Средство для предпосевной обработки семян гороха
Владельцы патента RU 2372763:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО Орел ГАУ) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой средство для предпосевной обработки семян гороха. Средство содержит салициловую кислоту, лектины фасоли и источник магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: салициловая кислота - 0,00001, сульфат магния MgSO4 или хлорид магния MgCl2 - 0,00001, лектины из семян фасоли - 0,0001, вода - 99,99988. Изобретение позволяет повысить всхожесть семян гороха, урожайность и устойчивость к болезням и вредителям. 7 табл.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии, а именно к средствам для предпосевной обработки семян.
Предпосевная обработка семян осуществляется веществами, обладающими защитно-стимулирующим действием, повышающими иммунитет, способствующими увеличению ростовой активности растений, защите их от болезней и вредителей и в конечном итоге повышению урожайности.
Известен широкий спектр ростовых веществ и средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Значительная часть этих препаратов относится к категории химических соединений, загрязняющих окружающую среду и создающих опасность для здоровья человека и животных. Вместе с тем требования экологии приводят к необходимости создания препаратов, относящихся к категории биопрепаратов, использование которых в малых дозах было бы эффективно.
В качестве средства для предпосевной обработки семян известен препарат НАРЦИСС ВР, представляющий собой хитозан (50%), янтарная кислота (30%), глутаминовая кислота (80%), которое можно рассматривать как биопрепарат (Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации за 2004 год. Издательство «Агрорус», ООО»Агро 48», Липецк, стр.318) [1].
Норма расходования средства 1 л/т, он рекомендован для использования на рисе, пшенице, ячмене, подсолнечнике, огурцах.
Известна также салициловая кислота как средство для повышения болезнеустойчивости, которая индуцирует устойчивость растений, например табака и огурца, к грибным и бактериальным заболеваниям (Тарчевский И.А., Максютова Н.Н., Яковлева В.Г. Влияние салициловой кислоты на синтез белков в проростках гороха.// Физиол. раст., 1996, т.43, №5. С.667-670 [2].
Недостатком описанных выше препаратов является то, что они не действуют на бобовые культуры, в частности горох.
Задачей изобретения является повышение урожайности гороха.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в известное средство, содержащее салициловую кислоту, согласно изобретению дополнительно вводят лектины фасоли и источник магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Салициловая кислота | 0,00001 |
| Сульфат магния MgSO4 | 0,00001 |
| Лектины из семян фасоли | 0,0001 |
| Вода | 99,99988 |
Предлагаемое средство относится к классу фитоиммуномодуляторов и способно заменить химические пестициды, тем самым увеличить получение безопасной экологически чистой сельскохозяйственной продукции.
Салициловая кислота (C7Н8О3) - белый кристаллический порошок, трудно растворимый в холодной воде.
Устойчивость растений к вирусам можно повысить, обрабатывая растения салициловой кислотой. В ответ на обработку начинается синтез PR-белков (PR-1- белки, PR-2 белки или b-1,3-глюказаны, PR-3 - белки). PR-1 белки токсичны для многих грибов. PR-2 белки b-1,3-глюканазами, расщепляющие глюканы клеточной стенки растений и некоторых грибов на более короткие фрагменты. Фрагменты глюканов также способны вызывать иммунную реакцию растительных клеток. PR-3 класс белков - хитиназы, которые расщепляют хитин клеточных стенок грибов. Салициловая кислота вызывает синтез ФАЛ (фенилаланин-аммиаклиазы) и тем самым усиливает собственный биосинтез. Кроме того, салициловая кислота может связываться с некоторыми Fe-содержащими белками (например, с каталазой). При взаимодействии с салицилатом активность каталазы падает, концентрация перекиси водорода и других активных форм кислорода растет. К этому же эффекту приводит взаимодействие салицилата с аскорбат-оксидазой. Повышение концентрации активных форм кислорода стимулирует образование новых порций салициловой кислоты, что приводит к усилению эффекта.
Источник магния - сульфат магния MgSO4 представляет собой бесцветные ромбические кристаллы, легко растворимые в воде.
