Агрохимия, 2021, № 12, стр. 64-68

ВВЕДЕНИЕ

Самым популярным злаком на Земле была и остается пшеница, ее яровые и озимые сорта. Озимая пшеница отличается высокой продовольственной ценностью, великолепными вкусовыми качествами и содержит большое количество веществ, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма: белки, крахмал, жиры, зольные вещества, витамины группы B, PP, E, провитамины – каротин и эргостерин.

В структуре посевных площадей РФ наибольшую долю среди зерновых культур занимает пшеница (озимая и яровая) ~37% всех площадей, она является стратегической культурой. В Краснодарском крае, одном из основных производителей зерна озимой пшеницы в нашей стране, в 2021 г. под посевами этой культуры занято ~1.6 млн га. В связи с этим повышение урожайности и качества зерна имеет важное значение в увеличении его производства. В мировой практике сельского хозяйства для формирования высокого урожая применяют регуляторы роста растений (РРР) [1, 2]. Рострегуляторы воздействуют на интенсивность и направленность процессов жизнедеятельности растений, позволяют им более эффективно использовать все, что запланировано генотипом растений, но в силу ряда причин осталось нереализованным. РРР дают возможность повышать урожай культур, улучшать качество, условия уборки и хранения продукции. За рубежом регуляторы роста разрабатывают и используют широко [3–5], но в России говорить об их широком применении еще рано.

Цель работы – скрининг регуляторов роста озимой пшеницы в ряду производных пиразолопиридинов. Ранее в числе производных азотсодержащих гетероциклов были найдены соединения с рострегулирующей [6], антидотной активностью по отношению к гербицидам гормонального типа действия [7, 8], а также с иммуномодулирующим действием на растения [9].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для поиска регуляторов роста нами синтезирована серия замещенных пиразолопиридинов общей формулы I:

Синтез новых соединений осуществляли с использованием известных, а также оригинальных методик, описанных ранее [10]. Для доказательства структуры синтезированных веществ использовали элементный анализ, ИК-, ЯМР ¹Н- и масс-спектры.

Первичную оценку рострегулирующей активности новых соединений осуществляли в лабораторном опыте по стандартной методике [11]. По результатам лабораторного опыта отбирали активные соединения для изучения в полевых условиях. Исследование выполняли на экспериментальном поле ФНЦБЗР, г. Краснодар (центральная зона Краснодарского края). Климат – умеренно-континентальный, с мягкой зимой и жарким летом.

Полевые опыты проводили в 2017–2020 гг. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный, рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ 7.5, pH_KCl 6.5, содержание гумуса в пахотном горизонте – 2.5–3.2%. Объемная масса почвы – 1.23–1.35 г/см³, порозность – 52.0–54.0%.

Климат зоны – умеренно-континентальный, умеренно-влажный и теплый. Среднегодовая температура воздуха составляет 10.0–10.8°С, среднегодовое количество осадков – 600–645 мм, распределение их по месяцам – неравномерное, коэффициент увлажнения – 0.25–0.40. Суммарное количество осадков за период от посева до созревания озимой пшеницы (октябрь–июль) составило в 2016/2017 г. 564.4 мм, в 2017/2018 г. – 566.1 мм, в 2018/2019 г. – 614.4 мм, в 2019/2020 г. – 464.0 мм при среднемноголетней норме 549 мм. В целом погодные условия для проведения исследования были благоприятными для роста и развития растений озимой пшеницы в полевые сезоны 2017–2019 гг., сезон 2020 г. был засушливым.

Вегетирующие растения обрабатывали водным раствором регулятора роста дважды: в фазе кущения и в фазе флагового листа при норме расхода 30 г/га. Опрыскивание проводили с помощью опрыскивателя ОЭМП-16. В качестве эталона сравнения использовали препарат Ретацел, который наносили в те сроки и в рекомендованных дозах. Расположение делянок – рендомизированное, учетная площадь делянки – 5.0 м², повторность опыта четырехкратная. В период вегетации проводили обработку делянок гербицидом Прима, СЭ (0.6 л/га, конец фазы кущения) и инсектицидом Каратэ Зеон, МКС (0.2 л/га, в фазе колошения). Удобрения не вносили.

Уборку производили в период полной спелости зерна малогабаритным комбайном “Hege-125”. Опыт предусматривал измерение биометрических показателей растений и органов, формирующих структуру урожая, а также учет урожайности зерна пшеницы. Рострегулирующую активность изученного соединения определяли по увеличению продуктивности растений, обработанных регулятором роста, в сравнении с контролем (необработанными растениями). Учет и наблюдения проводили согласно руководству по регистрационным испытаниям [12]. Данные учета подвергали статистической обработке методом дисперсионного анализа с использованием программы STATISTICA [13]. Качественные показатели зерна определяли на анализаторе ФТ-10.

