БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2022.3.441rus

УДК 632:546.26:631.8:581.1(470.2)

Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального бюджетного государственного научного учреждения «Агрофизический научно-исследовательский институт» из средств Программы фунда-ментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, этап № 0667-2019-0013 в части обеспечения проведения вегетационных и полевых экспериментов и при частичной финансовой поддержке РФФИ № 15-29-05837офи_м в части создания биологически активных угле-родных и кремнезольных наносоставов и изучения их влияния на физиологическое состояние растений.

 

УГЛЕРОДНЫЕ И КРЕМНЕЗОЛЬНЫЕ НАНОСОСТАВЫ В ЗАЩИТЕ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ОТ БОЛЕЗНЕЙ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РОССИИ

А.М. ШПАНЕВ1 , Е.С. ДЕНИСЮК1, О.А. ШИЛОВА2, К.Н. СЕМЕНОВ3,
Г.Г. ПАНОВА1

Яровой ячмень (Hordeum vulgare L.) — основная зернофуражная культура, ежегодно занимающая около 40 % посевных площадей на Северо-Западе России. В последние годы в мировой и отечественной науке обозначился явный интерес к использованию в защите растений наноматериалов и нанотехнологий, который обусловлен их уникальными свойствами и высокой эффективностью в низких концентрациях. В настоящей работе впервые показано влияние углеродных и кремнезольных наносоставов на семенную инфекцию, а также поражение растений ярового ячменя корневыми гнилями и листовыми болезнями. Показано, что более сильный защитный эффект проявился при применении наносоставов на сорте ярового ячменя Атаман с более длительным периодом вегетации и большей восприимчивостью к основным болезням. Впервые установлено наличие аддитивного эффекта при комбинированной обработке семян и вегетирующих растений наносоставами с химическими или биологическими фунгицидами с потенциальной возможностью снижения дозировки последних. Нашей целью было изучение эффективности новых композиций на основе углеродных и кремнезольных наноматериалов в защите ярового ячменя от болезней на Северо-Западе Российской Федерации. Исследования проводили на экспериментальной базе Меньковского филиала ФГБНУ АФИ (Гатчинский р-н, Ленинградская обл.) в 2017-2018 годах. На первом этапе исследований в 2017 году была изучена эффективность двух перспективных наносоставов для защиты ярового ячменя от корневых гнилей и листовых болезней. На разных по срокам вегетации сортах Ленинградский и Атаман были заложены два опыта — по обработке наносоставами посевного материала и вегетирующих растений. Кремнезольная композиция НКтэос была синтезирована по оригинальной золь-гель технологии (на основе кислотного гидролиза с последующей поликонденсацией тетраэтилового эфира ортокремниевой кислоты или тетраэтоксисилана, с добавками в золь растворов солей макро- и микроэлементов и допантов — шихты детонационного наноалмаза, легированной бором, или диоксида титана в форме анатаза). Подготовку наносостава на основе производных фуллерена с метионином или треонином осуществляли посредством растворения в воде соединений микроэлементов и добавления 0,001 % (при обработке семян) или 0,00001 % (при некорневой обработке) раствора аминокислотного производного фуллерена С60 с треонином или с метионином. Варианты опыта включали совместное применение наносоставов с химическими и биологическими фунгицидами, а также фунгицидов с кремнийсодержащим хелатным микроудобрением. Зараженность зерна фитопатогенами определяли с использованием питательных сред. Учет развития корневых гнилей проводили в фазы всходов, кущения, выхода в трубку и колошения, листовых болезней — в фазу начала колошения ячменя, далее через 10, 20 и 30 сут. На втором этапе исследований в 2018 году оценивали эффективность технологической схемы применения новых наносоставов в защите ярового ячменя сорта Ленинградский от болезней. Опыт включал два блока: с обработкой наносоставами семенного материала, с обработкой семян и вегетирующих растений. Показано, что изученные наносоставы в чистом виде оказались малоэффективны в защите ярового ячменя от корневых гнилей и листовых болезней. Снижение развития корневых гнилей на раннеспелом сорте Ленинградский не превышало 5,3 %, на сорте Атаман составляло 15,3-57,7 % (p < 0,05). Развитие основного заболевания культуры — гельминтоспориозных пятнистостей на двух верхних листьях растений ячменя сорта Ленинградский снижалось на 16-22 %, сорта Атаман — на 20-42 % (p < 0,05). Исходя из полученных результатов опыта с обработкой посевного материала можно предположить, что влияние кремнезольной композиции более длительно, поскольку распространялось на развитие гельминтоспориозных пятнистостей листьев (снижение пораженности на 7,5-15,4 % относительно контроля, p < 0,05), и обусловлено способностью активизировать метаболизм и иммунитет растений, тогда как действие наносостава на основе аминокислотного производного фуллерена С60 с метионином в большей степени проявляется за счет снижения семенной инфекции и первичных признаков заражения в период появления всходов ячменя. Наилучшим вариантом защиты ярового ячменя от болезней корневой системы и листового аппарата признана комбинированная обработка семян кремнезольным наносоставом и химическим фунгицидом Иншур Перформ, КС в сочетании с 3-кратной обработкой вегетирующих растений наносоставом на основе аминокислотного производного фуллерена С60 с треонином и однократной — химическим фунгицидом Зантара, КЭ. Снижение нормы применения химического препарата целесообразно только в условиях ожидаемого слабого проявления болезней. Высокую биологическую и хозяйственную эффективность, сопоставимую с результатом фунгицидной обработки со 100 % нормой применения препарата, обеспечивало комбинированное использование микроудобрения КХМ-Г и фунгицида (50 % норма применения), а также наносостава на основе аминокислотного производного фуллерена С60 с метионином и фунгицида (50 % норма применения).

