Фитонцидные вещества высших растений в борьбе с болезнями зерновых культур

DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11112 УДК 632.4:632.93

Фитонцидные вещества высших растений в борьбе с болезнями зерновых культур*

т. в. ЖАрЁХинА, научный сотрудник

Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук», ул. Оренбургский тракт, 48, Казань, 420059, Российская Федерация

Резюме. В поисках фитонцидных веществ российскими учеными изучено большое количество высших растений. Усилия исследователей должны быть направлены на снижение пестицидной нагрузки и поиск безопасных природных средств защиты растений от болезней. В лабораторном эксперименте изучали действие фитонцидных веществ высших растений при обработке семян яровой пшеницы на их всхожесть, зараженность болезнями (аль-тернариозом, гельминтоспориозом, фузариозом, плесневением семян, гельминтоспориозно -фузариозной инфекцией) и ростовые процессы. Исследования проводили в отделе агробиологических исследований Татарского научно-исследовательского института сельского хозяйства. Объект исследований - семена яровой пшеницы сорта Иделле урожая 2017 г. Цель работы - изучение влияния протравливания различными фитонцидными соединениями высших растений на всхожесть семян яровой пшеницы и степень развития болезней проростков. Фитопатологическую экспертизу семян проводили биологическим методом в рулонах фильтровальной бумаги согласно ГОСТ 12044-93. Изучали следующие варианты обработки семян: дистиллированная вода (контроль); водный настой репчатого лука; водный настой чеснока; водный настой корней лопуха; водный настой коры осины; эмульсия эфирного масла чайного дерева. Повторность 4-кратная, по 100 семян в каждой. Отмечено положительное влияние водных настоев лука, коры осины и эмульсии чайного дерева на всхожесть семян яровой пшеницы (увеличение до 5 % в зависимости от варианта). Обработка семян настоем репчатого лука, корней лопуха, коры осины, эмульсии чайного дерева сдерживала развитие комплекса гельминтоспориозно-фузариозных инфекций яровой пшеницы (снижение до 2,1 раза относительно контроля). Вещества, содержащиеся в настоях испытываемых лекарственных растений, не только проявляли фунгицидные свойства, но и стимулировали увеличение биомассы проростков яровой пшеницы во всех вариантах (от 8,0 до 25,4 %).

Ключевые слова: яровая пшеница, фитонциды, всхожесть, болезни, протравливание.

Для цитирования. Жарёхина Т. В. Фитонцидные вещества высших растений в борьбе с болезнями семян зерновых культур // Достижения науки и техникиАПК. 2018. Т. 32. № 11. С. 46-48. ОС1: 10.24411/0235-2451-2018-11112.

Ни одно растение на Земле не произрастает изолированно от микроорганизмов. На растениях всегда имеются какие-либо бактерии или грибы. Все они находятся в сложных взаимодействиях, в которых принимают участие вещества растительного происхождения, названные Б.П. Токиным фитонцидами.

Различают летучие и нелетучие фракции фитонцидов. Летучие выделяются растениями во внешнюю среду. Они способны убивать помещенные на некотором расстоянии от растений культуры патогенов. Весьма активные летучие фракции фитонцидов выделены из лука, хрена, чеснока, лимона, редьки, дайкона, петрушки, черной смородины, антоновских яблок и др. К нелетучим фракциям относятся

те, которые содержатся в самих растительных клетках и оказывают свое влияние при непосредственном контакте патогенов с протоплазмой, которая способна убивать или подавлять процессы их жизнедеятельности [1].

Химическая природа фитонцидов до сих пор изучена недостаточно. По-видимому, в их состав могут входить самые разнообразные по своему характеру химические вещества: эфирные масла, дубильные вещества, глюко-зиды, серосодержащие соединения, алкалоиды, катехи-ны, антоцианы, органические кислоты и др. Например, из чеснока выделено более десяти компонентов, которым в той или иной степени присущи бактерицидные свойства. Однако их бактериальная активность значительно ниже, чем у натурального сока чеснока [2].

С 70-х гг. ботаники-микробиологи успешно использовали фитонциды лука и хрена для протравливания семян ячменя, хлопчатника и других растений в целях борьбы с болезнями. Исследования Ф. Хетагуровой и В. Граменицкой показали мощное бактерицидное действие, а также тормозящее рост и размножение влияние фитонцидов чеснока, лука, сосны и цитрусовых на многие болезнетворные для растений бактерии [3].

На сегодняшний день в контроле микозов растений остается ряд важных нерешенных проблем. В последние десятилетия сильно увеличилась устойчивость возбудителей болезней к фунгицидам. В связи с этим актуален поиск эффективных малотоксичных средств растительного происхождения с комплексным воздействием на растение. Лекарственные растения - это важный, а иногда и единственный источник биологически активных веществ, определяющих ценность видов для защиты растений от болезней [4].

