Способ повышения устойчивости зерновых и бобовых культур к болезням, вызываемым фитопатогенными грибами - RU2774889C1

Описание

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для защиты растений от комплекса фитопатогенов.

Уровень техники.

Объемы продукции растениеводства, производимой мировым сельским хозяйством, напрямую зависят от устойчивости культурных растений к абиотическим и биотическим факторам среды. Активное использование широкого перечня агентов для предпосевной обработки семян повышает толерантность растений к стресс-факторам. При этом требования к действию таких препаратов ужесточаются в части экологической безопасности, эффективности, повышению количества и качества итоговой продукции.

В настоящее время, особенно на территории Российской Федерации, не смотря на глубокий уровень проработанности тематики, связанной с эффективностью использования как классических, так и почвозащитных севооборотов, в связи с коммерциализацией этого сектора сельского хозяйства наблюдается масштабное упрощение структуры севооборотов до трех-четырехполья и активным использованием бессменных посевов пшеницы и подсолнечника. Такая практика приводит к снижению почвенного плодородия, накоплению вредителей и возбудителей болезней культурных растений. Поэтому разработка приемов повышения устойчивости растений к возбудителям болезней с сохранением или увеличением объемов производства является актуальной задачей прикладной науки.

Одним из перспективных подходов к повышению устойчивости культурных растений является предпосевная обработка семян биологически активными веществами, выделенными из лекарственных растений. Активным компонентом в отношении подавления фитопатогенной микрофлоры, стимулирования процессов роста и развития культурных растений являются эфирные масла [1]. Эфирные соединения и дубильные вещества, входящие в состав вытяжек из растений, обладают ярко выраженным фунгицидным воздействием в отношении к Fusarium solani, который вызывает гниение гипокотилей, проростков зерновых и бобовых культур в период вегетации со значительным снижением урожайности, достигающим 100% у восприимчивых сортов [1, 2].

Известен способ предпосевной обработки семян пшеницы, ячменя и сои водным раствором экстракта растений рейнутрии японской в концентрации 1-5% путем опрыскивания их из расчета 1 мл на 100 г семян. Способ позволяет повысить энергию прорастания и всхожесть семян сельскохозяйственных культур, устойчивых к поражению плесневыми грибами при одновременном снижении расхода препарата [3]. Существенным недостатком метода является тот факт, что растение относится к десятку самых опасных инвазивных растений в мире, сохранение для производственных целей небольших по площади территорий его произрастания ставит под угрозу безопасность естественных растительных сообществ.

Известен способ предпосевной обработки семян люцерны водным 0,2-0,3 % раствором амброзии полыннолистной (Ambrósia artemisiifólia) в течение 6-8 часов. Перед посевом влажные семена обволакивают клубеньковыми бактериями, отобранными из ризосферы растений люцерны 2-3 года жизни в фазу бутонизация - цветения [4]. Недостатком метода является покрытие влажных семян измельченными корнями люцерны, что приведет к увеличению размеров покрытых семян, осыпанию измельченных корней и сложностям при использовании автоматических сеялок для посева.

Известно средство стимулирования прорастания и защитных свойств семян путем замачивания в 5-6 % водном растворе сока вязеля пестрого (Securigera varia) перед посевом на 3-4 часа. Сок отжимают в фазу цветения растений, и добавляют 2-3 мл этилового спирта на 100 мл сока [5]. Недостатком этого изобретения является то, что вязель пестрый (Securigera varia)относят к вредоносным сорнякам России и его культивирование будет связано с ужесточением карантинных мероприятий.

Известен, способ предпосевной обработки семян амаранта, включающий использование фитостимуляторов, растворенных в водном растворе биопрепарата, отличающийся тем, что семена амаранта замачивают в 0,1 % водном растворе никандры физалисовидной (Nicandra physaloides) в течение 2-3 часов, после чего влажные семена обволакивают в измельченной цеолитсодержащей глине - аланит, насыщенной раствором йодистого калия в течение 8-10 часов [6]. Недостатком данного изобретения является использование редкого лекарственного растения, выращивание которого сопряжено с высокими требованиями к плодородию почв, а дополнительное покрытие глиной и йодистым калием значительно удорожит реализацию способа.

