CC BY
87
УДК 579.64+547.91:633.11
М. Рахимова (к.биол.н., доц.)1, Р. Ф. Исаев (к.биол.н., доц.)1, Л. Х. Халимова (к.т.н., доц.)2, А. А. Шараева (асп.)2, Ю. Р. Галиуллина (студ.)2, О. В. Радцева (к.биол.н., доц.)1
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ГРИБА - ПРОДУЦЕНТА АРАХИДОНОВОЙ КИСЛОТЫ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ПШЕНИЦЫ СОРТА «ОМСКАЯ-36»
1 Башкирский государственный аграрный университет, 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34; e-mail: [email protected] 2Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347)431935, е-mail: [email protected]
G. M. Rakhimova1, R. F. Isaev1, L. Kh. Khalimova2, A. A. Sharaeva2, Yu. R. Galiullina2, O. V. Radtseva1
EFFECT OF DERIVATIVES OF POLYUNSATURATED FATTY ACIDS OBTAINED FROM ARACHIDONIC ACID PRODUCING FUNGUS ON GROWTH AND DEVELOPMENT OF WHEAT «OMSKAYA-36»
1 Bashkir State Agrarian University 34, 50 years October Str., 450001, Ufa, Russia; e-mail: [email protected] 2Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347)431935, e-mail: [email protected]
Исследовано влияние различных концентраций препарата этиловых эфиров полиненасыщенных жирных кислот, полученных переэтерифи-кацией липидов гриба Mortierella alpina ГР-1, на рост, развитие и урожайность яровой пшеницы сорта «Омская-36», а также на подавление жизнедеятельности патогенов, поражающих наземную и корневую части растений болезнями. Показано, что в концентрациях 10-4 и 10-5 г/л препарат оказывает ростстимулирующее влияние на растения яровой пшеницы и во всех испытанных концентрациях (10-5—10-2 г/л) вызывает активизацию защитных сил растения от фитопатогенов, вызывающих мучнистую росу, септориоз или корневую гниль.
Ключевые слова: арахидоновая кислота; Mortierella alpina; полиненасыщенные жирные кислоты; пшеница; стимулятор роста растений.
The effect of different concentrations of ethyl esters of polyunsaturated fatty acids obtained by transesterification of fungus Mortierella alpina rP-1 lipids on growth, development and productivity of summer wheat «Omskaya-36» and on suppression of pathogenic organisms affecting the root and shoot systems of plants was studied. The preparation shows stimulating effect on growth of summer wheat in concentrations 10-410-5 g/L and on defense of plants against phytopathogenes that cause mildew, Septoria leaf blotch and root rot.
Key words: polyunsaturated fatty acids; arachidonic acid; Mortierella alpina; growth stimulator for plants; wheat.
Многие метаболиты, синтезируемые микроорганизмами, благодаря своей высокой избирательности действия и низкой концентрации, в которой проявляется их активность, являются перспективными для применения в сельском хозяйстве и медицине 1-7.
На кафедре биохимии и технологии микробиологических производств Уфимского государственного нефтяного технического уни-
Дата поступления 28.04.14
верситета найдены грибы Mortierella alpina — эффективные продуценты полиненасыщенных жирных кислот, на основе которых разработаны методы биосинтеза липидов с высоким содержанием арахидоновой и эйкозапентаено-вой кислот 8-12.
Известно, что арахидоновая кислота является эффективным индуктором системной неспецифической устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам 3. При очень низких концентрациях (около 10-8 М)
она индуцирует длительную системную устойчивость растений 4 к грибковым, бактериальным и вирусным патогенам, водному и температурному стрессу 3, стимулирует процессы раневой репарации 5'6, а также проявляет рост-стимулирующее и ростформирующее действие 3'7. Однако при относительно высоких концентрациях (10-4 М и выше) арахидоновая кислота способна вызывать локальный некроз растительных тканей 4.
Ранее в лабораторных исследованиях было показано положительное влияние препаратов этиловых эфиров полиненасыщенных жирных кислот (ЭПНЖК), полученных пере-этерификацией липидов грибов Mortierella alpina 18-1 и ГР-1, на всхожесть семян, формирование фотосинтезирующего аппарата некоторых сельскохозяйственных культур 13-15. Обработка низкими концентрациями ЭПНЖК (1-10-7—10-4 г/л) семян горчицы, редиса, гороха, фасоли, свеклы, моркови, капусты и огурцов привела к ускорению сроков проращивания семян, возрастанию энергии прорастания, а также отсутствию посторонней микрофлоры на обработанных семенах.
