CC BY
45
УДК / UDK635.656:632.95+632.95.024
ВЛИЯНИЕ НОВОГО СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ГОРОХА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ТОКСИЧНОСТИ
THE IMPACT OF THE NEW PLANT PROTECTION AGENTS ON THE
GROWTH AND DEVELOPMENT OF PEAS AND IDENTIFICATION OF ITS
TOXICITY
Павловская Н.Е., доктор биологических наук, профессор Pavlovskaya N.E., Doctor of Biological Sciences, Professor Ерохин А.И., кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник Erokhin A.I., Candidate of Agricultural Sciences, researcher Чупак В.В., кандидат фармацевтических наук Chupak V.V., Candidate of Pharmaceutical Sciences Гагарина И.Н., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Gagarina I.N., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, Орел, Россия
Orel State Agrarian University, Orel, Russia ГНУВНИИЗБК, Орловскаяобласть, Россия GNU VNIIZBK, Orel region, Russia Е-mail: [email protected]
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
лектины, новое средство защиты растений, горох, рост и развитие, токсичность. KEY WORDS
lectins, new means of plant protection, pea, growth and development, toxicity.
В последние годы значительно расширился научный и практический интерес к поиску и использованию природных средств, обладающих противомикробной, противовирусной и иммуностимулирующей активностью. В значительной степени этому соответствуют лектины, которые являются сложными белками, металлосодержащими гликопротеидами [1].
Считается, что лектины растений выполняют функции запасного и связующего материала семян; осуществляют транспорт углеводов и защиту от бактерий и грибов, участвуют в распознавании и прикреплении бактерий-симбионтов (азотфиксирующих бактерий) к корневым волоскам растения-хозяина. Важнейшие источники лектинов - семена растений, особенно бобовых, в которых их содержится 2-10% от общего количества белков.
Выделенные из различных организмов лектины широко используются как реактивы в биохимии, гистохимии, диагностике некоторых заболеваний. В последние годы делаются попытки использования лектинов и в качестве лекарственных препаратов. Все это привлекает к их изучению исследователей, работающих в разных областях биологической науки, и прежде всего в биохимии, цитологии, микробиологии, физиологии растений, биотехнологии и фармации. У лектинологии — науки, развивающейся на стыке различных биологических дисциплин, большое будущее [2].
Вместе с тем, токсичность лектинов может быть причиной расстройства пищеварения в результате поедания растительной пищи, содержащей большое их количество, например, соевых бобов, в которых содержится соевый агглютинин. Он способен нарушить пищеварение в тонком кишечнике,
связываясь на поверхности клеток кишечного эпителия. Тепловая обработка обычно понижает токсичность лектинов, но некоторые из них устойчивы к нагреванию. Лектины могут также вызывать повышенное выделение слизи в кишечнике, что сказывается на усваивании пищи [3].
Функции растительныхлектинов до конца еще не изучены. Поскольку их много в семенах растений, предполагают, что они участвуют в прорастании семени. Участие лектинов в защитных механизмах можно объяснить присутствием их в свободном и ассоциированном с клеточными стенками состояниях. Предполагается, что лектины могут участвовать в обезвреживании патогенных вирусов, бактерий и грибов в проводящих тканях высших растений [4,5].
Взаимодействие лектинов с микроорганизмами способствует специфическому узнаванию. Патоген подвергается воздействию со стороны растения - хозяина и формируется реакция устойчивости, или продолжается его дальнейшее развитие - восприимчивости к болезни [6].
На основании того, что лектины участвуют в защитных механизмах растений, нами исследовалась их роль в устойчивости гороха к возбудителю корневых гнилейFusariumoxysporum в норме и патологии [7].
Установлено, что уже в здоровых растениях устойчивых сортов гороха активность лектинов выше, чем у восприимчивых. Инфицирование гороха возбудителем корневыхгнилейFusariumoxysporum приводит к повышению активности лектинов.
На основании этого нами разработана схема выделения лектинов из семян сои, отличающейся высокой активностью лектинов, и создано средство защиты гороха от патогенов, защищенное патентом Российской Федерации [8].