Известны способы замачивания семян в растворах биологически активных веществ, в качестве которых используются фармакологические препараты общеукрепляющего, стимулирующего и адаптогенного действия (препараты «Родиолы экстракт жидкий», «Элеутерококка экстракт жидкий», «Настойка аралии», «Женьшеня настойка», «Настойка прополиса», «Мумие алтайское»). Растворы биологически активных веществ для обработки семян получают методом последовательных десятичных разведений. Изобретение обеспечивает улучшение посевных качеств семян, повышение устойчивости растений к заболеваниям, ускорение развития, повышение урожайности и улучшение качества продукции. Недостатком вышеизложенного изобретения является дороговизна биопрепаратов особенно внедрении в производство [7].

Известен способ предпосевной обработки семян для повышения их устойчивости к ультрафиолетовому облучению, который способствует улучшению их посевных качеств за счет повышения адаптационного потенциала растений к абиотическим факторам и устойчивости к фитопатогенным микроорганизмам. В качестве биологически активных препаратов применяют водные экстракты растений, а именно, багульника болотного в четвертом-пятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10^-2-10^-4 % по массовой доле растительного сырья, или брусники в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10^-5 - 10^-7 % по массовой доле растительного сырья, или толокнянки в восьмом-десятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10^-6-10^-8 % по массовой доле растительного сырья, или водяники черной в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10^-5-10^-7 % по массовой доле растительного сырья, или ольхи кустарниковой в девятом-одиннадцатом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10^-9-10^-11 % по массовой доле растительного сырья, при этом растворы биологически активных веществ для обработки семян получают методом последовательных десятичных разведений и динамизации [8]. Недостатком прототипа является большой набор растений с ограниченным ареалом произрастания и ядовитость багульника болотного (Ledum palustre) которые ограничивают использование способа.

В качестве прототипа выбран коммерческий препарат Биосил, ВЭ в состав которого входят 100 г/л смеси тритерпеновых кислот (регулятор роста растений), экстракт хвои сибирской пихты, прилипатель, бактерицид, микроэлементы в виде хелатных комплексов и другие биодобавки. Производителем препарата «Биосил» является ООО «АЛСИКО-АГРОПРОМ», Россия, http://alsico.ru). Препарат обладает ростостимулирующими, фунгицидными и бактерицидными свойствами [9]. Препарат рекомендован для широкого перечня овощных, зерновых, плодовых и др. культур.

Цель настоящего изобретения состоит в усилении устойчивости к фитопатогенам и повышении посевных качеств семян растений после предпосевной обработки средством, полученным на основе вытяжки из растения.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в расширении арсенала экологически безопасных и эффективных способов предпосевной обработки семян, стимулирующих их ростовые процессы за счет фунгицидного действия компонентов вытяжки лекарственного растения.

Техническим результатом от решения поставленной проблемы является разработка усовершенствованного способа снижения зараженности семян культурных растений спорами фитопатогенных грибов в результате чего улучшаются посевные качества семян.

Состав для обработки семян получают простым легко воспроизводимым способом без применения органических или химически-агрессивных растворителей и жестких условий экстракции.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ разрабатывался на базе Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, г. Оренбург.

Для оценки эффективности использования разрабатываемого способа в качестве прототипа был взят коммерческий препарат - «Биосил», в составе которого главным компонентом выступает экстракт хвои пихты сибирской [9].

Для выполнения способа предпосевной обработки семян дополнительно к прототипу был использован экстракт багульника болотного (Ledum palustre) (RU №2618325) [8], а также экстракты лекарственных трав Anisum vulgare, Plantago major, Taraxacum officinale и Artemisia absínthium.

В качестве контрольных были использованы варианты без предпосевной обработки семян и обработка 2 % раствором KMnO₄.

В качестве тест-объектов использовали семена пшеницы мягкой сорт «Оренбургская 30» и ячменя ярового сорт «Оренбургский совместный» и вики посевной сорт «Камалинская 611».

