Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

РАЗРАБОТКА ИНДУКТОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ РАСТЕНИЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В РЯДУ ПРОИЗВОДНЫХ ТИЕНОПИРИДИНОВ

Дядюченко Л.В. 1 Тосунов Я.К. 2 Дмитриева И.Г. 2
1 ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений»
2 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»
Сахарная свекла в Российской Федерации является одной из основных экономически значимых сельскохозяйственных культур. В современной системе выращивания культуры важное место занимает защита посевов от сорняков с помощью гербицидов. Самыми широко используемыми препаратами против сорняков в посевах сахарной свеклы являются гербициды группы Бетанала и Лонтрел. Несмотря на избирательность, растения сахарной свеклы испытывают стресс от применения гербицидов, что приводит к потерям урожая. Одним из способов снижения фитотоксичности гербицидов на культурные растения является применение индукторов устойчивости – веществ, стимулирующих адаптивные возможности растений. Исследования по изысканию новых препаратов продолжаются в нашей стране и за рубежом. Целью настоящей работы являлся поиск индукторов устойчивости для вегетирующих растений сахарной свеклы от негативного воздействия гербицидов. Поиск осуществляли в ряду производных тиенопиридинов, для чего была синтезирована серия соединений в количестве 20 шт. По результатам лабораторного скрининга нами выявлены потенциально активные вещества, которые испытывались в полевых условиях в 2016–2018 гг. Обработку растений проводили в фазу 4–6 настоящих листьев сахарной свёклы, при обработке к баковой смеси гербицидов (Бетанал 22, Лонтрел 300, Зелек Супер) добавляли растворы исследуемых веществ. В процессе эксперимента нами установлено, что использование новых препаратов в дозе 20 г/га обеспечило существенное и достоверное повышение урожая сахарной свеклы по сравнению с гербицидным контролем (6,5–12 %). Их применение положительно влияло на формирование таких биометрических показателей, как число, масса и площадь листьев, величина и масса корнеплодов. Увеличивалось также содержание пигментов, что улучшает срессоустойчивость растения к гербицидному воздействию. Качественные показатели корнеплодов (сахаристость) превысили таковые не только у гербицидного эталона, но и у контроля. Таким образом, найденные соединения могут быть использованы в качестве действующих веществ для создания новых индукторов устойчивости.
сахарная свекла
гербициды
потери урожая
индукторы устойчивости
скрининг
тиенопиридины
урожайность
сахаристость
содержание пигментов
1. Куликова Н.А., Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения. М.: МГУ им. Ломоносова, 2010. 150 с.
Kulikova N.A., Lebedeva G.F. Herbicides and ecological aspects of their application. M.: MGU im. Lomonosova, 2010. 150 р. (in Russian).
2. Панченко В.Д. Защита посевов сахарной свеклы препаратами компании «Август» // СКФО-агро. 2014. № 3. С. 2.
Panchenko V.D. Protection of sugar beet products company «August» // SKFO-agro. 2014. № 3. Р. 2 (in Russian).
3. Дворянкин Е.А., Дворянкин А.Е. Действие гербицидов группы Бетанала на фотосинтез сахарной свеклы // Сахарная свекла. 2011. № 4. С. 33–37.
