Способ повышения иммунитета и продуктивности гороха
Владельцы патента RU 2442305:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО Орел ГАУ) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству. Техническим результатом изобретения является повышение иммунитета к корневым гнилям, вызываемым грибом Fusarium oxsysporum, и продуктивности гороха. Способ повышения иммунитета и продуктивности гороха заключается в том, что семена обрабатывают солями металлов. В качестве солей металлов используют соли магния (MgSO4 или MgCl4) в концентрации 0,0001%, которыми обрабатывают семена перед посевом в течение 2-х часов. 9 табл.
Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании гороха для повышения иммунитета к корневым гнилям, вызываемым грибом Fusarium oxsysporum, и повышения продуктивности гороха.
Важную роль в формировании иммунитета у растений играют ферменты, например пероксидаза, которая является одним из составляющих антиоксидантной системы растений.
Пероксидаза является одной из важнейших каталитических систем среди биохимических факторов защиты растений от патогенных организмов, активно участвующей в саморегуляции метаболизма при заражении. Устойчивость растений к инфицированию их тканей обусловлена способностью этого фермента к активации в процессе патогенеза (Акимова Г.П., Соколова М.Г., Нечаева Л.В. Изменение активности и каталитических свойств пероксидазы корней гороха на начальных этапах инфицирования Rhizobium leguminosarum // Агрохимия. - 2004. - №1. С.86-90) [1].
Активация пероксидазы в ответ на стрессы является одним из ключевых процессов формирования и развития защитных реакций в растительных клетках. Активность этого фермента в растении повышается при инфицировании фитопатогенами, обработке биологически активными препаратами, при ранении, при изменении температурного режима. Высказываются предположения, что пероксидаза может участвовать в регуляции уровня и активности эндогенных и экзогенных сигнальных молекул в растении, например, через механизмы синтеза и деградации некоторых фитогормонов, перекисных соединений и соединений фенольной природы (Максимов И.В., Черепанова Б.А., Сурина О.Б. Влияние салициловой кислоты на активность пероксидазы в совместных культурах каллусов пшеницы с возбудителем твердой головни Tilletia caries // Физиология растений. - 2004. - Том 51. - №4. - С.534-540) [2].
Известно также влияние солей металлов на уровень активности пероксидазной системы корней гороха. Измерение активности пероксидазы проводилось методом люминал-зависимой хемилюминесценции (Муштакова В.М., Фомина В.А., Роговин В.В. Стимуляция пероксидазозависимого механизма неспецифического иммунитета животных и растений. Труды научной конференции Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН, Апрель, 1998, с.22) [3].
Недостатком известных способов повышения иммунитета является то, что они не дают усиления иммунитета и повышения продуктивности гороха, инфицированных возбудителем корневых гнилей Fusarium oxsysporum.
Задачей изобретения является, повышение иммунитета к Fusarium oxsysporum и продуктивности гороха.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном способе для усиления иммунитета и повышения продуктивности гороха семена обрабатывают солями металлов, согласно изобретению в качестве солей металлов используют соли магния (MgSO4 или MgCl2) в концентрации 0,0001%, которыми обрабатывают семена перед посевом в течение 2-х часов.
MgSO4 - Магний сернокислый (магния сульфат) и MgCl2 - (магния хлорид) - представляет собой сыпучий порошок, состоящий из бесцветных кристаллов, а в зависимости от марки имеющий цвет белый или светлосерый. Это - соли, растворимые в воде, пожаро- и взрывобезопасны.
Роль магния для растения заключается в том, что он входит в состав хлорофилла, вещества, определяющего зеленый цвет растения. Хлорофилл жизненно важен для растений, поскольку он отвечает за поглощение энергии Солнца и превращение ее в химическую энергию, необходимую для жизнедеятельности.
Испытания проводили на 4-х сортах гороха Pisum sativum, различающихся устойчивостью к Fusarium oxsysporum: устойчивых - сорт Т-206, сорт Din Dalle и восприимчивых: - сорт Смарагд, сорт 130-04 к Fusarium oxsysporum.
Варианты исследований:
- здоровые семена гороха,
- здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum;
- здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%;
- Здоровые семена инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%;
Обработку солями магния проводили перед проращиванием в течение двух часов.
Показания активности фермента пероксидазы измеряли в течение первых 10 дней проращивания, начиная со 2-го дня.
