doi: 10.15389/agrobiology.2025.1.165rus
УДК 633.491:632.4:632.9
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КАРТОФЕЛЯ (Solanum tuberosum L.) ОТ ГРИБНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
В.Н. ЗЕЙРУК1 ✉, О.А. БОГОСЛОВСКАЯ2, С.В. ВАСИЛЬЕВА1,
Г.Л. БЕЛОВ1, М.К. ДЕРЕВЯГИНА1, И.П. ОЛЬХОВСКАЯ2,
Н.Н. ГЛУЩЕНКО2
Ежегодные потери урожая от болезней картофеля составляют до 30 %. В частности, ризоктониоз может привести к снижению продуктивности культуры на 20-25 %, альтернариоз — до 40 %. Получение высоких урожаев возможно только при применении средств защиты картофеля. Одним из них может быть использование наночастиц (НЧ) микроэлементов. В настоящей работе впервые созданы нанобиопрепараты, представляющие различные композиции НЧ Fe, Zn, Cu, Мо, Mg, Mn и В в составе полимеров для предпосадочной обработки клубней картофеля. Установлено, что НЧ микроэлементов эффективно защищают растения картофеля в течение всего вегетационного периода, и это позволяет снизить распространенность и степень развития фитопатогенов. Нашей целью было сравнение влияния предпосадочной обработки клубней препаратами, содержащими различные композиции наночастиц металлов в составе полимеров, на пораженность картофеля альтернариозом и ризоктониозом. НЧ металлов были получены методом высокотемпературной конденсации на установке Миген-3 (ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Россия). Использованные нами НЧ Fe, Zn, Cu, Мо, Mg, Mn и В представляли собой монокристаллические структуры сферической формы с оксидной пленкой на поверхности, которая формировалась в результате пассивации частиц воздухом для снижения пирофорности НЧ. При приготовлении препаратов навеску НЧ металлов диспергировали в воде на ультразвуковом дезинтеграторе Scientz JY 92-IIN («Scientz Biotechnology», Китай). Полученные суспензии вносили в раствор смеси полимеров 0,5 % натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, 1 % полиэтиленгликоля-400 и натриевой соли диэтилдиаминотетрауксусной кислоты (0,00000375 %). Добавляли фунгицид Максим («Syngenta AG», Швейцария). Полученный раствор озвучивали и проводили предпосадочную обработку клубней картофеля (Solánum tuberósum L.) сорта Сантэ. Всего были созданы пять нанобиопрепаратов (НБП), содержащих одинаковое количество полимеров, в которые вводили НЧ микроэлементов: НБП 1 — НЧ Zn (0,01 %) + НЧ Cu (10-8 %) + НЧ Fe (10-6 %) + НЧ Mo (10-8 %); НБП 2 — НЧ Zn (10-4 %) + НЧ Cu (10-8 %) + НЧ Fe (10-8 %) + НЧ Mo (10-8 %); НБП 3 — НЧ Cu (10-9 %) + НЧ B (10-6 %) + НЧ Mo (10-7 %) + НЧ Mg (10-6 %); НБП 4 — НЧ Cu (10-9 %); НБП 5 — НЧ Mn (10-6 %). Экспериментальное поле (ФГБНУ ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха) находилось в типичных условиях для Центрального региона России (Люберецкий р-н Московской обл.). Почва опытного поля — дерново-подзолистая супесчаная. Посадку картофеля осуществляли в I декаде мая в 2018, 2019, 2020 и 2021 годах. Посадочные клубни опрыскивали с помощью ранцевого распылителя («Kwazar Corporation Sp. z o.o.», Польша) с нормой расхода рабочей жидкости из расчета 10 л/т. Учитывали распространенность альтернариоза (возбудитель Alternaria solani Sorauer) и ризоктониоза (возбудитель Rhizoctonia solani J.G. Kuhn) картофеля, а также степень развития альтернариоза. Применение НБП 1 в 2018 и 2019 годах уменьшило распространенность альтернариоза по сравнению с контролем соответственно на 54,0 и 56,5 %, а степень поражения — на 58,4 и 62,0 %. НБП 2 в 2019 году снизил распространенность альтернариоза на 47,5 %, степень поражения — на 44,0 %. Установлено, что применение НБП 3, НБП 4 и НБП 5 в 2021 году привело к уменьшению распространенности альтернариоза у картофеля в среднем на 25 %, степени поражения — на 42 % по сравнению с контролем. При изучении распространенности ризоктониоза показано, что НБП 1 в 2018 году способствовал снижению этого показателя на 15,0 %, в 2019 году — почти в 3 раза (как и НБП 2). Применение НБП 5 (2021 год) уменьшало поражение этой болезнью на 22,0 % по сравнению с контролем, НБП 3 — на 50,0 %, НБП 4 — на 72,0 %. Наиболее перспективным нанобиопрепаратом для уменьшения степени поражения альтернариозом картофеля и подавления распространения альтернариоза и ризоктониоза представляется комбинированный нанобиопрепарат НБП 1, содержащий в составе НЧ Zn, Cu, Fe и Mo, введенные в гидрофильную полимерную пленку. Установлено, что в клубнях нового урожая не происходило накопления элементов, используемых в виде НЧ в НБП, что свидетельствуют об экологической безопасности препаратов НЧ.