С целью изучения эффективности применения производных липидов грибов Mortierella alpina, в полевых условиях в настоящей работе было исследовано влияние различных концентраций препарата ЭПНЖК на рост, развитие и урожайность растений яровой пшеницы сорта «Омская-36», а также на по-
давление жизнедеятельности патогенов, вызывающих поражение наземной и корневой частей растений болезнями.
Анализ биометрических показателей растений пшеницы в разных фазах роста и развития (табл. 1,2) свидетельствует, что обработка семян препаратом ЭПНЖК в концентрациях 10-4 и 10-5 г/л оказывает стимулирующее влияние.
Количество стеблей на растении увеличивается при обработке ЭПНЖК во всех фазах развития по сравнению с контролем (табл. 2). Несмотря на отмирание части стеблей в фазе трубкования, увеличение количества стеблей по сравнению с контролем оказывает положительное влияние на мощность растения.
Площадь листьев, а также содержание хлорофилла существенно увеличиваются в фазе трубкования — самый интенсивный период фотосинтетического накопления пластических веществ. В контроле содержание хлорофилла равно 0.38%, а при обработке ЭПНЖК в концентрации 10-5 г/л — 0.58% и в концентрации 10-4 г/л — 1.01%. Площадь листьев увеличивается по сравнению с контролем на 21% при обработке ЭПНЖК в концентрации 10-5 г/л; с этим показателем связано накопление сухого вещества растений.
В фазе цветения происходит перераспределение метаболитов и отток их в репродуктивные органы. Часть стеблей перестает ассимилировать и высыхает, сырая масса листьев
Таблица 1
Результаты испытаний препарата ЭПНЖК на растениях пшеницы в разные фазы развития
Концентрация препарата ПНЖК, г/л Количество стеблей на растении, шт. Высота растения, см Содержание хлорофилла, % Площадь листа, см2 Сырая масса стеблей одного растения, г Сырая масса листьев одного растения, г Сухая масса листьев одного растения, г Сухое вещество листьев, %
Фаза кущ ения
10-2 2.8 28.2 - - - - 17.36 21.0
10-4 4.2 28.6 - - - - 16.96 20.4
10-5 3.9 31.8 - - - - 16.83 20,2
0 3.9 25.9 - - - - 17.6 21.4
Фаза трубкования
10-2 4.7 54.7 0.58 9.69 4.28 2.14 0.53 24.8
10-4 3.1 42.9 1.01 10.44 3.11 1.64 0.49 29.9
10-5 6.0 51.0 0.59 13.23 4.51 2.65 0.81 30.6
0 3.4 50.6 0.38 10.9 3.11 1.64 0.49 29.9
Фаза начала цветения
10-2 2.9 62.7 8.55 4.07 1.20 0.57 47.5
10-4 3.6 69.9 10.61 6.56 1.76 0.75 42.6
10-5 3.5 63.7 10.41 7.01 1.79 0.64 35.8
0 3.4 66.9 10.77 5.57 1.57 0.59 37.6
Структура урожая растений пшеницы в фазу уборочной спелости
Концентрация препарата ЭПНЖК, г/л Количество растений на 1м2, шт. Количество стеблей на одном растении, шт. Количество колосьев на одном растении, шт. Количество колосков в колосе, шт. Масса 100 зерен, г Длина колоса, см Урожай, ц/га
10-2 130.0 2.7 2.6 12.7 37.34 8.4 20.16
10-4 86.0 3.1 2.7 12.2 38.3 8.5 22.94
10-5 94.3 3.0 2.5 12.6 38.1 8.8 21.2
0 112.6 3.0 2.9 12.8 33.6 9.1 19.02
Таблица 3
Показатели качества урожая растений пшеницы, обработанных комплексом ЭПНЖК
Концентрация препарата ЭПНЖК, г/л Число падения, сек Количество клейковины, % Качество клейковины (ИДК, усл. ед) Зола, % Б „ л> * к , Азот, % Фосфор, % Крахмал, %
10-2 343.67 34.79 52.67 1.66 14.48 2.49 0.24 55.83
10-4 336.34 34.96 65.54 1.89 14.75 2.53 0.23 58.30
10-5 359.67 34.14 62.87 1.65 14.92 2.56 0.24 55.76
0 371.67 34.59 61.60 1.76 14.79 2.54 0.24 55.03
уменьшается по сравнению с фазой трубкова-ния (табл. 1), а сухое вещество накапливается интенсивнее. По всем перечисленным показателям результаты опытов в вариантах с ЭПНЖК в концентрациях 10-4 и 10-5 г/л превышают результаты контроля.
