Эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры

Морозова, Елена Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры"

На правах рукописи

МОРОЗОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ

специальность 03.02.08 - экология

4847154

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 9 МАЙ 2011

Барнаул 2011

4847154

Работа выполнена на кафедре общей химии и экспертизы товаров Бийского технологического института (филиал) ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Научный руководитель - доктор химических наук, профессор

Верещагин Александр Леонидович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Терехина Татьяна Александровна

кандидат биологических наук, с.н.с. Егоркина Галина Ивановна

Ведущая организация - ГНУ НИИ садоводства Сибири

имени М.А. Лисавенко СО Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «26» мая 2011г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.005.10 при ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет» по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61; тел. (3852) 66-75-84; факс (3852) 36-30-77

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет», автореферат выставлен на сайте www.asu.ru

Автореферат диссертации разослан «21 » апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Н.В. Елесова

Одним из таких веществ является хитозан - не токсичный для животных и человека биополимер, оказывающий положительное влияние на растения за счет ростостимулирующих, иммуномодулирующих, бактерицидных и фунгицидных свойств (Гамзазаде и др., 1999). Обладая флоккулирующими свойствами, хитозан улучшает структурные характеристики почвы, препятствует вымыванию ценных компонентов и вносимых в почву удобрений (Sojka et al., 2003), снижая негативное воздействие сельскохозяйственных химикатов на окружающую среду.

Для производства хитозана можно использовать различное хитинсо-держащее сырье. Аквабиоресурсы Алтайского края богаты рачком Arte-mia species, цисты которого широко используются в рыбном хозяйстве. При этом пустые оболочки цист - хорионы - до настоящего времени не нашли практического применения. Содержание хитина в них достигает 34,5 % от сухого веса оболочки (Tajik et al., 2008).

Таким образом, эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры позволит определить возможность их практического применения в растениеводстве и предложить схему рационального использования отходов вылова цист Arte-mia species, снизить химическую нагрузку на окружающую среду, уменьшить стоимость производство сельскохозяйственной продукции.

Цели н задачи исследования. Цель исследования - провести эколо-го-биологическую оценку действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры.

В задачи исследования входило:

1) Разработка схемы получения хитозанового препарата для растениеводства на основе отходов вылова цист Artemia species.

2) Определение факторов, влияющих на биологическую активность хитозановых препаратов.

3) Изучение влияния хитозановых препаратов на прорастание семян льна-долгунца и гороха в лабораторных условиях.

4) Оценка влияния хитозановых препаратов на урожайность картофеля в полевых условиях.

5) Исследование влияния хитозановых препаратов на укоренение черенков винограда и облепихи.

Научпая новизна. Впервые предложено использовать пустые оболочки цист Artemia species для получения хитозановых препаратов. Подобраны режимы очистки исходного сырья. На стадии дезацетилирова-ния хитина было применено ультразвуковое облучение.

Установлена ростостимулирующая и ризогенная активность разработанного хитозанового препарата в отношении семян льна-долгунца, гороха, картофеля, черенков облепихи и винограда. Подобраны оптимальные значения показателя рН раствора хитозанового препарата.

Практическая значимость. Разработанный метод может быть положен в основу промышленного производства хитозанового препарата для растениеводства. Способ не требует значительных производственных затрат. При полной или частичной замене пестицидов и химических протравителей данным препаратом снижается химическая нагрузка на окружающую среду.

Положения, выносимые на защиту.

1. Биологическая активность хитозановых препаратов обусловлена молекулярной массой входящего в их состав хитозана и рН раствора.

2. Хитозановые препараты повышают ризогенную активность при прорастании семян льна-долгунца и гороха, при укоренении черенков винограда и облепихи, а также урожайность картофеля.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на межрегиональных, всероссийских и международных конференциях: «Технологии и оборудование химической, биологической и пищевой промышленности» (Бийск, май 2008); «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2008); «Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве» (Бийск, 2008); «Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них («Полимер 2008»)» (Бийск, май 2008); «Биология - от молекулы до биосферы» (Харьков, 18-21 ноября 2008); «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-14-2008)» (Омск, 6-8 октября 2008 г); «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Ставрополь, 13-17 октября 2008); «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 5-6 февраля 2009); «Иннова ционные технологии: производство, экономика, образование» (Бийск, Ъ сентября 2009); «Виноградарство в Западной Сибири» (Бийск, 12 сен

тября 2009); «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» (Томск, 2010); «Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве» (Бийск, 23 марта 2010); «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» РосХит-2010 (Нижний Новгород, 29 июня - 2 июля 2010); «Аграрная наука сельскохозяйственному производству Монголии, Сибири и Казахстана» (Улаанбаатор, 6-7 июля 2010); «Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв» (Алматы, 15-16 сентября 2010).

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них три в журналах, включенных в список ВАК, получен патент 2406715 Российской Федерации МПК6 С05Б7/00 «Способ получения средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и средство».

Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 143 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав результатов собственных исследований, выводов, библиографического списка литературы (189 ссылок, в том числе 88 иностранных), содержит 37 таблиц, 18 рисунков.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

В главе 1 описываются негативные последствия применения минеральных удобрений и пестицидов. Дается представление о хитозане как о безопасной альтернативе химических средств защиты растений. Рассмотрены механизмы защитного и ростостимулирующего действия хитозана, его способности повышать устойчивость растений к стрессам и улучшать качество почвы.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для получения хитозановых препаратов использовали цисты и хорионы (пустые оболочки) цист рачка Artemia species, собранные в озерах Алтайского края в 2007 году. Хорионы цист Artemia species могут содержать до 16,4 % водорастворимых солей, среди которых преобладают хлориды и сульфаты. В данной работе рассматривается два метода обес-

соливания исходного сырья. В первом случае обессоливание проводили трехкратной декантацией водной суспензии. Во втором случае на стадии обессоливания было изучено 17 режимов ультразвукового облучения, отличающихся акустической мощностью и временем воздействия. Наиболее эффективным (глубина обессоливания 94 %) является обессоливание с ультразвуковым облучением при акустической мощности 150 Вт в течение пяти минут. Цисты и хорионы заливали 40 %-ным раствором КОН при модуле 1:10 и настаивали в течение 7 суток. Препарат на основе цист назван «Артемия», препарат на основе хорионов цист назван «Хорион». В базовые хитозановые препараты вводили хелаты цинка («Хорион + Zn2+») и меди («Хорион + Zn2+ + Cu2+»), часть препаратов на стадии дезацетилирования хитина облучали ультразвуком акустической мощностью 200 Вт при интенсивности колебаний 24,1 Вт/см2 («Хорион 12» в течение 12 минут, «Хорион 21» в течение 21 минуты). При этом молекулярная масса входящего в состав препаратов хитозана снижалась с 2,45±0,15 кДа для необлученного препарата до 1,75±0,13 кДа и 1,38±0,15 кДа для облученных препаратов соответственно. Перед использованием все препараты разводили водой в соотношении 1:100, 1:1000 и 1:10000 и подкисляли до нужного значения pH ортофосфорной кислотой. В качестве фона использовали раствор ортофосфата калия, полученный разведением 40 %-ного КОН с последующим подкислением ортофосфорной кислотой.

Влияние полученных препаратов на сельскохозяйственные культуры оценивали в лабораторных и полевых условиях. В качестве объектов исследования были взяты:

1. Лен-долгунец (Linum usitatissimum L.) сорт Томский 16.