Dvoryankin E.A., Dvoryankin A. E. The herbicides of the group Betanals actions on photosynthesis of sugar beet // Saharnaya svekla. 2011. № 4. Р. 33–37 (in Russian).
4. Овчинникова Ю.А., Папикян Т.А. Влияние гербицидов на урожайность сахарной свеклы // Молодой ученый. 2016. № 23. С. 189–192.
Ovchinnikova Yu. A., Papikyan T.A. Effect of herbicides on sugar beet yield // Molodoj uchenyj. 2016. № 23. Р. 189–192 (in Russian).
5. Спиридонов Ю.Я., Хохлов П.С., Шестаков В.Г. Антидоты гербицидов // Агрохимия. 2009. № 5. С. 81–91.
Spiridonov Yu.Ya., Hohlov P.S., Hestakov V.G. Antidotes of herbicides // Agrohimiya. 2009. № 5. Р. 81–91 (in Russian).
6. Дядюченко Л.В., Назаренко Д.Ю., Ткач Л.Н., Тосунов Я.К., Дмитриева И.Г. Поиск новых иммуномодуляторов сахарной свеклы в ряду производных пиридилгидразонов // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. 2016. № 122(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2016/08/pdf/33.pdf (дата обращения: 06.11.2018). DOI: 10.21515/1990-4665-122-033.
Dyadyuchenko L.V., Nazarenko D.Yu., Tkach L.N., Tosunov Ya.K., Dmitrieva I.G. The Search for New Sugar Beet Immunomodulators Amond Pyridylhydrazone Derivatives // Politematicheskij setevoj e`lektronny`j nauchny`j zhurnal KubGAU. 2016. № 122(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2016/08/pdf/33.pdf (date of access: 06.11.2018). DOI: 10.21515/1990-4665-122-033 (in Russian).
7. Дядюченко Л.В., Назаренко Д.Ю., Ткач Л.Н., Тосунов Я.К., Дмитриева И.Г. Скрининг новых индукторов устойчивости сахарной свеклы в ряду замещенных нафталинсульфониламидов // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. 2017. № 131 (07). URL: http://ej.kubagro.ru/2017/07/pdf/91.pdf (дата обращения: 06.11.2018). DOI: 10.21515/1990-4665-131-091.
Dyadyuchenko L.V., Nazarenko D.Yu., Tkach L.N., Tosunov Ya.K., Dmitrieva I.G. Screening of Sugarbeet New Resistance Inductors Within the Range of Naphthalenesulfon-Amides Derivatives // Politematicheskij setevoj e`lektronny`j nauchny`j zhurnal KubGAU. 2017. № 131 (07). URL: http://ej.kubagro.ru/2017/07/pdf/91.pdf (date of access: 06.11.2018). DOI: 10.21515/1990-4665-131-091 (in Russian).
8. Дмитриева И.Г., Доценко С.П., Заводнов В.С., Дядюченко Л.В. Химические аспекты разработки новых регуляторов роста и гербицидных антидотов для сельскохозяйственных растений // Труды КубГАУ. 2015. № 53. С. 99–103.
Dmitrieva I.G., Dotsenko C.P., Zavodnov V.S., Dyadyuchenko L.V. Chemical aspects of development of new growth regulators and herbicide antidotes for agricultural plants // Trudy KubGAU. 2015. № 53. Р. 99–103 (in Russian).
9. Lichtentaller H.K., Wellburn A.R. Determinations of total extracts in different solvents. Biochem. Soc. Transactions. 1983. Vol. 11. № 5. Р. 591–592.
10. Глеванский И.В., Зубенко В.Ф., Мельниченко А.С. Свекловодство. Киев, 1989. 207 с.
Glevanskij I.V., Zubenko V. F., Mel’nichenko A. S. Beet cultivation. Kiev, 1989. 207 р. (in Russian).
11. ГОСТ Р 53036-2008. Свекла сахарная. Методы испытаний (с Поправкой). М: Стандартинформ, 2009. 12 с.
Gost R 53036-2008. Sugar beet. Test methods. M: Standartinform, 2009. 12 р. (in Russian).
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по требованию, 2012. 352 с.
Dospehov B.A. Technique of field experiment (with bases of statistical processing of results jf researches). M.: Kniga po Trebovaniyu, 2012. 352 p. (in Russian).

