Влияние биогенных наночастиц ферригидрита на эффективность протравливания семян пшеницы

Введение. Защита растений от болезней является исключительно актуальной проблемой повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Среди методов и средств защиты растений преобладающим остается химический. Несмотря на свою эффективность, химический метод имеет ряд недостатков: нарушение биологического равновесия в природе, накопление остаточных количеств химических средств защиты в сельскохозяйственной продукции и прогрессирующей к ним устойчивости патогенных организмов, высокая стоимость фунгицидов и катастрофическое загрязнение окружающей среды. В предыдущих исследованиях нами было показано, что наночастицы бактериального ферригидрита оказывают модифицирующее действие на токсические свойства фунгицидов, что открывает возможность снизить токсическую нагрузку на окружающую среду без потери эффективности применяемых препаратов [2, 5].

Цель исследования . Проверка влияния наночастиц бактериального ферригидрита на эффективность протравливания семян коммерческими фунгицидами на примере протравителя «Ви-ал-ТТ» (тебуконазол 60 г/л + тиабендазол 80 г/л).

Объекты и методы. В экспериментах использовали предоставленные главным научным сотрудником Международного научного центра исследования экстремальных состояний организма СО РАН Ю.Л. Гуревичем наночастицы бактериального ферригидрита (5Fe 2 O 3 ·9H 2 O). Данные частицы синтезируются гетеротрофными бактериями при выращивании на питательной среде, содержащей органические соли железа, размер частиц составляет преимущественно 2–5 нанометра [1, 4]. Наночастицы применяли в виде устойчивого водного золя, полученного по технологии, описанной в [3], содержание ферригидрита в золях составляло 0,3 г/л в пересчёте на железо. Использовали три типа частиц: чистый ферригидрит, ферригидрит, допированный кобальтом, и ферригидрит, допированный алюминием, в дальнейшем обозначенные соответственно как Fe, FeCo и FeAl.

Для более четкого выявления эффекта наночастиц при приготовлении рабочего раствора протравителя использовали концентрацию препарата 2/3 от рекомендованной фирмой-производителем. В вариантах без наночастиц рабочий раствор готовили на дистиллированной воде, в вариантах с наночастицами – на смеси дистиллированной воды и золей частиц из расчёта 80 мл воды + 20 мл золя. Рабочие растворы готовили непосредственно перед протравливанием семян.

В качестве тест-объекта использовали семена пшеницы сорта Новосибирская-15 с высокой степенью зараженности фитопатогенными грибами р.р. Alternaria , Fusarium и Bipolaris , полученные в ОПХ «Минино» на естественном инфекционном фоне. Протравливание семян проводили из расчёта 10 л рабочего раствора на 1 тонну семян, контролем служили непротравленные семена. Эффективность протравливания семян определяли методом влажной камеры. При этом в каждом варианте эксперимента 50 % обработанного зерна помещали во влажную камеру сразу после обработки, 50 % перед помещением во влажную камеру выдерживали в течение 7 суток.

Значимость отличий вариантов по зараженности от контроля определяли по точному критерию Фишера для таблиц 2х2 с использованием пакета StatSoft STATISTICA 6.0.

Результаты и их обсуждение. Определённая методом влажной камеры суммарная зараженность необработанных семян составила 75 %, в том числе грибами р. Alternaria – 72 %, грибами р.р. Fusarium и Bipolaris – соответственно 3 и 1 %.

Сам по себе фунгицид в использованной концентрации, а также фунгицид с добавлением наночастиц ферригидрита не оказали статистически значимого влияния на заражённость семян. В то же время протравливание фунгицидом с добавлением наночастиц, допированных кобальтом и алюминием, привело к статистически значимому снижению заражённости. Хотя ни в одном из вариантов не произошло полного обеззараживания семян, в вариантах с FeCo и FeAl заражённость статистически значимо (p<0,001) снизилась соответственно на 19 и 28 процентных пункта, или на 26– 38 % относительно контроля (табл. 1).

В случае, когда анализ заражённости зерна проводится не сразу после протравливания, а зерно выдерживается 7 суток после обработки, картина несколько меняется.

Так, эффект от обработки фунгицидом возрастает и становится статистически значимым, а эффект добавления к фунгициду наночастиц меняется разнонаправленно. Наночастицы чистого ферригидрита полностью нейтрализуют микотоксический эффект фунгицида (p<0,001). Наночастицы ферригидрита, допированного кобальтом, снижают эффективность протравливания в 1,3 раза (p<0,01). Наночастицы, допированные кобальтом, сохраняют эффект усиления действия фунгицида (p<0,05) (табл. 2).

Таблица 1

Статистический анализ отличий вариантов от контроля по общей заражённости семян после обработки

Таблица 2

Статистический анализ отличий вариантов от контроля по общей заражённости семян при анализе через 7 суток после обработки

Результаты изучения влияния наночастиц на эффективность препарата «Виал-ТТ» при протравливании семян в зависимости от времени контакта наночастиц и фунгицида суммированы в таблице 3.

Таблица 3

Влияние изучаемых наночастиц на эффективность фунгицида при протравливании семян

Полученные результаты хорошо согласуются с результатами ранее проведённых исследований влияния изучаемых типов наночастиц на токсичность препарата «Виал-ТТ» в отношении конидий фитопатогенных грибов р.р. Alternaria, Fusarium и Bipolaris [4]. Как и в экспериментах на семенах, в исследованиях на конидиях фитопатогенов нами было выявлено два противоположных эффекта наночастиц: усиление токсичности фунгицида и ослабление токсичности фунгицида. При этом направленность действия наночастиц зависела от наличия в частицах допирующих элементов, от концентрации частиц, а также от времени контакта частиц с фунгицидом. На основе данного исследования и предыдущих можно предположить, что усиление токсичности в коротких (порядка нескольких часов) экспериментах обеспечивается сорбцией токсических компонентов фунгицида на частицах с последующей адресной доставкой их в клетки фитопатогенов. Ослабление же токсичности, наблюдаемое в более продолжительных экспериментах, может быть связано с каталитическим окислением компонентов сорбированного на частицах фунгицида.

Выводы

• 1.    При коротком контакте с протравителем семян «Виал-ТТ» биогенные наночастицы фер-ригидрита, допированные кобальтом и алюминием, статистически значимо (p<0,001) усиливают фунгицидный эффект препарата в отношении фитопатогенной микофлоры семян. Наночастицы чистого ферригидрита не оказывают влияния на эффективность протравителя.

• 2.    При длительном (7 суток) контакте с фунгицидом наночастицы ферригидрита и наночастицы ферригидрита, допированные кобальтом, статистически значимо снижают эффективность протравливания соответственно в 1,6 и 1,3 раза. Наночастицы, допированные алюминием, сохраняют эффект усиления действия фунгицида.

• 3.    Добавление допированных алюминием биогенных наночастиц ферригидрита в тебукона-зол-тиабендазоловые фунгициды непосредственно перед протравливанием семян позволит снизить норму расхода препаратов и повысить их эффективность. Биогенные наночастицы чистого ферригидрита могут быть использованы для детоксикации остаточных количеств фунгицидов в почве.