Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

EFFECTIVE PREPARATION FOR PRETREATMENT GRAIN CROPS SEEDS BASED ON THE COMPLEXES OF TEBUCONAZOLE WITH KELP POLYSACCHARIDES

Vlasenko N.G. 1 Teplyakova O.I. 1 Meteleva E.S. 4 Polyakov N.E. 2 Khalikov S.S. 3 Dushkin A.V. 4
1 Siberian Institute of Soil Management and Chemicalization of Agriculture of Siberian Federal Scientific Center of Agrobiotechnologies
2 Institute of Chemical Kinetics and Combustion named after V.V. Voevodskiy of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
3 Institute of Organoelement Compounds named after A.N. Nesmeyanov of the Russian Academy of Sciences
4 Institute of Solid State Chemistry and Mechanосhemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Intermolecular complexes – solid compositions on the basis of tebuconazole (TBA) and polysaccharides of kelp were obtained by the methods of mechanochemistry. The noted technology has the advantages in one stage of the process, the absence of solvents, high performance and low cost. The existence of the complexes shown by the study of water solubility, membrane permeability and by dynamic 1H NMR spectroscopy in water solutions. The increase of water solubility of TBA is 1.6 times due to the formation of water-soluble intermolecular complexes. Similarly, a dramatic reduction in ~250 folds the time of the spin-spin relaxation of protons of TBA connected with the formation of host-guest complexes with the kelps’ polysaccharides, due decreasing in the diffusion rotation mobility of TBA molecules. The membrane permeability of TBA were studied by PAMPA assay also shows an increase in ~10 times compared the original TBK. Thus, physicochemical experiments justify the increased biological activity of the complexes due to increase of water solubility and bioavailability by absorption in the volume of bean through the biological membrane. Testing of the compositions as a drug for pre-treatment of seeds in laboratory and field conditions showed synergism of biological properties, manifested in accelerating the growth of cultivated plants, reduction of infestation of the root system of spring wheat and spring barley bycommon root rot and in increase their productivity while reducing consumption of active substances of drugs. It is shown that intermolecular complexes of tebuconazole with polysaccharides of kelp had high biological activity especially in contrast with initial TBA substance and some improved action relatively well known Raxil preparation.
tebuconazole
kelp
mechanochemistry
polysaccharides
inclusion complex
fungicidal compositions
1. Tjuterev S.L. Sovershenstvovat zashhitu selskohozjajstvennyh kultur ot semennoj i pochvennoj infekcii / S.L. Tjuterev // Zashhita i karantin rastenij. 2000. no. 2. рр. 14–16.
2. Assortiment himicheskih sredstv zashhity rastenij novogo pokolenija (Fungicidy dlja predposevnoj obrabotki semjan) / V.I. Dolzhenko, L.D. Grishechkina, T.I. Ishkova i dr. Spb.: Izd. Rosselhozakademii, VNII zashhity rastenij, Innovacionnyj centr zashhity rastenij, 2013. 484 р.
3. Abelencev V.I. Vozmozhnosti sovremennyh protravitelej semjan zernovyh kolosovyh kultur / V.I. Abelencev // Zashhita i karantin rastenij. 2011. no. 2. рр. 19–21.
4. Dushkin A.V. Novyj pesticidnyj preparat na osnove kompleksov tebukonazola i proizvodnyh glicirrizina / A.V. Dushkin [i dr.] // Uspehi sovremennogo estestvoznanija. 2016. no. 11–2. рр. 296–300.
5. Dushkin A.V., Meteleva E.S., Vlasenko N.G., Tepljakova O.I., Halikov S.S. Kompozicija dlja protravlivanija semjan i sposob ee poluchenija Patent Rossii no. 2619249. 2017. Bjul. no. 14.
6. Mehanohimicheskoe poluchenie i svojstva vodorastvorimyh mezhmolekuljarnyh kompleksov polisaharidov i beta-ciklodekstrina s lekarstvennymi veshhestvami / A.V. Dushkin // Himija v interesah ustojchivogo razvitija. 2010. T. 18, no. 4. рр. 517–525.
7. Faller B. Artificial membrane assays to assess permeability / B. Faller // Curr. Drug Metab. 2008. V.9. no. 9. рр. 886–892.
8. Mccallum M.M. High-throughput approaches for the assessment of factors influencing bioavailability of small molecules in pre-clinical drug development / M.M. Mccallum. Ph.D. Dissertations&Theses. Gradworks, 2013.
9. Tepljakov B.I. Obyknovennaja kornevaja gnil jarovoj pshenicy na chernozemah v lesostepnoj zone Zapadnoj Sibiri / B.I. Tepljakov. Novosibirsk: Izd-vo Novosib. gos. agrarn. un-tа, 2012. 122 р.
10. Osnovy opytnogo dela v rastenievodstve: uchebnoe posobie / V.E. Eshhenko, M.F. Trifonova, P.G. Kopytko i dr. M.: KolosS, 2009. 268 р.
11. Sorokin O.D. Prikladnaja statistika na kompjutere. 2-e izd. / O.D. Sorokin. Novosibirsk: Izd-vo GUP RPO SO RASHN, 2012. 282 р.
12. Diehl. B. Principles in NMR Spectroscopy / B. Diehl. Amsterdam: Elsevier, 2008. рр. 3–41.
13. Mehanohimicheskoe poluchenie i farmakologicheskaja aktivnost vodorastvorimyh kompleksov arabinogalaktana i lekarstvennyh veshhestv / E.S. Meteleva [i dr.] // Izvestija RAN, ser. Himicheskaja. 2008. no. 6. рр. 1274–1282.