Целью данной работы является изучение влияния средства защиты растений, созданного на основе лектинов сои, на рост, развитие, устойчивость гороха Pisumsativum, и определение его токсичности.
Объектом служили два сорта гороха зернового направления Фараон и Софья. Семена гороха за 3-4 дня до посева обрабатывались средством в концентрации 10-4 %, с применением пленкообразователя Эпок-1%. Объем раствора для обработки семян 10 л на 1 тонну. За контроль принимали необработанные семена.
Проращивание семян проведено в рулонах фильтровальной бумаги по ГОСТ- 12038-84.
Полевые опыты были заложены на полях ГНУ ВНИИЗБК в соответствие с методикой, принятой в данном институте, на темно-серых лесных почвах с мощностью гумусового горизонта - 25-30 см. Содержание гумуса в почве - 4,24,6%, рН солевой вытяжки -5,0-5,2%. Размер делянок - 10м2 , размещение делянок рендомизированное. Повторность опыта 4-кратная.
Во время вегетации растений проведено изучение динамики роста, учеты зеленой и корневой массы, пораженность корневымигнилями, урожайные данные.
Для определения токсичности нового средства защиты гороха от болезней провели испытание на инфузориях 31у1опуоЫа. С этойцелью из 25 - дневных проростков гороха сорта получали водные и водно-ацетоновые вытяжки по ГОСТ 31674-2012. Навеска зелёной массы - 10г; количество ацетона - 20 см3; ацетоновый экстракт - 0,5 см3; рабочий раствор Лозина-Лозинского. Каждую среднюю пробу зелёной массы гороха исследовали 5 раз. Пересадку и подсчёт стилонихий проводили под микроскопом при увеличении 2 * 8.
Автоматической пипеткой с заменяемым наконечником отбирали 20 мкл среды со стилонихиями и помещали вкаждый из пяти микроаквариумов. Затем туда же автоматической пипеткой с чистым наконечником вносили по 20 мкл водного раствора ацетонового экстракта исследуемой пробы, подготовленной для биотестирования. Через две минуты в каждом из микроаквариумов подсчитывали количество стилонихий. Травмированные клетки не учитывались.
После подсчёта стилонихий в каждый микроаквариум другой автоматической пипеткой вносили по 200 мкл водного раствора ацетонового экстракта или водного экстракта исследуемого корма, отмечали время начала испытаний. Через один час экспозиции при анализе водного раствора ацетонового экстракта испытуемой пробы или через три часа при анализе водного экстракта испытуемой пробы вторично подсчитывали количество стилонихий.
Параллельно с биотестированием пробы, с целью определения качества ацетона, минерального раствора Лозина-Лозинского проводили контрольные тесты. Для этого в микроаквариумы в трёх повторностях помещают вышеуказанным способом стилонихии и заливают их:а) 200 мкл 1% раствора ацетона в минеральном растворе Лозина-Лозинского (0,1 см3(100 мкл) ацетона на 10 см3 раствора Лозина - Лозинского);б) 200 мкл минерального раствора Лозина - Лозинского.
Выживаемость стилонихийЫв % вычисляют по формуле: N= N2 / N-i* 100%,
где N2 - среднеарифметическое (из пяти испытаний) значение количества стилонихий в конце опыта через 1 час экспозиции в штуках;
N1 среднеарифметическое (из пяти испытаний) значение количества стилонихий в начале опыта в штуках; 100% - перевод результата в проценты.
Вычисления проводят до первого десятичного знака, а окончательный результат испытания регистрируют в протоколе с округлением до целого числа.
Токсичность испытуемого растительного материала определяют из расчёта на зеленую массу:
1) от 80% до 100% выживаемости стилонихий - растительный материал нетоксичный;
2) от 40% до 79% выживаемости стилонихий-слаботоксичный;
3) от 0% до 39% выживаемости стилонихий -токсичный.
Исследование влияния нового средства защиты гороха показало его
положительное влияние на всхожесть семян, длину и массу проростков (Табл. 1).Из данных таблицы 1 следует, что применение препарата повышает скорость роста корешков у проращиваемых семян обоих сортов гороха уже на 4-е сутки на 19,6-21,4%. Соответственно увеличивается и рост проростков на 15,9% - у гороха сорта Фараон и на 16,7%- у сорта Софья. На 8-е сутки проращивания тенденция сохраняется. Стимуляция роста связана, видимо, не только, с растяжением клеток, но и их делением, т.к. масса проростков под влиянием нового средства защиты увеличивается у обоих сортов на 9,1 -12,3%.