2. Горох (Pisum sativum L.) сорт Новосибирец.

3. Картофель {Solanum tuberosum L.) сорт Орхидея.

4. Виноград (Vitis vinifera L.) сорта Любава, Катыр, Память Дом-бковской, Мускат Самарский, Мускат Катунский, Мускат Коричневый, Киргизский Ранний, Московский Белый, Краса Никополя и сортообразец Бийская Роза.

5. Облепиха (Hippophaä rhamnoides L.) сорт Чуйская.

По данным таблицы 1, видно, что на различных культурах опробовано 84 варианта хитозановых препаратов, в качестве фона использовался 21 вариант раствора ортофосфата калия, в качестве контроля во всех опытах выступала вода.

Таблица 1

Схема эксперимента по определению биологической активности _^_ хитозановых препаратов_

Препарат Разведение Объекты исследования

рН=3 рН=4 рН=5 рН=6 рН=7 рН=8 рН=9

Фон К3Р04 1 100 л л л л л л л

1 1000 л л л, в л, в л, в л, в л

1 10000 л л л л л л л

Артемия 1 100 л, г л, г л, г л, г л,г л,г -

1 1000 л, г л, г л, г, в Л, г, в в, к в -

1 10000 л л л - - -

Хорион 1 100 л, г л, г л, г л, г л, г л, г л, г

1 1000 л, г л, г л, г, в Л, г, в, 0 л, г, в, к Л, г, в л, г

1 10000 л, г л, г л, г Л, г л -

Хорион + Ъ^ 1 100 л л л л л л л

1 1000 л л л Л л л л

1 10000 л л л л л л л

Хорион + гп2++ Си2+ 1 100 л л л л л л л

1 1000 л л л Л л л л

1 10000 л л л л л л л

Хорион 12 1 1000 - - в в в в -

Хорион 21 1:1000 - - в в в в -

Контроль, вода л, г, В, К, 0

л - семена льна-долгунца; г - семена гороха; к - картофель; в - черенки винограда; о - черенки облепихи

Определение энергии прорастания семян проводили согласно ГОСТ 1203 8-84. Семена льна-долгунца проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, увлажненной растворами хитозановых препаратов. Семена гороха проращивали, завернув в рулоны фильтровальной бумаги, концы рулонов помещались в стаканы с растворами хитозановых препаратов. Во второй серии опытов семена льна-долгунца сначала проращивали в растворах ортофосфата калия, затем раствор заменяли соответствующим раствором хитозанового препарата. Повторность опыта пятикратная. В каждом варианте опыта было по 100 семян льна-долгунца или по 50 семян гороха.

Влияние хитозановых препаратов на ризогенез черенков винограда различных сортов оценивалось в лабораторных условиях. Черенки помещали в растворы хитозановых препаратов, ортофосфата калия и воду

длительность экспериментов составляла 40-55 суток, в ходе опыта определяли выход саженцев и их биометрические показатели. Часть черенков на начальном этапе укоренения подвергали ультразвуковому облучению акустической мощностью 50 Вт, при интенсивности 6,7 Вт/см2 в течение трех и шести минут. В каждом варианте опыта было пять черенков, по-вторность опыта трехкратная.

Полевые испытания на культуре картофеля проводили в черте города Бийска в 2008 году. Площадь опытной делянки 25 м2. Почва - лугово-чернозёмная среднемощная среднегумусная супесчаная. Опыт проводили в трехкратной повторности с рендомизированным размещением делянок, в каждом варианте опыта было 10 растений. Перед посадкой клубни картофеля замачивали в течение 2 часов в растворах препаратов «Артемия» и «Хорион». В фазу появления первых всходов и в фазу бутонизации проводили опрыскивание листовой поверхности растений соответствующими препаратами. Уборку урожая проводили сплошным методом со всей делянки. С вариантов опыта отбирали образцы растений, в которых определяли содержание сухих веществ, крахмала, аскорбиновой кислоты и нитратного азота по общепринятым стандартным методикам.

Влияние хигозановых препаратов на ризогенез черенков облепихи изучали на базе ЗАО крестьянское хозяйство «Флора». Опыт проводили в трехкратной повторности, количество черенков в каждом варианте -1000. Срезанные в июле 2008 года черенки на одну треть длины помещали в раствор хитозанового препарата «Хорион» на 5 часов, контрольные черенки выдерживали в воде. Укоренение проводили в песчаной почве в пленочной теплице с туманообразующей установкой по общепринятой методике (Стрельцов, Тучина, 2008). В апреле 2009 года саженцы пересаживали, подсчитывали количество укоренившихся растений и измеряли их биометрические показатели. Объем выборки в каждом варианте -10 саженцев.

Статистическая обработка данных. Расчет относительной ошибки средней Sx, % и наименьшей существенной разности для 5 %-ного уровня значимости НСР05 осуществляли по формулам, рекомендуемым Б.А. Доспеховым (1968).

Расчет доверительного интервала проводили с использованием пакета программ Microsoft Office Профессиональный 2007, версия 12.0.4518.1014 (Microsoft Corporation, 2007).

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Лен-долгунец. В данном исследовании использовали семена льна-долгунца, хранившиеся в течение пяти лет и изначально имеющие низкие посевные качества. Зависимость энергии прорастания семян льна-долгунца от рН и степени разведения хитозановых препаратов представлена в таблице 2. Жирным шрифтом выделены результаты, достоверно превышающие контрольное значение. Положительное влияние препарата «Артемия» и раствора ортофосфата калия наблюдается только при степени разведения 1:100, при дальнейшем разведении не зависимо от рН раствора энергия прорастания остается на уровне контроля или ниже.

Таблица 2

Зависимость энергии прорастания (определяемой через 72 часа) семян льна-долгунца от рН и степени разведения хитозановых

препаратов

Препарат Разведение Энергия прорастания, %

рН=3 рН=4 рН-5 рН=6 рН=7 рН=8 рН=9

Хорион 1:100 9 52 66 63 54 58 69

1:1000 68 52 54 54 58 53 62

1:1000 62 44 40 52 44 - -

Эталон, Артемия 1:100 45 57 69 62 61 65 -

1:1000 50 50 58 51 - - -

1:10000 49 45 48 - - - -

Фон, К3Р04 1:100 53 61 72 66 65 53 61

1:1000 58 44 50 53 57 55 42

1:10000 44 44 51 51 45 54 53

Контроль 54

Относительная ошибка средней Sx = 3,4%; НСР0,5 = 5

Максимальная энергия прорастания для хитозановых препаратов на 28 % выше контрольное значение и достигается для препарата «Артемия» при разведении 1:100 и рН=5, а для препарата «Хорион» при разведении 1:100 и рН=9. Для оценки степени влияния каждого фактора (вида препарата, степени разведения и рН раствора) проводили анализ с использованием пакета программ SPSS 12.0 for Windows (SPSS Inc., 2003). Максимальный разброс значений наблюдается при применении препарата «Хорион», наибольшее влияние на энергию прорастание семян оказывает степень разведения.

Наиболее развитыми оказались проростки, обработанные растворами препаратов «Артемия» и «Хорион» с рН=6, 8 и 9, максимальная длина корней достигала 55 мм (27 мм в контроле). Длина корней у проростков семян, обработанных растворами ортофосфата калия, ниже контрольного значения.

