Агрохимия, 2021, № 5, стр. 62-67

ВВЕДЕНИЕ

Сахарная свекла в Российской Федерации является одной из основных экономически важных сельскохозяйственных культур. Корнеплоды сахарной свеклы богаты углеводами, они являются источником производства сахара. При высокой урожайности культуры сбор сахара может достигать 7–8 т/га и более.

В современной системе выращивания сахарной свеклы по интенсивной технологии важное место занимает защита посевов от сорняков с помощью гербицидов. Засоренность посевов часто носит сложный характер. В агроценозе сахарной свеклы присутствуют около 60 видов сорных растений, которые относятся к различным биологическим группам: однолетние и многолетние однодольные, однолетние и многолетние двудольные. С момента появления всходов и до смыкания рядков культура слабо конкурирует с сорняками. Поэтому для получения высокого урожая важную роль играет уничтожение сорной растительности в первые 4–6 нед вегетации. В противном случае недобор урожая может составлять 25% и более [1]. В настоящее время нет ни одного селективного для сахарной свеклы гербицида, который мог бы надежно защитить посевы от всего спектра двудольных сорняков, поэтому для достижения желаемого результата применяют различные гербицидные смеси [2]. Самыми широко используемыми препаратами против сорняков на сахарной свекле являются гербициды группы Бетанала и Лонтрел. Бетанал борется с однолетними двудольными сорняками, Лонтрел используется против трудноискоренимых сорняков (осот, амброзия, горчак ползучий и др.).

Несмотря на избирательность, растения сахарной свеклы испытывают стресс от применения гербицидов. Фитотоксическое воздействие бетаналов усиливается, если их наносят в жаркую погоду. Оптимальной для нанесения гербицидов бетанальной группы считается температура в пределах 16–25°С, однако в полевых условиях не всегда удается ее выдержать. Сущность действия гербицидов заключается в том, что они подавляют процессы фотосинтеза, дыхания, поступление питательных веществ, что вызывает нарушение синтеза свободных аминокислот [3]. В начале вегетации под влиянием бетаналов отмечено также снижение энергии корнеобразования [4]. Торможение нарастания массы корнеплода и листьев у сахарной свеклы в период внесения гербицидов в условиях солнечной погоды создает предпосылки существенной потери урожая.

Одним из способов снижения фитотоксичности гербицидов на культурные растения является применение антидотов. Антидоты находят все более широкое практическое применение, исследования по изысканию новых препаратов продолжаются в нашей стране и за рубежом [5]. Следует отметить, что ассортимент коммерческих почвенных антидотов довольно широк [6], в то время как антидоты, применяемые в посевах вегетирующих растений, практически отсутствуют.

Цель работы – поиск гербицидных антидотов для вегетирующих растений сахарной свеклы. Для этого была синтезирована серия соединений, относящихся к ряду 2-алкилтионикотинонитрилов общей формулы 1:

Ранее успешно был проведен скрининг рострегуляторов и гербицидных антидотов для подсолнечника в данном ряду соединений [7–10].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Синтез новых соединений осуществлен по оригинальным и известным методикам [11]. Выход целевых продуктов составил 61–93%. Для всех синтезированных соединений определены физико-химические константы (Т_пл, Т_кип), их структура подтверждена элементным анализом, а также методами ЯМР ¹Н- и ¹³С-спектроскопии и масс-спектрометрии. Индивидуальность соединений установлена с помощью тонкослойной хроматографии.

Биологические испытания осуществляли в посеве сахарной свеклы гибрида F₁ Вектор. Первичную оценку активности новых соединений осуществляли в лабораторном опыте по официально рекомендованной методике [13]. Вещества, отобранные по результатам лабораторного опыта, изучали в условиях поля.

Исследование проводили в 2017–2019 гг. на экспериментальном поле КубГАУ, г. Краснодар (центральная зона Краснодарского края). Климат умеренно-континентальный, с мягкой зимой и жарким летом.

Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным, р${{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ 7.5, pH_KCl 6.5, содержание гумуса в пахотном горизонте – 2.5–3.2%. Предшественник – озимая пшеница. Обработка почвы: зяблевая вспашка на глубину 30 см, покровное боронование в 2 следа, 2 культивации. Перед вспашкой вносили удобрений N90P90K90, гербициды применяли дважды – после появления всходов и в фазе 4–6 настоящих листьев. Варианты опыта: контроль без обработки (ручная прополка), эталон – обработка баковой смесью гербицидов, смесь гербицидов + антидот 20 г/га, смесь гербицидов + антидот 40 г/га. Расход рабочего раствора 300 л/га.

