CC BY
82
УДК 632.481.146:635.21
ВЛИЯНИЕ ЭКСТРАКТОВ ИЗ ЧИСТОТЕЛА (CHELIDONIUM)
И МАЧКА (GLAUCIUM) НА ВОЗБУДИТЕЛЯ ФИТОФТОРОЗА КАРТОФЕЛЯ
А. ЗОЛФАГАРИ, А.Н. СМИРНОВ
(Кафедра защиты растений РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
Лабораторные исследования экстрактов из видов растений семейства Papaver-aceae (маковые) Chelidonium majus L. (чистотел большой), Glaucium grandiflorum Boiss. et Huett in Boiss. (глауциум, мачок крупноцветковый), Glaucium contortuplicatum Boiss., Glaucium oxylobum Boiss. et Huett in Nouv. (глауциум остролопастный) в концентрациях 100, 50 и 25% доказали, что эти экстракты способны подавлять агрессивность возбудителя фитофтороза Phytophthora infestans (Mont.) de Bary. Полевые мелкоделяночные исследования экстрактов из Ch. majus и G. grandiflorum с концентрациями 50 и 25% на фоне слабоагрессивной полевой популяции P. infestans продемонстрировали, что эти экстракты способны подавлять агрессивность патогена, не провоцируют образование ооспор, что приводит к повышению урожайности разных сортов картофеля.
Ключевые слова: растительные экстракты, биопестициды, чистотел, мачок, глауциум, Chelidonium majus, Glaucium grandiflorum, Glaucium contortuplicatum, Glaucium oxylobum, фи-тофтороз картофеля, зооспорангии, ооспоры, Phytophthora infestans.
Фитофтороз (возбудитель — оомицет Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) остается опасным заболеванием картофеля, способным уничтожить до 50% урожая [6, 7]. Актуально, что в настоящее время (2010 и 2011 гг.) периоды засушливой погоды не могут предотвратить развитие заболевания, после таких условий оно происходит по принципу «сжатой пружины» [4].
И в развитых, и в развивающихся странах приходят к выводу о необходимости экологизации защиты картофеля и других с.-х. культур. Применение биопестицидов растительного происхождения может быть очень эффективно в этом направлении. Накоплено много фактов об эффективности экстрактов, полученных из видов растений, относящихся к самым разным семействам, хотя, конечно, экстракты далеко не из всех растений демонстрировали высокую эффективность в защите картофеля от фитофтороза [2].
Растения из семейства Papaveraceae (маковые) давно известны значительной биологической активностью содержащихся в них веществ. И чистотел (род Cheli-donium), и мачок, или глауциум (род Glaucium), в полной мере соответствуют этому.
Все органы чистотела содержат алкалоиды: хелидонин, гомохелидонин, хелеритрин, метоксихелидонин, оксихелидонин, сангвинарин, протопин а-аллокриптопин, ß-аллокриптопин, спартеин, берберин, хелидамин, стилопин, dl-стилопин (дефил-лин), коптизин, оксисангвинарин, хелирубин, хелилутин и др. Трава чистотела содержит 0,97-1,87% алкалоидов, 0,01% эфирного масла, до 171 мг% витамина С, до 15 мг% каротина, хелидоновую, яблочную, лимонную и янтарную кислоты, флаво-ноиды и сапонины [9].
В медицине препараты чистотела (настой травы, сок из свежей травы) применяют наружно для прижигания бородавок и кондилом, при папилломатозе гортани и начальных формах красной волчанки. В небольших дозах их применяют внутрь при заболевании печени и желчного пузыря. В частности, корни чистотела использовали для изготовления «холелитина» — комплексного препарата желчегонного действия. Препараты чистотела задерживают рост злокачественных опухолей, обладают фунгистатическим и бактеростатическим действием по отношению к туберкулезной палочке [9].
Мачок не так известен, как чистотел. Тем не менее в Иране и сопредельных странах Центральной Азии его тоже используют как лекарственное растение [10, 11, 14].
Для защиты картофеля экстракты из маковых использовали довольно ограниченно [1, 2], приоритет отдавали растениям из других семейств (губоцветные, сложноцветые и др.) [2]. Мы же, наоборот, считаем, что маковые растения, такие как чистотел и мачок, следует проверить как средство для защиты картофеля от фитоф-тороза. В этом и заключается цель настоящего исследования.