На начальном этапе готовили составы для обработки семян. Для получения экстрактов из лекарственных трав, собирали вегетативную часть растений, произрастающих в степной зоне Южного Урала. В период вегетации надземную часть растений, срезали на уровне нижних листьев (не засоряя почвой), укладывали в полиэтиленовые пакеты, маркировали [10]. Собранное сырье сушили с использованием естественного или искусственного тепла. Сушку проводили в хорошо проветриваемом помещении. Каждый вид сырья в зависимости от действующих веществ сушат при определенных условиях, строго соблюдая температурный режим. Затем отбирали навеску величиной 10 г растительного сырья и приливали дистиллированную воду до 90 мл (раствор соответствует 1 десятичному разведению). Для аниса обыкновенного (Anisum vulgare) в качестве сырья использовали семена. Полученный раствор отфильтровают через складчатый фильтр (желтая лента). Во время приготовления растворы подвергали динамизации только после этого их разводили дистиллированной водой [11]. Приготовление маточных растворов и их последующее разведение проводили в соответствии с алгоритмом, изложенным в руководстве Швабе В., в котором определены концентрации экстрактов различных видов лекарственных растений, обладающих наибольшей биологической активностью [12]. Долее маточные растворы разводили и получали экстракты растений заданной концентрации: для Anisum vulgare − 10^-6-10^-8% массовой доли по растительному сырью; для Plantago major − 10^-1-10^-3% массовой доли по растительному сырью; для Taráxacum officinále − 10^-1-10^-3% концентрация массовой доли по растительному сырью и для Artemisia аbsínthium − 10^-7-10^-9% концентрация массовой доли по растительному сырью.

Достаточная степень разведения, гарантирующая безопасность маточного раствора, соответствует соотношению 1 части исходного раствора к 10 000 частям воды. Все встряхивают, устанавливают на водяную баню на 1 час и оставляют при комнатной температуре на 1 сутки. Водные экстракты лекарственных растений использовали в качестве биологически активных препаратов, основные способы разведения которых проводили по десятичной шкале [9, 11].

Осуществление изобретения.

Варианты обработок семян включали в себя использование контрольных вариантов (без обработки и с обработкой перманганатом калия), коммерческого препарата «Биосил» далее прототип, созданного на основе экстракта хвои пихты, экстракта багульника болотного и экстрактов ряда лекарственных трав, обладающих высоким содержанием биологически активных веществ, в первую очередь эфирных масел.

Варианты опыта включали следующий перечень вариантов опыта:

№ 1. Без обработки;

№ 2. Обработка семян 2 % раствором KMnO₄;

№ 3. Обработка семян препаратом «Биосил» - прототипом;

№ 4. Обработка семян экстрактом, приготовленным на основе багульника болотного. Для этого готовые маточные растворы Ledum palustre разводили дистиллированной водой до концентрации 10^-2- 10^-4% массовой доли по растительному сырью;

№ 5. Обработка экстрактом семян аниса обыкновенного (Anisum vulgare), разведенного дистиллированной водой до концентраций 10^-6-10^-8% массовой доли по растительному сырью;

№ 6. Обработка экстрактом подорожника обыкновенного (Plantago major), разведенного дистиллированной водой до концентраций 10^-1-10^-3% массовой доли по растительному сырью;

№ 7. Обработка экстрактом одуванчика лекарственного (Taráxacum officinále), разведенного дистиллированной водой до концентраций 10^-1-10^-3% концентрация массовой доли по растительному сырью;

№ 8. Обработка экстрактом полыни горькой (Artemisia аbsínthium), разведенного дистиллированной водой до концентраций 10^-7-10^-9% концентрация массовой доли по растительному сырью;

Для контрольного варианта без обработки использовали чистые сухие семена. Раствор KMnO₄ готовили путем растворения 2 г соединения в 1 л водопроводной воды (2% раствор). Обработка семян производилась полным погружением и выдерживанием семян в течение 30 минут в растворе, последующей промывкой чистой водой. Обработка семян препаратом «Биосил» проводилась в соответствии с инструкцией при расходной норме 50 мл/т.

Обработка семян экстрактами растений проводилась путем погружения семен в сухую емкость с последующим добавлением раствора экстракта одного из растений (соотношение «семена : раствор» составляет 1:1 по объему), перемешивают и оставляют на 24 часа. По истечении этого времени семена извлекают из растворов, рассыпают на сухую фильтровальную бумагу и просушивают до сыпучего состояния.