В баковой смеси использовали гербициды, общепринятые в технологии выращивания сахарной свеклы: Бетанал 22 – селективный гербицид для послевсходового контроля однолетних двудольных сорняков; Лонтрел^® 300 – послевсходовый гербицид для защиты от комплекса трудноискоренимых сорняков (осот, горчак ползучий, амброзия и др.), Зелек Супер – селективный послевсходовый системный гербицид, предназначенный для борьбы с однолетними и многолетними злаковыми сорняками.

Обработку растений с использованием антидотов проводили в фазе 4–6 настоящих листьев сахарной свеклы, при обработке к баковой смеси гербицидов добавляли растворы исследованных веществ. Баковая смесь содержала следующие количества гербицидов: Зеллек Супер, КЭ + Бетанал 22, КЭ + Лонтрел 300, ВР в дозе 0.37 + 0.7 + + 0.2 л/га.

Для изучения элементов механизма действия исследованных соединений определяли содержание пигментов в листьях растений, биометрические показатели надземной части и корнеплодов, урожайность и сахаристость.

Для определения содержания пигментов пробы отбирали на следующий день после обработки, затем через каждые 5 сут. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений (хлорофилла а, хлорофилла б и каротиноидов) определяли на спектрофотометре Genesys 8 (Thermo Spectronic, Англия), в экстрактах 96%-ного этанола с последующим расчетом по формулам Лихтенталлера [13].

Биометрические показатели надземной части и корнеплодов определяли при уборке урожая, в том числе площадь ассимиляционной поверхности листьев, динамику накопления растениями сырой и абсолютно сухой биомассы [14]. Содержание сахара в корнеплодах определяли по ГОСТ [15].

Учет урожая осуществляли количественно-весовым методом, путем подсчета и взвешивания корнеплодов с учетных площадок. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием наименьшей существенной разницы (НСР₀₅) [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По результатам лабораторного опыта 2 изученных соединения 1с и 1d проявили защитный эффект от негативного воздействия гербицидов на высоком уровне:

Потенциальные антидоты были изучены в условиях полевого опыта в 2017 г. в дозе 40 г/га, в 2018–2019 гг. – в 2-х дозах 20 и 40 г/га. Данные урожайности сахарной свеклы и содержания сахара представлены в табл. 1. Полученные данные свидетельствовали, что применение гербицидов снижало урожайность культуры (вариант эталон) в сравнении с контролем. Внесение в баковую смесь исследованных антидотов способствовало увеличению размеров корнеплодов и урожайности сахарной свеклы как по сравнению с гербицидным эталоном, так и с контролем. Прибавка урожая к эталону при использовании соединения 1с составила 3.44–5.58 т/га (6.3–11.8%), cоединение 1d обеспечило прибавку урожая 3.87–6.50 т/га (9.7–11.9%), причем его доза 20 г/га была более эффективной. В то же время оба антидота существенно увеличивали сахаристость корнеплодов как по отношению к гербицидному эталону, так и по отношению к контролю. Их применение позволило повысить содержание сахара по отношению к гербицидному эталону на 1.6–4.2%, выход сахара – на 1.0–3.5 т/га.

В табл. 2 приведены биометрические показатели сахарной свеклы в период уборки в 2019 г. Анализ данных свидетельствовал, что использование антидотов существенно повлияло на формирование надземных органов культуры. Высота растений увеличилась на 5.7–13.9 см, число листьев – на 1.8–4.6 шт., площадь листьев – на 2.4–6.6 дм² в сравнении с гербицидным эталоном. Увеличение параметров надземных органов повлекло увеличение биомассы и массы сухого вещества. Биомасса листьев увеличилась на 22–60 г, сухого вещества – на 2.5–7.0 г/растение.

Увеличение ассимиляционного аппарата способствовало повышению фотосинтетической активности растений. На рис. 1 отображена динамика содержания хлорофилла а, хлорофилла б и каротиноидов в листья сахарной свеклы. Показано, что во всех опытных вариантах содержание пигментов превышало таковое в варианте гербицидного эталона, что свидетельствовало о снижении негативного влияния гербицидов на растения.

Рис. 1.

Содержание пигментов в листьях сахарной свеклы: (а) – хлорофилла а, (б) – хлорофилла б, (в) – каротиноидов, мг/дм² (2019 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при обработке растений сахарной свеклы антидотами совместно с баковой смесью гербицидов получено существенное и достоверное повышение урожайности корнеплодов в сравнении с гербицидным эталоном, одновременно повышалась их сахаристость. Использование антидотов положительно влияло на биометрические показатели культуры, увеличивалось содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений.

Найденные новые действующие вещества могут послужить основой создания отечественных антидотов, способных уменьшить гербицидный стресс на растения сахарной свеклы, увеличить адаптивные возможности культуры и сохранить урожай.