Эффективность действия биорегуляторов из Verbascum densiflorum Bertol. на процессы развития овощных культур

Известно, что процесс роста и развития растений осуществляется вследствие реализации ряда программ, контролирующих дифференциацию, развитие клетки, ткани, органа и целого организма. Наличие в растительной клетке эндогенных систем координации и саморегуляции является основой для управления ими с помо- щью различных экзогенных регуляторных комплексов, среди которых важная роль отводится биологически активным веществам. И это не случайно, учитывая их многообразное влияние на рост, развитие, повышение устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды, урожайность и улучшение качества продукции. К настоящему времени синтезированы сотни таких соединений, хотя из них в технологиях сельскохозяйственного производства используются лишь немногие. Широкое применение регуляторов роста тормозит недостаточная изученность механизмов их регуляторного влияния с учетом биологических особенностей растений и высокой избирательности действия разных по структуре биологически активных соединений. Анализ многочисленных публикаций за последние годы свидетельствует об эмпирическом подходе к выбору и использованию регуляторов роста для различных видов растений, проходящий зачастую без учета биологических особенностей каждого из них и тех глубоких изменений метаболических процессов, которые происходят при обработке растений биорегуляторами. Не учитывается также зависимость их действия от факторов внешней среды и т. д. (Аутко А.А. и др., 2003; Алексеева К.Л., 2008). Как показали наши многолетние исследования, биологически активные вещества растительного происхождения различной химической природы оказывают существенное влияние на многие реакции обмена веществ в зависимости от генотипа, и степень изменения указанных процессов различна (Bespaliko L.V. et al, 2009; Балашова И.Т. и др., 2017; Козарь Е.Г. и др., 2017; Боровская А.Д. и др., 2018; Мащенко Н.Е. и др., 2019; Borovskaia, A. et al., 2019).

При сложившемся уровне производства овощных культур в Молдове внедрение интенсивных технологий представляется проблематичным без широкого использования регуляторов роста, активно влияющих на посевные качества семян, индуцирующих устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям произрастания, повышающих качество и приживаемость рассады, стимулирующих завязываемость, формирование и созревание урожая, увеличивающих продуктивность и улучшающих качество получаемой продукции. Рациональность использования данных биорегуляторов связана с их влиянием на физиолого-биохимические показатели и сортоспецифич-ность действия на растения.

Особенности температурного и водного режимов Республики Молдова являются стрессовыми для многих ценных сельскохозяйственных культур. Очевидно, что повышение устойчивости овощных растений к неблагоприятным условиям произрастания является существенным резервом увеличения урожайности при уже достигнутом уровне интенсификации их производства (Ботнарь В.Ф., 2011).

Применение биологически активных веществ в современных технологиях возделывания овощных культур имеет большое практическое значение, определяющееся рядом обстоятельств, в том числе индуцированием устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды (засухе или избытку влаги, повышенной или пониженной температуре) и к ряду патогенов. Регулируя процессы развития растений, они способствуют ускорению роста, повышению урожайности и улучшению качества получаемой продукции.

Как показали исследования, спектр и степень действия природных биорегуляторов зависят от их химической структуры, а также вида, сорта, жизнеспособности семян и условий выращивания культуры. Поэтому для эффективного использования биорегуляторов растительного происхождения в качестве элемента технологии возделывания овощных культур необходимо учитывать их видовую и сортовую специфичность в каждом конкретном случае (Козарь Е.Г. и др., 2017; Мащенко Н.Е. и др., 2018).

В данной работе приведены результаты исследований по применению суммы иридоидных и фенольных соединений гликозидной природы, полученных из надземной части дикорастущего растения коровяк густоцветковый ( Verbascum densiflorum Bertol) в качестве регулятора роста на традиционно выращиваемых в Молдове овощных культурах – томате, луке репчатом, огурце и капусте белокочанной. Данные культуры были выбраны не случайно. Согласно данным «Anuarul Statistic al Moldovei» (2019) в 2018 году их посевы занимали 24,2% посевных площадей овощных культур республики. В специализированных хозяйствах урожайность томатов достигает 50-60 т/га, огурцов 35-40 т/га, лука репчатого – 40-50 т/га, капусты белокочанной - 55-65 т/га, тогда как средний урожай томатов и капусты по республике не превышает 12-15 т/га, а огурцов и лука – 10-12 т/га. Одной из причин невысокой урожайности является низкая полевая всхожесть семян из-за неблагоприятных условий – весенние заморозки, частые дожди, высокая температура (Высочин, В.Г., 2006; Ботнарь В.Ф., 2011). При недостаточной энергии прорастания всходы часто не способны преодолеть почвенную корку, образовавшуюся в результате весенних осадков и быстрого подсыхания почвы (Боровская А.Д., 2018). Применение биорегуляторов для предпосевной обработки семян и является одним из приемов, повышающих полевую всхожесть семян (Козлов И.И., 2011; Borovskaia, A. et al., 2018).