Материалы и методы
Подготовка экстрактов. Для приготовления исходных водных экстрактов из указанных растений высушивали образцы (или их отдельные части) при температуре 60°С в течение суток в сушильном шкафу. Потом высушенные образцы измельчали в электрической мельнице. Взвешивали 10 г измельчённого образца, помещали в коническую колбу и заливали 100 мл дистиллированной холодной воды. Колбы закрывали пробкой и ставили в шейкер на сутки при комнатной температуре. Затем содержание каждой колбы фильтровали через фильтровальную бумагу [15]. Полученный экстракт использовали для экспериментов в концентрациях 25, 50, 100% и 0% (контроль).
Лабораторные исследования. Использовали изоляты P infestans из Ирана (провинция Голестан, побережье Каспийского моря) F70, F72, F73, Sm, S6 и V72, выделенные в лаборатории сектора фитопатологии кафедры защиты растений в 2010 г. Для определения устойчивости изолятов P. infestans к экстрактам видов из семейства маковые Chelidonium majus L. (чистотел большой), Glaucium grandiflorum Boiss. et Huett in Boiss. (глауциум крупноцветковый), Glaucium contortuplicatum Boiss. (русское видовое название этого вида требует уточнения), Glaucium oxylobum Boiss. et Huett in Nouv. (глауциум остролопастный) в концентрациях 100, 50, 25% использовали методику заражения клубневых дисков российских сортов картофеля Ильинский (восприимчив к фитофторозу) и Удача (умеренно устойчив к фитофторозу), предварительно обработанных экстрактами, суспензиями зооспорангиев изоля-тов P infestans. Методика рассмотрена в работах А.Н. Смирнова и В.В. Антоненко [3, 6]. Контролем служили варианты без обработки экстрактами. В качестве эталона использовали сходные данные, полученные М.Н.С. Аль-Саади в опытах с применением экстрактов Psiadia arabica [1]. Методику проводили с экспресс-модификацией А.Г. Мамонова, позволяющей уменьшить трудозатраты эксперимента. Во всех вариантах определяли следующие показатели агрессивности: размер некрозов (РН), интенсивность спороношения (ИС), инкубационный период (ИС), латентный период (ЛС). Итоговый индекс агрессивности (ИИА) определяли по формуле: ИИА=(РНИС)/(ИПЛП). Все варианты имели 3 повторности (клубневых диска).
Полевые испытания. Полевые мелкоделяночные испытания проводили на территории лаборатории защиты растений (ЛЗР) РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2011 г. на сортах картофеля Ильинский и Удача. Все варианты имели по три повторности — рядки по 5 растений, располагаемых рендомизированно. На естественном фоне патогена (значительном на территории ЛЗР) использовали экстракты Ch. majus и G. grandiflorum, так как они лучше всего показали себя в тесте in vitro, в концентрациях 25 и 50%. Каждым из этих экстрактов обрабатывали растения картофеля 29.07, 05.08, 13.08 и 19.08. Учет развития фитофтороза проводили в конце третьей декады августа, методика учета подробно рассмотрена в работах А.Н. Смирнова и С. А. Кузнецова [7, 8]. Для каждого варианта определяли распространенность (Р) как процент пораженных листьев, индекс развития (ИР), индекс образования зооспорангиев (ИЗ), индекс образования ооспор (ИО), индекс агрессивности (ИА=РИРИЗ/10000), стратегию размножения (СР), стратегию поддержания жизнеспособности (СПЖ) P. infestans, а также урожайность картофеля (г/куст). Уборку урожая проводили 21.09. Биологическую и хозяйственную эффективность применения растительных экстрактов определяли в соответствии с работой [5].
Статистический анализ. Многофакторный дисперсионный анализ полученных данных по ИИА в лабораторном исследовании и урожайности в полевых мел-коделяночных испытаниях проводили с использованием программы PASW-SPSS 18. Определяли наименьшую существенную разность (НСР05). В качестве факторов, влияющих на ход экспериментов, рассматривали экстракты, концентрации экстрактов, сорта картофеля и изоляты P infestans. Полученные результаты проверяли с использованием статистических программ MINITAB 16 и STRAZ 1989 г.