Магний является антистрессовым микроэлементом, стабилизирует структуру рибосомного аппарата клеток и выполняет роль «носителя фосфата», входя в молекулу фитина, который используется в энергетическом обмене и как источник фосфорной кислоты в период прорастания, усиливая устойчивость растений.
Лектины из семян фасоли представляют собой легко растворимые кристаллы белого цвета белковой природы.
Они являются обязательными компонентами живых клеток растений, входящих в состав мембран и растворимой фазы.
Участие лектинов в защитных механизмах можно объяснить присутствием их в свободном и ассоциированном с клеточными стенками состояниях. Лектины участвовуют в обезвреживании патогенных вирусов, бактерий и грибов в проводящих тканях высших растений.
Взаимодействие лектинов с микроорганизмами способствует специфическому узнаванию. Патоген подвергается воздействию со стороны растения-хозяина и формирует реакцию устойчивости или продолжается его дальнейшее развитие - восприимчивости к болезни.
Методика выделения и очистки лектинов фасоли
Сухие семена фасоли измельчают на лабораторной мельнице и экстрагируют лектины 0,9 М NaCl в течение 3 часов в соотношении 1:9 (1 часть муки из семян фасоли и 9 частей 0,9 М раствора NaCl).
Затем центрифугируют в следующих режимах: температура центрифугирования не должна превышать 3-4°С, скорость 4000 g в течение 20 минут.
Операцию повторяют 2 раза. Объединенные супернатанты доводят до рН 4.0 4Н НСl и вновь центрифугируют (4000 g, 15 минут). Супернатант нейтрализуют до рН 7.0. После нейтрализации супернатанта осадок удаляют центрифугированием при 6000 g в течение 20 минут. Белок высаливают 70% сульфатом аммония до полного выпадения белка. Неочищенный белок собирают на фильтр и растворяют в десятикратном (по объему) количестве дистиллированной воды с последующим диализом в течение 48 ч при t 10°C против буферной смеси (0,1 М ацетатный буфер, рН 6.8). Очистку лектина проводят на колонке с Sephodex G-50, уравновешенной буферной смесью. Адсорбированный лектин элюируют 0,1 М раствором глюкозы в 0,1 М ацетатном буфере (рН 6.8), с последующим осаждением 80% сульфатом аммония.
Далее проводят двухступенчатый диализ: 1 ступень - 24 ч при t 4°С против 0,1 М ацетатного буфера (рН 6.8); 2 ступень - 24 ч при t 4°С против дистиллированной воды. Сформированные кристаллы лектина растворяют в воде (подкисленной 0,1Н НСl до рН 4,0), раствор нейтрализуют до рН 6.7-7.0 и лиофильно высушивают.
Эффективность данного средства проверяют на биологическую активность, которую осуществляют с помощью измерения величины пероксидазной активности, являющейся экспресс-методом ускоренной оценки препаратов
Ускоренная оценка индуцированной болезнеустойчивости осуществляется с помощью измерения пероксидазной активности методом окисления о-дианизидина в присутствии перекиси водорода в концентрации и измерения экстинции раствора на фотоэлектроколориметре КФК-2 при длине волны 590 нм.
Активность фермента вычисляют по найденной скорости реакции и выражают в относительных единицах на 1 г сырой ткани за 1 минуту.
Испытываемые индукторы болезнеустойчивости отбирают по пероксидазозависимому иммунитету, определяемому по активности пероксидазы.
Агенты, увеличивающие суммарную активность пероксидазы, способствуют повышению сопротивляемости растений к патогенам.
Сущность использования предлагаемого средства заключается в том, что семена перед посевом замачивают в водном растворе предлагаемого средства в течение 2-3 часов и опрыскивают вегетирующие растения в период бутонизации и цветения.
Пример 1-4.
Проводили испытания известного средства салициловой кислоты, компонентов предлагаемого средства (сульфат магния MgSO4 - 0,00001 мас.% и лектины из семян фасоли - 0,0001 мас.%) и непосредственно предлагаемого средства. Для этого использовали здоровые и инфицированные Fusarium oxysporum семена гороха. Перед посевом семена замачивают в предлагаемом средстве на 2 часа.