Таким образом, применение ортофосфата калия позволяет добиться высокой энергии прорастания семян, а хитозановые препараты способствуют развитию проростков. Как видно по данным таблицы 3, последовательная обработка ортофосфатом калия и хитозановым препаратом дает наилучший результат при рН=5 и рН=6. Если обрабатывать семена первые сутки ортофосфатом калия и последующие сутки препаратом «Хорион», удается добиться и высокой энергии прорастания (на 35 % выше, чем у контроля) и высокой степени развития растений.

Таблица 3

Влияние К3Р04 и хитозановых препаратов при последовательной обработке на энергию прорастания (определяемую через 72 часа)

семян льна-долгунца

рН Энергия прорастания, %

1,2 сутки К3Р04, 3 сутки Хорион 1 сутки К3РО4, 2,3 сутки Хорион 1 СУТКИ К3РО4, 2,3 сутки Артемия

9 57 58 55

8 61 57 56

7 59 61 53

6 66 62 64

5 63 73 69

4 44 51 45

3 57 40 27

Максимальная длина корней, мм При рН=5 корни до 20 мм При рН=5 корни до 50 мм При рН=5 корни до 40 мм

Контроль 54

Относительная ошибка средней Зх = 3,4%; НСР0,5 = 5

Низкая всхожесть, задержка роста и низкие урожаи многих растений часто объясняется дефицитом микроэлементов. В связи с этим была проведена оценка влияния введения хелатов цинка и меди в препарат «Хорион» на прорастание семян льна-долгунца. Лен является культурой, предрасположенной к дефициту цинка. Симптомы дефицита меди часто проявляются в известковых и выщелоченных песчаных почвах, на почвах с высоким содержанием органических веществ или глины (Булыгин и др., 2007).

Как видно по данным таблицы 4 применение препарат «Хорион + Zn2+», позволяет добиться существенного повышения энергии прорастания семян при степени разведения 1:10.0 в широком диапазоне рН рабочего раствора. Наибольшей биологической активностью обладают нейтральный и кислый растворы. В данной работе в качестве хелатирующе-го реагента использовали динатриевую соль этилендиаминтетрауксус-ной кислоты (ЭДТА). Комплексоны ЭДТА с металлами наиболее устойчивы в слабокислой и кислой среде. Внесение хелата цинка, оказывает ингибирующее действие на рост корней. Длина корней проросших семян увеличивается по мере разбавления препарата и увеличения рН раствора.

Таблица 4

Влияние препарата «Хорион + Хп2+», обогащенного хелатом цинка, _на прорастание семян льна-долгунца_

Разведение Энергия прорастания (через 72 часа), %

рН=3 рБН4 рН=5 рН=6 рН=7 рН=8 рН=9

1:100 72 65 75 69 76 67 65

1:1000 43 42 54 51 51 54 55

1:10000 • 34 39 52 48 42- 43 47

Контроль 54

Относительная ошибка средней = 2,7 % • НСР0.5 = 4

Разведение Длина корней, мм

рН=3 рН=4 рН=5 рН=6 РН=7 рН=8 рН=9

1:100 4 3 8 3 7 15 5

1:1000 3 5 18 22 12 14 18

1:10000 5 10 17 30 37 50 53

Контроль 27

Относительная ошибка средней = 4,3%; НСРо,5= 2,8

Обработка семян льна-долгунца препаратом «Хорион + Си2+» с добавлением хелатов цинка и меди (данные в автореферате не представлены) приводит к снижению энергии прорастания ниже контрольного значения в среднем на 20 % при степенях разведения 1:100 и 1:10000. При степени разведения 1:1000 и рН = 5, 7 и 9 энергия прорастания выше контрольного значения, однако ниже значения полученного без добавления комплексонов меди.

Таким образом, установлено, что при проращивании семян льна-долгунца наибольшей ростостимулирующей активностью обладает препарат «Хорион» при степени разведения 1:100 и рН=6: энергия прорастания повышается на 17 %, а длина корней в два раза. Внесение в препа-

рат «Хорион» хелата цинка при степени разведения 1:100 позволяет повысить энергию прорастания семян льна-долгунца на 20-39 % в широком диапазоне рН, однако приводит к уменьшению длины корней. Внесение хелата меди приводит к снижению энергии прорастания в среднем на 20 %, при этом длина корней проросших семян увеличивается.

Горох. При обработке препаратом «Хорион» максимальная энергия прорастания достигается при разведении 1:1000 и рН=4 и рН=8 и составляет 94,0 % при 87,4 % у контрольных семян. При этом, как видно по данным таблицы 5, при рН=8 корни первого порядка имеют максимальную длину - 95 мм, что на 28 % выше контрольного значения. Было замечено, что при обработке семян растворами с рН=5 и рН=6 наблюдается развитие корней второго порядка длиной до 4 мм. При этом при степени разведения 1:100 энергия прорастания сохраняется на уровне контрольного значения.

Таблица 5

Влияние хитозаповых препаратов на прорастание семян гороха

Препарат

Разведение

Длина корней первого порядка (мм) / Длина корней второго порядка (мм)

рН=3 ,

рН=4

рН=5

J*t1

рН=8

рН=9 •

1:100

Хорион

35/-

37/-

62/4

55/3

47/-

55/-

1000

гниль

50/-

60/3

60/-

95/-

62/-

1000

55/-

50/-

55/3

70/4

Эталон Артемия

100

35/-

33/-

20/-

30/-

50/-

40/-

1:1000

20/-

45/-

30/-

Контроль

70/-

Относительная ошибка средней Sx = 4,7 %; НСР0.5 = 6

Таким образом, при проращивании семян наибольшего эффекта удается достичь при применении хитозановых препаратов в слабокислой среде, это объясняется химической природой хитозана. Так как хитозан относится к классу аминов, он легко образует соли с анионами. Многие из таких солей являются водорастворимыми, а значит доступными для растений. В кислой среде хитозан состоит из электронейтральных глю-козаминных звеньев и звеньев, в которых глюкозамин протонирован и ассоциирован с анионами соответствующей кислоты (Тютерев, 2002).

Хитозан является осмотически активным веществом (Burrows et al., 2007), под влиянием хитозана проникновение воды через оболочку семян значительно повышается. Кроме того хитозан повышает активность многих ферментных систем растения (Зиновьева и др., 1999). В целом, обработка хитозановыми препаратами, в результате комплексного воз-

действия на отдельные процессы в семени повышают и их жизнеспособность, всхожесть и способствует развитию корневой системы.

Картофель. Из данных таблицы 6 следует, что применение препарата «Хорион» способствует существенному повышению урожайности по сравнению с контрольным значением, увеличению числа и массы клубней.

Таблица 6

Влияние хитозановых препаратов на урожайность картофеля сорта

Орхидея

Показатели Контроль Артемия Хорион S„ % НСРо.5

Урожайность клубней, г/гнездо 755 600 2215 6,4 215

В процентах от контроля - 79 293 - -

Количество клубней в гнезде, шт. 12 8 21 5,5 3

Средняя масса клубня, г 125 200 222 5,1 37

Вегетационный период 2008 года был недостаточно увлажненным (количество осадков в июле составило 68 % от средней многолетней нормы). В данных обстоятельствах повышение урожайности картофеля при использовании препарата «Хорион» достигается за счет способности хитозана регулировать расходование растением влаги. Обработка хито-заном может способствовать накоплению абсцизовой кислоты в тканях листьев (Iriti, Faoro, 2008). Высокий уровень этой кислоты приводит к блокированию устьиц в эпидермисе растения, таким образом, сокращается испарение (Bittelli et al., 2001). Благодаря способности сохранять воду, растения имеют больше листьев, что также способствует большему накоплению питательных веществ. Максимальное начальное содержание сухих веществ составляет 29,7 % (20,6 % в контроле) наблюдается в картофеле, обработанном препаратом «Хорион».

