СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИММУНИТЕТА И ПРОДУКТИВНОСТИ ГОРОХА Российский патент 2012 года по МПК A01C1/06 A01C1/08 A01N59/06 

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании гороха для повышения иммунитета к корневым гнилям, вызываемым грибом Fusarium oxsysporum, и повышения продуктивности гороха.

Важную роль в формировании иммунитета у растений играют ферменты, например пероксидаза, которая является одним из составляющих антиоксидантной системы растений.

Пероксидаза является одной из важнейших каталитических систем среди биохимических факторов защиты растений от патогенных организмов, активно участвующей в саморегуляции метаболизма при заражении. Устойчивость растений к инфицированию их тканей обусловлена способностью этого фермента к активации в процессе патогенеза (Акимова Г.П., Соколова М.Г., Нечаева Л.В. Изменение активности и каталитических свойств пероксидазы корней гороха на начальных этапах инфицирования Rhizobium leguminosarum // Агрохимия. - 2004. - №1. С.86-90) [1].

Активация пероксидазы в ответ на стрессы является одним из ключевых процессов формирования и развития защитных реакций в растительных клетках. Активность этого фермента в растении повышается при инфицировании фитопатогенами, обработке биологически активными препаратами, при ранении, при изменении температурного режима. Высказываются предположения, что пероксидаза может участвовать в регуляции уровня и активности эндогенных и экзогенных сигнальных молекул в растении, например, через механизмы синтеза и деградации некоторых фитогормонов, перекисных соединений и соединений фенольной природы (Максимов И.В., Черепанова Б.А., Сурина О.Б. Влияние салициловой кислоты на активность пероксидазы в совместных культурах каллусов пшеницы с возбудителем твердой головни Tilletia caries // Физиология растений. - 2004. - Том 51. - №4. - С.534-540) [2].

Известно также влияние солей металлов на уровень активности пероксидазной системы корней гороха. Измерение активности пероксидазы проводилось методом люминал-зависимой хемилюминесценции (Муштакова В.М., Фомина В.А., Роговин В.В. Стимуляция пероксидазозависимого механизма неспецифического иммунитета животных и растений. Труды научной конференции Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН, Апрель, 1998, с.22) [3].

Недостатком известных способов повышения иммунитета является то, что они не дают усиления иммунитета и повышения продуктивности гороха, инфицированных возбудителем корневых гнилей Fusarium oxsysporum.

Задачей изобретения является, повышение иммунитета к Fusarium oxsysporum и продуктивности гороха.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном способе для усиления иммунитета и повышения продуктивности гороха семена обрабатывают солями металлов, согласно изобретению в качестве солей металлов используют соли магния (MgSO₄ или MgCl₂) в концентрации 0,0001%, которыми обрабатывают семена перед посевом в течение 2-х часов.

MgSO₄ - Магний сернокислый (магния сульфат) и MgCl₂ - (магния хлорид) - представляет собой сыпучий порошок, состоящий из бесцветных кристаллов, а в зависимости от марки имеющий цвет белый или светлосерый. Это - соли, растворимые в воде, пожаро- и взрывобезопасны.

Роль магния для растения заключается в том, что он входит в состав хлорофилла, вещества, определяющего зеленый цвет растения. Хлорофилл жизненно важен для растений, поскольку он отвечает за поглощение энергии Солнца и превращение ее в химическую энергию, необходимую для жизнедеятельности.

Испытания проводили на 4-х сортах гороха Pisum sativum, различающихся устойчивостью к Fusarium oxsysporum: устойчивых - сорт Т-206, сорт Din Dalle и восприимчивых: - сорт Смарагд, сорт 130-04 к Fusarium oxsysporum.

Варианты исследований:

- здоровые семена гороха,

- здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum;

- здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%;

- Здоровые семена инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%;

Обработку солями магния проводили перед проращиванием в течение двух часов.

Показания активности фермента пероксидазы измеряли в течение первых 10 дней проращивания, начиная со 2-го дня.