В 2019 г. было определено общее содержание фотосинтетических пигментов (хлорофилла а, хлорофилла б и каротиноидов) в листьях растений. Для этого высечку листа диаметром 0.5 см помещали в 25 мл этанола, выдерживали 1 сут при 45°С, затем с помощью спектрофотометра Genesys 8 (Thermo Spectronic, Англия) определяли оптическую плотность этанольного экстракта. Расчет содержания пигментов осуществлялся по формулам Лихтенталлера [14]. Отбор проб осуществляли следующим образом: первую отбирали до обработки рострегулятором, вторую – через 5 сут после первой обработки, следующие – через каждые 10 сут.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Первичная оценка синтезированных веществ в условиях лабораторного опыта позволила установить, что N-[6-(3,5-диметил-1Н-пиразолил-1)-1,4-диметил-1Н-пиразоло[3,4-b]пиридинил-3]-3,3-диметилбутанамид (соединение Ie) проявляло рострегулирующую активность на уровне 22–24%:

В 2017–2019 гг. отобранное вещество Ie изучали в полевых условиях на растениях озимой пшеницы сорта Гром. Полученные данные урожайности и качества зерна представлены в табл. 1. Урожайность культуры по годам несколько отличалась из-за неодинаковых погодных условий, но применение регулятора роста обеспечило стабильную и существенную прибавку урожая относительно контроля, которая одновременно превосходила таковую в вариантах с использованием эталона Ретацел. Средняя прибавка урожая от применения рострегулятора за трехлетний период составила 10.8%. Положительное влияние изученное соединение Ie оказало и на качество зерна. Например, содержание белка в зерне увеличилось на 0.9–1.3% в сравнении с контрольным вариантом, содержание клейковины – на 1.3–1.9%.

В 2020 г. полевые эксперименты проводили с растениями сорта Безостая-100. Вследствие неблагоприятных погодных условий (засухи) урожай культуры был меньше среднего. Однако обработка регулятором роста, очевидно, позволила растениям адаптироваться к стрессовой ситуации и увеличить урожайность на 5.2 ц/га, что составило 13.2% к контролю.

В эксперименте установлено, что применение соединения Ie в качестве регулятора роста увеличивало количество продуктивных стеблей в среднем на 5–7% относительно контроля, высота растений превышала на 3–6 см контрольный вариант. Длина колоса увеличилась на 6.1%, количество колосков в колосе – на 6.9%, количество зерен в колосе – на 7.8% (средние показатели за период испытаний). Масса зерна в колосе и масса 1000 зерен превышала также контрольный вариант (табл. 2).

В последние годы появляется все больше работ, свидетельствующих о важной роли фотосинтетических пигментов, в частности хлорофилла b, в регуляции развития растений [15]. Хлорофилл b важен не только для фотосинтетической функции, но его недостаток вызывает снижение скорости роста и уменьшение размера листьев и биомассы растений, задержку цветения и преждевременный запуск программ онтогенетического и индуцированного старения [15].

Динамика изменения общего содержания пигментов в листьях озимой пшеницы отображена на рис. 1. Показано, что в растениях, обработанных соединением Ie, содержание пигментов на протяжении всего периода вегетации было больше, чем в контрольном варианте. Таким образом, усиление фотосинтетического потенциала растений при использовании регулятора роста внесло свой вклад в увеличение продуктивности культуры.

Рис. 1.

Содержание фотосинтетических пигментов в листьях вегетирующих растений озимой пшеницы, мг/дм² (2019 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате скрининга новых регуляторов роста озимой пшеницы в ряду синтезированных производных пиразоло[3,4-b]пиридинов выявлено соединение (Ie), обладающее высоким рострегулирующим эффектом. Четырехрехлетние испытания Ie на растениях озимой пшеницы сортов Гром и Безостая-100 в условиях полевого мелкоделяночного опыта позволили установить, что при двукратном применении регулятора роста при норме применения 30 г/га в фазе кущения и фазе флагового листа существенно и достоверно увеличивалась урожайность культуры. Повышение урожайности было следствием положительного влияния регулятора роста на развитие органов, формирующих структуру урожая. Под воздействием регулятора роста улучшалось также качество урожая – содержание сырого белка и клейковины в зерне озимой пшеницы обоих сортов превосходило таковое в зерне контрольного варианта (без обработки).

Таким образом, синтезированное соединение Ie перспективно в качестве действующего вещества для нового отечественного регулятора роста озимой пшеницы. Целесообразно также дальнейшее его изучение на других сортах пшеницы кубанской селекции и на более масштабных площадях. Планируется также проведение исследований на других культурах.