Пример 1
На устойчивом сорте гороха Т-206 исследована активность фермента пероксидазы по всем вариантам исследования на протяжении 10 суток прорастания, начиная со 2-го дня. Выявлено повышение активности фермента в здоровых семенах со 124 до 950 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, обнаружено снижение активности фермента со 136 до 38 у.е. В здоровых, семенах инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности со 154-155 до 686-720 у.е. за первые четверо суток эксперимента. Затем активность падает до 170-179 у.е. и, начиная с восьмого дня, значительно повышается до 1067-1011 у.е. соответственно (Табл.1).
| Таблица 1 | ||||||
| Активность пероксидазы (в у.е) проростках устойчивого сорта гороха Т-206 | ||||||
| Сутки проращивания | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 |
| Здоровые семена | 124 | 711 | 525 | 146 | 349 | 950 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum | 136 | 100 | 98 | 75 | 40 | 38 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; | 154 | 686 | 480 | 170 | 370 | 1067 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; | 155 | 720 | 498 | 179 | 380 | 1011 |
Таким образом, на примере устойчивого сорта гороха T-206 показано повышение активности фермента пероксидазы в инфицированных Fusarium oxsysporum семенах при дополнительной обработке магнием.
Для достижения достоверности эксперимента исследования проводили на другом устойчивом сорте гороха Din Dalle. Активность фермента в здоровых семенах исследуемого сорта повышается со 159 до 302 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 131 до 40 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001% наблюдается аналогичное с предыдущим устойчивым сортом гороха повышение активности до 1129-1011 у.е. на четвертый день эксперимента и последующее снижение к восьмому дню до 167-189 у.е. Затем активность на десятый день повышается до 325-358 у.е. соответственно (Табл.2).
| Таблица 2 | ||||||
| Активность пероксидазы (в у.е) проростках устойчивого сорта гороха Din Dalle | ||||||
| Сутки проращивания | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 |
| Здоровые семена | 159 | 1011 | 750 | 505 | 166 | 302 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum | 131 | 98 | 94 | 77 | 44 | 40 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; | 161 | 1129 | 980 | 585 | 167 | 325 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; | 170 | 1011 | 960 | 552 | 189 | 358 |
Таким образом, полученные данные на двух устойчивых сортах гороха Т-206 и Din Dalle показывают положительное влияние магния в разных концентрациях на повышение активности фермента пероксидаза в сравнении с вариантом без дополнительной обработки магнием.
Эксперимент проводили также на восприимчивом сорте гороха Смарагд. Активность фермента в здоровых семенах, исследуемого сорта повышается со 169 до 215 у.е. (Табл.3).
| Таблица 3 | ||||||
| Активность пероксидазы (в у.е) проростках восприимчивого сорта гороха Смарагд. | ||||||
| Сутки проращивания | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 |
| Здоровые семена | 169 | 173 | 181 | 197 | 204 | 215 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum | 156 | 98 | 95 | 88 | 36 | 32 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; | 126 | 130 | 181 | 202 | 218 | 285 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; | 136 | 129 | 160 | 235 | 256 | 295 |
В здоровых семенах инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 156 до 32 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности с 126-136 до 285-295 у.е. со второго дня эксперимента по десятый соответственно).
Таким образом, так же как и на устойчивых, так и на восприимчивом сорте гороха Смарагд активность фермента повышается под влиянием магния, в то время как без дополнительной обработки магнием активность пероксидазы снижается.
Другой восприимчивый сорт гороха, на котором проводили испытания - 130-04. Активность фермента в здоровых семенах исследуемого сорта повышается со 125 до 212 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 146 до 36 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности с 128-131 до 286-204 у.е. со второго дня эксперимента по десятый соответственно (Табл.4).
| Таблица 4 | ||||||
| Активность пероксидазы (в у.е) проростках восприимчивого сорта гороха 130-04 | ||||||
| Сутки проращивания | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 |
| Здоровые семена | 125 | 125 | 169 | 176 | 196 | 212 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum | 146 | 105 | 99 | 90 | 46 | 36 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; | 128 | 128 | 197 | 213 | 249 | 286 |
| Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001% | 131 | 131 | 176 | 186 | 197 | 204 |
Таким образом, на двух восприимчивых сортах гороха получена идентичная картина повышения активности фермента при обработке магнием и снижения активности без обработки.
Лабораторные исследования показали, что применение солей магния имеет биологический эффект, т.е повышение активности фермента на устойчивых и восприимчивых сортах гороха на фоне заражения Fusarium oxsysporum и обработки солями магния указывает на повышение иммунитета у больных растений. Наиболее оптимальным вариантом является применение солей магния в концентрации 0,0001%.