Сахарная свекла в Российской Федерации является одной из основных экономически важных сельскохозяйственных культур. Её корнеплоды служат главным источником сырья для производства сахара в нашей стране. Побочные продукты переработки сахарной свеклы используются для кормления скота, получения пищевых кислот, хлебопекарных дрожжей, этилового спирта.

При выращивании сахарной свеклы первостепенное значение занимает защита посевов от сорняков с помощью гербицидов. Засоренность посевов часто носит сложный характер. В агроценозе сахарной свеклы насчитывается несколько десятков различных видов сорных растений. В период от появления всходов до смыкания рядков растения сахарной свеклы не в состоянии соперничать с сорняками. Поэтому очень важно в первые 4–6 недель вегетации проводить борьбу с сорной растительностью. В противном случае недобор урожая может составлять 25 % и более [1]. В настоящее время нет ни одного селективного для сахарной свеклы гербицида, который мог бы надежно защитить посевы от всего спектра двудольных сорняков, поэтому для достижения желаемого результата применяют различные гербицидные смеси [2]. Самыми широко используемыми препаратами против сорняков на сахарной свекле являются гербициды группы Бетанала и Лонтрел. Бетанал борется с однолетними двудольными сорняками, Лонтрел используется против трудноискоренимых сорняков (амброзия, осот и др.).

Несмотря на избирательность, растения сахарной свеклы испытывают стресс от применения гербицидов. Фитотоксическое воздействие бетаналов усиливается, если их наносят в жаркую погоду. Оптимальной для применения гербицидов бетанальной группы считается температура в пределах 16–25 °С, однако в полевых условиях не всегда удается ее выдержать. Механизм действия бетаналов проявляется в подавлении процессов фотосинтеза, что влечет нарушение дыхания, поступления питательных веществ; как следствие, замедляется синтез свободных аминокислот, необходимых для построения белка [3]. В качестве негативного воздействия гербицидов на начальной стадии вегетации обнаружено также снижение энергии корнеобразования [4]. Замедление прироста массы корнеплода и листьев у культуры под воздействием гербицидов в условиях теплой погоды может привести к существенному недобору урожая.

Одним из современных и действенных способов снижения фитотоксичности гербицидов на культурные растения является применение индукторов устойчивости – веществ, стимулирующих адаптивные возможности растений. Считается, что прибавка урожая в этом случае может складываться за счет проявления следующих эффектов: рострегулирущей активности вещества, повышения стрессустойчивости культуры к неблагоприятным факторам окружающей среды и антидотного действия по отношению к гербициду. Индукторы устойчивости находят все более широкое применение, исследования по изысканию новых препаратов продолжаются в нашей стране и за рубежом [5].

Целью настоящей работы являлся поиск индукторов устойчивости для вегетирующих растений сахарной свеклы от негативного воздействия гербицидов. Поиск осуществляли в ряду производных тиенопиридинов. Ранее нами успешно был проведен скрининг в рядах N-замещённых нафталин-2-сульфониламидов и производных пиридилгидразонов [6, 7].

Для достижения поставленной цели нами синтезирована серия соединений, которые относятся к ряду 3-аминотиено[2,3-b] пиридинов общей формулы I:

djduc1.wmf

где R = H,CI; R1 = H, алкил, арил; R2 = алкил, арил, гетерил.

Синтез новых соединений осуществляли с использованием известных, а также оригинальных методик, описанных нами ранее [8]. Для доказательства структуры синтезированных веществ использовали элементный анализ, ИК-, и ЯМР 1Н и масс-спектры.

Материалы и методы исследования

Опыты по выявлению биоактивности синтезированных соединений осуществляли на сахарной свекле гибрида F1 Аллигатор.

Для первичной оценки веществ в лабораторных условиях определяли величину их рострегулирующего эффекта по методике проращивания семян в «рулонах». Повторность опыта четырёхкратная. В опыте предусмотрено замачивание семян в рабочем растворе испытуемого вещества и последующее выдерживание в течение 1 ч при 21–22 °С в отсутствии света. Затем семена раскладывались на увлажненную полосу фильтровальной бумаги (по 50 шт.), которая сворачивалась в рулон. Установленные в стаканы с водой рулоны термостатировались при 22–25 °С в течение 10 суток. По окончании опыта проводили биометрическую оценку растений. Данные учётов обрабатывали статистически (при уровне значимости Р = 0,95).

