Статья: Физиолого-биохимические и оптические признаки листьев растений пшеницы при разных технологиях применения гербицидов

Физиолого-биохимические и оптические признаки листьев растений пшеницы при разных технологиях применения гербицидов

А.А. Ямалеева, Р.С. Багаутдинов, А.М. Ямалеев

Изучали влияние гербицидов и баковых смесей гербицидов и биостимуляторов на физиологические и биохимические показатели растений пшеницы и сорняков. Обсуждается возможность совместного применения антистрессовых препаратов и гербицидов при обработке семеноводческих и товарных посевов пшеницы с целью повышения урожайности культуры и экологизации использования гербицидов.

Summary

Physiologo-biochemical and optical determinants of leaves in wheat plants at different technology of herbicides application

A.A. Yamaleeva, R.S. Bagautdinov, A.M. Yamaleev

The authors studied the influence of herbicides and mixtures of herbicides and biostimulators on the physiological and biochemical indices in plants of wheat and weeds. The possibility of combined application of the antistress preparation and herbicides during treatment of seed-growing and commodity wheat sown area for the purpose of the increase of crop capacity and ecologization of herbicides application was discussed. It was shown, that the use of herbicides together with natural regulators of plant's growth permit to increase the synthesis intension, the activity of chlorophyll-protein complexes lectins, functional activity of nucleic acids and optical properties of leaves, that promote to the plant's adaptation to stresses and the rising of crop capacity.

Несмотря на высокую избирательность действия, гербициды далеко не всегда оказываются нейтральными по отношению к растениям (1, 2). Оценка влияния химических гербицидов как на сорняки, так и на растения пшеницы позволяет разработать экологически рациональные подходы использования этих препаратов в более широких масштабах. Основные исследования в этой области направлены на изучение физико-химической природы проницаемости, абсорбции, передвижения и трансформации гербицидов в растениях, токсикологии и возможности снижения отрицательного воздействия на биосферу (1). Однако требуется дополнительный анализ соединений, снижающих или нейтрализующих токсическое действие гербицидов на культурные растения, а также результатов по совместному применению химических гербицидов и протектантов (антистрессовые биопрепараты и иммуностимуляторы).

В связи с этим целью нашей работы было определение физиолого-биохимических показателей растений пшеницы при обработке посевов гербицидами в последействии, а также возможности снижения токсического действия последних при использовании в качестве неспецифических протектантов Гуми и Стифуна.

Методика. Объектом исследования служили растения яровой мягкой пшеницы сорта Башкирская 24. Полевые опыты проводили в ОПХ Башкирского НИИ сельского хозяйства «Казангуловское». Посевы пшеницы в фазе кущения обрабатывали гербицидами Трезор (1,2 л/га), Луварам (1,5 л/га) и баковыми смесями последних с антисрессовыми препаратами Стифун (9 г/га) и Гуми (75 г/га). Состояние хлорофилл-белковых комплексов (ХБК) в хлоропластах оценивали по содержанию хлорофилла и оптическим характеристикам листьев. Хлоропласты выделяли по методике Вечер (3). Оптические свойства листьев -- коэффициенты листовой абсорбции (Аb, %), диффузного отражения (Rd, %) и индикатриссы рассеивания света (Rm, %) -- определяли на лазерном спектрофотометре Лафот-97 (4).

Реакцию гемагглютинации проводили в микротитраторе Takachi, используя 2 % суспензию в физиологическом растворе обработанных трипсином и интактных эритроцитов (5, 6). Лектины экстрагировали 0,2 М NaCl в ацетатном буфере (рН 3,4), в состав которого входили ЭДТА, Тритон Х-100 и саркозилат натрия соответственно в концентрации 0,1 М, 1,0 и 0,2 %. Последние два ингредиента служили для выделения мембраносвязанных лектинов. Для дополнительной очистки гомогенат обрабатывали ацетоном. Выделенные грубые экстракты белков освобождали от детергентов диализом против фосфатного буфера (рН 5,3). Очищенные лектины выделяли из диализата методом аффинной хроматографии на овогеле по Луцику (5). Хроматографические фракции концентрировали ультрафильтрацией через стекловолокно. Содержание суммарных нуклеиновых кислот определяли спектрофотометрически по Спирину (7), РНК -- по орциновой реакции, ДНК -- с дифениламиновым реактивом по Конареву с соавт. в модификации Джилеса с соавт. (8), белка -- по Bradford, Lowry и с реактивом Несслера (9, 10). Преобразование алгоритмов и переработку первичной и вторичной информации осуществляли при помощи компьютера через блок сопряженного с ним экспериментального устройства.

Результаты. При обработке посевов пшеницы в фазе кущения--начала выхода в трубку гербицидами Трезор, Луварам, Бюктрил, Гранстар и Дезормон содержание хлорофилла b в листьях сорных растений, а также суммарное содержание хлорофилла а+b существенно снижались, что особенно проявлялось в течение первых 4 сут (табл. 1). Поглощение лазерного излучения ХБК в хлоропластах сорных растений значительно уменьшалось уже через несколько часов после обработки гербицидами; на 4-е сут коэффициент абсорбции достигал такового нежизнеспособных растений, то есть снижение содержания хлорофилла в листьях под влиянием гербицидов сопровождалось уменьшением абсорбирующей способности, что способствовало максимальному угнетению растений. Кроме того, гербициды, задерживаясь в клетках сорных растений и связываясь с ХБК, вызывали необратимые изменения обмена веществ, что приводило к гибели растений. По-видимому, это было обусловлено особенностями разложения этих гербицидов у двудольных растений (11).