Полевые исследования (Табл.5) показали положительное влияние предпосевной обработки семян гороха солями магния в течение 2-х часов на повышение продуктивности среднеустойчивого сорта Орпела.
| Таблица 5 | |||||
| Влияние солей магния на продуктивность гороха сорта Орпела | |||||
| Варианты | Длина стебля, см | Всего бобов на 1 растение, шт. | Число семян с 1 растения, шт. | Вес семян с 1 растения, г | Степень развития корневых гнилей, % |
| Контроль без обработки | 41,5 | 4,1 | 19,7 | 3,31 | 30,0 |
| Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% | 48,1 | 6,6 | 32,4, | 5,45 | 10,1 |
Под влиянием предпосевной обработки семян гороха среднеустойчивого сорта Орпела солями магния в концентрации 0,0001% увеличивается длина стебля на 7 см, число бобов возрастает от 4,1 - у контроля до 6,6 - у обработанных. Число семян с 1-го растения увеличивается от 19,7 - у контроля, до 32,4 шт. - у обработанных магнием. Вес семян у контрольных растений составил 3,31 г, а у опытных растений - 5,45 г. Степень развития корневых гнилей в опытном варианте снизилась на 20%.
Исследования на сорте гороха Фараон показали, что предпосевная обработка семян солями магния влияет на развитие корневой системы и вегетативной части растений гороха. Действие магния на семена позволяет снизить пораженность корневой системы растений корневыми гнилями до 10% и уменьшить степень развития болезни до 15% (Табл.6).
| Таблица 6 | ||||
| Влияние солей магния на развитие корневых гнилей на сорте гороха Фараон. | ||||
| Варианты опыта | Пораженность растений корневыми гнилями, % | Снижение к контролю, % | Развитие корневых гнилей, % | Снижение к контролю, % |
| Контроль без обработки | 65,0 | - | 41,3 | - |
| Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% | 55,0 | 10,0 | 36,3 | 5,0 |
Предпосевная обработка семян магнием влияет на развитие корневой и вегетативной части растений гороха. Зеленая масса растений гороха, обработанных солями магния, превышает контроль на 49,5 г или на 21,5% (Табл.7).
| Таблица 7 | ||||
| Влияние солей магния на вегетативную массу растений на сорте гороха Фараон. | ||||
| Варианты опыта | Зеленая масса растений, г | Прибавка к контролю, г | Масса корней, г | Прибавка к контролю, г |
| Контроль без обработки | 230,0 | - | 9,5 | - |
| Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% | 279,5 | 49,5 | 10,0 | 0,5 |
В результате обработки повышается также полевая всхожесть до 5% и происходит увеличение урожайности до на 0,14 т/га или 3,7%. Прибавка в урожае гороха составила к контролю 6,20 т/га или до 5,3% (Табл.8).
| Таблица 8 | ||||
| Влияние солей магния на всхожесть и урожайность гороха сорта Фараон. | ||||
| Варианты опыта | Полевая всхожесть, % | Урожайность, т/га | Прибавка к контролю | |
| т/га | % | |||
| Контроль без обработки | 86 | 3,78 | - | - |
| Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% | 91 | 3,92 | 0,14 | 3,7 |
| Таблица 9 | |||||
| Влияние солей магния на продуктивность гороха сорта Фараон. | |||||
| Варианты опыта | Длина стебля, см | Количество бобов на одном растении, шт | Количество семян с одного растения, шт | Масса семян, г | Масса 1000 семян, г |
| Контроль без обработки | 97 | 6,4 | 24,3 | 5,6 | 240,2 |
| Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% | 99 | 7,0 | 27,2 | 5,8 | 241,8 |
От действия солей магния на семена отмечено повышение количества бобов (в среднем с одного растения) на 9,4 20,3%, количества семян с одного растения от 11,9 до 24,2% и массы семян на 3,4-14,3% (Табл.9).
Таким образом, проведенные лабораторные и полевые исследования показали, что повышение иммунитета и продуктивности растений гороха происходит при обработке их солями магния.
Способ повышения иммунитета и продуктивности семян гороха, заключающийся в том, что семена гороха перед посевом обрабатывают солями металлов, отличающийся тем, что в качестве солей металлов используют соли магния (MgSO4 или MgCl2) в концентрации 0,0001% в течение двух часов.