Известно, что через семена и почву передается от 30 до 60 % всех болезней сельскохозяйственных культур [1]. Протравливание посевного материала считается одним из наиболее экологичных способов применения химических препаратов. Это объясняется тем, что фунгициды вносятся только туда и когда они действительно необходимы с последующим разложением до кущения растений, и их остатки в зерне не содержатся [2]. Протравливание на 60–100 % ограничивает проявление семенной инфекции и на 30–80 % – первичной аэрогенной, почвенной и содержащейся в растительных остатках и повышает урожайность озимой пшеницы на 3–6 ц/га, яровой – на 2–3 ц/га [3]. Протравители семян достаточно эффективны в начальный период развития растений – от появления всходов до фазы кущения или трубкования. В дальнейшем их действие существенно ослабевает. Действие протравителей можно усилить подбором определенных наполнителей, поверхностно-активных веществ, клеящих добавок, обеспечивающих улучшение проникновения действующего вещества в ткань. А так как обработка семян фунгицидами может усилить состояние покоя или повлиять на рост и интенсивность деления клеток зародыша, то проблема снятия как биотических, так и абиотических стрессов при прорастании семян обработанных фунгицидами считается весьма актуальной и должна решаться комплексно [1].

В этом плане перспективной и актуальной будет разработка полифункциональных протравителей семян с помощью технологии механохимической модификации известных и применяемых на практике пестицидов при их совместной обработке с различными природными соединениями [4, 5].

Целью исследований явилась оценка эффективности нового механохимически синтезированного межмолекулярного комплекса (МСМК) тебуконазола (ТБК) с биомассой водоросли ламинарии, обладающей высоким содержанием полисахаридов, прежде всего альгиновой кислоты (до 50 % в сухом остатке) в подавлении обыкновенной корневой гнили на мягкой яровой пшенице и яровом ячмене и определение влияния препарата на ростовые процессы, формирование структуры продуктивности культур в условиях лесостепи Новосибирской области.

Материалы и методы исследования

В состав разрабатываемых композиций входили: тебуконазол (ТБК) от Shenzhen Sunrising Industry Co., Ltd. КНР, содержание основного вещества ≥ 98,0 %. А также порошок ламинарии от ОАО «Архангельский опытный водорослевый комбинат», полученный по ТУ 9284-039-00462769-02.

Совместную механохимическую обработку ТБК и ламинарии в массовых соотношениях 1:10 проводили в условиях, описанных нами ранее [6]. Обработку проводили в течение 24 часов, отбирая пробы через каждые 2 часа.

Полученные композиции анализировали методом ВЭЖХ на содержание действующего вещества (ТБК), растворимость в воде, рентгенофазового и термического анализов. Оптимальное время механохимической обработки выбиралось по критериям максимальной водорастворимости при условии сохранения содержания ТБК не менее 98 % от начального. Концентрацию ТБК в растворе определяли методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1200 с колонкой Zorbax Eclipse XDB-C18, 4.6х50 мм; температура колонки +30 °С; детектор диодно-матричный. В качестве элюента применяли систему ацетонитрил – вода (1:1), скорость потока – 1 мл/мин., объем пробы – 5 мкл, детектирование на длине волны 238 нм. Концентрации ТБК определяли относительно его специально приготовленного раствора в этаноле.

Для определения содержания ТБК в полученных композициях, они растворялись в этаноле, затем фильтровались через бумажный фильтр (синяя марка). Затем полученные прозрачные растворы анализировались.