Анализ послеуборочных показателей показывает увеличение массы 1000 зерен пшеницы по сравнению с контролем на 13.4%, 13.9% и 11.1% при обработке ЭПНЖК в концентрациях 10-5, 10-4 и 10-2 г/л, соответственно. Наблюдается также прирост урожая зерна на 2.2; 3.9 и 1.1 ц/г, соответственно.
Анализ данных по качеству урожая пшеницы показал, что варианты обработки ЭПНЖК в разных концентрациях не имеют существенных различий по сравнению с контролем (табл. 3). Исключением стали показатели содержания крахмала, зольных элементов и клейковины, по которым наблюдается их увеличение при обработке ЭПНЖК в концентрации 10-4 г/л.
Результаты учета распространенности и интенсивности развития болезней на растениях пшеницы в период вегетации представлены в табл. 4 и 5. Оценку пораженности растений проводили дважды (10 и 21 июля). Было зафиксировано уменьшение количества растений, пораженных возбудителем мучнистой росы на 27.5%, 13.7% и 17% при обработке ЭПНЖК в концентрациях 10-2, 10-4 и 10-5 г/л соответственно. Интенсивность поражения по сравнению с контролем 3.3% также уменьшается; обработка ЭПНЖК в концентрации 10-2
и 10-4 г/л приводит к слабому поражению листьев пшеницы — от 1.4% до 1.6%. При обработке ЭПНЖК в концентрации 10-5 г/л поражается до 2.05% листьев. Интенсивность и распространение возбудителей септориоза и корневых гнилей также значительно уменьшаются по сравнению с контролем.
Результаты повторного анализа фитопато-генов пшеницы подтверждают то, что обработка ЭПНЖК приводит к активизированию защитных механизмов от поражения различными возбудителями. Несмотря на 100%-е распространение септориоза, растения, обработанные ЭПНЖК, поражаются по сравнению с контролем незначительно. Та же тенденция прослеживается при учете распространения и интенсивности поражения возбудителями корневых гнилей.
Таким образом, результаты полевых испытаний показывают, что препарат ЭПНЖК, полученный на основе полиненасыщенных ли-пидов гриба Mortierella alpina ГР-1, оказывает ростстимулирующее влияние на растения яровой пшеницы сорта «Омская-36» в концентрациях 10-4 и 10-5 г/л и во всех испытанных концентрациях вызывает активизацию защитных сил растения от фитопатогенов.
Экспериментальная часть
Биосинтез липидов осуществляли как
описано в работе 8. Препарат этиловых эфиров
полиненасыщенных жирных кислот получали
" 16
в соответствии с методикой .
Результаты полевых испытаний ЭПНЖК для подавления фитопатогенов растений пшеницы (10.07 2009)
Концетрация препарата ЭПНЖК, г/л Мучнистая роса, % Септориоз, % Корневые гнили, %
Распространение Интенсивность Распространение Интенсивность Распространение Интенсивность
10-2 44.5 1.4 31.6 2.4 66.7 22.9
10-4 58.3 1.6 41.7 2.1 58.3 20.8
10-5 55.0 2.05 60.0 5.2 54.5 27.3
0 72.0 3.3 86.7 16.0 92.3 48.8
Таблица 5
Результаты полевых испытаний ЭПНЖК для подавления фитопатогенов растений пшеницы (21.07 2009)
Концетрация препарата ЭПНЖК, г/л Мучнистая роса, % Септориоз, % Корневые гнили, %
Распространение Интенсивность Распространение Интенсивность Распространение Интенсивность
10-2 95.3 2.0 100.0 1.4 45.0 2.5
10-4 70.0 2.1 100.0 1.5 45.0 2.3
10-5 80.0 2.2 100.0 1.9 35.0 1.8
0 95.4 3.8 100.0 5.5 65.0 4.6
Опыты проводили на опытных полях учебно-научного центра Башкирского государственного аграрного университета в мае-августе 2009 г. в условиях почвенно-климатичес-кой зоны черноземов выщелоченных Южной лесостепи Республики Башкортостан. Площадь опытных делянок 6 м2, повторность трехкратная, размещение рендомизированное. Объектом изучения был сорт яровой пшеницы «Омская-36». Схема испытания препарата ЭПНЖК включала в себя обработку семян пшеницы (нормы расхода 10 л/т), рабочие концентрации ЭПНЖК составляли 10-2, 10-4, 10-5 г/л по вариантам.