Сухой экстракт коры осины (Populus trémula L.) содержит фенол гл и козиды (салицин, сал икортин, тремулаци н, тремулоидин, популин), эфирное масло, ароматические кислоты, дубильные вещества, органические кислоты (бензойная, яблочная, аскорбиновая), горечи. Кроме того, в ее состав входит целый спектр микроэлементов (мг/кг сухого вещества): меди - 23...28, молибдена -0,03, кобальта - 0,06, цинка - 138.148, железа - 83.90, йода - 0,1.0,3, никеля - 0,7.1,0 [5].

Среди вероятных механизмов, ответственных за токсичность фенольных соединений для микроорганизмов, выделяют ингибирование ферментов в результате окисления соединений, возможно, путем реакции с сульфги-дрильными группами или за счет более неспецифических взаимодействий с белками микроорганизмов [6].

Корни лопуха особенно богаты инулином, минеральными веществами (соли селена, цинка, марганца, железа, калия, магния, хрома, кобальта, фосфора, кальция, меди), витаминами (А, С, Е, Р, группы В), жирными кислотами (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая, линолевая), алкалоидами, эфирными маслами, дубильными веществами, флавоноидами, иридоидными гликозидами и многими другими активными соединениями. Часть из них хорошо изучена и используется в фармацевтике и медицине [7].

*Работа выполнена в рамках государственного задания «Мобилизация генетических ресурсов растений и животных, создание новаций, обеспечивающих производство биологически ценных продуктов питания с максимальной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды» (номер регистрации: АААА-А18-118031390148-1).

Механизм антимикробного действия терпенов до конца не изучен, но предполагают, что их липофильная природа способствует разрушению цитоплазматической мембраны микроорганизмов. Кроме того, эфирные масла не дают возможности микроорганизмам сформировать собственные механизмы защиты и адаптироваться. Устойчивость к ним практически не развивается [8].

Масло чайного дерева - эффективный сильнейший антисептик, обладающий широким спектром антибактериальных, антигрибковых и антивирусных свойств. Наиболее эффективные его компоненты - терпинен-4-ол, а-пинен, линалоол и а-терпинеол. Патогенные грибы проявляют более выраженную чувствительность к эфирным маслам, чем непатогенные культуры [9].

Луковицы репчатого лука содержат витамины (аскорбиновая кислота), органические кислоты (яблочная и лимонная), флавоноид кверцетин, ферменты, сапонины, пектиновые вещества, гликозиды, кальций, калий, железо, фосфор, йод, серу, селен и др.

Тем не менее, в исследованиях на кафедре фармакогнозии Сибирского медицинского университета (Томск) активность лука репчатого была относительно мягкой [2].

Согласно результатам исследований, фитонциды чеснока убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов в первые минуты и даже секунды своего воздействия [10]. Чесночный сок содержит эфирное масло (0,23.. .0,74 %), в состав которого входит аллицин (сильнейший антиоксидант), органические соединения сульфидной группы (фитонциды) и другие биологически активные вещества, оказывающие фунгицидное, противовирусное действие. В составе чеснока много хрома, железа, магния, меди, мышьяка, витамина С и бета-каротина [2].

Цель исследования - изучить влияние протравливания различными фитонцидными веществами высших растений на всхожесть семян яровой пшеницы и степень развития болезней.

Условия, материалы и методы. Мы впервые исследовали в качестве фунгицидных веществ на семенах зерновых культур водные настои лекарственных растений (коры осины, корней лопуха) и эфирное масло чайного дерева. Кроме того, в опыт были взяты такие традиционные фитонцидные растения, как лук и чеснок. Эксперимент проводили в лаборатории сельскохозяйственной микробиологии ТатНИИСХ - ОСП ФИЦ КазНЦ РАН в 2017 г. Объект исследований - семена сорта яровой пшеницы Иделле.

Фитоэкспертизу проростков проводили согласно ГОСТ 12044-93. Зараженность болезнями определяли биологическим методом в рулонах фильтровальной бумаги. Схема опыта предусматривала изучение следующих вариантов обработки семян: дистиллированная вода (контроль); водный настой репчатого лука (200 г/л); водный настой чеснока (200 г/л); водный настой корней лопуха (8 г/л); водный настой коры осины (8 г/л); эмульсия эфирного масла чайного дерева (1,2 мл/л).