ЯМР спектры 1Н комплекса ТБК в растворе D2O регистрировались на спектрометре Bruker ADVANCE III 500 (Германия) на частоте 500 мгц. Измерение времен фазовой (спин-спиновой) релаксации Т2 проводилось с использованием стандартной последовательности Кара – Парсела – Мебума – Гилла (CPMG) при 30 °С. Порошок ТБК-ламинария 1:10 в количестве 12 мг/мл перемешивали с D2О 1 час на магнитной мешалке, затем центрифугировали 3 мин при 5000g. Прозрачный раствор анализировали на спектрометре ЯМР.

Измерение трансмембранной проницаемости на искусственных мембранах производилось методом РАМРА. Этот метод используется для предсказания проницаемости биологически активных веществ через клеточные мембраны [7]. Для проведения анализов использовались специальные 12-позиционные ячейки «Transwell» с поликарбонатной мембраной диаметром 12 mm, размерами пор 0,4 мкм и площадью 1,12 cm2 (CorningIncorporated, арт. 3401) по методике [8]. В донорную ячейку помещали исследуемый образец – навеску композиций ТБК (в пересчете на ТБК 0,002 г) в 0,5 mL дистиллированной воды, в «акцепторную» ячейку помещалось 1,5 мл воды. Сборку из указанных ячеек инкубировали в орбитальном шейкере при +37 °С. Через определенный интервал времени производили отбор 1 мл раствора из акцепторной ячейки с замещением его на равное количество воды. Концентрация ТБК в отобранных растворах измерялась методом ВЭЖХ по ранее указанной методике.

Рентгенофазовый анализ (РФА) композиций ТБК с ламинарией проводили на дифрактометре ДРОН-4 с использованием CuKα излучения, скорость вращения счётчика 2 град/мин, I = 1000.

Термический анализ ТБК и его композиций с ламинарией проводили методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) с помощью прибора DSC-550 (Instrument Scientific Specialists Inc., USA) в атмосфере аргона. Температурная программа: +20 – +150 °С, скорость нагрева 100/мин.

Оценка биологической активности нового препарата МСМК – тебуконазол: ламинария проведена в лабораторных и полевом экспериментах. В лабораторных опытах изучали влияние обработки семян на уровень оздоровления посевного материала, подавления развития обыкновенной корневой гнили (возбудители – Bipolarissorokiniana Shoem. (syn. Helminthosporium sativumPam., KingetBakke, грибы рода Fusarium) на растениях мягкой яровой пшеницы и ячменя, а также на ростовые процессы растений. В полевых условиях определяли биологическую эффективность обработки семян новым препаратом МСМК против болезни на растениях пшеницы и ячменя, его влияния на ростовые процессы растений, на структуру продуктивности и урожайность зерновых. Опыты закладывали по схеме: 1 – контроль (без обработки семян); 2 – семена обработаны фунгицидным протравителем Раксил КС (д.в. ТБК, 60 г/л) с нормой расхода препарата 0,5 л/т семян принят в качестве эталона. В лабраторных опытах использовалась субстанция ТБК – норма расхода 0,3 кг/т; 3 – семена обработаны композицией МСМК – тебуконазол: ламинария (1:10) с нормой расхода 0,3 кг/т семян. Протравливание проводили с увлажнением из расчета 10 л/т семян.

Полевой эксперимент закладывали в 2016 г. на опытном поле СибНИИЗиХ СФНЦА РАН, расположенном в центрально-лесостепном Приобском агроландшафтном районе Новосибирской области. Пшеницу сорта Омская 36 и ячмень сорта Ача высевали по паровому предшественнику сеялкой СН-16, норма высева 6 и 5,5 млн всхожих зерен/га соответственно. Площадь делянки 29 м2, расположение делянок систематическое, в 4-кратной повторности. Уборку урожая осуществляли прямым комбайнированием. Урожайность приводили к стандартной влажности и чистоте согласно ГОСТ 1386.5-93 и 1386-2-81. Полевой эксперимент проведен в условиях повышенной теплообеспеченности и дефицита осадков. Третья декада мая и июнь 2016 г. были очень теплыми (среднедекадные температуры воздуха превышали норму на 2,3–3,7 °С, в мае ощущался небольшой дефицит осадков (13,8 %), а в июне выпало 63,7 % от нормы, при этом они отсутствовали в первую декаду, а в третью декаду дефицит составил 62,4 %. Июль был также немного теплее, чем обычно (на 0,8 °С), осадков выпало близко к норме, но в первую декаду они в 2,3 раза превысили ее, а во вторую и третью декаду их было меньше нормы на 34,6 и 40,7 %. Август был теплее обычного (на 1,5 °С), а осадков выпало всего 20 % от нормы.