Исследование проводили общеизвестными методами в соответствии с ГОСТ 12038-84 и 12044-93 [13, 14]. Из средней отбирали три рабочие пробы по 50-100 семян в зависимости от вида и проращивали в рулонах бумаги. На двух слоях увлажненной водопроводной водой бумаги размером 10х100 см (±2 см) раскладывают одну пробу семян зародышами вниз по линии, проведенной на расстоянии 2-3 см от верхнего края листа. Семена округлой формы раскладывают без ориентации зародыша, затем сверху накладывают полоску полиэтилена. Потом сверху семена накрывают полоской увлажненной бумаги такого же размера, затем полосы неплотно сворачивают в рулон и помещают в вертикальном положении в термостат при температуре 25°С, температура не должна отклоняться более чем на ±2°С. При проращивании семян в рулонах обеспечивают постоянную вентиляцию в термостатах. Воду в поддоне на дне термостата меняли через каждые 3-5 суток. Анализ всхожести проросших семян проводили через 3-5 суток. При этом день закладки семян на проращивание и день подсчета энергии прорастания или всхожести считают за одни сутки.

Обработка результатов. Данные морфометрических показателей семян заносили в рабочий журнал. По каждой из проб регистрировали всхожесть, длину корней и ростков (см), затем эти показатели суммировали и учитывали только общую длину растения (L, см):

IT - индекс толерантности, %

L вар - длина исследуемого растения в целом, см

L прототип - длина растения в варианте обработки- прототип, см

Зараженность семян (Х) в процентах вычисляют по формуле:

где N- суммарное количество заражённых семян в трёх пробах, шт.;

n- общее количество семян, взятых для анализа, шт.

Постановка опыта и учет количества зараженных семян показал, что всхожесть и морфометрические показатели растений в вариантах пшеницы яровой, ячменя ярового и вики посевной при отсутствии предпосевной обработки, либо использовании 2 % раствора перманганата калия уступают аналогичным показателям при обработке семян препаратом «Биосил» и экстрактом Ledum palustre, что свидетельствует о высокой эффективности использования экстрактов растений для предпосевной обработки семян (табл. 1).

Использование экстракта Ledum palustre привело к достоверному увеличению всхожести ячменя ярового сорта «Оренбургский совместный» более чем на 20 %, а вики посевной сорта «Камалинская 611» на 15 % (табл. 2). По морфометрическим показателям и значению индекса толерантности этот вариант обработки уступал прототипу на 6,3% для пшеницы яровой, для ячменя посевного на 14,74 % и на 22,5 % для вики посевной (табл. 3).

Варианты использования для обработки семян экстрактов Anisum vulgare и Plantago major не привели к достоверному увеличению витальных и морфометрических показателей тест-культур, поэтому перспективными агентами для предпосевной обработки семян рассматриваться не могут.

Результаты воздействия экстрактов одуванчика лекарственного (Taráxacum officinále) и полыни горькой (Artemísia absínthium)продемонстрировали достоверное увеличение всхожести и морфометрических параметров с максимальным положительным эффектом по отношению к изученным показателям в варианте обработки экстрактом полыни горькой.

Индекс толерантности позволяет не только судить об увеличении морфометрических параметров, но и об устойчивости растения к внешним воздействиям. Поэтому увеличение этого показателя в варианте обработки экстрактом полыни горькой на 57,64 % для растения пшеницы, на 171,39 % для ячменя и 110,36 % для вики посевной свидетельствует о сильном стимулирующем воздействии и большей устойчивости таких растений к воздействию абиотических и биотических факторов среды. В этом варианте опыта значения всхожести культурных растений составили 100 %, вариант с использованием экстракта Artemisia absínthium оказался единственным использование которого привело к полному подавлению роста фитопатогенных микроорганизмов у всех изучаемых культур (табл. 4).

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности использования экстрактов лекарственных растений для предпосевной обработки семян в целях снижения их зараженности фитопатогенами. Это стимулирует процессы роста и развития зародыша в зерновках зерновых и семенах бобовых культур. Использованные в ходе исследования растения имеют высокое содержание биологически активных веществ с максимальным проявлением фунгицидного воздействия для экстракта полыни горькой.