Материалы и методы

Для предпосевной обработки семян растворами регуляторов роста рекомендуется использовать концентрацию веществ, оказавшую наибольшее положительное действие на энергию прорастания и общую всхожесть семян при лабораторном тестировании. В этом случае наиболее эффективным оказался вариант с применением 0,01% раствора суммы вербаскозидов.

Для производственных испытаний в качестве объектов исследования были взяты семена капусты белокочанной позднеспелого сорта Шедевр, томата – среднеспелого сорта Примула, огурца – сорта Родничок и лука репчатого – сорта Халцедон. Семена замачивали в 0,01% водном растворе суммы иридоидных и фенольных гликозидов из коровяка в течение 15-20 мин. с последующей подсушкой до сыпучести из расчета 0,5-0,8 литра раствора на 1 кг семян. Производственные испытания проводили на экспериментальных полях Приднестровского научно-исследовательского института сельского хозяйства (Республика Молдова, Тирасполь). Расположен город на южной окраине Восточно-Европейской равнины в степной зоне.

Географические координаты города 46°50` северной широты и 29°37` восточной долготы. Климат умеренно континентальный. Лето солнечное, жаркое и засушливое. Осадки летнего периода чаще всего ливневого характера, иногда сопровождаются сильным ветром и градом. Высокие температуры воздуха устойчивы. Преобладающим типом почв на территории региона являются чернозёмы обыкновенные среднемощные.

Орошение производственно-экспериментального участка – капельное. Оценивали влияние предпосевной обработки семян на рост и развитие растений, их урожайность. Опыты проводили в 3-х кратной повторности.

В опыте применяли очищенную сумму биологически активных соединений (сумму вербаскозидов), которую получили методом исчерпывающей экстракцией 60%-ным водным этиловым спиртом из надземных частей Verbascum densiflorum Bertol. (сем. Scrophulariaceae ), собранного в период цветения. После предварительной очистки от балластных веществ, экстракт фракционировали на колонке с сефадексом, а затем адсорбционно-распределительной хроматографией активной фракции на колонке с силикагелем получили сумму иридоидных и флавоноидных гликозидов. Анализ за разделением осуществляли методом тонкослойной хроматографии [Ma ș cenco N. et al., 2015].

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием компьютерной программы Excel.

Результаты и обсуждение

Овощные культуры в эксперименте выращивали без-рассадным способом. Для получения гарантированного урожая особое значение имеет всхожесть семян. Решению этой проблемы способствовала предпосевная обработка семян водными растворами суммы вербаскозидов в качестве индукторов энергии прорастания (Боровская А.Д., 2018; Мащенко Н.Е. и др., 2018).

Лабораторное тестирование исследуемых соединений выявило их стимулирующий эффект на первичные процессы метаболизма семян овощей, выразившийся в повышении энергии прорастания, общей всхожести, увеличении длины зародышевых корешков и проростков.

По показателям энергии прорастания следует отметить вариант с предпосевной обработкой семян лука репчатого раствором вербаскозидов в концентрации 0,01%. В этом случае энергия прорастания превышала водный контроль на 48,2% (табл. 1, рис. 1).

Испытуемые растворы вербаскозидов обеспечили и существенное повышение общей всхожести семян овощных культур. Самые высокие показатели были получены в случае предпосевного замачивания семян огурцов. Всхожесть семян в данном варианте достигала 92,2% и превышала контроль на 56,6% (табл. 2).