Микологический анализ семенного материала проведен методом рулонов согласно ГОСТ 12044-93. Наблюдения за развитием обыкновенной корневой гнили осуществляли в фазы второго листа, кущение, молочная спелость зерна [9]. Структуру урожайности зерновых определяли согласно рекомендациям [10]. Математическую обработку данных полевых и лабораторных экспериментов осуществляли при помощи пакета прикладных программ «СНЕДЕКОР» [11] и Statistica 6.0.

Результаты исследования и их обсуждение

По совокупности характеристик максимального повышения растворимости и стабильности ТБК (табл. 1), была выбрана наилучшая по показателю растворимости композиция для дальнейших физико-химических и биологических исследований (ТБК/ламинария массовое соотношение 1/10, механохимическая обработка в течение 6 часов).

Физико-химическое исследование твердых фаз композиций

Во всех рентгенограммах РФА смесей ТБК и ламинарии наблюдаются характерные рефлексы кристаллической фазы ТБК. Однако их интенсивность уменьшается в результате механохимической обработки, тем не менее демонстрируя наличие остаточной кристаллической фазы. В термограммах ДСК смесей ТБК и ламинарии также наблюдаются характерные эндотермические пики плавления кристаллической фазы ТБК, площади которых уменьшаются после механохимической обработки в 3–10 раз, тем не менее также демонстрируя наличие остаточной кристаллической фазы. Термограммы и рентгенограммы вспомогательных веществ не показывают наличия выраженных тепловых эффектов фазовых переходов в пределах используемого температурного диапазона, проявляя тем самым их аморфное состояние и отсутствие кристаллической структуры.

Таблица 1

Данные увеличения растворимости ТБК из композиций с ламинарией

п/п

Образец

Определяемая концентрация ТБК, г/л

Увеличение растворимости

Содержание ТБК, в % от теоретического

1

Исх. ТБК

0,030

100

2

ТБК/ламинария

1/10

Без м/о

0,042

1,4

99

3

Вм 2 ч

0,042

1,4

99

4

Вм 4 ч

0,042

1,4

99

5

Вм 6 ч

0,047

1,6

99

6

Вм 8 ч

0,044

1,5

99

7

Вм 16 ч

0,042

1,4

99

8

Вм 24 ч

0,041

1,4

97

vlas1a.tif

vlas1b.tif

vlas1c.tif

А

Б

В

Рис. 1. Микрофотографии А – ламинария, Б – ТБК, В – ТБК/ламинария 1/10 ВМ 6 ч

Микрофотографии. При механохимической обработке происходит разрушение частиц ТБК и ламинарии с последующим формированием полидисперсных порошков, в основном состоящих из частиц неправильной формы и размером 5–50 мкм и их агрегатов (рис. 1).

Физико-химическое исследование композиций в растворе

Для доказательства образования межмолекулярных комплексов ТБК с полисахаридами ламинарии в водных растворах в настоящей работе был использован метод динамической 1Н ЯМР-спектроскопии. Спектр 1Н ЯМР раствора ТБК приведен, на рис. 2. Цифрами 1 и 2 помечены протоны для которых измерялись времена релаксации Т2. Известно, что времена спин-спиновой Т2 релаксации очень чувствительны к диффузионной подвижности молекул, что позволяет использовать этот подход для изучения слабых нековалентных связей между молекулами для комплексов типа гость – хозяин, где «хозяином» является макромолекула полисахарида, обладающая высокой молекулярной массой и низкой диффузионной подвижностью. Это явление может использоваться для доказательства образования комплексов включения [12].

После центрифугирования суспензии порошка ТБК-Ламинария в воде получился абсолютно прозрачный раствор. Величина рН раствора составила 7,04. Спектр ЯМР этого раствора содержит сигналы ТБК и полисахаридов с характерными значениями химических сдвигов протонов (3,2–4,2 мд). При этом сигналы ТБК сильно уширены и имеют более короткое время спин-спиновой релаксации по сравнению с чистым ТБК (рис. 3), что указывает на наличие комплекса [13], а сигналы полисахаридов ламинарии, наоборот, более узкие по сравнению с ранее изученным полисахаридом арабиногалактаном из древесины лиственницы [13], что указывает на наличие в их составе низкомолекулярных полисахаридов. Это подтверждается и измерением времени релаксации протонов ламинарии. Наблюдаемый спад сигнала 1Н ЯМР мульти-экспоненциальный, что указывает на присутствие полисахаридов в растворе с различной молекулярной массой (рис. 3).

vlas2.wmf

Рис. 2. Спектр 1Н ЯМР ТБК в 20 % растворе метанола в воде. Цифрами 1 и 2 помечены протоны для которых измерялись времена релаксации Т2