Источники информации:

1 Влияние эфирных масел на микроорганизмы различной таксономической принадлежности в сравнении с современными антибиотиками. Сообщение III. Действие масел лаванды, розового дерева, эвкалипта, пихты на некоторые грамотрицательные бактерии / Е.В. Жученко, Е.Ф. Семенова и др. // Известия ВУЗ. Поволжский регион. - 2015.- № 1 (9). - С. 30-39.

2. Nzungize, J. R., Lyumugabe, F., Busogoro, J. P., & Baudoin, J. P. (2012). Pythium root rot of common bean: biology and control methods. A review. BASE, 2012. V. 16 (1), pp. 40-413.

3. Патент на изобретение RU № 2675534 Способ предпосевной обработки семян / С.А. Боровая, О.Г. Зорикова, А.Ю. Маняхин : опубл. 19.12.2018. Бюл. №35.

4. Патент на изобретение RU № 2479974 Способ предпосевной обработки семян люцерны / Б.Х. Жеруков, И.М. Ханнева, М.Х. Ханев, К.Г. Магомедов, С.А. Бекузарова, А.Л. Бознев : опубл. 27.04.2013. Бюл. №12.

5. Патент на изобретение RU № 2528436 Способ предпосевной обработки семян / С.А. Бекузарова, Ф.Т. Цомартова, Г.В. Лущенко, В.М. Турнева, В.И. Гаснев : опубл. 20.09.2014. Бюл. №26.

6. Патент на изобретение RU № 2618314 Способ предпосевной обработки семян амаранта / С.А. Бекузарова, А.Д. Бекмурзов, З.Т. Дзобелова : опубл. 03.05.2017. Бюл. №12.

7. Патент на изобретение RU № 2466523 Способ предпосевной обработки семян / Н.В. Зайцева : опубл. 20.11.2012. Бюл. №32.

8. Патент на изобретение RU № 2618325 Способ предпосевной обработки семян для повышения их устойчивости к ультрафиолетовому облучению / Н.В. Зайцева : опубл. 03.05.2017. Бюл. №13.

9. Попова Е.А. Роль регулятора роста «Биосил» в устойчивости пшеницы к корневой гнили / Е.А. Попова // Современные тенденции в науке и образовании: Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции: электронный ресурс, София, Болгария, 10 июня 2017 года. - София, Болгария: Научно-издательский центр «Мир науки», 2017. - С. 82-85.

10. Фармакогнозия. Учебник / Д.А. Муравьева. - М.: Медицина, 1991. - 560 с.

11. Государственная фармакопея Российской Федерации (четырнадцатое изд.), Министерство здравоохранения Российской Федерации, HMP. ОФС.1.5.1.0001.15 «Лекарственное растительное сырье, лекарственные субстанции лекарственных растений» Москва, 2018. - 7019 с.

12. Гомеопатические лекарственные средства: руководство по описанию и изготовлению / В. Швабе, под редакцией В.И. Рыбака. - М.б.и., 1967.- 373 с.

13. ГОСТ 12038-84 Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Методы отбора проб. Москва: Стандартинформ, 2011. - 121 с.

14. ГОСТ 12044-93. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения зараженности болезнями. М.: Стандартинформ, 2011. - 59 с.

Примечание: * достоверно при р ≤ 0,05 (различие с прототипом)

Примечание: * достоверно при р ≤ 0,05 (различие с прототипом)

Примечание: * достоверно при р ≤ 0,05 (различие с прототипом).

Примечание: * достоверно при р ≤ 0,05 (различие с прототипом)

Реферат

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству. Предложен способ повышения устойчивости зерновых и бобовых культур к болезням, вызываемым фитопатогенными грибами, включающий предпосевную обработку семян путем смешивания с экстрактом полыни горькой Artemisia аbsinthium в концентрации 10^-7-10^-9% массовой доли по растительному сырью в соотношении 1:1 по объему в течение 24 ч. Изобретение обеспечивает расширение арсенала экологически безопасных и эффективных способов предпосевной обработки семян, стимулирующих их ростовые процессы за счет фунгицидного действия компонентов вытяжки лекарственного растения. 4 табл.

Формула