Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Одним из наиболее экологичных способов применения химических препаратов в зерноводстве считается протравливание посевного материала. Это объясняется тем, что фунгицидам необходимо разложиться до кущения растений [1]. Во всех развитых странах мира протравливание относят к законодательно обязательному фитосанитарному мероприятию, направленному против комплекса возбудителей болезней зерновых культур, передающихся семенами и сохраняющихся в почве [5]. Эффективность пестицидных препаратов слагается из природы действующего вещества, правильного выбора препаративной формы, сохраняющей полезные свойства действующего вещества. Появление новых химических фунгицидов принципиально не меняет общую ситуацию в защите растений от болезней. Опасные заболевания зачастую носят эпифитотический характер, налицо не только увеличение вредоносности известных, но и появление новых опасных видов фитопатогенов [4]. Поэтому новый подход в создании систем комплексной защиты растений от болезней предполагает использование не только фунгицидов, но и различных биологически активных веществ, обеспечивающих восстановление и активацию природных регуляторных механизмов, повышающих биологическое разнообразие в агробиоценозах и их устойчивость, а также продуктивность сельскохозяйственных культур.

Кроме того, важным фактором, влияющим на эффективность препаративных форм пестицидных препаратов, является способность их действующих веществ проникать в объем обрабатываемых объектов – зерен, растений и т.д., что, очевидно, связано со способностью трансмембранного транспорта. В фармации такая способность обеспечивается так называемыми системами доставки лекарств. В последнее время активно развивается направление создания таких систем доставки на основе супрамолекулярных комплексов и везикулярных структур [8]. Основываясь на наших исследованиях в этой области, мы применили развиваемый нами подход механохимического твердофазного получения таких структур [9], для получения пестицидных препаратов на основе тебуконазола (ТБК). Для этого в качестве «вспомогательных» веществ мы использовали глицирризиновую кислоту (ГК) и ее динатриевую соль (Na2ГК). Производные ГК могут встраиваться в липидные биологические мембраны [10] и, предположительно, являться «носителями» низкомолекулярных биологически активных веществ в трансмембранном переносе. В водных растворах производные ГК образуют везикулы – мицеллы, состоящие из 60–100 молекул, в которые включаются молекулы малорастворимых биологически активных веществ [2]. Такие мицеллы обладают мембранотропными свойствами, позволяющими увеличивать трансмембранный перенос ТБК.

Материалы и методы исследования

В состав разрабатываемых протравителей входили: Тебуконазол от Shenzhen Sunrising Industry Co., Ltd. КНР, содержание основного вещества ≥ 98,0 %. Глицирризиновая кислота от Shaanxi Pioneer Biotech Co., Ltd, КНР, содержание основного вещества ≥ 98,14 %. Динатриевая соль глицирризиновой кислоты – Na2ГК от Shaanxi Pioneer Biotech Co., Ltd, КНР, содержание основного вещества ≥ 91,14 %.

Совместную механохимическую обработку ТБК и вспомогательных веществ проводили в условиях, описанных нами ранее [2]. Для получения композиции, субстанции ТБК и вспомогательных веществ в выбранных массовых соотношениях при общем весе образца 20 г загружали в металлический барабан (емкость 0,3 л, загрузка мелющих тел – 15 стальных шаров диаметром 22 мм, скорость вращения 157 об/мин) валковой мельницы ВМ-1. Обработку проводили в течение 12 ч, отбирая пробы через каждые 2 ч. Полученные композиции анализировали на содержание действующего вещества (ТБК), растворимость в воде, а также методами гель-проникающей хроматографии. Оптимальное время механохимической обработки выбиралось по критериям максимальной водорастворимости при условии сохранения содержания ТБК не менее 98 % от начального.

Для определения растворимости, полученные композиции, взятые в количествах, содержащих по 0,33 г ТБК растворяли в 10 мл дистиллированной воды при перемешивании в (+ 25 °С, 180 об/мин.) в течение 3 ч. Концентрацию ТБК в растворе определяли методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1200 с колонкой Zorbax Eclipse XDB-C18, 4,6×50 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 полученные композиции растворялись в этаноле. Затем полученные растворы анализировались методом ВЭЖХ в вышеуказанных условиях. Молекулярную массу мицелл ГК определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике [2].