Следует отметить положительное действие вербаско-зидов на рост корешков и проростков. Особое внимание заслуживает вариант с применением указанного биорегулятора на семенах капусты белокочанной, в котором длина проростков превысила контроль в 2 раза (табл. 3).

Поскольку при лабораторном тестировании по степени стимулирующего эффекта на ростовые процессы семян овощных культур, выделились варианты с использованием суммы соединений из Verbascum densiflorum в концентрации 0,01%, для дальнейших исследований мы применяли указанную концентрацию.

Оценка последействия предпосевной обработки семян в производственных испытаниях подтвердила положительное влияние изучаемого биорегулятора, полученного из коровяка густоцветкового. Применение указанного элемента в технологии возделывания овощных культур ускорило интенсивность развития растений, которые на опытных участках отличались от контрольных яркой окраской, утолщенным стеблем, компактностью и превосходством в росте (рис. 2,3).

Благодаря использованию суммы вербаскозидов для обработки семян томатов, лука, огурцов и капусты нам удалось получить необходимую густоту стояния посевов, более дружные и выровненные всходы. Показатели полевой всхожести овощных культур на опытных участках превосходили контрольный вариант более чем в 1,7-2,0 раза.

В результате стимулирования ростовых процессов растений наблюдалось значительное повышение урожайности на экспериментальных участках (табл. 4).

Исследования показали, что положительное влияние испытуемого биорегулятора на рост и развитие растений огурца сохраняется в течение всего вегетационного периода. По количеству собранных плодов и их массе вариант с применением суммы вербаскозидов превосходил контрольный опыт практически во всех сборах. Количество плодов, собранных с 1 м2 на экспериментальном участке, превышало контрольный вариант на 25,3% (табл. 4).

Таблица 1. Влияние вербаскозидов на энергию прорастания семян овощных культур, 0,01% водный раствор Table 1. The effect of verbascosides on seed germination energy of vegetable seeds, 0,01% aqueous solution

Вариант	Томат		Лук репчатый		Огурец		Капуста белокочанная
	%	% к контролю	%	% к контролю	%	% к контролю	%	% к контролю
Контроль	68,4±2,4		59,3±3,5		70,2±6,0		58,5±1,6
Σ вербаскозидов	83,5±4,5	22	87,9±5,6	48,2	90,3±7,4	28,6	78,9±3,4	34,8

Таблица 2. Влияние вербаскозидов на всхожесть семян овощей, % Table 2. The effect of verbascosides on the germination of vegetable seeds, %

Вариант	Концентрация, %	Томат %	Лук репчатый %	Огурец %	Капуста белокочанная %
	0,0001	79,3*	77,8*	82,5*	76,3*
Σ вербаскозидов	0,001	72,3**	68,8**	86,5**	60,3**
	0,01	91,1**	90,8**	92,9**	87,9**
	0,1	78,0*	79,0*	80,8*	79,0*

Примечание: отклонение от контроля на уровне: * - Fфакт. ≥ F05теор.; **- Fфакт. ≥ F01теор.

Рис. 1. Влияние предпосевной обработки семян овощных культур 0,01%-ным раствором вербаскозидов на энергию прорастания семян

Fig.1. The effect of pre-sowing treatment of vegetable seeds with a 0,01% solution of verbascosides on seed germination energy

Следует отметить, что в последнем сборе урожая с опытного участка получено на 286 кг огурцов с гектара больше, чем с контрольного поля, что свидетельствует о продлении периода плодоношения в результате использования предложенного технологического приема.

Достоверный прирост урожайности отмечен и в опытах на томатах, луке репчатом и капусте белокочанной, причем последняя культура наиболее отзывчива на предпосевную обработку природным биорегулятором. Средний вес кочана на опытных участках превышал таковой с контрольного варианта на 1,2 кг, и как результат, с 1 гектара получено до 15,2 т капусты дополнительно.

Важно отметить, что применение вербаскозидов способствует и улучшению товарного качества овощей. Так, на участках, где были высеяны обработанные семена овощных культур, выход стандартных плодов томата (43,051,7 гр.) превышает данный показатель с контрольного участка на 9,2%, лука (54,0-73,0 гр.) – на 4,5%, т. е. с 1 гектара дополнительно получено 4,7 тонн стандартных плодов томата и 3,9 тонны качественных луковиц.