Однако лучшее стимулирующее действие на прорастание семян оказало совместное применение средства и пленкообразователя Эпок-1%. Как видно из таблицы 1, длина корешков гороха обоих сортов по сравнению с контролем на 4- е сутки больше на 28%, а на 8-е -на 22-29%%.
С увеличением длины проростков отмечено и повышение их массы на 1721% у вариантов с обработкой средством по сравнению с контролем.
Таблица 1. Влияние нового средства защиты на рост и развитие проростков семян гороха
Длина проростков, см Масса проростков (г)
Варианты На 4-е сутки На 8-е сутки
опыта проращивания проращ ивания
Корешки Ростки Корешки Ростки Корешки Ростки
Горох сорта Фараон
Контроль 4,6 1,4 11,1 8,8 24,8 28,6
Семена,обр.
средством 104% 5,5 1,7 13,3 10,2 28,2 31,2
В % к контр. 19,6 21,4 19,8 15,9 13,7 9,1
Семена.обр.
Эпок+ средство 104% 5,9 1,8 13,6 10,5 30,1 33,5
В % к контр. 28,3 28,6 22,5 19,3 21,4 17,1
Горох сорта Софья
Контроль 5,2 1,5 15,6 11,4 32,0 35,0
Семена,обр.
средством 104% 6,3 1,7 18,2 13,2 34,5 39,3
В % к контр. 21,2 13,3 16,7 15,8 7,8 12,3
Семена.обр.
Эпок+ средство 104% 6,5 1,8 19,1 14,7 35,2 41,2
В % к контр. 25,0 20,0 22,4 28,9 10,0 17,7
Применение препарата повышает лабораторную и полевую всхожесть семян, образование клубеньков азотфиксирующих бактерий на корневой системе гороха (табл.2).
Лучшие результаты отмечены в случае совместного применения средства защиты гороха с пленкообразующим препаратом Эпок. Количество клубеньков увеличивается у обоих сортов на 20-23,6 %. Это подтверждает известный факт, отмеченный Н.А. Проворовым и Е.А. Долгих (2006), чтолектины играют ключевую роль в установлении симбиотических отношений с клубеньковыми бактериями. Роль лектинов в формировании симбиотических образований (клубеньков) не ограничивается распознаванием симбионта. Некоторые растительные лектины стимулируют рост клубеньковых бактерий.
Усиление действия препарата в случае инкрустирования семян пленкообразователем Эпокобьясняется его пролонгирующим влиянием.
Наше средство защиты способствует также повышению устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды и, прежде всего, к снижению инфекционных заболеваний. Это касается и корневых гнилей (табл. 3).
Таблица 2. Влияние средства защиты на всхожесть семян и образование азотфиксирующих клубеньков у гороха.
Варианты опыта Полевая всхожесть, % К контролю,% Количество клубеньков с 1 растения
шт. %
Горох Фараон
Контроль 86 - 19,0 -
Семена, обр. средством 10-4% 90 4 21,3 12,1
Семена, обр. Эпок+ средство 10-4% 92 6 22,9 20,5
Горох Софья
Контроль 90 - 17,4 -
Семена, обр. средством 10-4% 95 5 19,1 9,8
Семена, обр. Эпок+ средство 10-4% 97 7 21,5 23,6
Таблица 3. Влияние предпосевной обработки семян средством защиты на развитие корневых гнилей растений гороха
Варианты опыта
Пораженность растений корневыми гнилями,5 Снижение к контролю, % Развитие корневых гнилей, % Снижение к контролю, %
Горох Фараон
Контроль 65 - 41,3
Семена,обр. средством 10-4% 55 10 35,5 5,8
Семена, обр. Эпок+ средство 10-4% 55 10 26,7 14,6
Горох Софья
Контроль 65 - 32,5 -
Семена, обр. средством 10-4% 55 10 22,7 9,8
Семена, обр. Эпок+ средство 10-4% 50 15 21,3 11,2
По данным таблицы 3, обработка семян гороха обоих сортов снижает пораженность растений корневымигнилями на 10% и уменьшает степень их развития от 5,8 до 14,6% у сорта Фараон и от 9,8 до 11,2% - у сорта Софья.
