Сельскохозяйственная биология, 2009, № 5, с. 65-68.

УДК 633.16:632.95.025.8:571.11

БИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СОРТОВ ЯЧМЕНЯ ПО ТОЛЕРАНТНОСТИ К ГЕРБИЦИДУ

А.А. ЯМАЛЕЕВА¹, А.М. ЯМАЛЕЕВ²

Изучали содержание белка и гемагглютинирующую активность лектинов у растений ячменя разных сортов при обработке гербицидом в качестве показателей реакции толерантности.

Ключевые слова: ячмень, лектин, гербицид, белок, стресс, толерантность.

Борьба с сорной растительностью относится к важным элементам технологии возделывания ячменя наряду с защитой от вредителей и болезней (1, 2). Применяемые гербициды чаще всего фитотоксичны как для сорняков, так и для защищаемой культуры. Поэтому при их использовании важно учитывать эффективность против сорной растительности и безопасность для культуры, а не только результат по урожаю (3).

Проблема защиты культурных растений от негативного действия гербицидов в период вегетации сложна и недостаточно разработана. Высказывается мнение, что выведение или отбор устойчивых к гербицидам сортов актуальнее создания новых препаратов (4). Возделывание сортов, толерантных к гербицидам, занимает одно из центральных мест в интегрированной защите растений, поэтому указанный признак становится одним из критериев оценки вновь создаваемых сортов.

При физиолого-биохимической оценке селективного действия гербицидов наблюдается неодинаковая реакция близких в генетическом отношении сортов (5, 6). Исследования в этой области сосредоточены в основном на анализе физико-химической природы проницаемости, абсорбции, перемещения и трансформации гербицидов в растениях. Однако гербициды влияют на многие физиологические и биохимические процессы (7, 8). Для создания и возделывания толерантных сортов крайне необходимо изучение механизмов устойчивости и обратимости выявленных нарушений в иммунной системе растений.

 В этой связи актуальна разработка биохимических критериев оценки толерантности у сортов ячменя и выявление с их помощью форм, перспективных для включения в селекцию на устойчивость к гербицидам, что стало целью настоящей работы.

Методика. Объектом экспериментов служили растения ячменя сортов Оренбургский 15, Прерия, Челябинский 96, Одесский 100, Лакомб, Сонет, Карабалыкский, рекомендованных Государственной комиссией по сортоиспытанию и охране селекционных достижений для возделывания в Уральском регионе. Полевые опыты проводили в 2005-2006 годах в НП «Казангуловское» Башкирского НИИ сельского хозяйства (Республика Башкортостан, Давлекановский р-н), лабораторные исследования — на кафедре биохимии и биотехнологии биологического факультета Башкирского государственного университета. Посевы ячменя в разные фазы развития растений (2 листьев и кущения) обрабатывали рекомендованной (1 л/га) и двойной (2 л/га) дозой гербицида Чисталан. Для анализа реакций растений на гербицид использовали методы колориметрического определения содержания белка (9), агглютинации эритроцитов углевод-связывающими белками — лектинами (10); лазерно-оптическим методом изучали хлорофилл-белковые комплексы листьев (11). Эксперименты проводили не менее чем в трех биологических и пяти химических повторностях. Результаты обрабатывали методами вариационной статистики с использованием пакета программ Microsoft Office 2000.

Результаты. Известно, что синтез белка в клетках быстро и значительно изменяется под воздействием на растения абиотических стрессовых факторов. В наших опытах устойчивость растений к стрессовому эффекту гербицида, оцененная по содержанию белка, зависела от фазы онтогенеза. В фазу 2 листьев более толерантным был сорт Челябинский 96 (табл. 1).

 
У всех изученных сортов при обработке растений в фазу 2 листьев резко уменьшалось содержание белка, то есть происходил гидролиз белков, ускоряющийся при гербицидном стрессе. Так, у сорта Оренбургский 15 количество белка в листьях к 3-м сут снизилось на 60,5, Челябинский 96, Одесский 100, Прерия и Лакомб — соответственно на 56,9; 69,7; 61,3 и 64,7 %. Таким образом, при исходно разном содержании белка в листьях после обработки оно уменьшалось примерно в одинаковой степени. Следовательно, растения в фазу 2 листьев не проявляют устойчивость к гербициду, поскольку еще не могут активироваться соответствующие механизмы. Иными словами, ранняя обработка значительно влияет на обмен белков, замедляет и подавляет метаболические процессы.

Однако через 7 сут после обработки происходило восстановление синтеза белка, причем в неодинаковой степени у растений разных сортов; у сотов Оренбургский 15, Челябинский 96 и Лакомб соответствующий показатель превышал контроль, у сорта Прерия — приближался к нему (96 %), Одесский 100 — составлял 82 % от контрольного (см. табл. 1).

Обработка гербицидом в фазу кущения также снижала содержание белка в листьях, но в разной степени в зависимости от сорта. Так, у сортов Оренбургский 15 и Челябинский 96 при обработке рекомендованной дозой гербицида анализируемый показатель уменьшался незначительно, что выделяет эти сорта среди изученных как высокотолерантные.

Таким образом, исследование растений ячменя на толерантность к гербициду Чисталан в полевых условиях по показателю содержания белка продемонстрировало, что наиболее выносливы сорта Оренбургский 15 и Челябинский 96, среднеустойчивы — Одесский 100 и Сонет, сильно чувствителен — сорт Карабалыкский.