При этом время релаксации протонов ТБК в комплексе с полисахаридами ламинарии оказалось около 50 мс, что указывает на существование «прочного» комплекса. Можно предположить, что значительный вклад в релаксацию протонов ТБК вносят сахара с большим молекулярным весом, т.е. комплексообразование происходит преимущественно за счет высокомолекулярных полисахаридов.

vlas3.wmf

Рис. 3. Кинетики спада сигнала эха (логарифм) и времена релаксации Т2 протонов исходного ТБК, растворимых полисахаридов ламинарии и 2-Н протонов ТБК в комплексе с полисахаридами ламинарии в D2O при Т = +30 °С

vlas4.wmf

Рис. 4. Динамика переноса ТБК из его композиций через искусственную мембрану – пористый поликарбонат/гексадекан

Результаты измерений трансмембранного переноса, проведенные по методу РАМРА, описанному в экспериментальной части, приведены на рис. 4.

Видно, что скорость диффузии/переноса молекул ТБК существенно увеличивается (до ~10 раз) из его композиции с ламинарией, по сравнению с исходной субстанцией ТБК. Высокая проницаемость и форма ее кинетической зависимости при испытаниях препарата Раксил, по нашему мнению, указывает на постепенное разрушение искусственной мембраны органическими растворителями, входящими в состав препарата.

Биологические испытания композиций в полевых и лабораторных условиях

В ходе лабораторных исследований с использованием естественно инфицированного семенного материала обеих культур выявлена высокая фитосанитарная эффективность изучаемой композиции против основного возбудителя – B. sorokiniana. Его развитие полностью подавлялось обработкой зерновок новым МСМК – тебуконазол: ламинария (табл. 2). Фузариевая инфекция была выявлена (6,4 %, порог вредоносности = 5 %) только на семенах пшеницы. Их обработка комплексом тебуконазол: ламинария обеспечила фитосанитарный эффект, сопоставимый с эталоном – Раксилом, который обеспечивал 100 %-ную защиту семенного материала от грибов Fusarium spp. Чистый ТБК контролировал Fusarium spp. в 1,5 раза слабее (биологическая эффективность = 67,2 %). На грибы Alternaria spp., комплексный препарат действовал слабее (в 1,3 раза) эталона (биологическая эффективность Раксила на пшенице = 69,2 %), но был эффективнее (в 1,1 раза) чистого тебуконазола и, как показала фитоэкспертиза, частично сдерживал бактериозную инфекцию. На ячмене биологическая эффективность (66,7 %) нового препарата МСМК в подавлении Alternaria spp. уступала таковой чистого тебуконазола и Раксила (100 %), но препарат полностью подавлял плесени хранения (грибы Penicillium и Aspergillum spp.). И, как показал микологический анализ, на этой культуре достигнут максимальный фитосанитарный эффект (82 % здоровых зерновок; пшеница = 62 %) от обработки семян изучаемой композицией.

В лабораторных экспериментах показано снижение распространенности обыкновенной корневой гнили на растениях пшеницы и ячменя при обработке посевного материала изучаемым комплексом (табл. 3). Его защитный эффект в зависимости от культуры разнился. Обработка семян пшеницы способствовала формированию растений с непораженными колеоптиле, ячменя – первичных корней. В первом случае частота встречаемости растений с пораженными первичными корнями достигала 6,0 против 20,0 % в чистом контроле (биологическая эффективность = 70,0 %; тебуконазол = 100 %), во втором – 1,1 % против 65,3 % (биологическая эффективность = 98,3 %; тебуконазол = 100 %).

Таблица 2

Фитопатогенный комплекс и биологическая эффективность предпосевной обработки МСМК – тебуконазола с ламинарией (метод рулонов)

Вариант

Зерновки, не давшие

колоний грибов, %

Bipolaris

sorokiniana

Fusarium spp.

Alternaria spp.

Penicillium spp.

Бактериоз

зараженность, %

биологическая

эффективность, %

зараженность, %

биологическая

эффективность, %

зараженность, %

Биологическая

эффективность, %

зараженность, %

биологическая

эффективность, %

зараженность, %

биологическая

эффективность, %

Мягкая яровая пшеница Омская 36

Контроль

0

10,6

6,4

83,0

0

0

Раксил

64,4

0

100

0

100

26,7

69,2

0

100

8,9

0

Тебуконазол

48,9

0

100

2,1

67,2

43,8

46,2

3,1

0

2,1

 

Тебуконазол: ламинария

62,0

0

100

0

100

38,0

51,3

0

100

0

100

Яровой ячмень Ача

 

Bipolaris

sorokiniana

Fusariums pp.