Начальное содержание витамина С в картофеле, обработанном препаратом «Хорион», ниже контроля на 14 %. Однако при хранении в течение трех месяцев содержание витамина С для контрольного картофеля и картофеля, выращенного с применением препарата «Артемия» снижается на 20-30 %, а для картофеля, выращенного с применением препарата «Хорион», меняется незначительно.

При применении хитозановых препаратов спустя месяц после уборки урожая содержание нитратов в клубнях картофеля для препарата «Артемия» в 3 раза превышает ПДК, а для препарата «Хорион» - в 1,8 раз. Во время хранения количество нитратов снижается, и спустя три месяца во

всех образцах содержание нитратов не превышает 10 мг/кг. Хитозан повышает ассимиляцию растениями неорганического азота из почвы (Burrows et al., 2007). С одной стороны, это способствует росту и развитию растений. С другой стороны, как показывают полученные нами данные, сельскохозяйственная продукция, выращенная таким образом, может содержать большое количество опасных для здоровья соединений.

Таким образом, установлено, что повышенное содержание хитозана в препарате «Хорион» приводит к увеличению урожайности картофеля на фоне недостаточной увлажненности в течение вегетационного периода благодаря оптимальному расходованию растением влаги. Применение препарата «Хорион» при выращивании картофеля снижает скорость расходования витамина С в картофеле во время хранения.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА УКОРЕНЕНИЕ ЧЕРЕНКОВ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ КУЛЬТУР

Випоград. Влияние хитозановых препаратов на укоренение черенков винограда определяется сортовыми особенностями. Ниже приведены данные по некоторым сортам винограда, показавшим при укоренении наиболее примечательные результаты. У саженцев винограда сорта Катыр (таблица 7) в кислой и слабокислой области значений рН наблюдается увеличение длины побегов. Примечательно, что при применении препарата «Хорион» при рН=6 и 7 на фоне сохранения на уровне контроля или даже уменьшения длины побегов масса побегов увеличивается на 30-40 %. Это связано с увеличением количества и размера листьев, что впоследствии благоприятно скажется на развитию саженцев за счет большей фотосинтетической активности растения. В наибольшей степени способствовал ризогенной активности саженцев препарат «Хорион» при рН=6: суммарная длина и количество корней первого порядка более чем в 2 раза превышают контрольное значение. При этом же значении рН наблюдали увеличение массы побегов. Высокая ризогенная активность была выявлена у саженцев, укореняемых в растворе ортофосфата калия, при этом рН раствора не оказывал существенного влияния на длину корней первого порядка. При укоренении в растворе при рН=6 все черенки не зависимо от вида препарата имели высокие качественные показатели.

Условные обозначения таблиц 7-9: * - цветы; * - корни второго порядка; т - корни третьего порядка; + - каллус; жирным шрифтом выде-

лены результаты более чем на 30 % превышающие контрольное значение.

Таблица 7

Влияние обработки хитозановыми препаратами на укоренение

черенков винограда со эта Катыр, 21 309 год

Раствор Средний выход саженцев, % Длина побегов, мм Масса побегов, г Суммарная длина корней первого порядка, мм Количество корней, шт. Масса корней, г

Вода 71 111±15 1,92±0,18 1345±200 21,0±1,8 0,41±0,05

m рН=8 86 72±10 1,45±0,13 1495±180 17,0*±1,9 0,48±0,05

о к рН=7 86 84±10 2,48±0,30 2565±340 28,2*±3,2 0,71±0,08

U. о X рН=6 71 108±12 2,69±0,31 3905±450 43,4*±5,1 0,86±0,10

рН=5 86 137±25 3,32±0,34 2145±220 31,1±3,6 0,61±0,07

з рН=8 71 94±9 1,54±0,16 1305±175 21,4"±2,9 0,50±0,05

s рН=7 86 76±10 1,31±0,15 785±95 11,5±1,8 0,20±0,02

н р. pH=6 86 135±27 2,79±0,34 2785±355 35,7±4,5 0,84±0,08

< рН=5 71 99±11 2,19±0,24 1645±280 19,8*±2,9 0,82±0,07

О ix рН=7 86 113±13 2,30±0,29 3125^370 29,2*±4,1 1,48±0,11

рН=6 100 151±28 2,98±0,35 3305±440 30,3#±4,6 1,34±0,10

ь? рН=5 83 91±10 1,96±0,21 3215±450 25,7#±3,2 1,18±0,09

В 2010 году на черенках винограда сорта Память Домбковской исследовали биологическую активность препаратов «Хорион», «Хорион 12» «Хорион 21», в качестве эталона выступал препарат «Артемия», в качестве контроля - вода. Данные приведены в таблице 8. Препараты «Хорион 12» и «Хорион 21» существенно повышали выход и качественные показатели (длину побегов, длину, количество и массу корней) саженцев, во всем применяемом диапазоне рН. Возможно, это объясняется снижением молекулярной массы хитозана, входящего в состав препарата после ультразвуковой обработки.

В литературе также приводятся данные, показывающие, что низкомолекулярный хитозан обладает большей элиситорной (Озерецковская и др., 2002) и антимикробной (М5ше\У8ка-\Угопа et а1., 2007) активностью. Это объясняется тем, что небольшим молекулам легче проникать сквозь клеточную стенку.

Таблица 8

Влияние обработки хитозановыми препаратами на укоренение

Вы- Суммар-

Раствор ход саженцев, % Длина побегов, мм Масса побегов, г ная длина корней первого порядка, мм Количество корней, шт. Масса корней, г

Вода 50 54±7 0,54±0,06 20±3 3,3+±0,3 0,02

г рН=7,5 60 61±7 0,57±0,06 40±5 5,3+±0,6 0,09±0,01

¡и а рН=7 20 71±10 0,80±0,09 40±5 6,0+±0,6 0,07±0,01

рН=6 60 105±13 1,39±0Д5 80±10 б,Т±о,б 0,15±0,02

< рН=5 20 160±18 3,11±0,32 1680±195 28,0±3,1 1,15±0,13

а рН=8 80 94±12 1,5±0,16 250±35 10,5±1,2 0,17±0,02

о к рН=7 80 103±13 1,21±0,14 330±40 13,0#±1,5 0,30±0,03

и. о^ X рН=6 40 133±15 1,49±0Д6 145±20 10,0+*±1,2 0,21±0,03

рН=5 17 48±10 0,74±0,10 5 1,0+ -

сч р№=8 100 206*±25 2,90±0,32 510±65 13,2#±1,5 0,29±0,04

и § п рН=7 71 142*±16 2,94±0,32 725±80 16,2#±1,9 0,61±0,07

о X рН=6 100 209*±25 3,54±0,37 2295±260 34,3#±4,4 0,72±0,08

м рН=8 83 131±15 2,26±0,28 505±65 13,0#±1,5 0,57±0,07

И о рН=7 100 177*±19 3,32±0,36 1255±140 24,3#±3,2 1Д2±0,13

я & п рН=6 100 249±29 2,32±0,28 1300±155 29,8^3,1 1,07±0Д0

X рН=5 100 170±18 2,57±0,30 1070±120 35,8#±4,4 1,20±0,14

Влияние хитозановых препаратов и ультразвукового облучения на ризогенез черенков винограда. Для повышения приживаемости черенков можно применять физическое воздействие, одним из видов которого являются ультразвуковые колебания. По данным таблицы 11 видно, что укоренение в растворах хитозановых препаратов стимулирует побегообразование, но угнетает ризогенез: для препарата «Хорион» при рН=6 количество корней более чем в три раза, а длина более чем в два раза ниже контрольного значения, сходные данные были получены для раствора препарата «Артемия» при рН=7,5.