Для приготовления настоев существует 3 способа: холодный, горячий и смешанный. Однако при кипении действующие вещества лекарственных растений могут разрушиться. В связи с этим был выбран более щадящий способ их извлечения при температуре дистиллированной воды +60 оС. Лук репчатый и чеснок использовали в свежем измельченном виде, корни лопуха и кору осины -в сушенном, в фильтр-пакетах. В связи с отсутствием в фармацевтических сетях аналогичного высушенного сырья использовали эфирное масло чайного дерева, которое разбавляли рафинированным подсолнечным маслом. Время настаивания рабочих растворов - 15 минут. Расход рабочей жидкости для обработки семян - 20 л/т. Обработку

проводили в стеклянных чашках Петри. Длительность экспозиции - 3 часа. Протравленные семена выкладывали на полосы смоченной дистиллятом до полной влагоемкости фильтровальной бумаги длиной 55 см, шириной 10 см, зародышами вниз на расстоянии 2 см от верхнего края. Накрывали вторым слоем мокрой бумаги и полосой полиэтиленовой пленки. Готовые рулоны в стеклянных стаканах с водой на дне переносили в термостат. Температура воздуха в термостате +24 оС, проращивание проводили в течение 7 дней в темноте, с периодическим проветриванием и добавлением дистиллированной воды в стаканы с рулонами по мере подсыхания фильтровальной бумаги. Повторность в опыте - 4-кратная, по 100 семян в каждой.

Всхожесть и зараженность проростков болезнями подсчитывали на 7-й день. Средний процент пораженных семян определяли по четырем пробам, после чего устанавливали степень поражения тем или иным заболеванием.

В связи с тем, что наиболее хозяйственно значимые возбудители корневых гнилей зерновых культур - гель-минтоспориоз и фузариоз, определяли зараженность гельминтоспориозно-фузариозной инфекцией (ЗГФИ), которая рассчитывается как сумма развития гельминто-спориоза и фузариоза, выраженная в процентах.

Статистическую обработку результатов проводили в программе Microsoft Excel.

результаты и обсуждение. Кондиционными считаются семена с показателями качества, соответствующими нормам ГОСТ Р 52325-2005. Очень важное значение при этом имеет всхожесть, которая для яровой пшеницы должна быть не менее 92 %. По мере ее увеличения качество улучшается. Это проявляется в повышении полевой всхожести, продуктивности и урожайности растений. Например, при посеве семян со всхожестью более 96 % урожайность зерна увеличивалась на 12.. .18 %, по сравнению с семенами этого же сорта с 92.93 %-ной всхожестью [11].

Максимальная в опыте всхожесть (табл. 1) была отмечена в вариантах с обработкой семян водным настоем коры осины (86 %) и эмульсией чайного дерева (85 %). Можно предположить, что их полезные вещества стимулировали процессы прорастания семян и способствовали повышению их иммунитета.

Распространенность альтернариоза семян снижалась больше всего при обработке водным настоем чеснока (на 7 %). Остальные варианты обработки либо так же способствовали снижению развития этого заболевания (лук репчатый, кора осины), либо не оказывали очевидного ингибирования на его развитие (корни лопуха, чайное дерево). В целом на сегодняшний день возбудитель альтернариоза семян, как типичный сапрофитный почвенный обитатель, не считается причиняющим существенный экономический урон патогеном. Однако вопрос его «безобидности» остается открытым.

Таблица 1. всхожесть и распространенность заболеваний семян сорта яровой пшеницы иделле, 2017 г.

Вариант Всхожесть, % Зараженность болезнями, %

аль-терна-риоз гельмин-тоспо-риоз фузариоз ЗГФИ

Контроль 81 91 15 0 15

Лук репчатый 83 86 12 2 14

Чеснок 81 84 16 1 17

Лопух 80 94 7 0 7

Осина 86 87 13 1 14

Чайное

дерево 85 99 10 1 11

НСР05 4 9 6 2 8

Таблица 2. Масса проростков сорта яровой пшеницы иделле, 2017 г.

Вариант Масса 50 пророст- Прибавка к контролю

ков, г г %

Контроль 13,56 - -

Лук репчатый 14,75 1 ,19 8,8

Чеснок 14,65 1 09 8,0

Лопух 14,95 1 ,39 10,3

Осина 15,10 1 ,54 11,4

Чайное дерево 17,00 3 ,44 25,4

НСР05 0,20

Зараженность гельминтоспориозом в варианте с применением настоя корней лопуха сократилась в 2,1 раза, относительно контроля. По показателю ЗГФИ наилучшие результаты отмечены в вариантах с обработкой семян водным настоем лопуха и эмульсией эфирного масла чайного дерева (7 и 11 % соответственно).

При поражении эпикотиля растения такой инфекцией порог вредоносности варьирует в среднем от 2,5 до 6,0 %, а на каждый процент показателя выше порога вредоносности потери урожая увеличиваются на 1,1.1,6 % [12].