Alternaria spp.

Penicillium spp.

Aspergillumspp.

Контроль

17,0

18,2

0

58,0

6,8

0

Раксил

100

0

100

0

100

0

100

0

100

0

100

Тебуконазол

98,9

0

100

0

100

0

100

0

100

1,1

 

Тебуконазол: ламинария

82,1

0

100

0

100

17,9

66,7

0

100

0

100

Таблица 3

Эффективность МСМК – тебуконазол: ламинария в ограничении распространения обыкновенной корневой гнили в фазе второго листа мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя (метод рулонов)

Оцениваемые

органы

Контроль

Тебуконазол

Тебуконазол: ламинария = 1:10

распространенность болезни, %

биологическая эффективность, %

распространенность болезни, %

биологическая эффективность, %

распространенность болезни, %

биологическая эффективность, %

Мягкая яровая пшеница Омская 36

Первичные корни

20,0

0

100

6,0

70,0

Колеоптиле

17,8

0

100

0

100

Яровой ячмень Ача

Первичные корни

70,8

0

100

0

100

Колеоптиле

65,3

0

100

1,1

98,3

Таблица 4

Влияние обработки семян МСМК – тебуконазол: ламинария на показатели роста растений (метод рулонов)

Вариант

Длина главного

корня, см

Высота ростка,

см

Воздушно-сухая биомасса, мг

корней 1 растения

1 ростка

Мягкая яровая пшеница Омская 36

Контроль

12,7 ± 0,36

21,2 ± 0,35

11,8 ± 0,39

18,5 ± 0,51

Раксил

15,0 ± 0,54

14,0 ± 0,11

12,8 ± 0,40

15,0 ± 0,45

Тебуконазол

10,7 ± 0,06

16,3 ± 0,25

14,6 ± 0,29

15,7 ± 0,33

Тебуконазол :ламинария

15,3 ± 0,23

20,1 ± 0,13

14,8 ± 0,43

18,7 ± 0,44

Яровой ячмень Ача

Контроль

14,5 ± 0,21

21,0 ± 0,12

19,6 ± 0,62

23,7 ± 0,38

Раксил

12,0 ± 0,04

10,4 ± 0,22

13,0 ± 0,74

17,2 ± 0,73

Тебуконазол

13,0 ± 0,12

13,0 ± 0,07

15,8 ± 0,60

17,4 ± 0,76

Тебуконазол : ламинария

15,4 ± 0,24

21,6 ± 0,49

22,0 ± 0,57

21,2 ± 0,41

Таблица 5

Влияние обработки семян МСМК – тебуконазол: ламинария на показатели роста мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя

Вариант

Высота растения, см

Воздушно-сухая

биомасса надземной части 15 растений, г

Площадь флаг-листа (см2), фаза налива зерна

пшеница

ячмень

пшеница

ячмень

3 листа

Контроль

23,0 ± 0,15

21,8 ± 0,18

0,95 ± 0,02

1,20 ± 0,01

Пшеница

11,7 ± 0,33

Раксил

21,7 ± 0,07

21,2 ± 0,08

1,11 ± 0,01

1,45 ± 0,02

12,4 ± 0,31

Тебуконазол:

ламинария

24,6 ± 0,13

23,2 ± 0,19

1,21 ± 0,01

1,79 ± 0,03

13,2 ± 0,21

5 листьев

 

Контроль

37,8 ± 0,28

34,2 ± 0,11

7,02 ± 0,01

7,66 ± 0,39

Ячмень

15,7 ± 0,19

Раксил

35,8 ± 0,17

32,2 ± 0,22

6,52 ± 0,17

8,88 ± 0,41

17,0 ± 0,22

Тебуконазол:

ламинария

38,8 ± 0,23

37,1 ± 0,11

7,66 ± 0,04

10,23 ± 0,15

17,0 ± 0,25

Обработка семян МСМК – тебуконазол: ламинария, в отличие от чистого тебуконазола, не приводила к угнетению роста главного корня у обеих зерновых культур. Его длина у проростков пшеницы и ячменя (15,3 и 15,4 см) увеличивалась на 30,1 и 15,6 % (табл. 4).