Определение проникновения тебуконазола во внутренний объем зерна. Зерно пшеницы (сорт Омская 36) обрабатывалось 5 см3 водной суспензии композиций, а также тебуконазола исходя из количества 0,03 г действующего вещества (ТБК) на 100 г зерна. Смешение суспензии с зерном производили в течение 1 ч в барабане валковой мельницы ВМ-1, однако без загрузки мелющих тел. Обработанное зерно проращивалось в течение 3 дней на увлажненной фильтровальной бумаге при + 25 °С. Затем зерно вместе с ростками высушивали до постоянной массы в вакуумном шкафу при + 60 °С, производили смыв ТБК, не проникшего в объем зерна и оставшегося на его поверхности несколькими порциями этанола до исчезновения пика ТБК в хроматограммах ВЭЖХ. После этого зерно сушилось в течение 24 ч в вакуумном шкафу при + 60 °С и измельчалось в мельнице ударного типа (кофемолке). Далее, к навеске полученного порошка добавлялось известное количество этанола, смесь перемешивали в течение 20 мин и фильтровали через бумажный фильтр. Концентрацию ТБК в полученном растворе определяли методом ВЭЖХ и производили расчет массы ТБК, содержащегося в 100 г зерна.

Биологические испытания. Для оценки эффективности действия протравителей были проведены лабораторные и полевой эксперименты. Биоиспытания вели на пшенице сорта Омская 36 и яровом ячмене Ача. Уровень оздоровления посевного материала композициями определяли методом рулонов по ГОСТ 12044-93. Опыт включал следующие варианты:

1) контроль (без обработки фунгицидом);

2) перед посевом семена обработаны тебуконазолом (ТБК), в норме 0,3 кг/т;

3) семена обработаны глицирризиновой кислотой (ГК), в норме 0,25 кг/т;

4) семена обработаны натриевой солью глицирризиновой кислоты (Na2ГК), в норме 0,25 кг/т;

5) семена обработаны композицией ТБК/Na2ГК 1/5, в норме 0,3 кг/т (ТБК/Na2ГК 0,3);

6) семена обработаны композицией ТБК/Na2ГК 1/5, в норме 0,1 кг/т (ТБК/Na2ГК 0,1);

7) семена обработаны композицией ТБК/ГК 1//5, в норме 0,3 кг/т (ТБК/ГК 0,3);

8) семена обработаны композицией ТБК/ГК 1/5, в норме 0,1 кг/т (ТБК/ГК 0,1).

Обработку препаратами проводили за 24 ч до закладки опыта. Растворы готовили из расчета расхода воды, применяемого в производственных условиях (10 л/т). В качестве химического эталона использовали фунгицид-протравитель фирмы Bayer Раксил, КС (д.в. тебуконазол) с нормой расхода 0,5 л/т семян.

Полевые опыты закладывали по схеме:

1) контроль (семена не обрабатывали фунгицидом);

2) эталон (перед посевом семена обработаны препаратом Раксил, в норме 0,5 л/т);

3) перед посевом семена обработаны композицией ТБК/Na2ГК 1/5, в норме 0,3 кг/т (ТБК/Na2ГК 0,3).

4) перед посевом семена обработаны композицией ТБК/Na2ГК – 1:5, в норме 0,1 кг/т (ТБК/Na2ГК 0,1).

Опыт размещался первой культурой после пара. Норма высева 6 млн всхожих зерен /га. Повторность опыта – четырехкратная. Площадь делянки = 23 м2, размещение – систематическое. Протравливание проводилось с увлажнением – 10 л/т семян. Уборка урожая – прямым комбайнированием. Урожайность приводилась к стандартной влажности и чистоте согласно ГОСТ 1386.5-93 и 1386-2-81. Учет густоты стояния, продуктивной кустистости растений, отбор снопов для анализа структуры продуктивности проводили непосредственно перед уборкой культур [6]. Развитие и распространенность обыкновенной корневой гнили [7], наличие росторегулирующих эффектов в фазы 3 и 5 листьев.