Ультразвуковое облучение черенков винограда в течение 3 и 6 минут увеличивает эффективность действия хитозановых препаратов. При трехминутной обработке в растворе препарата «Хорион» при рН=7 и 6 увеличивается выход саженцев более чем на 50 % по сравнению с не об-

лученными черенками. При увеличении времени озвучивания до 6 минут в растворе препарата «Хорион» при рН=7 выход саженцев сохраняется, а при рН=6 снижается до контрольного значения.

Таблица 11

Влияние хнтозановых препаратов и ультразвукового облучения па

укоренение че ренков винограда сорта Мускат Сатунский, 2010 год

Раствор Выход саженцев, % Длина побегов, мм Масса побегов, г Суммарная длина корней первого порядка, мм Количество корней, шт. Масса корней, г

Без ультразвукового облучения

Вода 43 105±12 1,03±0,12 760±90 17,3#±2,0 0,57±0,07

Хорион рН=8 57 170±19 1,89±0,20 495±55 13,0*±1,5 0,20±0,02

рН=7 43 98±12 0,87±0,09 535±65 8,7#±0,9 0,23±0,02

рН=6 57 161±19 1,16±0,12 350±40 5,5±0,6 0,24±0,02

рН=5 29 205±22 2,02±0,21 975±100 17,5#±2,0 0,32±0,04

Артемия рН=7,5 29 114±14 1,01±0,12 ■ 320±40 10,0#±1,2 0,16±0,02

рН=7 71 ' 234*±25 1,77±0Д9 765±90 14,2#±1,6' 0,24±0,03

РН=6 29 114±14 1Д4±0,12 955±100 16,5#±1,8 0,40±0,05

рН=5 57 153±18 1,10±0,12 685±85 20,0*±2,3 0,25±0,03

Облучение в течение 3 минут

Вода 57 185±20 1,17±0,12 235±30 6,2#+±0,6 0,12±0,01

| Хорион р№=8 29 155±18 1,42±0,16 330±40 8,0±0,9 0,14±0,02

рН=7 71 202*±22 1,92±0,20 900±85 15,8#±1,8 0,41±0,05

рН=6 86 294*±35 2,19±0,22 1095±120 19,7#±2,2 0,48±0,0б

рН=5 14 130±16 0,83±0,09 400±70 9,0±1,1 0,15±0,02

Артемия рН=7,5 43 144±17 1,03±0,10 360±40 10,7#±1,2 0,15±0,02

РН=7 71 217±23 1,53±0,17 485±55 9,2#±1,0 0,15±0,02

рН=6 43 141±17 0,71±0,08 190±25 6,0±0,6 0,10±0,01

рН=5 _29 362±39 2,80±0,30 2160±270 34,0#±6,0 1,57±0,17

Облучение в течение 6 минут

Вода 57 239±25 2,20±0,25 520±60 13,5#+±1,5 0,37±0,05

Хорион рН=8 57 158±18 1,51±0,16 665±75 1б,0#±1,7 0,23±0,04

рН=7 71 269±30 2,19±0,23 820±90 19,8*±2,2 0,39±0,05

рН=6 57 216*±23 2,58±0,27 2055±270 34,8#±6,0 0,88±0,10

рН=5 29 135±16 0,86±0,09 130±20 5,0*±0,6 0,04±0,01

Артемия рН=7,5 57 186±20 2,08±0,22 850±95 15,0*±1,7 0,46±0,06

рН=7 57 126±14 1,01±0,10 200±30 5,0#±0,6 0,08±0,01

рН=6 57 142±17 1,74±0,18 2130±250 26,5#±3,2 0,90±0,10

рН=5 29 210±25 1,95±0,20 1625±180 37,0±6,1 0,52±0,05

Ультразвуковое облучение стимулирует ризогенез: при трехминутном облучении в растворе препарата «Артемия» при рН=5 суммарная длина корней увеличивается на 215 %, количество корней на 70 %, а масса корней на 175 % по сравнению с аналогичными необлученными черенками. Шестиминутное ультразвуковое облучение в растворе «Хорион» при рН=6 способствует увеличению длины и количества корней почти в шесть раз. Положительное действие ультразвука объясняется влиянием на тканевые и внутриклеточные процессы: изменением процессов диффузии и осмоса, проницаемости клеточных мембран, интенсивности протекания ферментативных процессов, окисления, кислотно-щелочного равновесия, электрической активности клетки (Молчанов, 2009).

Облепиха. Применение хитозанового препарата на основе хорионов цист Artemia species оказывает существенное положительное влияние на все показатели укореняемых черенков (таблица 12): позволяет повысить приживаемость саженцев облепихи на 61 %,стимулирует формирование мощной корневой системы, способствует росту побега и кущению.

Таблица 12

Выход и качественные показатели черенков облепихи (апрель 2009)

Показатель Контроль Хорион В%от контроля

Приживаемость, % 46±5 74±5 161

Высота саженца, см 20±2 32±3 160

Число скелетных ветвей первого порядка 3,0±0,5 5,5±0,5 183

Число корней первого порядка 18±2 22±2 122

Суммарная длина корней первого порядка, см 128±7 185±9 145

В опыте укоренение проводили в пленочной теплице с туманообра-зующей установкой. Закрытый грунт и высокая влажность способствуют развитию грибных патогенов, вызывающих некроз базальной части, отмирание нижних листьев и гибель уже сформировавшихся первичных корней. В данных условиях положительное влияние препарата «Хорион» на укоренение черенков облепихи объясняется фунгицидной и элиси-торной активностью входящего в его состав хитозана. Хитин, хитозан и их производные входят в состав клеточных стенок паразитарных грибов и служат информационными сигнальными молекулами, экспрессируя широкий спектр защитных генов высших растений (Немцев и др., 2001, Панина, 2005). То есть при определенных условиях хитозановые препа-

раты на основе отходов вылова цист Artemia species могут частично заменить пестициды, способствуя снижению химической нагрузки на биоценозы и агроценозы.

ВЫВОДЫ

1. Содержание водорастворимых солей в хорионах цист Artemia species - 16,4 %. Лучшие результаты по обессоливанию получены при ультразвуковом облучении акустической мощностью 150 Вт в течение трех минут водной суспензии хорионов при гидромодуле 1:40. Хитоза-новые препараты получают настаиванием хорионов в 40 %-ном растворе КОН при модуле 1:10. Ультразвуковая обработка при этом позволяет сократить время настаивания и получить хитозан с более низкой молекулярной массой.

2. На биологическую активность хитозановых препаратов наиболее существенное влияние оказывает рН раствора и молекулярная масса входящего в состав хитозана. Введение в препарат хелата цинка повышает энергию прорастания семян льна-долгунца на 20-39 %. Введение хелата меди снижает энергии прорастания семян в среднем на 20 %, но приводит к увеличению дойны корней.