Но лучшая ростостимуляция корней от применения фунгицидного комплекса наблюдалась у проростков ячменя, где масса корней одного растения относительно варианта с применением чистого тебуконазола (15,8 мг) увеличивалась на 28,2 % и превышала эталон (Раксил = 13 мг) на 41 %. На пшенице ростостимулирующий эффект проявился слабее. Биомасса корней одного растения (14,8 мг), выросшего из семян, обработанных фунгицидной композицией, не отличалась от таковой чистого тебуконазола (14,0 мг), но была выше (на 13,5 и 20,2 %) контрольного (11,8 мг) и эталонного (12,8 мг) вариантов.

vlas5.wmf

Рис. 5. Влияние состава протравителей на развитие обыкновенной корневой гнили мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя. Обозначения: 1 – контроль, 2 – Раксил, 3 – тебуконазол: ламинария

Обработка семян МСМК – тебуконазол: ламинария способствовала несколько замедленному (меньше на 5,1 и 2,7 %), чем в контроле (20,1 и 21,6 см), развитию ростков пшеницы и ячменя. Но у обеих культур их высота (на 18,9 и 30,3 % – пшеница; 39,8 и 51,9 % – ячмень) и биомасса (на 16 и 18,4 %) превышала таковую для вариантов с обработкой семян чистым тебуконазолом и Раксилом.

В полевых условиях защищенные новым фунгицидным комплексом растения в обе фазы развития интенсивнее наращивали биомассу надземной части растений. В отличие от эталона, МСМК не оказывал ретардантного эффекта на изучаемые культуры (табл. 5).

Высота растений и ячменя в опытном варианте достоверно превышала контроль как в фазе трех, так и пяти листьев (НСР05 = 0,23 и 0,30 – пшеница; 0,24 и 0,28 – ячмень; степень влияния по Снедекору (V) = 98,7 и 99,1 % и 98,1 и 99,5 %). Биомасса растений в варианте с новым препаратом увеличивалась как относительно контроля (на 21,5 и 8,3 % – пшеница; на 33,0 и 25,1 % – ячмень соответственно фазам развития растений, так и эталона (на 8,6 и 14,9 – пшеница; на 19,0 и 13,2 % – ячмень). К фазе налива зерна у растений пшеницы и ячменя, выросших из семян, обработанных МСМК, площадь флаг-листа достоверно превышала контрольный показатель (НСР05 = 0,29 и 0,17; V = 96,6 и 98,4 %).

Протравливание семян комплексом тебуконазол: ламинария на ранних этапах развития растений эффективно снижало развитие обыкновенной корневой гнили (рис. 5).

Фитосанитарный эффект обуславливался высеваемой культурой (доля влияния фактора (V) = 54,8 – первичные корни; 48,9 % – вторичные корни). Эффективнее защищались первичные корни у пшеницы и слабее – у ячменя. В первом случае биологическая эффективность МСМК составила 66,9, во втором – 32,1 % (Раксил – 54,0 и 33,7 % соответственно). Его эффективность ослабевала к концу кущения: частота встречаемости растений пшеницы с пораженными вторичными корнями в варианте тебуконазол: ламинария (13,3 %) относительно эталона (Раксил = 5,0 %) возрастала в 2,6 раза, но оставалась ниже, чем в контроле (18,3 %) – в 1,4 раза. Вторичные корни ячменя полностью защищал Раксил. Эффективность нового фунгицидного комплекса несколько уступала эталону, но оставалась высокой – 83 %. Пораженность колеоптиле в варианте с обработкой семян новым фунгицидным комплексом сокращалась до 2,5 на пшенице и до 9,2 % – на ячмене (в контроле 30 и 25,8 % соответственно), биологическая эффективность достигала 91,7 и 64,3 %. У ячменя колеоптиле поражался в меньшей степени, если при посеве использовали семена, протравленные Раксилом. В этом случае биологическая эффективность возрастала до 74 % или в 1,2 раза. На пшенице защитный эффект комплекса тебуконазол: ламинария сопоставим с таковым от Раксила (90,3 %). Из пораженных колеоптиле незащищенных пшеницы и ячменя выделено 50 и 64 % грибов B. sorokiniana, защищенных Раксилом – 10 и 24, новым фунгицидным комплексом тебуконазола – 6 и 38 %. К фазе молочной спелости пшеницы в варианте с обработкой семян новым препаратом распространенность обыкновенной корневой гнили была ниже на 29 %, чем в контроле, где показатель был 96 % (Раксил = 72 %). Индекс развития болезни достигал 18,3 %, что ниже показателя в контроле (26,3 %) и в варианте с Раксилом – 19,8 %. Распространенность болезни в посевах ячменя при применении МСМК(97 %) не отличалось от таковой в контроле (99 %), но интенсивность поражения (31,5 %; Раксил – 32,0 %) понижалась в 1,2 раза.