Анализ данных по развитию P infestans, полученных в полевых мелкоделя-ночных испытаниях, проводили на основе популяционно-биологического подхода А.Н. Смирнова и С.А. Кузнецова [8]. В связи с тем, что делянки находились довольно близко друг от друга, и на них развивалась одна и та же полевая популяция P. infestans, использовали сравнение диапазонов значений индексов Р, ИР, ИЗ, ИО, и ИА [8]. Если значения попадали в один и тот же диапазон, то их различия считали несущественными. Если значения попадали в разные диапазоны, то их различия считали существенными.
Результаты и их обсуждение
Лабораторные исследования. Результаты лабораторных исследований (рис. 1, 2, табл. 1) свидетельствуют о том, что экстракты Ch. majus, G. grandiflorum, G. contor-tuplicatum, G. oxylobum значительно подавляли развитие всех изолятов P infestans: в концентрации 25% — очень существенно, в концентрации 50% — почти полностью, в концентрации 100% — полностью. В диапазоне исследуемых концентраций данных экстрактов против возбудителя фитофтороза выявлен фунгицидный эффект. Полученный результат соответствует эталонным данным по Psiadia arabica [1] и даже несколько превышает их.
Четырехфакторный дисперсионный анализ не выявил существенных различий между действием экстрактов на P infestans. Наиболее существенным фактором в лабораторном эксперименте была концентрация экстракта, сорта и изоляты Р. infestans, менее значительно влияли на ход эксперимента (табл. 2). Это распределение определяло и межфакторное взаимодействие в пределах эксперимента.
Результаты полевых мелкоделяночных испытаний (табл. 3) свидетельствуют о том, что экстракты Ch. majus и G. grandiflorum значительно подавляли P infestans на
Концентрация экстракта, % 25 50
100
0 ^ ? ш ( 1РШг]
и с
ы г*
о 4, ) я
Ch. majus
G. grandiflorum
G. ^п^г-tuplicatum
G. oxylobum
Рис. 1. Клубневые диски сорта Ильинский, предварительно обработанные экстрактами Ch. majus, G. grandiflorum, G. contortuplicatum, G. oxylobum в разных концентрациях через 5 сут. после заражения иранским изолятом P infestans Р72
0
территории ЛЗР. Развитие и бесполое спороношение патогена подавлялось примерно в 5 раз, а агрессивность — примерно в 1000 раз. Существенно, что экстракты не провоцировали образование ооспор патогена: и в контроле, и в вариантах значения ИО были равны нулю.
Распределение показателей в таблице 3 показало, что примененные экстракты из семейства маковые были способны изменять стратегию размножения полевой по-
0 25 50 100
Рис. 2. Клубневые диски сорта Удача, предварительно обработанные экстрактами Ch. majusl G. grandiflorum, G. contortuplicatum, G. oxylobum в разных концентрациях через 5 сут. после заражения иранским изолятом P infestans Р72
пуляции Р. infestans на ЛЗР — с бесполой (Б1) до слабой (С1) только на сорте Ильинский, но не на Удаче. Вероятно, это связано с более значительной полевой устойчивостью последнего сорта. Однако изменения стратегии поддержания жизнеспособности полевой популяции Р. infestans на ЛЗР мы не зарегистрировали (табл. 4). Дело в том, что и в контроле популяция была слабоагрессивной, так как значение ИА не превышало 10. Несмотря на очень существенное понижение ИА после обработок экстрактами, значения остались в пределах одного диапазона [8].
Анализ данных по биологической и хозяйственной эффективности применения экстрактов растений из чистотела и мачка выявил, что эти показатели были довольно значительными и в большей или меньшей степени превышали эталонные значения по Psiadia агаЫеа [1] (табл. 5).