Обладая защитно - стимулирующим действием, препарат способствует снижению заболеваемости растений корневымигнилями, увеличивает ростовую активность и приводит в конечном итоге к увеличению урожайности гороха на 10-15% (данные патента).
Для широкого применения средства защиты растений необходимо провести исследования его экологической безопасности. С этой целью использовали простейшие организмы, в данном случае стилонихии.Результаты проведения эксперимента (табл. 4) при анализе раствора ацетонового экстракта испытуемой пробы через час и через три часа при анализе водного экстракта испытуемой пробы показали отсутствие токсичности экстрактов зеленой массы гороха на развитие стилонихий. Выживаемость инфузории 31у1опуоЫав водном растворе испытуемой пробы зелёной массы гороха и в водном растворе ацетонового экстракта испытуемой пробы зелёной массы гороха составляет 98%.
В соответствии с ГОСТ 31674-2012 по данным токсичности, установлено, что зелёная масса гороха, до посадки обработанная средством защиты растений является нетоксичной.
Выводы
1. Средство защиты гороха от болезней (патент № 2367133) оказывает защитно-стимулирующее действие на растения, увеличивая всхожесть семян, рост и развитие проростков, азотфиксирующую активность, снижает развитие корневых гнилей, увеличивает урожайность.
2. Пленкообразующее средство Эпок в концентрации 1% усиливает действие препарата, оказывая пролонгирующее влияние.
3. Испытание препарата на токсичность по выживаемости столонихий показывает его безопасность.
Таблица 4. Влияние средства защиты на количество стилонихий
N Количество Количество N п/п Количество Количество
п/п стилонихий на стилонихий стилонихий на стилонихий через 3
начало через 1 час начало часа эксперимента
эксперимента эксперимента (ацетоновая фракция) эксперимента (водная фракция)
1 11 11 1 13 13
2 9 9 2 10 10
3 11 10 3 9 9
4 12 12 4 13 12
5 8 8 5 14 14
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Ямалеева А. А. Лектины растений и их биологическая роль. — Уфа: Изд-во Башк. ун-та, 2001. — 204 с.
2. Бабоша А. В. Лектины и проблема распознавания фитопатогенов растением-хозяином /Общая биология , 2008. Том 69. № 5, стр. 379-396
3. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. 2002, Изд-во «ГрантЪ», 295 с.
4. Титов, У.В. Распределение лектинов по тканям винограда / У.В.Титов, О.С.Соколова, А.Д.Володарский // Физиология растений. - 1992. Т.39, вып.1. - С.40-47.
5. Косенко, Л.В. Сравнительная характеристика углеводсвязывающих свойств лектинов из семян бобовых растений / Л.В.Косенко //Физиология растений. - 2002. - Т. 49, № 5. - С.718-724.
6. Кириченко, Е.В. Комплементарное взаимодействие лектинов бобовых растений с суспензиями клубеньковых бактерий как один из показателей специфичности симбионтов / Е.В.Кириченко // Физиология и биохимия культурных растений. - 2004. - Т. 36. - № 4. - С.301-306.
7. Павловская Н. Е., и др. Физиолого-биохимическое обоснование создания биологических средств защиты растений от болезней и вредителей /Павловская Н. Е., Зотиков В. И., Гагарина И. Н., Борзенкова Г. А., Ерохин
A. И., Горькова И. В.. Зубарева К. Ю., Бородин Д. Б.; под общей редакцией Павловской Н.Е..- Орел: Изд-во Орел, ГНУ ВНИИЗБК 2013.188 с.
8. Средства для предпосевной обработки семян гороха /Павловская Н.Е., Гагарина И.Н., Роговин В.В., Борзенкова Г.А., Муштакова В.М.. Фомина
B.А. Патент № 2367133. Опубликовано 20.11.2009. Бюл. № 32