Таблица 1. Оптические свойства и содержание хлорофилла в листьях сорных растений под влиянием обработки посевов пшеницы различными гербицидами

В первые сутки после обработки гербициды ингибировали биосинтез в листьях не только сорняков, но и растений пшеницы. В течение первых 4-х сут после обработки гербицидом Трезор интенсивность накопления хлорофилла в растениях пшеницы снижалась (табл. 2).

Таблица 2. Абсорбция света в хлоропластах и содержание хлорофилла в листьях яровой мягкой пшеницы сорта Башкирская 24 под влиянием обработки гербицидом Трезор и биопрепаратом Стифун

Примечание. Описание вариантов опыта см. в разделе «Методика». Р = 0,01.

На 14-е сут содержание хлорофилла в листьях растений в опыте и контроле было одинаковым; через 1 мес -- в опыте выше, чем в контроле. При увеличении содержания зеленых пигментов коэффициент абсорбции листьев растений пшеницы, обработанных этими препаратами, повышался. В то же время применение гербицидов в смеси с биопрепаратами способствовало увеличению абсорбции ХБК в хлоропластах растений пшеницы как в первые сутки после обработки, так и в последействии.

Обработка посевов яровой пшеницы гербицидом Луварам в смеси с Гуми способствовала не только уничтожению сорняков, но и улучшению оптических свойств ХБК, о чем свидетельствует повышение коэффициента абсорбции и содержания хлорофилла а и b в листьях (табл. 3). Эта смесь обладала достаточно высокой селективностью по отношению к растениям яровой пшеницы, снижая отрицательное воздействие гербицидов. Так, под влиянием гербицида Трезор в листьях растений пшеницы увеличивалось диффузное отражение света. После обработки растений этим гербицидом совместно с Гуми в фазах кущения и выхода в трубку коэффициенты диффузного отражения света листьями уменьшались, приближаясь к таковым в контроле.

Через 2 сут после обработки растений пшеницы в фазе кущения гербицидом Луварам (1,5 л/га) активность лектинов в листьях резко увеличивалась (см. табл. 3). Это, возможно, связано с тем, что лектины выполняют роль связывающих белков, различающихся по константе связывания с гербицидом. В таком случае каждому лектину должен соответствовать свой акцептор, а гербицид будет связываться разными регуляторными фракциями лектинов и включать различные программы транскрипции.

Показано, что разрушение натриевой соли 2,4-Д в относительно устойчивых к этому гербициду растениях пшеницы происходит за сравнительно короткий промежуток времени в результате быстрого проникновения в корни, сопровождающегося выведением из растения препарата или переходом последнего в неактивную форму (12).

Таблица 3. Активность лектинов, коэффициенты листовой абсорбции и содержание хлорофилла в листьях яровой мягкой пшеницы сорта Башкирская 24 под влиянием обработки гербицидом Луварам и смесью гербицид Луварам + биостимулятор Гуми

Примечание. Описание вариантов опыта см. в разделе «Методика». Р = 0,01.

Повышение содержания лектинов при обработке растений гербицидами дает основание предполагать, что эти белки принимают участие в связывании и активной транспортировке гербицидов. Коэффициент абсорбции света листьями, а также суммарное содержание хлорофилла а+b в хлоропластах под воздействием гербицида снижались. При обработке растений Луварамом в смеси с Гуми (75 г/га) наблюдалось повышение активности лектинов (см. табл. 3). Через 3 сут и в последующие 3 сут выявлено снижение активности лектинов, свидетельствующее о постепенной детоксикации растений от введенного гербицида.

Применение гербицида Луварам совместно с биостимулятором Гуми не вызывало уменьшения абсорбции света ХБК и суммарного содержания хлорофилла а+b, однако увеличивалась активность лектинов. Возможно, что использование Гуми оказывало влияние на гемагглютинирующую активность лектинов и способствовало не только быстрому переходу гербицида в неактивную форму, но и выведению его из растения через корни.

Как известно, пестициды оказывают влияние на транскрипцию ДНК, в результате чего содержание РНК в клетках уменьшается. Содержание ДНК, РНК, белка и лектинов в листьях растений пшеницы через 1 сут после обработки гербицидом Луварам заметно снижалось (табл. 4). Функциональная активность ДНК уменьшалась, что замедляло синтез РНК и белка. Так, содержание ДНК, РНК, белка и лектинов в опыте составляло соответственно 3,1810-¹; 2,61; 354,00 и 30,00 мг/дм²; в контроле -- соответственно 3,2310-¹; 3,50; 531,66 и 33,00 мг/дм². Через 2 нед в растениях, обработанных гербицидом, не только восстанавливался обмен нуклеиновых кислот и белка, но и усиливался биосинтез ДНК, РНК, белка и лектинов, причем в большей степени это касалось функциональной активности ДНК. Коэффициент РНК/ДНК в опыте составлял 12,6 (контроль -- 11,2). При этом содержание РНК в листьях пшеницы увеличивалось, однако функциональная активность РНК уменьшалась, что обусловливало незначительное увеличение содержания белка в листьях.

4. Содержание нуклеиновых кислот, суммарного белка и лектинов в листьях яровой мягкой пшеницы сорта Башкирская 24 под влиянием обработки гербицидом Луварам и смесью гербицид Луварам + биостимулятор Гуми (мг/дм² листовой поверхности)