Таким образом, на примере овощных культур показано, что сумма биологически активных веществ из

б

а

Рис.2. Производственное испытание биорегуляторов на капусте: а – контрольный участок; б – экспериментальный участок

Fig.2. Production testing of bioregulators on cabbage: a – control plot; b – experimental plot

Таблица 3. Влияние предпосевной обработки семян овощных культур 0,01%-ным раствором вербаскозидов на длину корешков и проростков, см

Table 3. The effect of pre-sowing treatment of vegetable seeds with a 0,01% solution of verbascosides by the length of roots and plantlet, cm

Вариант	Концентрация, %	Томат		Лук репчатый		Огурец		Капуста белокочанная
		а	б	а	б	а	б	а	б
Контроль		4,1±0,8	5,2±1,4	3,5±0,9	5,9±1,4	3,8±0,7	5,6±1,2	4,1±0,8	5,9±1,4
	0,0001	5,3±1,2	5,9±1,6	4,0±1,0	6,4±1,3	3,8±1,2	5,9±1,1	5,8±1,2	8,4±1,6
Σ вербаскозидов	0,001	3,9±0,9	5,1±1,2	3,9±1,4	5,2±1,2	4,9±0,9	7,1±1,5	3,9±0,9	5,1±1,2
	0,01	4,5±0,5	5,6±1,0	4,5±0,9	6,3±1,3	6,2±1,0	9,3±1,5	6,2±1,0	12,1±1,9
	0,1	3,0±1,1	4,8±2,0	3,0±1,1	4,9±1,8	4,0±1,1	7,8±2,0	4,0±1,1	7,8±2,0

Примечание: а – длина корешков;

б – длина проростков

Таблица 4. Влияние вербаскозидов на урожайность овощных культур Table 4. The effect of verbascosides on the yield of vegetable crops

Культура	Вариант	Урожайность
		т/га	± к контролю
			%	т/га
Томат	контроль	48,4±3,5
	вербаскозиды	59,3±2,5	22,6	10,9
Лук репчатый	контроль	39,8±2,8
	вербаскозиды	41,6±3,9	2,9	1,8
Огурец	контроль	39,6±3,4
	вербаскозиды	48,1±2,0	25,3	8,5
Капуста белокочанная	контроль	44,3±4,8
	вербаскозиды	59,5±3,6	34,3	15,2

аб

Рис. 3. Производственное испытание биорегуляторов на томатах (а) и луке (б)

Fig. 3. Production testing of bioregulators on tomatoes (а) and onions (b)

Verbascum densiflorum Bertol., обладая фиторегуля-торной активностью и влияя на метаболические и синтетические реакции растений, при экзогенном применении стимулирует энергию прорастания и всхожесть семян, обеспечивает дружное появление всходов и оптимальную густоту стояния, ускоряет динамику нарастания ассимиляционной поверхности растений и массы плодов, уменьшает последствия стрессов, возникающих в процессе роста и развития, способствуя тем самым повышению устойчивости растений, урожайности и улучшению качества получаемой продукции.

Выводы

Изучено влияние биологически активных веществ из Verbascum densiflorum Bertol., на всхожесть, рост, развитие и урожайность томатов, огурцов, лука репчатого и капусты белокочанной. Показано, что их приме- нение для предпосевного замачивания семян создает наиболее благоприятные условия для роста и развития растений.

Обработка семян 0,01%-ным водным раствором суммы вербаскозидов способствовала дополнительному получению стандартных плодов овощей.

Установлена способность данного биорегулятора совершенствовать продукционный процесс овощных культур в зависимости от вида. Выявлено самое высокое стимулирующее их действие в вариантах на капусте, где урожайность превышает контроль на 34,3%.

Выполненные исследования и полученные результаты позволяют рекомендовать предпосевную обработку семян 0,01%-ным раствором суммы биологических активных веществ из надземной части Verbascum densiflorum Bertol. в качестве элемента технологии выращивания овощных культур.

Об авторах:

Alla D. Borovskaya – Researcher,

Natalya E. Mashchenko – Cand. Sci. (Chem.),

Leading Researcher,

Raisa A. Ivanova – Cand. Sci. (Techn.),

Head laboratory of natural bioregulators,

Alexey V. Gumanyuk – Doc. Sci. (Agriculture), head. Technology Department,