Значения ИИА изолятов Р. тТ^апэ на клубневых дисках сортов картофеля Ильинский (И) и Удача (У), обработанных растительными экстрактами в различных концентрациях
Концен- Изолят
Экстракт трация, Р 73 Р 72 Р 70 Б т Б 6 V 72
%
И У И У И У И У И У И У
0 2,44 1,77 2,44 1,77 2,77 1,77 1,77 1 1,51 1 2,44 1,77
25 0,04 0 0 0 0,04 0 0 0 0 0 0,04 0
Ch. majus 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 2,44 1,77 2,44 1,77 2,77 1,77 1,77 1 1,51 1 2,44 1,77
G. grandi- 25 0,04 0 0 0 0,04 0 0 0 0 0 0,04 0
А^гит 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 2,44 1,77 2,44 1,77 2,77 1,77 1,77 1 1,51 1 2,44 1,77
G. ^п^г- 25 0,12 0,04 0,36 0,04 0,16 0,04 0 0 0 0 0,12 0,04
tuplicatum 50 0,04 0 0 0 0,04 0 0 0 0 0 0,04 0
100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 2,44 1,77 2,44 1,77 2,77 1,77 1,77 1 1,51 1 2,44 1,77
25 0,16 0,04 0,36 0,04 0,29 0,16 0,04 0 0,16 0 0,16 0,04
G. oxylobum 50 0,04 0 0,04 0 0,12 0,04 0 0 0 0 0,04 0
100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
П р и м е ч а н и е. ИИА — итоговый индекс агрессивности.
Т а б л и ц а 2
Четырехфакторный дисперсионный анализ различий по значениям ИИА изолятов Р. іпТевіапв в пределах факторов лабораторного исследования
Фактор Экстракт рф НСР05
majus в. дгап-diflorum в. тп-tortu-рііса-tum в. oxylo- Ьит
В среднем 0,47 0,47 0,49 0,50 — — 1,532НС 0,1268
Концентрация, % 0 25 50 100 — — 4909,566*** 0,1268
В среднем 1,87 0,05 0,01 0 — —
Изолят Р 73 Р 72 Р 70 Б т Б 6 V 72 53,461*** 0,1035
В среднем 0,54 0,55 0,60 0,35 0,32 0,54
Сорт Ильинский Удача — — — — 229,208*** 0,1793
В среднем 0,58 0,38 — — — —
П р и м е ч а н и е. ИИА — итоговый индекс агрессивности; Рф — фактическое значение; различия с теоретическим значением Рт по критерию Фишера: нс — несущественны (а = 0,05), *** очень сильно существенны (а = 0,001). Полевые испытания.
Результаты полевых мелкоделяночных испытаний
Экстракт Концен- трация, % Ильинский Удача
Р % ИР, % ИЗ, % ИО, % ИА Р % ИР, % ИЗ, % ИО, % ИА
Ch. majus 0 52,1 63,6 27,5 0 9,11 39,8 41,3 13,0 0 2,13
25 10,3 12,8 3,2 0 0,04 6,6 5,4 1,3 0 0,01
50 8,52 9,7 1,7 0 0,01 4,1 4,1 0,9 0 0,001
в. grandi-florum 0 52,1 63,6 27,5 0 9,11 39,8 41,3 13,0 0 2,13
25 23,9 25,7 4,8 0 0,30 22,7 20,0 4,0 0 0,18
50 19,4 16,2 4,5 0 0,14 15,6 13,9 3,3 0 0,70
Т а б л и ц а 4
Стратегии размножения (СР) и поддержания жизнеспособности (СПЖ)
Р. тТ^апэ (естественный фон)
Экстракт Концентрация, % Ильинский Удача
СР СПЖ СР СПЖ
Ch. majus 0 Б1* Н1*** С1 Н1
25 С1** Н1 С1 Н1
50 С1 Н1 С1 Н1
в. grandiflorum 0 Б1 Н1 С1 Н1
25 С1 Н1 С1 Н1
50 С1 Н1 С1 Н1
П р и м е ч а н и е. * Б1 — подстратегия полевой популяции Р. infestans с редким бесполым размножением (ИЗ=20,1-40, И0=0), ** С1 — подстратегия полевой популяции Р. infestans со слабым бесполым размножением (ИЗ<20,0, иО=0), *** Н1 — подстратегия полевой популяции Р. infestans с низким уровнем поддержания жизнеспособности: слабой агрессивностью и без образования ооспор (ИА<10,0, И0=0).