Активность пероксидазы в 10-дневных проростках гороха при обработке семян салициловой кислотой имеет тенденцию к повышению в меньшей концентрации (0,00001 мас.%) Так, активность в здоровых семенах при обработке салициловой кислотой в концентрации 0,0001 мас.% составляет 212,0 у.е., а в концентрации 0,00001 мас.% - 292,3 у.е. У инфицированных семян показатели составляют 261,6 и 302,7 у.е. соответственно. Именно поэтому концентрация салициловой кислоты 0,00001 мас.% оптимальна для создания комплексного средства (табл.1).
| Таблица 1 | |||
| Активность пероксидазы (в у.е.) в 10 дневных проростках гороха, инфицированных Fusarium oxysporum и обработанных салициловой кислотой | |||
| Варианты (здоровые) | Активность пероксидазы | Варианты (инфицированные) | Активность пероксидазы |
| Салициловая кислота 0,0001 мас.% | 212,0 | Салициловая кислота 0,0001 мас.% | 261,6 |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 292,3 | Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 302,7 |
Замачивание семян гороха в том же режиме в растворе сульфата магния в концентрации 0,00001 мас.% в сравнении с салициловой кислотой показало наибольшее повышение активности фермента. У здоровых семян активность фермента составляет 301,4 у.е. под влиянием сульфата магния и 292,3 у.е. под влиянием салициловой кислоты. У инфицированных семян показатели активности составляют 306,6 и 302,7 у.е. соответственно (табл.2).
Таким образом, по активности исследуемого фермента сульфат магния показывает более высокие результаты в сравнении с салициловой кислотой.
| Таблица 2 | |||
| Активность пероксидазы (в у.е.) в 10-дневных проростках гороха, инфицированных Fusarium oxysporum и обработанных сульфатом магния MgSO4 | |||
| Варианты (здоровые) | Активность пероксидазы | Варианты (инфицированные) | Активность пероксидазы |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 292,3 | Салициловая кислота 0,0001 мас.% | 302,7 |
| Сульфат магния MgSO4 0,00001 мас.% | 301,4 | Сульфат магния MgSO4 0,00001 мас.% | 306,6 |
Показатели активности пероксидазы снимали в 10-дневных проростках гороха под влиянием пектинов из семян фасоли в концентрациях 0,0001 мас.% в сравнении с влиянием салициловой кислоты 0,00001 мас.%. Наибольшая активность выявлена в образце, обработанном пектинами, как в здоровых семенах (297,4 у.е.), так и при инфицировании (369,6 у.е.). При обработке салициловой кислотой активность составляет 292,3 и 302,7 соответственно. Таким образом, активность фермента выше под влиянием пектинов из семян фасоли по сравнению с салициловой кислотой (табл.3).
| Таблица 3 | |||
| Активность пероксидазы (в у.е.) в 10-дневных проростках гороха, инфицированных Fusarium oxysporum и обработанных лектином из фасоли | |||
| Варианты (здоровые) | Активность пероксидазы | Варианты (инфицированные) | Активность пероксидазы |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 292,3 | Салициловая кислота 0,0001 мас.% | 302,7 |
| Лектин 0,0001 мас.% | 297,4, | Лектин 0,0001 мас.% | 369,6 |
При обработке семян гороха салициловой кислотой и предлагаемым среством обнаружено следующее повышение активности фермента: у здоровых семян под влиянием салициловой кислоты 293,3 у.е., под влиянием предлагаемого средства 347, 5 у.е. У инфицированных семян активность составляет 302,7 и 392,4 у.е. соответственно (табл.4).
| Таблица 4 | |||
| Активность пероксидазы (в у.е.) в 10-дневных проростках гороха, инфицированных Fusarium oxysporum | |||
| Варианты (здоровые) | Активность пероксидазы | Варианты (инфицированные) | Активность пероксидазы |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 292,3 | Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 302,7 |
| Предлагаемое средство | 347,5 | Предлагаемое средство | 394,2 |
Выявлено положительное влияние на повышение активности пероксидазы в 10-дневных проростках гороха комплексного средства по сравнению с салициловой кислотой.