Ключевые слова: картофель, Alternaria solani, альтернариоз, Rhizoctonia solani, ризоктониоз, распространенность, степень развития, наночастицы металлов, наночастицы бора.
V.N. Zeyruk1 ✉, O.A. Bogoslovskay2, S.V. Vasilyeva1,
G.L. Belov1, M.K. Derevyagina1, I.P. Olkhovskaya2, N.N. Glushchenko2
Annual yield losses due to potato diseases can reach up to 30 %. For instance, rhizoctoniosis has been shown to reduce crop productivity by 20-25 % while early blight has been observed to cause losses of up to 40 %. Achieving high yields is only possible through the implementation of effective potato protection measures, such as the use of nanoparticles (NPs) of microelements. In the present study, novel nanobiopreparations comprising various combinationЫ of Fe, Zn, Cu, Mo, Mg, Mn, and B NPs in the composition of polymers for pre-planting treatment of potato tubers were developed. The efficacy of micronutrient NPs in protecting potato plants throughout the entire growing season was demonstrated, thereby reducing the prevalence and severity of phytopathogen development. The objective of this study was to undertake a comparative analysis of the impact of a pre-planting tuber treatment with formulations comprising varying metal nanoparticle compositions on potato lesions caused by early blight and rhizoctoniosis. The metal nanoparticles used in the study were obtained through a high-temperature condensation at the Migen-3 facility (Semenov FRC of Chemical Physics RAS). Fe, Zn, Cu, Mo, Mg, Mn, and B metal nanoparticles were used. The NPs were single-crystal structures of spherical shape with an oxide film on the surface, which was formed as a result of passivation of particles with air to reduce the pyrophoricity of NPs. The preparation procedure involved dispersing the metal particles in water using an ultrasonic disintegrator (Scientz JY 92-IIN, Scientz Biotechnology, China). The obtained suspensions were added to a polymer mixture solution comprising 0.5 % sodium salt of carboxymethylcellulose, 1 % polyethylene glycol-400, and sodium salt of diethyldiaminotetraacetic acid (0.00000375 %). Fungicide Maxim (Syngenta AG, Switzerland) was then added. The obtained solutions were sonicated and used for a pre-planting treatment of potato (Solánum tuberósum L.) Santé variety tubers. We created five nanobiological preparations (NBPs) containing equivalent quantities of polymers into which the trace element NPs had been incorporated. NBP 1 was NP Zn 0.01 % + NP Cu 10-8 % + NP Fe 10-6 % + NP Mo 10-8 %. NBP 2 was NP Zn 10-4 % + NP Cu 10-8 % + NP Fe 10-8 % + NP Mo 10-8 %. NBP 3 was NP Cu 10-9 % + NP B 10-6 % + NP Mo 10-7 % + NP Mg 10-6 %. NBP 4 was NP Cu 10-9 % and NBP 5 was NP Mn 10-6 %. The test field (Lorkh Russian Potato Research Centre) was located in typical conditions for the Central Russia (Lyuberetsky District, Moscow Province). The soil of the test field is sod-podzolic sandy loam. Potato planting was conducted in the first decade of May in 2018, 2019, 2020 and 2021. The planting tubers were sprayed using a knapsack equipment (Kwazar Corporation Sp. z o.o.», Poland) with a rate of working fluid consumption of 10 l/t. The prevalence of early blight (Alternaria solani Sorauer) and rhizoctoniosis (Rhizoctonia solani J.G. Kuhn) of potato, as well as the degree of early blight development, were recorded. The findings demonstrated that NBP 1 in 2018 and 2019 significantly reduced the incidence of early blight with a decrease of 54.0 and 56.5 %, respectively, compared to the control. Additionally, the extent of lesion reduced by 58.4 and 62.0 %, respectively. NBP 2 in 2019 reduced the early blight prevalence by 47.5% and the lesion extent by 44.0 %. The use of NBP 3, NBP 4 and NBP 5 in 2021 resulted in a decline in the prevalence of early blight with a 25 % average reduction. Additionally, the severity of lesions decrease by 42 % vs control. As to the prevalence of rhizoctoniosis, NBP 1 in 2018 led to its 15.0 % reduction, and in 2019 reduced it 3 times like NBP 2. The application of NBP 5 (2021) resulted in a 22.0 % reduction in lesion severity vs control; NBP 3 reduced it by 50.0 %, NBP 4 by 72.0 %. The most promising nanobiopreparation to reduce the lesions upon potato early blight infection and to suppress spreading early blight and rhizoctoniosis is a combined nanobiopreparation NBP 1 containing Zn, Cu, Fe and Mo NPs introduced into a hydrophilic polymer film. The tubers of the new crop did not accumulate elements used in the form of NPs in NBP which attests to the ecological safety of NP preparations.
Keywords: potato, early blight, Alternaria solani, Rhizoctonia solani, prevalence, degree of lessions, metal nanoparticles, boron nanoparticles.
1ФГБУН ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха, 2Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе, ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семеного РАН, |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