По результатам лабораторного опыта отбирали активные соединения для изучения в условиях поля. Исследования проводили на экспериментальном поле ВНИИ биологической защиты растений, г. Краснодар (центральная зона Краснодарского края). Климат умеренно континентальный, с мягкой зимой и жарким летом.

В 2016–2017 гг. для пропашных культур метеоусловия были вполне благоприятными в апреле, мае и июне. В июле-августе отмечалось значительное повышение среднесуточных температур воздуха (до 30 °С), которое выразилось в проявлении воздушной и почвенной засухи. В 2018 г. с апреля до конца августа количество выпавших осадков было значительно меньше средних многолетних (на 10–15 мм). Этот период сопровождался высокими температурами (до 30,2 °С).

Почва на опытном участке представлена черноземом выщелоченным, рНвод 7,5, pHсол.6,5; содержание гумуса в пахотном горизонте 2,5–3,2 %. Предшественник – озимая пшеница. Обработка почвы: зяблевая вспашка на глубину 30 см, покровное боронование в два следа, две культивации. Перед вспашкой внесение удобрений N90P90K90, гербициды вносились дважды – после появления всходов и в фазу 4–6 настоящих листьев.

Опыт на сахарной свекле был заложен по схеме:

вариант 1. Контроль – без обработки (ручная прополка);

вариант 2. Баковая смесь гербицидов;

вариант 3. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1d 20 г/га;

вариант 4. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1d 40 г/га;

вариант 5. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1g 20 г/га;

вариант 6. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1g 40 г/га;

вариант 7. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1n 20 г/га;

вариант 8. Баковая смесь: гербициды + индуктор устойчивости 1n 40 г/га.

Расход рабочего раствора 300 л/га.

Баковая смесь содержала гербициды, применяемые в технологии выращивания сахарной свеклы: Бетанал 22 – селективный гербицид против однолетних двудольных сорняков; Лонтрел® 300 – послевсходовый гербицид для борьбы с трудноискоренимыми сорняками; Зелек Супер – селективный системный гербицид против однолетних и многолетних злаковых сорняков.

Обрабатывали растения потенциальными индукторами устойчивости однократно в фазу 4–6 настоящих листьев сахарной свёклы, с этой целью в баковую смесь гербицидов вносили растворы изучаемых веществ. Баковая смесь имела следующий состав: Зеллек – Супер, КЭ 0,37 л/га, Бетанал 22, КЭ – 0,7 л/га, Лонтрел 300, ВР – 0,2 л/га (дозы гербицидов ниже на 30 % относительно рекомендованных). Тип засоренности на опытных участках был смешанный, с преобладанием злаковых (просо куриное, щетинник сизый и др.) и двудольных (марь белая, осот полевой, амброзия полыннолистная, щирица обыкновенная и др). Засоренность посева в начале вегетации составляла 52 шт/м2, в середине вегетации – 16 шт/м2, в конце вегетации – 10 шт/м2. Участки, обработанные баковой смесью гербицидов и смесью гербициды + индуктор устойчивости, по засоренности практически не отличались.

Опыт предусматривал измерение биометрических показателей корнеплодов и надземных органов растений, урожайности. Качество корнеплодов оценивали по сахаристости. В течение всего периода вегетации определяли содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений. Для этого отбирали пробы на следующий день после обработки, затем через каждые 5 дней. Содержание хлорофилла а, хлорофилла b и каротиноидов измеряли на спектрофотометре Genesys 8 (Thermo Spectronic, Англия), в экстрактах 96 %-ным этанолом и последующим расчетом по формулам Лихтенталлера [9].

Контроль биометрических показателей осуществляли в фазу смыкания листьев в междурядьях и при уборке урожая, по полученным данным рассчитывали площадь ассимиляционной поверхности листьев, динамику накопления растениями сырой и абсолютно сухой биомассы [10]. Содержание сахара в корнеплодах определяли по ГОСТ Р 53036-2008 [11].

Урожай учитывали количественно-весовым методом: корнеплоды с учетных площадок подсчитывали и взвешивали. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием НСР05 [12].