Настой чеснока не оказывал выраженного подавляющего действия на возбудителей гельминтоспориоза, а показатель ЗГФИ в варианте с применением настоя репчатого лука на семенах снизился всего на 1 % относительно контроля. Всхожесть повысилась на 2 %, распространенность альтернариоза уменьшалась на 5 %, гельминтоспориоза - на 3 %.

Вещества, содержащиеся в лекарственных растениях, не только проявляли фитонцидные свойства, но и стимулировали прирост биомассы проростков яровой пшеницы (табл. 2). Максимальную в опыте прибавку к контролю отмечали в варианте с обработкой семян пшеницы эмульсией чайного дерева (+25,4 %). В остальных вариантах достоверный положительный эффект составлял от 8,0 до 11,4 %).

выводы. В результате эксперимента выявлено положительное влияние на всхожесть семян сорта яровой пшеницы Иделле водных настоев лука репчатого (увеличение на 2 %), коры осины (на 5 %) и эмульсии чайного дерева (на 4 %), что в среднем соответствует повышению урожайности культуры на 5, 12,5 и 10 % соответственно.

Вещества, содержащиеся в изученных растениях, проявляли не только фитонцидные свойства, но и стимулировали прирост биомассы проростков яровой пшеницы (от 8,0 до 25,4 %).

Распространенность альтернариоза семян снижалась больше всего при обработке водным настоем чеснока (на 7 %).

Зараженность гельминтоспориозом при использовании настоя корней лопуха сократилась в 2,1 раза, относительно контроля, что позволяет сохранить около 20 % урожая зерна.

Обработка семян настоем корней лопуха и эмульсией чайного дерева оказывала тормозящее воздействие на развитие комплекса гельминтоспориозно-фузариозных инфекций (снижение на 8 и 4 % соответственно).

Литература.

1. Борисенко Д. В., Пащенко В. Л. Характеристика фитонцидов овощей с позиции обеспечения микробиологической чистоты хлеба // Вестник ВГУИТ. 2013. № 4. С. 191-193.

2. Benkeblia N. Antimicrobial activity of essential oil extracts of various onions (Allium cepa) and garlic (Allium sativum) // Lebensm Wiss Technol. 2004; 37(2). Рр. 263-268.

3. Физиолого-биохимические основы взаимного влияния растений в фитоценозе / под общ. ред. А. Л. Курсанова. М.: Наука, 1966. 344 c.

4. Марьин А. А., Коломиец Н. Э. Лекарственные растения и биологически активные вещества противогрибкового действия // Фундаментальная и клиническая медицина. 2017. Т. 2. № 4. С. 45-55.

5. Сурмина И. О. Лечение природой. Спб.: Владос-пресс, 2005. 290 с.

6. Razzaghi-Abyaneh M, Shams-Ghahfarokhi M, Rai M. Chapter 2. Antifungal Plants of Iran: An Insight into Ecology, Chemistry, and Molecular Biology Antifungal Metabolites from Plants. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. 469 p.

7. Рычкова Ю. В. Лечение крапивой и лопухом. М.: Рипол Классик, 2009. 64 с.

8. Arif T. Mandal T. K, Dabur R. Natural products: antifungal agents derived from plants // Opportunity, ^allenge, and scope of natural products in medical chemistry. 2011. № 81. Р. 283-311.

9. Атажанова Г. А. Терпеноиды эфирных масел растений. Распространение, химическая модификация и биологическая активность. М.: ICSPF, 2008. 288 с.

10. Прозоров А. Масло чайного дерева. Уникальные рецепты здоровья и красоты. Спб.: Сова, АСТ, 2006. 96 с.

11. Кирпа Н. За миг до посева // Вестник АПК Кубани. 2011 г. URL: http://vestina.ru/semena/8-za-mig-do-poseva-pro-kachestvo-semyan (дата обращения: 10.12.2018).

12. Защита зерновых культур от болезней / А. Ю. Кекало, В. В. Немченко, Н. Ю. Заргарян и др. // Куртамыш: ООО «Кур-тамышская типография», 2017. 172 с.

Phytoncide Substances of Higher Plants in the Disease Control of Grain Crops

T.V. Zharekhina

Tatarian Agricultural Research Institute - autonomous structural subdivision of the Federal Research Center of the Kazan Scientific Center of the RAS ul. Orenburgskii trakt, 48, Kazan', 420059, Russian Federation

Abstract. Russian scientists examined a large number of higher plants to find phytoncide substances. The efforts of researchers should be aimed at reducing the pesticide load, the search for safe natural means of plants protection from diseases. In a laboratory experiment seeds of spring wheat were treated with phytoncide substances of higher plants. The influence of these substances on the germinating capacity of seeds, the degree of infection

For citation: Zharekhina Т. V. Phytoncide Substances of Higher Plants in the Disease Control of Grain Crops. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 11. Pp. 46-48 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11112.