Пример 1

На устойчивом сорте гороха Т-206 исследована активность фермента пероксидазы по всем вариантам исследования на протяжении 10 суток прорастания, начиная со 2-го дня. Выявлено повышение активности фермента в здоровых семенах со 124 до 950 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, обнаружено снижение активности фермента со 136 до 38 у.е. В здоровых, семенах инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности со 154-155 до 686-720 у.е. за первые четверо суток эксперимента. Затем активность падает до 170-179 у.е. и, начиная с восьмого дня, значительно повышается до 1067-1011 у.е. соответственно (Табл.1).

Таблица 1 Активность пероксидазы (в у.е) проростках устойчивого сорта гороха Т-206 Сутки проращивания 2 4 5 7 8 10 Здоровые семена 124 711 525 146 349 950 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum 136 100 98 75 40 38 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; 154 686 480 170 370 1067 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; 155 720 498 179 380 1011

Таким образом, на примере устойчивого сорта гороха T-206 показано повышение активности фермента пероксидазы в инфицированных Fusarium oxsysporum семенах при дополнительной обработке магнием.

Для достижения достоверности эксперимента исследования проводили на другом устойчивом сорте гороха Din Dalle. Активность фермента в здоровых семенах исследуемого сорта повышается со 159 до 302 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 131 до 40 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001% наблюдается аналогичное с предыдущим устойчивым сортом гороха повышение активности до 1129-1011 у.е. на четвертый день эксперимента и последующее снижение к восьмому дню до 167-189 у.е. Затем активность на десятый день повышается до 325-358 у.е. соответственно (Табл.2).

Таблица 2 Активность пероксидазы (в у.е) проростках устойчивого сорта гороха Din Dalle Сутки проращивания 2 4 5 7 8 10 Здоровые семена 159 1011 750 505 166 302 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum 131 98 94 77 44 40 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; 161 1129 980 585 167 325 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; 170 1011 960 552 189 358

Таким образом, полученные данные на двух устойчивых сортах гороха Т-206 и Din Dalle показывают положительное влияние магния в разных концентрациях на повышение активности фермента пероксидаза в сравнении с вариантом без дополнительной обработки магнием.

Эксперимент проводили также на восприимчивом сорте гороха Смарагд. Активность фермента в здоровых семенах, исследуемого сорта повышается со 169 до 215 у.е. (Табл.3).

Таблица 3 Активность пероксидазы (в у.е) проростках восприимчивого сорта гороха Смарагд. Сутки проращивания 2 4 5 7 8 10 Здоровые семена 169 173 181 197 204 215 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum 156 98 95 88 36 32 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; 126 130 181 202 218 285 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001%; 136 129 160 235 256 295

В здоровых семенах инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 156 до 32 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности с 126-136 до 285-295 у.е. со второго дня эксперимента по десятый соответственно).

Таким образом, так же как и на устойчивых, так и на восприимчивом сорте гороха Смарагд активность фермента повышается под влиянием магния, в то время как без дополнительной обработки магнием активность пероксидазы снижается.

Другой восприимчивый сорт гороха, на котором проводили испытания - 130-04. Активность фермента в здоровых семенах исследуемого сорта повышается со 125 до 212 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum, активность фермента снижается со 146 до 36 у.е. В здоровых семенах, инфицированных Fusarium oxsysporum и обработанных Mg 0,001% и Mg 0,0001%, наблюдается повышение активности с 128-131 до 286-204 у.е. со второго дня эксперимента по десятый соответственно (Табл.4).

Таблица 4 Активность пероксидазы (в у.е) проростках восприимчивого сорта гороха 130-04 Сутки проращивания 2 4 5 7 8 10 Здоровые семена 125 125 169 176 196 212 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum 146 105 99 90 46 36 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,001%; 128 128 197 213 249 286 Здоровые семена, инфицированные Fusarium oxsysporum и обработанные Mg 0,0001% 131 131 176 186 197 204

Таким образом, на двух восприимчивых сортах гороха получена идентичная картина повышения активности фермента при обработке магнием и снижения активности без обработки.

Лабораторные исследования показали, что применение солей магния имеет биологический эффект, т.е повышение активности фермента на устойчивых и восприимчивых сортах гороха на фоне заражения Fusarium oxsysporum и обработки солями магния указывает на повышение иммунитета у больных растений. Наиболее оптимальным вариантом является применение солей магния в концентрации 0,0001%.