Результаты исследования и их обсуждение

Для исследования структуры водных растворов композиций применяли метод гель-фильтрационной хроматографии по вышеописанной методике. Во всех случаях в хроматограммах водных растворов композиций ТБК с ГК, Na2ГК наблюдались пики высокомолекулярных образований массой 60–100 кДа. Пиков низкомолекулярных соединений (ТБК) не обнаруживалось, что наряду с данными об увеличении растворимости ТБК, см. табл. 1, свидетельствовало о включении молекул ТБК в мицеллы. В исследованном массовом диапазоне соотношений ТБК/вспомогательные вещества от 1/1 до 1/10, наилучшие результаты по стабильности ТБК в процессе получения композиций, а также по увеличению растворимости были получены для композиций 1/5. Именно эти композиции были использованы для дальнейших биологических исследований. Мы также определили проникновение ТБК во внутренний объем зерна по методике, описанной в экспериментальной части. Данные приведены в табл. 1.

Таблица 1

Данные увеличения растворимости ТБК, а также его содержания во внутреннем объеме зерна из композиций с ГК и Na2ГК

Таким образом, полученные результаты подтверждают наше предположение об увеличении проникновения ТБК во внутренний объем зерна при его обработке композициями с ГК и Na2ГК.

Изучение эффективности тебуконазолсодержащих композиций на естественно инфицированном семенном материале показало, что они достаточно активны против возбудителей обыкновенной корневой гнили яровой мягкой пшеницы. И в первую очередь – против основного возбудителя – Bipolaris sorokiniana Shoem., обеспечивая 100 %-ную эффективность. Рост грибов Fusarium spp. вокруг зерновок пшеницы полностью ингибировал ТБК/Na2ГК 0,3 и ТБК/ГК в обеих нормах расхода, ТБК/Na2ГК 0,1 – на 70 %. На зерновках ячменя ТБК/ГК 0,1 и ТБК/ГК 0,3 рост фузариев не подавляли. Alternaria spp. успешнее контролировал комплекс ТБК/Na2ГК 0,1 (биологическая эффективность = 71,1 %; ТБК = 46,2 %) и обе нормы ТБК/ГК (71,8 и 74,4 %). Всхожесть семян пшеницы в рулонах была максимальной (94,8 %; эталон = 68,9 %) при обработке семян ТБКNa2ГК 0,3. ТБКNa2ГК 0,1 (84,8 %), ТБК/ГК 0,3 (83,3 %) и ТБК/ГК 0,1 (90,6 %) всхожесть повышали слабее.

В полевых условиях было показано, что в фазе трех листьев высота растений пшеницы при применении ТБК/Na2ГК 0,3 и ТБК/Na2ГК 0,1 (24,6 и 26,2 см) достоверно превышала чистый контроль (23,0 см) и Раксил (21,7 см, НСР05 = 0,18). В фазе пяти листьев достоверные различия отмечены в варианте ТБК/Na2ГК 0,1 (38,9 см) с контролем = 37,9 см (НСР05 = 0,28), а также ТБК/Na2ГК 0,1 и ТБК/Na2ГК 0,3 (38,1 см) с эталоном (35,8 см). Высота контрольных растений ячменя (21,8 см), а также обработанных Раксилом (21,2 см) относительно вариантов с применением композиций (22,5 и 23,5 см, НСР05 = 0,21) была достоверно ниже как в фазе трех, так и пяти листьев (в контроле 34,2 см; в эталонном варианте 32,2 см, в вариантах с ТБК/Na2ГК 38,2 и 37,3 см, НСР05 = 0,50). На ранних этапах развития повышенная выносливость к почвенно-семенной инфекции у яровой пшеницы и ячменя наблюдалась во всех вариантах опыта (табл. 2).