Пример 5-7.
Далее проводили испытания предлагаемого средства в полевых условиях. Семена гороха перед посевом замочили на 2 часа в известном средстве - салициловой кислоте и предлагаемом средстве. В результате обработки увеличивается энергия прорастания семян (с 78,1 до 87,0%), всхожесть семян лабораторная (с 89,4 до 93,2%) и полевая (с 89,0 до 91,6%). Зараженность семян снижается с 29,4 до 19,0% (табл.5).
Таким образом, предлагаемое средство повышает посевные качества семян и снижает зараженность семян гороха.
| Таблица 5 | ||||
| Влияние биопрепаратов на посевные качества семян и зараженность гороха сорта Вeгa | ||||
| Препарат | Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | Зараженность семян, % | |
| Лабораторная | Полевая | |||
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 78,1 | 89,4 | 89,0 | 29,4 |
| Предлагаемое средство | 87,0 | 93,2 | 91,6 | 19,0 |
Под влиянием предлагаемого препарата снижается поражение растений гороха болезнями и вредителями. Так, развитие корневых гнилей снижается с 38,6 до 35,0%, развитие аскохитоза с 59,2 до 52,8%, количество погрызов долгоносиком на 1 растении с 27,4 до 16,9, снижается также поврежденность семян плодожоркой с 22,2 до 15,5% (табл.6).
Таким образом, под влиянием предлагаемого средства снижается поражение растений гороха корневыми гнилями, снижается развитие аскохитоза, снижается поврежденность долгоносиком и плодожоркой.
| Таблица 6 | ||||
| Биологическая эффективность применения биопрепаратов против болезней и вредителей гороха | ||||
| Препарат | Корневая гниль, % развития | Аскохитоз, % развития | Кол-во погрызов долгоносика на 1 растение, шт. | Поврежденность семян плодожоркой, % |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 38,6 | 59,2 | 27,4 | 22,2 |
| Предлагаемое средство | 35,0 | 52,8 | 16,9 | 15,5 |
При обработке семян гороха салициловой кислотой и предлагаемым средством происходит увеличение количества бобов на одном растении (1,90 до 2,30 шт.; количества семян на одном растении с 5,49 до 6,03 шт.; веса семян на одном растении с 36,6 до 42,0 и урожайности с 10,2 до 12,0 ц/га (табл.7).
Предлагаемый препарат показывает преимущественное повышение урожайности гороха в сравнении с салициловой кислотой.
| Таблица 7 | ||||
| Влияние биопрепаратов на урожайность гороха сорта Вега | ||||
| Препарат | Кол-во бобов на 1 растение, шт. | Кол-во семян на 1 растение, шт. | Вес семян на 1 растении, г | Урожайность, ц/га |
| Салициловая кислота 0,00001 мас.% | 1,90 | 5,49 | 36,6 | 10,2 |
| Предлагаемое средство 0,0001 мас.% | 2,30 | 6,03 | 42,0 | 12,0 |
Достоверно показано увеличение ростовых показателей, урожайности, устойчивости к болезням и вредителям. Установлено, что предлагаемый препарат увеличивает энергию прорастания, всхожесть семян, уменьшает зараженность семян болезнями и вредителями, повышает урожайность гороха.
Преимущества данного средства обусловлены способностью индуцировать болезнеустойчивость растений гороха за счет компонентов сигнальной системы устойчивости.
Механизм действия предлагаемого средства заключается в том, что оно вызывает экспрессию генов, ответственных за иммунитет, и активизирует ферменты и реакции, необходимые для синтеза хлорофилла и световой реакции фотосинтеза.
Таким образом, использование предлагаемого средства позволяет увеличить ростовые показатели, урожайность, устойчивость к болезням и вредителям.
Средство для предпосевной обработки семян гороха, содержащее салициловую кислоту, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит лектины фасоли и источник магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Салициловая кислота | 0,00001 |
| Сульфат магния MgSO4 или хлорид магния MgCl2 | 0,00001 |
| Лектины из семян фасоли | 0,0001 |
| Вода | 99,99988 |