Результаты исследования и их обсуждение

В лабораторном опыте нами были обнаружены потенциально активные соединения Id, Ig, In, которые способствовали увеличению стеблей и корешков проростков сахарной свеклы на 12–19 % относительно контрольного варианта.

djduc2.wmf

Названные соединения не фитотоксичны, совместимы с биопрепаратами. Отобранные вещества были изучены в условиях полевого опыта в 2016 г. в дозе 40 г/га, в 2017 г. – в двух дозах: 20 и 40 г/га, в 2018 г. – в дозе 20 г/га, поскольку эта доза оказалась предпочтительной. Результаты по урожайности сахарной свеклы и содержанию сахара представлены в табл. 1. Полученные данные свидетельствуют, что применение гербицидов снижает урожайность культуры (вариант эталон) в сравнении с контролем. Внесение в баковую смесь исследуемых индукторов устойчивости способствует увеличению размеров корнеплодов и урожайности сахарной свеклы как по сравнению с гербицидным эталоном, так и с контролем. Прибавка урожая к эталону составила от 3,53 до 6,58 т/га, что соответствует 6,55–11,9 %, причем доза 20 г/га была более эффективной.

Таблица 1

Урожайность сахарной свеклы гибрида F1 Аллигатор

Вариант

Урожайность ц/га

Прибавка к эталону

Корнеплод

Содержание сахара, %

Выход сахара, т/ га

т/га

%

Длина, см

Диаметр, см

Масса, г

2016 г.

Контроль

56,48

26,0

9,3

637,5

14,8

8,4

Эталон

55,14

–1,24

–2,2

25,8

9,0

622,0

13,3

7,3

Id 40 г/га

60,75

5,62

10,2

27,1

9,6

683,2

18,0

10,8

Ig 40 г/га

59,95

4,80

8,7

27,2

9,6

674,5

15,0

9,0

In 40 г/га

61,72

6,58

11,9

27,0

9,5

694,4

17,5

10,7

НСР0,5

1,32

0,20

1,65

0,75

13,7

1,4

2017 г.

Контроль

57,67

26,3

9,3

635,4

15,2

8,8

Эталон

54,50

–3,17

–5,5

25,8

9,1

620,3

13,45

7,3

Id 20 г/га

61,10

6,59

12,1

29,7

9,3

687,6

17,65

10,80

Id 40 г/га

60,42

5,92

10,75

28,6

9,2

679,9

17,5

10,65

Ig 20 г/га

58,04

3,53

6,55

33,8

9,4

653,3

17,6

10,25

Ig 40 г/га

58,23

3,72

6,85

28,8

9,8

655,2

17,7

10,35

In 20 г/га

60,52

6,01

11,0

31,2

9,45

680,6

17,65

10,70

In 40 г/га

60,84

6,33

11,6

30,9

9,5

684,3

17,60

10,69

НСР0,5

1,23

0,24

1,75

0,8

14,2

1,5

2018 г.

Контроль

54,82

26,3

9,3

635,41

15,0

8,2

Эталон

52,42

– 2,40

–4,4

25,7

9,2

620,44

13,0

6,8

Id 20 г/га

55,80

6,16

11,8

27,1

9,6

694,27

17,6

10,3

Ig 20 г/га

56,49

4,07

7,8

27,0

9,5

674,59

14,9

8,5

In 20 г/га

58,32

5,90

11,3

28,9

9,5

690,32

15,0

8,7

НСР0,5

1,21

0,9

1,4

0,7

13,0

1,3

В то же время все препараты существенно увеличивали сахаристость корнеплодов как по отношению к гербицидному эталону, так и по отношению к контролю. Их применение позволило повысить процентное содержание сахара по отношению к гербицидному эталону на 1,6–4,6 %, а выход сахара на 1,7–3,5 т/га.