Литература
1. Зорин В. В., Петухова Н. И., Шахмаев Р. Н. // Рос. хим. ж.- 2011.- Т.55, №1.- С.77.
2. Комлева Е. В., Петухова Н. И., Хузина А. В., Файзрахманова Л. С., Муслухов Р. Р., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2009.- Т.16, №1.- С.106.
3. Кудрявцева Л. П., Кудрявцев Н. А. // Научно-практический журнал «Агро XXI».- 2009.-№ 4-6.- С.6.
4. Васюкова Н. И., Зиновьева С. В., Ильинская Л. И., Переход Е. А., Чаленко Г. И., Герасимова Н. Г., Ильина А. В., Гамалей И. А., Клюбин И. В. // Цитология.- 1996.- Т.38.-С.1233.
5. Озерецковская О. Л., Васюкова Н. И., Чаленко Г. И., Герасимова Н. Г., Ревина Т. А., Валуева Т. А. //Докл. АН.- 2008.- Т.423, №1.-С.129.
Посев производили ручной сеялкой с шириной междурядий 15 см и густотой посева 40 шт на погонный метр. Учет некоторых физиологических показателей проводили в фазы кущения, выхода в трубку, начала цветения и в фазу восковой спелости. Уборку урожая проводили 25 августа.
Интенсивность поражения растений грибными патогенами определяли в соответствии с методическими указаниями 17. Качество урожая определяли в соответствии с госстандартами. Вегетационный период 2009 г. характеризовался засушливой погодой в начале сезона, что задержало дружное появление всходов и повышенной влажностью в конце сезона к моменту уборки.
References
1. Zorin V. V., Petukhova N. I., Shakhmaev R. N. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal. 2011. V.55, no. 1. P.77.
2. Komleva Е. V., Petukhova N. I., Khuzina A. V., Faizrahmanova L. S., Musluhov R. R., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2009. V.16, no.1. P.106.
3. Kudryavtseva L. P., Kudryavtsev N. A. Nauchno-prakticheskiy zhurnal «Aro XXI». 2009. no.4-6. P.6.
4. Vasyukova N. I., Zinov'eva S. V., Il'inskaya L. I., Perekhod E. A., Chalenko G. I., Gerasimova N. G., Il'ina A. V., .Gamaley I. A., Klyubin I. V. Tsitologiya. 1996. V.38. P.1233.
5. Ozeretskovskaya O. L., Vasyukova N. I., Chalenko G. I., Gerasimova N. G., Revina T. A., Valueva T. A. Doklady akademii nauk. 2008. V.423, no.1. P.129.
6. Озерецковская О. Л., Васюкова Н. И., Чален-ко Г. И., Герасимова Н. Г., Ревина Т. А., Валуева Т. А. // Прикл. биохим. и микробиол.-2009.- Т.45, №2.- С.220.
7. Кульнев А. И., Соколова Е. А. Многоцелевые стимуляторы защитных реакций роста и развития растений (на примере препарата иммуноци-тофит). — Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1997.-С.100.
8. Петухова Н. И., Рахматуллина Ю. Р., Яхуто-ва Я. Р., Спирихин Л. В., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2006.- Т.13, №1.- С.95.
9. Петухова Н. И., Рахматуллина Ю. Р., Пантелеева С. Н., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.-2007.- Т.14, №1.- С.141.