Защита растений новым комплексным фунгицидным протравителем положительно влияла на все показатели структуры продуктивности посевов пшеницы и ячменя (табл. 6), но в большей мере – на продуктивный стеблестой обеих культур, который увеличился на 33,4 и 30,9 %, и сбор зерна с боковых колосьев пшеницы – на 43; ячменя – на 11,6 %.

Все показатели достоверно превышали контроль (без обработки семян протравителями) и 75 % из них – стандарт (Раксил, КС, 0,5 л/т). К показателям, достоверно не превысившим стандарт относятся длина колоса у ячменя, число колосков и число зерен в главном колосе обеих культур. Более высокорослые (пшеница на 10,1, ячмень – на 13 %) защищенные растения формировали колосья с большим, чем в контроле, числом зерен (на 5,9 и 6,5 %), их массой (на 10,8 и 11,2 %) и выполненностью зерновок (масса 1000 зерен – на 1,6 и 1,8 г). В конечном итоге сбор зерна с одного растения пшеницы повысился на 29,3, ячменя – на 23,4 %, а с 1 га посевной площади – на 0,28 и 0,3 т/га по сравнению с контролем.

Таблица 6

Влияние МСМК – тебуконазол: ламинария на густоту стояния растений, продуктивный стеблестой, структуру продуктивности и урожайность яровой пшеницы и ячменя

Показатель

Контроль1

Раксил2

Тебуконазол: ламинария

НСР05

Мягкая яровая пшеница, сорт Омская 36

Число растений, шт/ м2

386

401

453

8,86

Число продуктивных стеблей, шт/ м2

452

581

679

9,29

Высота растений, см

86,7

94,8

96,5

0,29

Число стеблей/растение, шт.

1,17

1,45

1,5

0,01

Длина колоса, см

8,14

8,76

8,81

0,16

Число колосков в главном колосе, шт.

13,11

13,54

13,43

0,13

Число зерен в главном колосе, шт.

26,9

28,5

28,6

0,33

Масса зерна с главного колоса, г

0,99

1,06

1,11

0,03

Масса зерна с 1 бокового колоса, г

0,45

0,49

0,79

0,01

Масса зерна с 1 растения, г

1,06

1,27

1,5

0,03

Масса 1000 зерен, г

33,7

34,4

35,3

0,34

Урожайность, т/га

2,45

2,61

2,73

0,02

Яровой ячмень, сорт Ача

Число растений, шт/ м2

404

447

493

5,3

Число продуктивных стеблей, шт/ м2

540

702

781

16,4

Высота растений, см

53,8

60,0

61,9

1,46

Число стеблей/растение, шт.

1,34

1,58

1,59

0,06

Длина колоса, см

7,7

8,0

8,3

0,11

Число колосков в главном колосе, шт.

10,6

11,1

10,8

0,20

Число зерен в главном колосе, шт.

18,8

20,3

20,1

0,46

Масса зерна с главного колоса, г

0,95

1,02

1,07

0,01

Масса зерна с 1 бокового колоса, г

0,76

0,78

0,86

0,01

Масса зерна с 1 растения, г

1,21

1,47

1,58

0,09

Масса 1000 зерен, г

46,6

46,9

48,4

0,29

Урожайность, т/га

2,51

2,58

2,81

0,01

Примечание. 1, 2 – данные измерений контроля и раксила совпадают с ранее опубликованными данными в работах [4, 5], поскольку были получены в едином расширенном эксперименте.

Выводы

Механохимическим твердофазным синтезом получены композиционные материалы субстанции тебуконазола с биомассой ламинарии. Существование межмолекулярных комплексов ТБК с полисахаридами ламинарии в водных растворах доказано увеличением растворимости ТБК, а также их исследованием методом динамической спектроскопии 1Н ЯМР. На модели искусственной мембраны методом РАМРА показано увеличение трансмембранной проницаемости ТБК из полученного препарата МСМК по сравнению с исходной субстанцией ТБК. Изучение эффективности предпосевной обработки семян мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя фунгицидным препаратом МСМК тебуконазол: ламинария в дозах по ТБК, эквивалентных промышленному препарату Раксил, показало, что препарат полностью оздоравливает посевной материал от фитопатогенов B. sorokiniana и Fusarium spp., на первых этапах органогенеза мягкой яровой пшеницы снижает распространение обыкновенной корневой гнили в 3,5 раза, интенсивности поражения растений в 5,5 раза. Новый препарат на основе межмолекулярных комплексов ТБК с полисахаридами ламинарии повышает рост и накопление биомассы растениями, продуктивный стеблестой, зерновую продуктивность колоса, и в итоге – сбор зерна с 1 га посевов мягкой яровой пшеницы на 0,28 т/га, ярового ячменя – на 0,3 т/га.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 15-29-05835).