Из-за ограниченности объема статьи мы приводим данные по биометрии растений сахарной свеклы в фазе смыкания листьев в междурядьях за 2017 г. (табл. 2). Использование испытуемых соединений существенно повлияло на формирование надземных органов культуры. Высота растений увеличилась на 2,15–5,8 см; число листьев – на 2,0–4,5 шт; площадь листьев – на 1,11–4,30 дм2 в сравнении с гербицидным эталоном. Увеличение параметров надземных органов повлекло увеличение биомассы и массы сухого вещества. Биомасса надземных органов увеличилась на 10,9–43,0 г; сухого вещества – на 2,6–10,9 г. Многие перечисленные показатели существенно превышают таковые также в контрольном варианте.

Таблица 2

Биометрия сахарной свеклы в фазе смыкания листьев в междурядьях гибрида F1 Аллигатор, 2017 г. (на одно растение)

Вариант

Высота растений, см

Число листьев, шт

Сырая

масса листьев, г

Сухая масса листьев, г

Сырая масса листовых пластинок, г

Площадь листьев, дм2

Корнеплод

длина, см

диаметр, см

масса, г

Контроль

34,1

14,7

83,20

20,82

47,10

8,05

25,3

8,2

587,60

Эталон

32,7

14,3

81,47

20,35

46,12

7,81

24,5

8,0

567,04

Id

20 г/га

36,2

16,3

96,38

24,10

54,58

9,28

28,7

9,3

650,40

Id

40 г/га

36,1

16,0

94,60

23,67

53,50

9,10

27,8

8,8

644,40

Ig

20 г/га

38,6

18,7

124,60

31,23

70,51

11,92

31,3

9,4

647,92

Ig

40 г/га

36,9

17,2

110,41

27,63

62,44

10,58

27,2

9,3

633,70

IIn

20 г/га

35,5

16,6

99,30

24,87

56,22

9,55

29,1

9,25

661,43

In

40 г/га

35,2

16,1

92,40

23,10

52,29

8,90

28,7

9,1

659,31

НСР05

4,7

2,4

6,3

3,4

8,0

2,1

3,15

1,3

12,5

Использование в качестве индукторов устойчивости соединений Id, Ig, In стимулировало не только рост и развитие надземных органов, но повлияло и на содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений. В большей степени это влияние сказалось на содержании хлорофиллов а и b, которое в опытных вариантах было значительно выше, чем в гербицидном эталоне (рис. 1, 2). Увеличение содержания пигментов свидетельствует о положительном влиянии индукторов устойчивости на иммунную систему культуры.

djduc3a.tif

Рис. 1. Содержание хлорофилла а в листьях сахарной свеклы, мг/дм2 (2017 г.): (1 – соед. Id 20 г/га; 2 – соед. Id 40 г/га; 3 – соед Ig, 20 г/га; 4 – соед. Ig 40 г/га; 5 – соед. In 20 г/га; 6 – соед. In 40 г/га)

djduc3b.tif

Рис. 2. Содержание хлорофилла b в листьях сахарной свеклы, мг/дм2 (2017 г.): (1 – соед. Id 20 г/га; 2 – соед. Id 40 г/га; 3 – соед Ig, 20 г/га; 4 – соед. Ig 40 г/га; 5 – соед. In 20 г/га; 6 – соед. IIIn 40 г/га)

Заключение

Таким образом, при обработке растений сахарной свеклы новыми индукторами устойчивости совместно с баковой смесью гербицидов получено существенное и достоверное повышение урожая в сравнении с гербицидным контролем.

Найденные нами новые действующие вещества могут послужить основой создания отечественных индукторов устойчивости, способных уменьшить гербицидный стресс на растения сахарной свеклы, увеличить адаптивные возможности культуры и тем самым сохранить урожай.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-44-230459 р_а и администрации Краснодарского края.


Библиографическая ссылка

Дядюченко Л.В., Тосунов Я.К., Дмитриева И.Г. РАЗРАБОТКА ИНДУКТОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ РАСТЕНИЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В РЯДУ ПРОИЗВОДНЫХ ТИЕНОПИРИДИНОВ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 11-2. – С. 248-253;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36934 (дата обращения: 24.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074