Таблица 2

Развитие обыкновенной корневой гнили в посевах мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя при обработке семян ТБК/Na2ГК, %

Эффективность протравливания семян пшеницы при обработке ТБК/Na2ГК в норме 0,3 кг/т составила 83,2 и 73,9 % соответственно по развитию и распространенности болезни и превышала эталон, где соответствующие показатели были на уровне 76,6 и 67,9 %. С уменьшением нормы расхода ТБК/Na2ГК эффективность протравливания снижалась. К фазе трубкования фитосанитарный эффект в варианте ТБК/Na2ГК с нормой расхода 0,3 кг/т ослабевал в 2,7 раза, но по-прежнему лучше контролировал развитие обыкновенной корневой гнили в посевах пшеницы. Биологическая эффективность ТБК/Na2ГК в фазе трех листьев ячменя в обеих нормах расхода (49,6 и 51,1 %) превышала таковую эталона (37,9 %). Действие протравливания прослеживалось и в период кущение-трубкование. Более высокий фунгицидный эффект на ячмене наблюдался при применении более высокой нормы расхода.

Протравливание семенного материала оказало влияние на плотность посевов зерновых. К фазе восковой спелости пшеницы достоверно большая (на 14,2 %) густота стояния растений отмечена в варианте с протравливанием ТБК/Na2ГК 0,1, но продуктивный стеблестой увеличивался на 30 % при применении обеих норм расхода ТБК/Na2ГК. При посеве семян ячменя, обработанных композициями, оба показателя плотности посева достоверно возрастали: число растений/м2 – на 13,4–19,6 % (в варианте с Раксилом – на 10,6 %); продуктивных стеблей – на 27,8–45,5 % (в варианте с Раксилом – на 30 %). К фазе молочной спелости зерна растения, выросшие из обработанных ТБК/Na2ГК семян, оказались более (на 10,3–11,0 % – пшеница; на 13,0–15,6 % – ячмень) высокорослые, сильнее (в 1,1–1,3 раза) кустились, чем в контроле. У растений пшеницы и ячменя достоверно увеличивалась длина колоса во всех вариантах, где высевались семена, протравленные ТБК/Na2ГК (табл. 4). Повышенное число колосков в главном колосе у обеих культур получено при посеве семян, обработанных ТБК/Na2ГК 0,3. Обе нормы расхода ТБК/Na2ГК способствовали достоверному увеличению числа зерен в главном колосе пшеницы и ячменя. Масса зерна с одного растения пшеницы повышалась при протравливании семян обеими нормами расхода ТБК/Na2ГК, ячменя – в варианте ТБК/Na2ГК 0,3, увеличивалась масса 1000 зерен на 1,1 и 1,2 г (пшеница) и 1,5 и 1,2 г (ячмень). Обе нормы расхода ТБК/Na2ГК повышали крупность зерновок ячменя относительно эталона на 1,2 и 0,9 г. Сбор зерна пшеницы и ячменя в опытных вариантах достоверно превысил контроль на 0,2 и 0,14 т/га (ТБК/Na2ГК 0,3 и ТБК/Na2ГК 0,1) и 0,19 и 0,14 т/га, применение Раксила увеличило показатель на 0,16 и 0,07 т/га. На ячмене при протравливании семян ТБК/Na2ГК урожайность увеличилась на 0,19 и 0,14 т/га (Раксил – на 0,07 т/га).

Таблица 3

Влияние обработки семян ТБК/Na2ГК на структуру продуктивности и урожайность мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя

Обе нормы расхода ТБК/Na2ГК повышали массу 1000 зерен на 1,1 и 1,2 г (пшеница) и 1,5 и 1,2 г (ячмень). Сбор зерна пшеницы и ячменя в опытных вариантах достоверно превысил чистый контроль – на 0,2 и 0,14 т/га; 0,19 и 0,14 т/га.

Выводы

1. Композиции ТБК с глицирризиновой кислотой и ее натриевой солью достоверно увеличивают проникновение ТБК во внутренний объем обработанного зерна, что способствует оздоровлению на примерах зерновок мягкой яровой пшеницы и ярового ячменя от семенной инфекции; снижают развитие и распространение обыкновенной корневой гнили на первых этапах органогенеза яровой пшеницы и ярового ячменя.

2. Обработка семян композициями ТБК с глицирризиновой кислотой и ее натриевой солью повышает основные показатели структуры продуктивности и урожайность яровой пшеницы и ярового ячменя. При снижении нормы расхода ТБК/Na2ГК в 3 раза урожайность зерна яровой пшеницы соответствует таковой эталонного протравителя, а ячменя – существенно превышает этот показатель.

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