3. При проращивании семян наибольшей биологической активностью обладает препарат «Хорион» при степени разведения 1:100 и рН=6, что объясняется лучшей растворимостью хитозана в слабо кислой среде. При обработке семян льна-долгунца энергия прорастания повышается на 17 %, а длина корней в два раза. При обработке семян гороха развивается корни второго порядка длиной до 4 мм.

4. Применение препарата «Хорион» повышает урожайность картофеля сорта Архидея на 293 %. На фоне недостаточной увлажненности вегетационного периода это объясняется способностью хитозана регулировать использование воды.

5. Влияние хитозановых препаратов на укоренение черенков винограда определяется индивидуальными особенностями сорта. В большинстве случаев хитозановый препарат стимулирует образование корней второго и третьего порядка. При укоренении черенков сорта Мускат Коричневый в растворе препарата «Хорион» при рН=6 шестиминутное ультразвуковое облучение черенков акустической мощностью 50 Вт приводит к увеличению суммарной длины и количества корней в шесть раз. Препараты, полученные после ультразвукового облучения и имеющие в своем составе более низкомолекулярный хитозан, проявляют

большую биологическую активность в отношении черенков винограда сорта Память Домбковской: при рН=6 длина побегов увеличивается на 57-87 %, количество корней - более чем в три раза.

6. Обработка препаратом «Хорион» зеленых черенков облепихи повышает приживаемость на 61%, способствует кущению и увеличению суммарной длины корней первого порядка на 45 %, что связано с фунги-цидной и элиситорной активностью хитозана.

Основное содержание изложено в работах:

1 Морозова, Е.А. Применение ультразвука для обессоливания хорионов цист Artemia species / ЕА. Морозова, АЛ. Верещагин // Материалы Всерос. науч.-пракг. конф. «Технологии и оборудование химической, биологической и пищевой промышленности», май 2008. - Бийск: АлтГТУ. - 2008. - С. 128130.

2 Морозова, Е.А. Влияние хитозанового препарата, полученного из некондиционных цист Artemia sp., на энергию прорастания семян льна-долгунца ! Е А Морозова, А.Л. Верещагин // Сб. статей Ш Международ. науч.-практ. конф. «Аграрная наука - сельскому хозяйству», книга 1. - Барнаул: АГАУ. -2008.-С. 372-373.

3 Морозова, ЕА. Сравнительный анализ основных физико-химических показателей некондиционных цист и хорионов цист Artemia sp. / ЕА. Морозова, А.Л. Верещагин // Материалы 5-й Межрешон. науч.-практ. конф. «Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве», март 2008. -Бийск: АлгГТУ.-2008.-С. 22-25.

4 Морозова, Е.А. Разработка метода очистки исходного сырья (хорионов цист Artemia species) для получения поли-(1,4)-2-амино-2-дезокси-0-глюкопиранозы / Е.А. Морозова, АЛ. Верещагин // Материалы П-ой Всерос. науч.-техн. конф. «Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них («Полимер 2008»)», май 2008. - Бийск: АлгГГУ. - 2008. - С. 31-33.

5 Морозова, ЕА. Ризогенная активность хитозанового препарата, полученного из некондиционных цист Artemia sp., на примере семян льна-долгунщ / ЕА. Морозова, A.JI. Верещагин // Ползуновский вестник. - Барнаул. - 2008. -Ж 1-2.-С. 45-48.

6 Морозова, ЕА. Обессоливание хорионов цист Artemia species /ЕА. Морозова, A.JI. Верещагин, MB. Хмелев I/ Ползуновский вестник. - Барнаул. -2008.-Ж 1-2.-С. 82-84.

1 Морозова, ЕА. Ризогенная активность и влияние хитозановых препаратов полученных из хорионов цист Artemia species на энергию прорастания гороха сорта «Новосибирец» / ЕА. Морозова, АЛ. Верещагин // Материалы

Ш Международ. конф. (18-21 ноября 2008 г., г. Харьков, Украина). - Харьков: СЦЦ ФЛ Михайлов Г.Г. - 2008. - С. 286-287.

8 Морозова, Е.А. Оптимизация процесса обессоливания хорионов цист Аг-temia species / ЕА Морозова, А.Л. Верещагин // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-14-2008): доклады (материалы) 14-й Междунар. науч.-пракг. конф. Омск, 6-8 окг. 2008 г. / Отв. Ред. В.Н. Масленников. - Томск: САН ВШ; В-Спектр. - 2008. - С. 233-236.

9 Морозова, Е.А. Эффективность применения хитозанового препарата на основе хорионов цист Artemia species на ранние стадии развитая семян льна-долгунца сорта «Томский 14» / ЕА Морозова, АЛ. Верещагин // Сб. статей IV Международ. науч.-практ. конф. (5-6 февраля 2009) «Аграрная наука -сельскому хозяйству», книга 2. - Барнаул: АГАУ. - 2009. - С. 123-126.

10 Морозова, Е.А. Повышение урожайности и качества картофеля за счет применения препарата «Хорион» / Е.А. Морозова, А.Л. Верещагин // Инновационные технологии: производство, экономика, образование: мат. Всерос. научно-практ. Конф. 24 сентября 2009 года / под ред. Г.В. Леонова; Алт. гос. Техн. Ун-т, БТИ. -Бийск: АлгГТУ. -2009. - С. 417-419.

11 Морозова, Е.А. Эффективность действия хитозановых препаратов на стадии укоренения одревесневших черенков винограда / ЕА Морозова, A.JL Верещагин // Виноградарство в Западной Сибири: материалы Четвертой межрегион. науч.-практ. конф. 12 сентября 2009 года - Бийск: АлгГТУ. - 2010. -С. 59-65.

12 Морозова, ЕЛ. Применение хитозановых препаратов на стадии укоренения одревесневших черенков винограда / ЕА. Морозова, A.JI. Верещагин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета - 2010. - №. 2(64)-С. 41-43.

13 Морозова, Е.А. Применение хитозанового препарата на основе хорионов цист Artemia species при укоренении черенков облепихи в полевых условиях / ЕА. Морозова, А.Л. Верещагин // Сборник трудов регион. науч.-пракг. конф. «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» - Томск: Изд-во ТСХИ. - 2010. - Вып. 12. -С. 31-34.

14 Морозова, Е.А. Разработка метода получения биологически активного препарата на основе хорионов цист Artemia species / ЕА. Морозова, А.Л. Верещагин // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы Десятой Международ, конф. - ННовгород: ННГУ. - 2010. - С. 42-44.

15 Морозова, ЕА. Сравнительный анализ эффективности использования препаратов «Артемия» и «Хорион»/ ЕА Морозова, А.Л. Верещагин // Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве: материалы 6-й

Межрегион. науч.-пракг. конф. 23 марта 2010 года-Бийск: АлтГТУ. -2010. -С. 59-64.

16 Морозова, Е.А. Опыт применения хитозанового препарата на основе хорионов цист Artemia species / ЕЛ. Морозова, A.JI. Верещагин // Аграрная наука сельскохозяйственному производству Монголии, Сибири и Казахстана: Сборник научных докладов ХШ-й Междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. (Улаан-баатор, 6-7 июня 2010 г.) - Улаанбаатор: Монгольская академия аграрных наук. - 2010. - С. 421-423.