Полевые исследования (Табл.5) показали положительное влияние предпосевной обработки семян гороха солями магния в течение 2-х часов на повышение продуктивности среднеустойчивого сорта Орпела.

Таблица 5 Влияние солей магния на продуктивность гороха сорта Орпела Варианты Длина стебля, см Всего бобов на 1 растение, шт. Число семян с 1 растения, шт. Вес семян с 1 растения, г Степень развития корневых гнилей, % Контроль без обработки 41,5 4,1 19,7 3,31 30,0 Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% 48,1 6,6 32,4, 5,45 10,1

Под влиянием предпосевной обработки семян гороха среднеустойчивого сорта Орпела солями магния в концентрации 0,0001% увеличивается длина стебля на 7 см, число бобов возрастает от 4,1 - у контроля до 6,6 - у обработанных. Число семян с 1-го растения увеличивается от 19,7 - у контроля, до 32,4 шт. - у обработанных магнием. Вес семян у контрольных растений составил 3,31 г, а у опытных растений - 5,45 г. Степень развития корневых гнилей в опытном варианте снизилась на 20%.

Исследования на сорте гороха Фараон показали, что предпосевная обработка семян солями магния влияет на развитие корневой системы и вегетативной части растений гороха. Действие магния на семена позволяет снизить пораженность корневой системы растений корневыми гнилями до 10% и уменьшить степень развития болезни до 15% (Табл.6).

Таблица 6 Влияние солей магния на развитие корневых гнилей на сорте гороха Фараон. Варианты опыта Пораженность растений корневыми гнилями, % Снижение к контролю, % Развитие корневых гнилей, % Снижение к контролю, % Контроль без обработки 65,0 - 41,3 - Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% 55,0 10,0 36,3 5,0

Предпосевная обработка семян магнием влияет на развитие корневой и вегетативной части растений гороха. Зеленая масса растений гороха, обработанных солями магния, превышает контроль на 49,5 г или на 21,5% (Табл.7).

Таблица 7 Влияние солей магния на вегетативную массу растений на сорте гороха Фараон. Варианты опыта Зеленая масса растений, г Прибавка к контролю, г Масса корней, г Прибавка к контролю, г Контроль без обработки 230,0 - 9,5 - Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% 279,5 49,5 10,0 0,5

В результате обработки повышается также полевая всхожесть до 5% и происходит увеличение урожайности до на 0,14 т/га или 3,7%. Прибавка в урожае гороха составила к контролю 6,20 т/га или до 5,3% (Табл.8).

Таблица 8 Влияние солей магния на всхожесть и урожайность гороха сорта Фараон. Варианты опыта Полевая всхожесть, % Урожайность, т/га Прибавка к контролю т/га % Контроль без обработки 86 3,78 - - Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% 91 3,92 0,14 3,7

Таблица 9 Влияние солей магния на продуктивность гороха сорта Фараон. Варианты опыта Длина стебля, см Количество бобов на одном растении, шт Количество семян с одного растения, шт Масса семян, г Масса 1000 семян, г Контроль без обработки 97 6,4 24,3 5,6 240,2 Здоровые семена, обработанные Mg 0,0001% 99 7,0 27,2 5,8 241,8

От действия солей магния на семена отмечено повышение количества бобов (в среднем с одного растения) на 9,4 20,3%, количества семян с одного растения от 11,9 до 24,2% и массы семян на 3,4-14,3% (Табл.9).

Таким образом, проведенные лабораторные и полевые исследования показали, что повышение иммунитета и продуктивности растений гороха происходит при обработке их солями магния.

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству. Техническим результатом изобретения является повышение иммунитета к корневым гнилям, вызываемым грибом Fusarium oxsysporum, и продуктивности гороха. Способ повышения иммунитета и продуктивности гороха заключается в том, что семена обрабатывают солями металлов. В качестве солей металлов используют соли магния (MgSO₄ или MgCl₄) в концентрации 0,0001%, которыми обрабатывают семена перед посевом в течение 2-х часов. 9 табл.

Способ повышения иммунитета и продуктивности семян гороха, заключающийся в том, что семена гороха перед посевом обрабатывают солями металлов, отличающийся тем, что в качестве солей металлов используют соли магния (MgSO₄ или MgCl₂) в концентрации 0,0001% в течение двух часов.