Т а б л и ц а 5
Биологическая и хозяйственная эффективность применения растительных экстрактов для защиты сортов картофеля Ильинский и Удача против Р. ¡пТ^апэ
Экстракт Концентрация, % Ильинский Удача
БЭ, % ХЭ, % БЭ, % ХЭ, %
Ch. majus 25 79,94 76,67 86,99 74,12
50 84,75 82,72 90,11 81,03
в. grandiflorum 25 59,64 70,83 51,44 64,52
50 74,50 79,26 66,46 70,67
Р агаЫса (по [1]) 50 50,30 52,30 60,70 7,30
П р и м е ч а н и е. БЭ — биологическая эффективность, ХЭ — хозяйственная эффективность.
В целом наши данные продемонстрировали, что экстракты Ch. majus и G. gran-diflorum способны ограничивать развитие возбудителя фитофтороза, понижать его агрессивность, что приводит к повышению урожайности сортов картофеля. Применение экстрактов не провоцировало образования ооспор патогена. Несомненно, полученные результаты представляют интерес для картофелеводства в различных странах, в т.ч. в России и Иране, с целью развития безфунгицидной защиты малоустойчивых сортов картофеля от фитофтороза на основе биопестицидов и, возможно, регуляторов роста [3, 12, 13, 16, 17]. Кроме того, наши результаты согласуются с ранее полученными данными о том, что экстракты мачка способны подавлять такие грибы, как Fusarium oxysporum, Microsporum canis, M. gypseum, Nocardia asteroids, Trichophyton mentagrophytes, Epidermophyton floccosum [10, 11]. Но следует отметить, что результаты полевых испытаний нуждаются в последующих перепроверках. Наши испытания проводились на фоне довольно значительного поражения многих растений альтернариозом. Из-за контрастной погоды [4] фитофтороз на территории ЛЗР проявился довольно поздно — только в третьей декаде августа. Агрессивность возбудителя была довольно слабой. У эталонного исследования по применению Psiadia arabica агрессивность P. infestans была значительной [1]. В этой связи, хотя проведенные испытания можно признать успешными, в будущем следует провести более масштабные испытания экстрактов данных растений из семейства маковые на фоне более агрессивной полевой популяции патогена и уточнить возможность их стимулирующего действия на клубнеобразование.
Выводы
1. Лабораторные исследования экстрактов из чистотела большого (Chelidonium majus) и видов мачка, или глауциума (Glaucium grandiflorum, G. contortuplicatum, G. oxylobum), доказали, что эти экстракты способны подавлять агрессивность возбудителя фитофтороза (Phytophthora infestans).
2. Полевые мелкоделяночные исследования экстрактов из чистотела (Ch. majus) и мачка, или глауциума (G. grandiflorum), на фоне слабо агрессивной полевой популяции P infes-tans продемонстрировали, что эти экстракты способны подавлять агрессивность патогена, не провоцируют образование ооспор, что приводит к повышению урожайности разных сортов картофеля.
Библиографический список
1. Аль-Саади М.Н.С. Оценка фунгицидной активности некоторых тропических видов флоры Йемена. Автореф. канд. дис. М.: РГАУ-МСХА, 2009. 19 с.
2. Аль-Саади М.Н.С., Смирнов А.Н., Помазков Ю.И. Влияние экстрактов растительного происхождения на возбудителя фитофтороза картофеля // Известия ТСХА, 2009. Вып 1. С. 136-144.
3. Антоненко В.В., Смирнов А.Н. Влияние регуляторов роста новосил, лариксин и терпенол на агрессивность Phytophthora infestans // Известия ТСХА, 2011. №. 4. С. 64-72.
4. Золфагари А, Антоненко В.В., Зайцев Д.В., Игнатенкова А.А., Мамонов А.Г., Пен-кин Р.В., Поштаренко А.Ю., Смирнов А.Н. Развитие фитофтороза и альтернариоза на картофеле и томате в Московской области при аномальной погоде // Защита и карантин растений, 2011. № 11.
5. Качалова З.П., Арутюнян Е.С., Архангельская З.М., Попкова К.В., Дементьева М.И., Чефранова Л.И. Практикум по сельскохозяйственной фитопатологии. М.: Колос, 1976. 335 с.