10. Петухова Н. И., Митягина А. В., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2010.- Т.17, №5.- С.50.
11. Петухова Н. И., Калимуллина Л. Я., Сюндюко-ва Ю. Р., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2008, №1.- С.19.
12. Рахматуллина Ю. Р., Петухова Н. И., Авдеева Е. Н., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2005.-Т.12, №1.- С.49.
13. Петухова Н. И., Ландер О. В., Щербакова Д. В., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2013.- Т.20, №1.- С.75.
14. Рахматулина Ю. Р., Петухова Н. И., Зорин В. В. // Интеграция высшей науки в области био- и органической химии и механики многофазных систем: материалы III Всероссийской научной INTERNET-конференции 15-31 декабря 2005.-Уфа:Реактив, 2005.- С.33.
15. Радцева О. В., Рахимова Г. М. Интеграция высшей науки в области био- и органической химии и механики многофазных систем: материалы III Всероссийской научной INTERNET-конферен-ции 15-31 декабря 2005.- Уфа:Реактив, 2005.-С.127.
16. А. С. 968072 СССР Способ количественного определения жирнокислотного состава липидов микроорганизмов / Султанович Ю. А., Нечаев А. П., Барсукова И. А. // Б.И.- 1982.- №39.
17. Методические указания по государственным испытаниям фунгицидов, антибиотиков и протравителей семян сельскохозяйственных культур / Под ред. К. В. Новожилова.- М.: ВАСХНИЛ, 1985.- 130 с.
6. Ozeretskovskaya O. L., Vasyukova N. I., Chalenko G. I., Gerasimova N. G., Revina T. A., Valueva T. A. Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobiologiya. 2009. V.45, no.2. P.220.
7. Kul'nev A. I., Sokolova E. A. Mnogotselevye stimulyatory zashchitnykh reaktsiy rosta i razvitiya rasteniy (na primere preparata immunotsitofit). Pushchino: USTP PSC RAS, 1997. 100p.
8. Petukhova N. I., Rakhmatullina Yu. R., Yakhutova Ya. R., Spirikhin L.V., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2006. V.13, no. 1. P.95.
9. Petukhova N. I., Rakhmatullina Yu. R., Panteleeva S. N., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2007. V.14, no. 1. P.141.
10. Petukhova N. I., Mityagina A. V., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2010. V.17, no.5. P.50.
11. Petukhova N. I., Kalimullina L. Ya., Sunduko-va Yu. R., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2008. no.1. P.19.
12. Rakhmatullina Yu. R., Petukhova N. I., Avde-eva E. N., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2005. V.12, no.1. P.49.
13. Petukhova N. I., Lander O. V., Scherbakova D. V., Zorin V. V. Bash. khim. zh. 2013. V.20, no.1. P.75.
14. Rakhmatullina Yu. R., Petukhova N. I., Zorin V. V. Integratsiya visshei nauki v oblasti bio- i organicheskoi himii i mehaniki mnogofaznih sistem: materiali III Vserossiiskoi nauchnoi INTERNET-konferensii 15-31 dekabrya 2005 [Integration of science and higher education in the field of bio- and organic chemistry and mechanics of multiphase systems: Materials of the 3rd National scientific Internet-conference December, 15-31, 2005)]. Ufa: Reaktiv Publ., 2005. P.33.
15. Radtceva O. V., Rahimova G. M. Мateriali III Vserossiiskoi nauchnoi INTERNET-konferensii 15-31 dekabrya 2005 [Integration of science and higher education in the field of bio- and organic chemistry and mechanics of multiphase systems: Materials of the 3rd National scientific Internetconference December, 15-31, 2005)]. Ufa: Reaktiv Publ., 2005. P.127.
16. Sultanovich Yu. A., Nechaev A. P., Barsukova I. A. Method for quantitatively detecting fat-acid composition of lipids of microorganisms. Patent USSR, no. 968072, 1982.
17. Metodicheskie ukazaniya po gosudarstvennim ispitaniyam fungitsidov, antibiotikov i protravitelei semyan sel'skokhozyaistvennykh kul'tur [Methodological guidelines on state tests of fungicides, antibiotics and disinfectants seed crops]. Ed. K.V. Novozhilov. Moscow: VASKhNIL Publ., 1985. 130 p.