Ключевые слова: яровой ячмень, корневые гнили, листовые болезни, средства защиты растений, фунгициды, наноматериалы, фуллерен C60, аминокислотные производные, метионин, треонин, кремнезоли, тетраэтоксисилан, допанты, шихта детонационного наноалмаза, диоксид титана, анатаз.

 

CARBON AND SILICA NANOSTRUCTURES IN THE PROTECTION OF SPRING BARLEY FROM DISEASES IN THE NORTH-WEST RUSSIA

А.М. Shpanev1 , Е.S. Denisyuk1, O.A. Shilova2, K.N. Semenov3,
G.G. Panova1

Spring barley (Hordeum vulgare L.) is the main grain fodder crop, annually occupying about 40 % of the sown area in the North-West Russia. In recent years, there has been a clear interest in the world and domestic science to use of nanomaterials and nanotechnologies in plant protection, which is due to their unique properties and high efficiency at low concentrations. In this work, for the first time, the effect of carbon and silica sol nanocompositions on seed infection, damage to spring barley plants by root rot and leaf diseases is shown. It was determined that a stronger protective effect was manifested when using nanocompositions on the spring barley variety Ataman with a longer growing season and more susceptible to major diseases. For the first time, an additive effect has been established that enhances the protective functions of chemical or biological fungicides with the possibility of reducing their dosage when combined with nanocomposites in the treatment of seeds and vegetative plants. Our goal was to study the effectiveness of new compositions based on carbon and silica sol nanomaterials in protecting spring barley from diseases in the North-West Russia. The studies were carried out at the experimental base of the Menkovsky branch of the Agrophysical research institute (Gatchinsky District, Leningrad Province) in 2017-2018. At the first stage of research in 2017, the effectiveness of two promising nanocompositions for the protection of spring barley from root rot and leaf diseases was studied. Two experiments were carried out on Leningradsky and Ataman varieties of spring barley with different vegetation periods: on the treatment of seed material and vegetative plants with nanocompositions. The silica sol composition of NKteos was synthesized according to the original sol-gel technology based on acid hydrolysis followed by polycondensation of tetraethyl ester of orthosilicic acid or tetraethoxysilane, with the addition of macro- and microelements salts solutions and dopants — a charge of detonation nanodiamond doped with boron, or a titanium dioxide in the form of anatase to the sol. Preparation of a nanocomposition based on fullerene derivatives with methionine or threonine was carried out by dissolving microelement compounds in water and adding 0.001 % (for seed treatment) or 0.00001 % (for foliar treatment) solution of the amino acid derivative of C60 fullerene with threonine or with methionine. Experiment variants also included the combined use of nanocompositions with chemical and biological fungicides, as well as fungicides with silicon-containing chelated microfertilizer. Grain contamination with phytopathogens was determined using nutrient media. The development of root rot was t assessed in the phases of germination, tillering, budding and heading, leaf diseases — in the beginning of barley earing, then in 10, 20 and 30 days. At the second stage of research in 2018, the effectiveness of the technological scheme for the use of new nanocompositions in the protection of spring barley of the Leningradsky variety from diseases was evaluated. The experiment included two blocks: the treatment with nanocompositions of seeds, the treatment of seeds and vegetative plants. It is shown that the studied nanocompositions in their pure form turned out to be ineffective in protecting spring barley from root rot and leaf diseases. The decrease in the development of root rot on the early ripe variety Leningradsky did not exceed 5.3 %, on the variety Ataman it was 15.3-57.7 % (p < 0.05). The development of the main disease of the crop — helminthosporium spots on the two upper leaves of barley plants of the Leningradsky variety decreased by 16-22 %, of the Ataman variety — by 20-42 % (p < 0.05). The results of seed treatment allow us to assume that the effect of the silica sols composition is longer, since it extended to the development of helminthosporium leaf spots (decrease in damage by 7.5-15.4 %, p < 0.05 compared to control) and is due to the ability to activate plant metabolism and immunity. The effect of the nanocomposition based on the fullerene C60-methionine derivative is more apparent due to a decrease in seed infection and primary signs of infection during the emergence of barley seedlings. The most effective for the protection of spring barley from root and leaf diseases was the combined treatment of seeds with a silica sol nanocomposition and the chemical fungicide Insure™ Perform, KS, followed by a triple treatment of vegetative plants with a nanocomposition based on a C60-threonine derivative and a single treatment with the chemical fungicide Zantara, CE. Reducing the dose of a chemical preparation is advisable only if a weak manifestation of the disease is expected. High biological and economic efficiency, comparable to the result of fungicidal treatment with 100 % application rate of the preparation, was ensured by the combined use of silicon containing chelate microfertilizer SCM-G and fungicide (50 % application rate), as well as nanocomposition based of the C60 fullerene amino acid derivatives with methionine and fungicide (50 % application rate).

Keywords: Hordeum vulgare L., spring barley, root rot, leaf diseases, plant protection products, fungicides, nanomaterials, fullerene C60, amino acid derivatives, C60with methionine, C60 with threonine, silica sol, tetraethoxysilane. dopants, charge of detonation nanodiamond, titanium dioxide, anatase.

 

1ФГБНУ Агрофизический
научно-исследовательский институт,

195220 Россия, г. Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14,
e-mail: ashpanev@mail.ru ✉, mitek1604@yandex.ru, gaiane@inbox.ru;
2ФГБУН Институт химии силикатов
им. И.В. Гребенщикова РАН,

199034 Россия, г. Санкт-Петербург,
наб. Макарова, 2,
e-mail: olgashilova@bk.ru;
3ФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский
государственный медицинский университет
им. академика И.П. Павлова,

197022 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8,
e-mail: semenov1986@yandex.ru

Поступила в редакцию
19 мая 2022 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