6. Попкова К.В. Фитофтороз картофеля. М.: Колос, 1972. 176 с.
7. Смирнов А.Н. Оценка стратегий размножения и поддержания жизнеспособности оомицета Phytophthora infestans (Mont.) в связи с современными методами защиты картофеля и томата от фитофтороза. Автореф. докт. дис. М.: РГАУ-МСХА, 2010. 427 с.
8. Смирнов А.Н., Кузнецов С.А. Определение стратегий размножения и жизнеспособности полевых популяций Phytophthora infestans // Известия ТСХА, 2006. Вып. 4. С. 28-41.
9. Цицин Н.В. Атлас лекарственных растений СССР. М.: Изд-во мед. лит., 1962.
10. Ghorbanli M., Gran A. Zolfaghary A. Comparative of phytochemical compounds in three genus of Papaveraceae in Iran // Journal on Plant Sciences Researches, 2010. Serial: 19, 5th year. №. 3. P. 20-28.
11. Ghorbanli M., Gran A. Zolfaghary A. Comparative of antioxidant compound in three species of Glaucium Mill. In Iran // Journal on Plant Sciences Researches, 2011. Serial: 21, 6th year. №. 1. P. 42-51.
12. Hu T., Wang S., Cao K., Forrer H. R. Inhibitory effects of several chinese medicinal herbs against Phytophthora infestans // Acta Horticulture. Netherlands, 2009. №. 834. P. 205-210.
13. Jing C., Yan-zhiM. Screening on Inhibitory Effect of Plant Extracts Against Phytophthora Infestans // Journal of college of agricultural science, Liaocheng university, Liaocheng, Shandong, 2009. P. 108-119.
14. Morteza-semnani K., Saeedi M., Hamidian M. Anti-inflammatory and analgesic activity of the topical preparation of Glaucium grandiflorum // Fitoterapia. Elsevier, 2004. № 75. P. 123-129.
15. Narwal S.S., Tauro P. Suggested methodology for allelopathy laboratory bioassay // Allelopathy: field observations and methodology. Jodhpur, India, 1996. P. 255-260.
16. Smirnov A.N., Antonenko V.V., Zolfaghary A., Al-Saadi N.S., Mamonov A.G., Kondratyue-va G.V, IgnatenkovaA.A., ShishuryakM.A. Effectiveness of fungicide-free approaches to protection of potato and tomato against late blight // Matica Srpska Proceedings for natural sciences (of the Fourth Scientific Meeting Mycology, Mycotoxicology, and Mycoses. Serbia. Novy Sad, 2011, April 23-25), 2011. № 120. P. 137-146.
17. Stephen D., Schmitt A., Martins Carvalho S., Seddon B., Koch E. Evaluation of biocontrol preparations and plant extracts for the control of Phytophthora infestans on potato leaves // European journal of plant pathology, 2005. № 112. P. 235-246.
Рецензент — д. с.-х. н. К. Л. Алексеева
SUMMARY
Laboratory investigations into plant extracts from Papaveraceae species Chelidonium majus L., Glaucium grandiflorum Boiss. et Huett in Boiss., Glaucium contorturplicatum Boiss., Glaucium oxylobum Boiss. et Huett in nouv. in concentrations of 100%, 50%, and 25% have proven that these extracts, in question, are able to suppress aggressivity of late blight causative agent Phytophthora infestans (Mont.) de Bary. Field small-scaled trials of extracts from Ch. majus and G. grandiflorum in concentrations of 50% and 25% on the base of field P. infestans population with low-level aggressiveness demonstrated that the extracts are able to suppress pathogen aggressiveness, do not provoke oospore formation, but cause yield increase in various potato cultivars.
Key words: plant extracts, Chelidonium majus, Glaucium grandiflorum, Glaucium contor-tuplicatum, Glaucium oxylobum, potato late blight, zoosporangia, oospores, Phytophthora infestans
Золфагари Амир — асп. кафедры защиты растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Эл. почта: [email protected]/
Смирнов Алексей Николаевич — д. б. н., профессор кафедры защиты растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Эл. почта: [email protected].