Процессы, обеспечивающие устойчивость растений, начинаются с первых минут опрыскивания гербицидом. Вероятно, в них вовлечены углевод-связывающие белки, на что указывает отмечаемая, как правило, при развитии детоксикации активация синтеза легкорастворимых лектинов (9). Достоверных сведений об образовании в этих условиях труднорастворимых лектинов крайне мало, хотя роль мембран в клетке и хлоропластах позволяет предположить участие мембранных лектинов в стрессоустойчивости к гербицидам.

При изучении влияния гербицида Чисталан на содержание и динамику гемагглютинирующей активности лектинов из листьев при обработке растений в фазу кущения выявили, что эти показатели были неодинаковыми у разных по устойчивости сортов ячменя (табл. 2) и в зависимости от дозы гербицида (табл. 3).

Интересно отметить, что у растений сорта Челябинский 96 показатель гемагглютинирующей активности лектинов в контроле был значительно выше, чем у сортов Оренбургский 15 и Одесский 100; у сортов Прерия и Лакомб через 1 сут после обработки — практически не изменялся, но на 3-и сут увеличивался, тогда как у сортов Челябинский 96 и Оренбургский 15 оказался почти на порядок ниже, а на 7-е сут уменьшался у всех исследованных сортов (относительно предыдущих периодов и контроля). Это позволяет предположить участие лектинов в процессах детоксикации растений при обработке гербицидом. Возможно, лектины выполняют роль связывающих белков, а также через программы транскрипции участвуют в транспорте и выведении гербицида через корни.

Реакция растений устойчивых сортов проявлялась уже в начальный период обработки, в то время как у чувствительных сортов гемагглютинирующая активность лектинов повышалась только на 3-и сут.

Сорт Оренбургский 15 при обработке растений рекомендованной дозой реагировал повышением этого показателя по сравнению с контролем в 2, двойной дозой — в 5 раз, а у сорта Карабалыкский по мере увеличения дозы гербицида происходило уменьшение гемагглютинирующей активности лектинов. У растений сорта Сонет ответ на обработку был неадекватным: при рекомендованной дозе активность возрастала в 4, при двойной — только в 2 раза. Интересную реакцию наблюдали у сорта Одесский 100: при обработке рекомендованной дозой гемагглютинирующая активность уменьшалась в 2 раза, двойной — сохранялась на уровне контроля. С нарастанием гербицидной нагрузки у сорта Челябинский 96 наблюдалось повышение анализируемого показателя.

Итак, изученные сорта ячменя различались между собой как по содержанию белка в семенах, так и по активности синтеза лектинов в зависимости от количества и времени действия гербицида на растения. У чувствительных сортов в первые дни после обработки гербицидом лектиновая активность увеличивается незначительно. Повышение экспрессии лектинов у устойчивых сортов, вероятно, определяет реакцию толерантности к гербицидам. Подобное предположение позволяет в какой-то мере объяснить механизм проявления толерантности растений к действию гербицидов, а изученные показатели могут служить критериями оценки растений по этому признаку и использоваться в селекции.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А л и е в  А.М.,  Л а д о н и н  В.Ф. Вредоносность сорных растений. Защита растений, 1990, 5: 15-16.
2. З а х а р е н к о  В.А.,  З а х а р е н к о  А.В. Борьба с сорняками. Защита растений, 2004, 4: 63-65.
3. Т р е т ь я к о в  Н.Н.,  К о ш к и н  Е.И.,  М а к р у ш и н  Н.М. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений /Под. ред. Н.Н. Третьякова. М., 1998.
4. Ш п а а р  Д. Устойчивость растений. Защита растений, 2004, 6: 10-12. 
5. Ж е р е б к о  В.М. Реакция сортов культурных растений на гербициды. Защита растений, 1987, 2: 32-34.
6. Е в с т и г н е е в а  Т.А.,  Т ю т е р е в  С.Л. Эффективность хитозара против болезней и физиологических стрессов растений. В сб.: Фитосанитарное оздоровление экосистем. Мат. съезда, т. II. СПб, 2005: 281-283.
7. Я м а л е е в а  А.А.,  К у з н е ц о в  В.Г.,  Я м а л е е в а  А.М. Физиолого-биохимическое изучение влияния на растения и эффективность применения композиций Гуми-90 с пестицидами на посевах пшеницы, ячменя, гороха и картофеля. Вест. РАСХН, 2005, 3: 321-322.
8. П е т у н о в а  А.А.,  М а х а н ь к о в а  Т.А.,  К и р и л е н к о  Е.И. и др. Обоснование сроков применения гербицидов, используемых по вегетирующим растениям. В сб.: Фитосанитарное оздоровление экосистем. Мат. съезда, т. II. СПб, 2005: 401-404.
9. Методы биохимических исследований /Под ред. А.И. Ермакова. Л., 1972.
10. Л у ц и к  М.Д.,  П а н а с ю к  Е.Н. Лектины. Львов, 1981.
11. L i s k e r  J.S. New physical methods and system for automatic determination of state of plant and seeds. In: Automatic control of food and biological process. Paris, 1994: 75-82.

BIOCHEMICAL CRITERIA FOR ESTIMATION OF THE BARLEY VARIETIES ON TOLERANCE TO HERBICIDE

A.A. Yamaleeva¹, A.M. Yamaleev²

The authors investigated the protein content and the hemagglutination lectin activity in barley plants of different varieties after herbicide treatment as the characteristics of tolerance reaction in plants.

Key words: barley, lectin, herbicide, protein, stress, tolerance.

Оформление электронного оттиска