Капсулирование семян препаратами хитозана и его производных восстанавливает фотосинтез у растений хлопчатника (Gossypium L., 1753) на фоне вилта

Автор: Акиншина Н.Г., Рашидова Д.К., Азизов А.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Фотосинтез и продуктивность

Статья в выпуске: 5 т.51, 2016 года.

Бесплатный доступ

Доказано, что препараты на основе хитозана обладают противовирусной, антибактериальной и антимикотической активностью, способны стимулировать иммунитет растений. В условиях полевого опыта (Ташкенская обл., Республика Узбекистан, 2015-2016 годы) мы впервые оценили влияние капсулирования семян хлопчатника (сорт Султан) препаратами, синтезированными в институте Химии и физики полимеров при Национальном университете Узбекистана (НУУз, г. Ташкент) из отходов, получаемых по авторской методике при переработке коконов тутового шелкопряда (УзХитан, аскорбат хитозана и хелатный комплекс хитозана с медью), на фотосинтетическую активность растений на фоне вилта (возбудитель - Verticillium dahliae). Показано, что при поражении вилтом возрастает удельный вес листовой пластинки, снижается скорость дыхания и фотосинтеза, уменьшается содержание фотосинтетических пигментов в листьях. Так, на фоне вилта у не обработанных производными хитозана контрольных растений количество хлорофилла уменьшалось на 10 % (в пересчете на 1 см2 поверхности листа) и на 27-30 % (в пересчете на 1 г сухой массы). При использовании биополимеров содержание хлорофилла было выше контроля (без обработки): в вариантах с аскорбатом и хелатом хитозана - соответственно на 25,5 и 17,7 % (в пересчете на 1 г сухой массы), в группах, где применяли УзХитан и аскорбат, - на 15,0 и 16,0 % (в пересчете на 1 см2). Изменения содержания хлорофилла у растений, выращенных в отсутствие инфекционного фона, были статистически недостоверны (при 5 % уровне значимости). Обнаружено, что на фоне вилта у контрольных растений скорость чистой продукции кислорода снижается с 0,245±0,028 до 0,161±0,027 мкмоль O2 · м-2 · с-1, или на 33 %. Это связано с токсическим действием патогена, проникающего через корни по сосудистой системе растений к листьям и точке роста, что приводит к нарушению водного обмена, разрушению хлорофилла и усыханию листьев. В контроле статистический анализ средних показал недостоверность различий в скорости дыхания у листьев, однако следует отметить тенденцию к снижению этого показателя под воздействием вилта (на 22 %). У растений из семян, предварительно обработанных препаратами хитозана, на фоне заражения вилтом средние показатели скорости видимого фотосинтеза (чистой продукции кислорода) превышали контрольные (в случае аскорбата и хелата хитозана максимально - соответственно на 54 и 46 %). Скорость темнового дыхания на фоне вилта по группам достоверно не различалась. Индекс кислородного баланса (ИКБ), который рассчитывается как отношение скорости видимого фотосинтеза к скорости темнового дыхания, может характеризовать физиологическое состояние взрослого растения в условиях биогенного стресса. В отсутствие патогена статистически достоверных изменений ИКБ относительно контроля не обнаружили. Однако на фоне вилта в вариантах с обработкой производными хитозана ИКБ был выше, чем без обработки (в случае аскорбата и хелата - соответственно на 36 и 52 %, Р

Еще

Производные хитозана, сhitosan derivatives, хлопчатник, вертициллез, содержание хлорофилла, фотосинтез, темновое дыхание, индекс кислородного баланса, сhitosan

Короткий адрес: https://sciup.org/142214150

IDR: 142214150   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2016.5.696rus

Список литературы Капсулирование семян препаратами хитозана и его производных восстанавливает фотосинтез у растений хлопчатника (Gossypium L., 1753) на фоне вилта