17 Морозова, ЕА. Разработка биологически активных препаратов на основе поли-(1,4)-2-амино-2-дезокси-В-глюкопиранозы из хорионов цист Artemia species / ЕА. Морозова // Отчет о выполнении НИОКР // Код ВНИТИЦ 18 4000 214 0301, входящий номер И100302102744,2010. -С. 20-39.

18 Морозова, Е.А. Влияния хигозановых препаратов и ультразвукового облучения на укоренение черенков винограда / ЕА. Морозова, А.Л. Верещагин // Современное состояние почвенного покрова, сохранение воспроизводства и плодородия почв: материалы Международ, науч. конф., посвященной 65-летию КазНИИ почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова (15-16 сентября 2010). - Апматы: Изд-во КазНИИ почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, 2010. С. 340-344.

19 Морозова, Е.А. Использование отходов вылова цист аргемии в растениеводстве / ЕА. Морозова, А.Л. Верещагин // Экологический Вестник Северного Кавказа-2010.-№ 2. - С. 61-63.

20 Патент Российская Федерация Способ получения средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и средство/Морозова ЕЛ., Верещагин A.JI.; заявитель и патентообладатель Бийский Технологический Институт-№ 106504/13; заят. 24.02.2009; опубл. 20.12.2010.

Подписано в печать 19.04.11 г. Формат 60x84 1/16 Печать - ризография. Усл.п.л. 1,28

Тираж 110 экз. Заказ 2011-65 Отпечатано в ИИО БТИ АлтГТУ 659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 27

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Морозова, Елена Александровна, Барнаул

61 12-3/534

Министерство образования и науки РФ Бийский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

на правах рукописи

МОРОЗОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ

КУЛЬТУРЫ

специальность 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.х.н., профессор Верещагин А.Л.

Барнаул-2011

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 8

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗАГРЯЗНЕ- 9 НИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

1.1. Последствия применения минеральных удобрений и пестицидов 9

1.2. Применение хитозановых препаратов в растениеводстве 15

1.2.1. Artemia species - источник сырья для получения хитозановых препаратов 23

1.2.2. Защита растений от болезней 27

1.2.2. Ростостимулирующее действие 44

1.2.3. Повышение устойчивости растений к стрессам 46

1.2.4. Улучшение качества почвы 46 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 50

2.1. Материалы исследования 50

2.2. Методы получение хитозановых препаратов 54

2.3. Оценка биологической активности хитозановых препаратов 70 ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР 78

3.1. Лен-долгунец 79

3.2. Горох 87

3.3. Картофель 89 ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ХИТОЗАНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА УКОРЕНЕНИЕ ЧЕРЕНКОВ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ КУЛЬТУР 96

4.1. Виноград 96

4.2. Облепиха 114 ВЫВОДЫ 118

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В условиях научно-технического прогресса деятельность человека преобразует природные биогеоценозы. На смену им приходят посевы и посадки культурных растений. Так формируются агроценозы, количество которых на Земле постоянно увеличивается. На устойчивость и продуктивность агроценоза оказывают влияние абиотические (влажность, температура, освещенность, химический состав почвы и т.д.) и биотические (соотношение популяций растений, насекомых и микроорганизмов, оказывающих положительное или отрицательное влияние на доминирующий в агроценозе вид) факторы. Человек, используя различные сельскохозяйственные технологии и препараты, стремится таким образом регулировать воздействие этих факторов, чтобы добиться максимального выхода конечной продукции. Учитывая, что эта продукция используется в питании человека, желательно, чтобы она была биологически полноценной и безопасной. В связи с этим возрастает интерес к природным веществам, способным поддерживать стабильность агроценозов и повышать урожайность сельскохозяйственных растений.

Для производства хитозана можно использовать различное хитинсодержащее сырье. Аквабиоресурсы Алтайского края богаты рачком Artemia species, цисты которого широко используются в аквариумистике и рыбном хозяйстве. При этом пустые оболочки цист - хорионы - до

настоящего времени не нашли практического применения. Содержание хитина в них достигает 34,5 % от сухого веса оболочки (Tajik et al., 2008).

Таким образом, эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры позволит определить возможность их практического применения в растениеводстве и предложить схему рационального использования отходов вылова цист Artemia species, снизить химическую нагрузку на окружающую среду, уменьшить стоимость производство сельскохозяйственной продукции.

Цели и задачи исследования. Цель исследования - провести эколого-биологическую оценку действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры.

В задачи исследования входило:

1. Разработка схемы получения хитозанового препарата для растениеводства на основе отходов вылова цист Artemia species.

2. Определение факторов, влияющих на биологическую активность хитозановых препаратов.

3. Изучение влияния хитозановых препаратов на прорастание семян льна-долгунца и гороха в лабораторных условиях.

4. Оценка влияния хитозановых препаратов на урожайность картофеля в полевых условиях.

5. Исследование влияния хитозановых препаратов на укоренение черенков винограда и облепихи.

Научная новизна. Впервые предложено использовать пустые оболочки цист Artemia species для получения хитозановых препаратов. Подобраны режимы очистки исходного сырья. На стадии дезацетилирования хитина было применено ультразвуковое облучение.

Установлена ростостимулирующая и ризогенная активность разработанного хитозанового препарата в отношении семян льна-долгунца, гороха, картофеля, черенков облепихи и винограда. Для различных культур подобраны оптимальные значения показателя рН хитозанового препарата.

Практическая значимость. Разработанный метод может быть положен в основу промышленного производства хитозанового препарата для растениеводства. Способ не требует значительных производственных затрат, и отличается низкой стоимостью исходного сырья. Полученный препарат обладает высокой биологической активностью по отношению к различным сельскохозяйственным культурам. При полной или частичной замене пестицидов и химических протравителей данным препаратом снижается химическая нагрузка на окружающую среду.

Положения, выносимые на защиту.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии и оборудование химической, биологической и пищевой промышленности» (Бийск, май 2008); III Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2008); 5-й Межрегиональной научно-практической конференции «Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве» (Бийск, 2008); 2-ой Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них («Полимер 2008»)» (Бийск, май 2008); 3-й Международной конференции молодых ученых «Биология - от молекулы до биосферы» (Харьков, 18-21 ноября 2008); 14-й Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-14-2008)» (Омск, 6-8 октября 2008 г); IX Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Ставрополь, 13-17 октября 2008); 4-й Международной

научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 5-6 февраля 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии: производство, экономика, образование» (Бийск, 24 сентября 2009); 4-й Межрегиональной научно-практической конференции «Виноградарство в Западной Сибири» (Бийск, 12 сентября 2009); Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» (Томск, 2010); 6-й Межрегиональной научно-практической конференции «Производные хитозана и стимуляторы роста в сельском хозяйстве» (Бийск, 23 марта 2010); X Международной Конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» РосХит-2010 (Нижний Новгород, 29 июня - 2 июля 2010); ХШ-й Международной научно-практической конференции «Аграрная наука сельскохозяйственному производству Монголии, Сибири и Казахстана» (Улаанбаатор, 6-7 июля 2010); Международной научной конференции, посвященной 65-летию Казахского научно-исследовательского института почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова «Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв» (Алматы, 15-16 сентября 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них три в журналах, включенных в список ВАК, получен патент 2406715 Российской Федерации МПК6 С05Р7/00 «Способ получения средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и средство».

