗР. Кроме того, проведен структурный анализ урожая кукурузы по снопам, собранным с каждой делянки двух несмежных повторений - с 4 площадок. Изучен биохимический состав растительных образцов и проведены анализы растений и семян (после уборки урожая) на содержание основных компонентов, определяющих качество продукции во всех вариантах опыта. Влажность семян, чистота семян, энергия прорастания, всхожесть, масличность, жирнокислотный состав масла, определены по соответствующим ГОСТАМ и методикам поделяночно. Математическая обработка полученной информации проведена методом вариационной статистики по Б.А. Доспехову (1979, 1987 гг.) и с помощью современных компьютерных программ [20-21].
По результатам полевых испытаний в Албании было выявлено в отдельных вариантах опытов (с нанообработкой):
- стабильное улучшение всех показателей роста и развития растений кукурузы по сравнению с контролем (максимальное увеличение высоты растений на 18,3 см, расстояния до первого початка - на 5,0 см, длины
початка - на 0,6 см, массы початка - на 41,0 г, массы 1000 семян - на 5 г);
- увеличение урожайности культуры кукурузы до 11,3 ц/га в зависимости от состава наночипов по сравнению с контролем (семена ничем не обработаны) согласно математической обработке данных на двух уровнях достоверности/значимости 0,05 % и 0.01 % (при минимальной установленной разнице (DMV) при 0,01, производительность равнялась 11,3 центнерам / га с 99 % точностью).
Таким образом, полученные результаты испытаний позволяют сделать заключение о высокой эффективности разрабатываемой нанотехнологии предпосевной обработки семян, в частности, кукурузы, что открывает большие перспективы для применения этой технологии на различных культурах.
Библиографический список
1. Вавилов, П.П. Растениеводство / П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С Кузнецов, и др. - М.: Агропро-миздат, 1986.
2. Ресурсосберегающая технология выращивания кукурузы. - Днепропетровск: Институт зернового хозяйства УААН, 2002.
3. Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. - М., 2010. - 916 с.
4. Алексейчук, ГН. Современная технология предпосевной обработки семян и ее биологические основы / Г.Н. Алексейчук, Н.А. Ламан, Ж.Н. Калацкая // Наука и инновации. - 2006. - Т. 43. - № 9. - С. 37-41.
5. Предпосевная обработка семян: выбор протравителя или препараты на выбор? http: //www.agroliga. ru/index.php/ru/public/17-my-mysql-database-does-not-support-utf-8-do-i... - 14.09.2010.
6. Воропаева, Н.Л. Водорастворимые полимер-поли-мерные смеси / Н.Л. Воропаева, С.Ш. Рашидова. - Ташкент: АН РУз, ФАН, 2006. - 187 с.
7. Инструкция по протравливанию семян водорастворимыми пленкообразующими полимерами на заводах. - М., 1985. - 45 с.
8. Краткая инструкция 9-4-84 по протравливанию семян водорастворимыми пленкообразующими препаратами на заводах. - М., 1984. - 19 с.
9. Гигиеническая классификация пестицидов по степени опасности. МР 3 2001/26. М.2001.
10. Нанотехнологии: библиографический указатель / сост. Л. З.Кононцева. - Ставрополь: НБ СтГАУ, 2010. - 21 с. - (90 источников, 2004-2009 гг). http:// www.zemo-a.com/?p=2025
11. Федоренко, В.Ф. Нанотехнологии и наноматериалы в агропромышленном комплексе: моногр.;
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
35