  • Ramirez M., Rodriguez A., Alfonso L., Peniche C. Chitin and its derivatives as biopolymers with potential agricultural applications. Biotecnologia Aplicada, 2010, 27: 270-276.
  • Куликов С.Н. Варламов В.П. Роль структуры в элиситорной активности хитозана. Ученые записки Казанского ГУ, естественные науки, 2008, т. 150, кн. 2: 43-58.
  • Герасименко Д.В., Авдиенко И.Д., Банникова Г.Е., Зуева О.Ю., Варламов В.П. Антибактериальная активность водорастворимых низкомолекулярных хитозанов в отношении различных микроорганизмов. Прикладная биохимия и микробиология, 2004, 40(3): 301-306.
  • Васюкова Н.И., Зиновьева С.В., Ильинская Л.И., Переход Е.А., Чаленко Г.И., Герасимова Н.Г., Ильина А.В., Варламов В.П. Модулирование болезнеустойчивости растений с помощью водорастворимого хитозана. Прикладная биохимия и микробиология, 2001, 37(1): 115-122.
  • Чирков С.Н. Противовирусная активность хитозана. Прикладная биохимия и микробиология, 2002, 38(1): 5-13.
  • Rabea E., Badawy M., Stevens C., Smagghe G., Steurbaut W. Chitosan as antimicrobial agent: applications and mode of action. Biomacromolecules, 2003, 4(6): 1457-1465.
  • Крыжановская Е.В., Варламов В.П., Самуйленко А.Я., Албулов А.И., Шинкарев С.М., Фролова М.А., Еремец Н.К., Бондарева Н.А., Хабаров В.Б., Гринь А.В. Антибактериальное действие форм хитозана на штаммы Mycobacterium. Сельскохозяйственная биология, 2008, 6: 119-121.
  • Евстигнеева Т.А., Павлова Н.А., Тютерев С.Л. Влияние фитоактивного хитозана и салициловой кислоты на устойчивость растений картофеля к вирусу Y. Вестник защиты растений, 2012, 2: 27-33.
  • Benhamou N., Lafontaine P., Nicole J. Induction of systemic resistance to Fusarium crown and root rot in tomato plants by seed treatment with chitosan. Phytopathology, 1994, 84(12): 1432-1444.
  • Prapagdee B., Kotchadat K., Kumsopa A., Visarathanonth N. The role of chitosan in protection of soybean from sudden death syndrome caused by Fusarium solani f. sp. glycines. Bioresourсe Technol., 2007, 98(7): 1353-1358.
  • Рашидова Д.К. Применение биологически активных полимеров на хлопчатнике. Ташкент, 2015.
  • Попова Э.В. К механизму действия хитозана и возбудителя бурой ржавчины на компонентный состав белков растений пшеницы. Мат. Всерос. съезда «Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность». СПб, 1995: 233-234.
  • Юдкин Л.Ю., Тарлаковский С.А. Биологическая эффективность хитозана против комплекса болезней на посевах ячменя. Мат. Всерос. съезда «Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность». СПб, 1995: 482.
  • Новожилов К.В., Тютерев С.Л., Якубчик М.С., Тарлаковский С.А., Коломиец А.Ф., Панарин Е.Ф., Исмаилов Э.Я., Гамза-Заде А.И., Исмаилов В.Я., Бегунов И.И. Композиция на основе водных растворов хитозана, обладающая биологической активностью. Патент Российской Федерации № 2127056. Всероссийский НИИ защиты растений Российской академии сельскохозяйственных наук. Заявл. 23.01.1997. Опубл. 10.03.1999 DOI: https://elibrary.ru/item.asp?id=17514708
  • Бойко А.П. Иммунорегулирующая роль хитозана и его биологическая эффективность в отношении комплекса болезней озимой пшеницы. В сб.: Защита и карантин растений. Ставрополь, 2000: 48-53.
  • Rodriguez A., Ramirez M., Napoles M., Cardenas R. Antifungal activity of chitosan and one its hydrolysates on Pyricularia grisea Sacc fungus. Cultivos Tropicales, 2003, 24(2): 85-88.
  • Максимов В.И., Крушев Л.Т., Савченков С.Н. Новый субстрат для скрининговых измерений хитинолитической активности. Биотехнология, 1992, 4: 60-62.
  • Куприна Е.Э. Разработка и оценка свойств биологически активной добавки в почву на основе хитина, полученного электрохимическим способом. Микология и фитопатология, 2002, 36(4): 63-69.
  • Васильев Л.А. Гибель эпидермальных клеток в листьях гороха, вызванная хитозаном. Автореф. канд. дис. М., 2009.
  • Карпун Н.Н., Янушевская Э.Б., Михайлова Е.В. Механизмы формирования неспецифического индуцированного иммунитета у растений при биогенном стрессе. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(5): 540-549 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.540rus
  • Choi J.J., Klosterman S.J., Hadwiger L.A. A comparison of the effects of DNA damaging agents and biotic elicitors on the induction of plant defense genes, nuclear distortion, and cell death. Plant Physiol., 2001, 125: 752-762.
  • Грязнов В.П., Сиротина Л.В. Практикум по физиологии растений. Белгород, 2000.
  • Васфилов С.П. Анализ причин изменчивости отношения сухой массы листа к его площади у растений. Журнал общей биологии, 2011, 72(6): 436-454.
  • Воробьев В.Н., Невмержицкая Ю.Ю., Хуснетдинова Л.З., Якушенкова Т.П. Практикум по физиологии растений. Казань, 2013.
  • Методические рекомендации по определению ряда соединений в водных и растительных объектах (Адаптированные методы для Spectroquant NOVA400). INNO-Concept GmbH. Штраусберг, Германия, 2008.
  • Azizov A., Tauschke M., Lentzsch P., Klose E., Akinshina N., Karasyova T., Schmidt C. Verfahren zur Bewertung der Vitalität chlorophylltragender biologischer Proben. Deutsches Patentant. DE 112006000480. IPC: G01N 33/483. INNO-Concept GmbH, Strausberg, DE. Anmeldung 06.03.2006. Veröffentlichung 30.04.2015.
  • Акиншина Н.Г., Азизов А.А., Карасёва Т.А., Клозе Э. Новые возможности в оценке состояния растений. Сибирский экологический журнал, 2008, 2: 249-254.
  • Акиншина Н.Г., Азизов А.А., Карасёва Т.А., Клозе Э.О. Коэффициент фотосинтетической эффективности как индикатор стресса. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Современная физиология растений: от молекул до экосистем». Сыктывкар, 2007: 4-5.
  • Лысенко Н.Н., Чекалин Е.И., Пожарский С.М. Активность фотосинтеза и транспирация в листьях кормовых бобов при патогенезе и использовании средств защиты. Вестник Орловского государственного аграрного университета, 2013, 40(1): 70-76.
  • Кушниренко М.Д., Медведева Т.Н. Влияние завядания на пигментную систему и развитие водоудерживающих сил листьев. Физиология растений, 1969, 16(3): 43-52.
  • Мокроносов А.Т. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. М., 2006.
  • Sheikha S., Al-Malki F. Growth and chlorophyll responses of bean plants to the chitosan applications. European Journal of Scientific Research, 2011, 50(1): 124-134.
  • Farouk S., Ramadan A. Improving growth and yield of cowpea by foliar application of chitosan under water stress. Egyptian Journal of Biology, 2012, 14: 14-26 ( ) DOI: 10.4314/ejb.v14i1.2
Еще
Статья научная