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 143 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав результатов собственных исследований, выводов, библиографического списка литературы (189 ссылок, в том числе 88 иностранных), содержит 37 таблиц, 18 рисунков.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

КМХТ - карбоксиметилхитозан СВ - сухое вещество ММ - молекулярная масса СД - степени дезацетилирования рН - водородный показатель

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПУТИ ИХ

РЕШЕНИЯ

1.1. Последствия применения минеральных удобрений и

пестицидов

Трудно представить современное растениеводство без использования химических препаратов. Сельскохозяйственные химикаты широко применяются не только в крупных крестьянских и фермерских хозяйствах, но и на личных приусадебных участках. Условно эти препараты можно разделить на две группы: удобрения, восполняющие дефицит питательных компонентов почвы, и пестициды, используемые для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Производители химических удобрений и пестицидов утверждают, что при правильном применении эти препараты не представляют опасности для биоценозов.

Ежегодно с урожаем из почв извлекаются основные питательные компоненты - азот, фосфор, калий. Вынос элементов питания растениями зависит от многих факторов - культуры, сорта, величины урожая, уровня агротехники, свойств почвы и т.д. Ежегодный вынос урожаями отдельных элементов покрывается из почвенных запасов. Общие запасы питательных веществ в почве значительно больше, по сравнению с выносом их в одном урожае. По мнению Н.В. Яшутина и коллег (2008) даже в самой бедной почве содержится столько питательных веществ, что их вполне достаточно для получения нормальных урожаев весьма требовательных культур в течение 50-100 лет и более. Однако растения могут испытывать дефицит какого-либо элемента, даже при высоком содержании его в почве. Трудность заключается в том, что растения используют только легкоподвижные питательные вещества, а в почвах преобладают малоподвижные, недоступные растениям формы. Поэтому минеральные удобрения могут дать значительную прибавку

к урожаю и считаются главным фактором повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Количество вносимых в почву минеральных удобрений может отличаться в десять и даже двадцать раз и достигать 500 кг/га действующего вещества, примерно такое же количество является балластом. По данным, приводимым М.А. Багировой (2010), из вносимых в почву фосфорных удобрений растениями используется до 20 %, а из азотных 50-60 %. Остальное утрачивается, уходя в атмосферу за счет процессов денитрификации, или смывается и поступает в поверхностные и подземные природные воды. Выделение оксидов азота в атмосферу влечет за собой не только экономические потери, но и грозит нарушением озонового экрана планеты. Потери азота зависят от дозы вносимых удобрений и соотношения содержания азота с другими питательными элементами, сроков и способов внесения, формы азотных удобрений и особенностей технологии их применения, а также от почвенно-климатических условий местности.

Систематическое воздействие на агроэкосистемы минеральных удобрений, содержащих поступающие из сырья примеси тяжелых металлов (кадмий, свинец и др.) и токсичных элементов (фтора, мышьяка и др.) относящихся к I и II классам опасности, вызывает серьезное беспокойство. JI.A. Бу-рибаева и Т.Е. Айтбаев (2010) установили, что применение полного минерального удобрения N180P90K90 в овощеводстве приводит к повышению содержания свинца и кадмия в почве в 1,5 раза. P.E. Елешев и коллеги (2010) зафиксировали повышение содержания подвижного стронция в почве, после многолетнего внесения суперфосфата. Если балластные соединения хорошо растворимы, они вымываются из почвы и поступают в поверхностные и подземные воды, загрязняя их. Если они малорастворимы, то аккумулируются в почве и при достижении определенной концентрации поступают в растения и далее по трофическим цепям в организмы животных и человека. Иногда содержание балластных веществ может достигать токсичных уровней и стать причиной нарушений здоровья человека. Токсичного уровня может достичь

и содержание в почве биогенных элементов, чаще всего азота в форме нитратов, что уже неоднократно служило причиной отравления сельскохозяйственными продуктами.

Наряду с минеральными удобрениями широкое распространение получили химические средства защиты растений - пестициды - соединения, применяемые для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных культур, вредителями и микроорганизмами, вызывающими порчу сельскохозяйственной продукции, материалов и изделий, а также для борьбы с паразитами и переносчиками заболеваний человека и животных. Необходимость их использования объясняется тем, что повреждение посевов вредителями, болезнями и сорной растительностью приводят к потерям 30-60 % урожая, а иногда и к полной его гибели. На долю химических средств защиты растений может приходиться до 50 % затрат в себестоимости конечной продукции (Гурикова и др., 2009).

Первые указания на использование пестицидов относятся к временам Александра Македонского, когда применяли порошок далматской ромашки для уничтожения паразитов (VI век до н. э.). Сначала пестициды представляли собой вещества растительного происхождения. Неорганические вещества (соли меди, мышьяка) начали использовать с XVIII века. Новый этап в создании и практическом применении пестицидов связан с успехами химии и других фундаментальных наук. Особенно бурное развитие химии пестицидов отмечено в XX веке.

В зависимости от характера использования пестициды подразделяют на следующие группы:

гербициды - для борьбы с сорными растениями;

фунгициды - для борьбы с грибковыми заболеваниями растений;

бактерициды - для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями;

инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми;

акарициды - для борьбы с клещами;

зооциды - для борьбы с грызунами;

нематоциды - для борьбы с круглыми червями;

афициды - для борьбы с тлей.

Для полной оценки отрицательного действия пестицидов необходимо рассматривать все аспекты их влияния на окружающую среду и ее обитателей:

1. Снижение почвенного плодородия за счет угнетения почвенной микрофлоры и нарушения почвенно-экологического баланса.

2. Ухудшение качества контактирующих с почвой сред, таких как воздух, поверхностные и грунтовые воды.

3. Ухудшение качества продукции сельского хозяйства (изменение ее биохимического состава, питательной ценности, загрязнение ее остатками пестицидов и др.).

Многие пестициды оказывают токсическое влияние на полезную энтомофауну. При опрыскивании применяемые инстектициды попадают не только на вредителя и защищаемую культуру, но также на поверхность почвы. При этом наиболее вероятными нецелевыми объектами действия инстектицидов являются герпетобионты. Установлено, что применение пиретроидных и нитрометиленовых инстектицидов приводит к снижению численности жужелиц (Гурикова и др., 2009). Гербициды, в состав которых входит имазетопир или клетодим негативно влияют на жизнедеятельность клубеньковых бактерий, что может сказаться на урожайности культуры при недостатке минерального азота (Литвинцев и др., 2009).

Пестициды представляют собой мощный, постоянно действующий экологический фактор. При обработке насаждений и посевов лишь 0,1-1% вносимых пестицидов достигает мест, куда их направляют, тогда как оставшиеся 99,9-99% попадают в почву, атмосферу, водоемы и, в конечном итоге, в продукцию сельского хозяйства. Почва является основным приемником и аккумулятором пестицидов, которые накапливаются в ней в результате адсорбции их молекул почвенными коллоидами. Чем выше доза внесения и устойчивее токсикант, тем длительнее он сохраняется и тем опаснее его дейст-

вие. Одновременно в почве протекают и процессы разложения молекул пестицидов, характер и скорость которых зависит от химической природы препаратов, а также от водно-физических

Информация о работе

Морозова, Елена Александровна
кандидата биологических наук
Барнаул, 2011
ВАК 03.02.08

Диссертация

Эколого-биологическая оценка действия хитозановых препаратов на сельскохозяйственные культуры - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы