Прикладная биохимия и микробиология, 2022, T. 58, № 3, стр. 294-301

МЕТОДИКА

Для проведения исследований был использован сорт мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Ленинградская 6, к-64900, предоставленный отделом генетических ресурсов пшеницы ВИРа.

Образцы пшеницы были высеяны на учетных делянках площадью 1.0 м² рядовым способом посева с междурядьями 15 см и расстоянием в ряду 1–2 см (400 зерен/м²). Глубина заделки семян: 5–6 см. Полевой опыт по определению влияния хитозановых комплексов и 0.1%-ного салицилата хитозана на продуктивность пшеницы и интенсивность развития возбудителей болезней был заложен в трехкратной повторности.

– Схема опыта предусматривала четыре варианта: без обработки (контроль – вода);

– комплекс Хитозан I – 0.1%-ный раствор по хитозану: хитозан 100 кДа : хитозан 50 кДа (1 : 1), янтарная кислота, глутаминовая кислота, 0.025% салициловая кислота. Для приготовления 100 мл 0.1% раствора хитозана к 100 мг смеси хитозанов – хитозана 100 кДа : хитозана 50 кДа (1 : 1) добавляли 50 мг янтарной и 50 мг глутаминовой кислоты, в дальнейшем, смесь растворяли в 100 мл воды;

– комплекс Хитозан II – 0.1% раствор по хитозану: Хитозан 50 кДа; янтарная кислота, глутаминовая кислота; 0.0015% индолилуксусной кислоты);

– 0.1%-ный салицилат хитозана 60 кДа, содержащий 25% ионно-связанных фрагментов салициловой кислоты.

Схема полевого опыта включала обработку семян пшеницы Ленинградка 6, к-64900 препаратами перед посевом и четырехкратное опрыскивание вегетирующих растений в фазы кущения, выхода в трубку, колошения и цветения. Норма расхода рабочей жидкости при обработке семян полусухим способом – 1 мл/100 г, при опрыскивании растений – 100 мл/м².

Продуктивность пшеницы характеризовали с помощью определения 18 показателей: длины колоса, числа колосков в колосе, числа зерен в колосе, массы зерен одного колоса, массы 1000 зерен, массы колоса, высоты растения, фазы растения по шкале Эукарпиа (Цадокса), числа и длины корней (главный зародышевой корень, зародышевые и колеоптильные корни), количества и длины узловых корней, массы корней, продуктивной и общей кустистости, площади флагового и предфлагового листа пшеницы, массы вегетативной части растений (без корней и колоса). В каждом варианте опыта оценивали 20 растений [18].

Потенциальную урожайность пшеницы Y_р. (т/га) рассчитывали по продуктивной кустистости и числу растений, высеянных на 1 м²: Y_р = 10 × × M_кK_пP_п, где M_к – масса зерен колоса одного растения, г; K_п – продуктивная кустистость образца; P_п – плотность посева (количество растений на 1 м²).

Оценку степени поражения растений гельминтоспориозной корневой гнилью Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. (рис. 1), по вариантам опыта проводили в лабораторных условиях в фазы кущения пшеницы и колошения-цветения в соответствии с общепринятой методикой [19].

Рис. 1.

Конидии Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. – возбудителя гельминтоспориозной корневой гнили (увеличение 600×).

При оценке интенсивности поражения пшеницы возбудителями болезней анализировали комплекс показателей патогенеза с использованием общепринятых шкал учета и расчетных дополняющих характеристик: мучнистая роса Blumeria graminis (DC.) Speer. (степень развития, число и площадь пятен с налетом); бурая ржавчина пшеницы (рис. 2); Puccinia triticina Erikss. (степень развития, число пустул, площадь пустулы); желтая ржавчина пшеницы Puccinia striiformis West. (степень развития, число и длина полос с пустулами, число пустул в полосе, суммарное число пустул на лист, площадь пустулы); септориозно-пиренофорозная пятнистость Stagonospora nodorum (Berk.) Berk., Septoria tritici Roberge et Desm., Pyrenophora tritici repentis (Died.) Drechsler (степень развития). Оценивали интенсивность поражения флаговых и предфлаговых листьев пшеницы [20].

Рис. 2.

Уредопустулы бурой ржавчины пшеницы увеличение 56× (а) и 600× (б).

Размер пустул для видов ржавчины и пятен с налетом для возбудителя мучнистой росы устанавливали с помощью окулярного и объективного микрометров, предполагая их эллиптическую форму, с использованием формулы: S_п. = m πab, где а и b – значения полуосей эллипса (в линиях окулярного микрометра), m – масштабный коэффициент микроскопа, S_п. – площадь пустулы или пятна с налетом (мм²).

Алгоритм компьютерной обработки данных опыта включал создание первичной электронной базы данных измерений в электронной таблице Microsoft Excel, кодирование показателей измерений и формирование кодировочной таблицы результатов опыта в системе IBM SPSS. Кроме того, для наглядного представления результатов опыта использованы графические возможности пакета Statistica.

Статистическую обработку данных осуществляли с использованием методов параметрической статистки. Рассчитывали средние значения показателей, стандартную ошибку для средних, 95%‑доверительные интервалы. Достоверные различия между средними измерениями показателей в вариантах опыта определяли по критерию Стьюдента, предполагая равенство дисперсий (распределения) сравниваемых групп при P < 0.05. Процент изменений в значениях показателей продуктивности в зависимости от применения хитозановых комплексов и 0.1%-ного салицилата хитозана был рассчитан путем сопоставления данных измерений в вариантах опыта с контролем и определения положительной и отрицательной относительной тенденции изменений, а также выявления существенности различий по критерию Стьюдента при P < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Наибольшее снижение интенсивности развития корневой гнили пшеницы – на 79.0%, было зафиксировано в варианте опыта с использованием 0.1% салицилат хитозана (рис. 3). Кроме того, в указанном варианте опыта не отмечено симптомов развития мучнистой росы в период вегетации растений, в то время как в контроле (без обработки) интенсивность поражения пшеницы достигала 52.5 ± 2.5%.

Рис. 3.

Развитие корневой гнили (%) мягкой пшеницы (а) и септориозно-пиренофорозной пятнистости (б, %) при использовании комплексов Хитозан I (2), Хитозан II (3) и 0.1%-ного салицилата хитозана (4) по сравнению с контролем (1): I – флаговый лист; II – предфлаговый. Одинаковыми буквами обозначены варианты опыта без достоверных различий согласно 95%-ному доверительному интервалу для средних измерений показателя.

При обработке растений комплексом Хитозан II развитие мучнистой росы достоверно снизилось на 5% (t = 4.9). Однако при более точном подсчете на предфлаговом листе пшеницы числа пятен с налетом и определении площади пятен с налетом выявлено снижение значений показателей на 82.5% (t = 3.9) и 81.1% (t = 3.5) соответственно. Комплекс Хитозан I не оказывал существенного влияния на интенсивность развития мучнистой росы.

После применения полифункционального комплекса Хитозан I отмечали существенное снижение (P < 0.05) интенсивности развития бурой ржавчины пшеницы – на 17.4% по сравнению с контролем, а в варианте опыта Хитозан II – на 13.8%. Число пустул возбудителя, рассчитанное на всю площадь листа пшеницы, в указанных вариантах опыта снизилось на 92%, с 156.9 – в контроле до 12.2 шт./лист в опыте и на 65.6%, с 156.9 – в контроле до 54.0 шт./лист. Существенное снижение значений при P < 0.05 площади пустулы возбудителя бурой ржавчины – на 56.4% (с 0.097 мм² – в контроле до 0.042 мм²) было выявлено при использовании комплекса Хитозан II. В варианте опыта Хитозан I площадь пустулы снизилась на 32.0%.

Степень поражения пшеницы возбудителем желтой ржавчины снизилась существенно – на 29.1% (t = 3.1), при применении 0.1% салицилата хитозана. В указанном варианте опыта число пустул в полосе уменьшилось на 47.1% (с 179.5 до 94.9 шт.), а число и длина полос с пустулами микромицета на флаговых листьях снизились на 40.8% (с 12.5 до 7.4 шт.) и 29.8% (с 74.7 до 52.4 мм) соответственно. На значения площади пустулы микромицета 0.1%-ный салицилат хитозана не оказывал существенного влияния. Однако при обработке растений комплексом Хитозан II выявлено снижение показателя на 35.8% (с 0.04676 мм² – в контроле до 0.03000 мм²).

В варианте опыта с использованием 0.1%-ного салицилата хитозана не было выявлено развитие септориозно-пиренофорозной пятнистости (рис. 3). Обработка растений комплексом Хитозан I приводила к сильному снижению развития болезни на флаговых (предфлаговых) листьях с 48.6% в контроле до 1% (с 31.5% в контроле до 3% в опыте). При применении комплекса Хитозан II зарегистрировано снижение септориозно-пиренофорозной пятнистости на флаговых и предфлаговых листьях до 4 и 9% соответственно.

Максимальное изменение потенциальной урожайности пшеницы на 32.8% по сравнению с контролем (с 2.4 до 3.2 т/га) было отмечено в варианте опыта с использованием 0.1% салицилата хитозана (рис. 4).

Рис. 4.

Изменение урожайности мягкой пшеницы при использовании комплексов на основе хитозана Хитозан I (2), Хитозан II (3) и 0.1% салицилата хитозана (4) по сравнению с контролем (1). Одинаковыми буквами обозначены варианты опыта без достоверных различий согласно 95%-ному доверительному интервалу для средних измерений показателя.

Возможно, это было обусловлено увеличением важнейших элементов структуры урожайности пшеницы: числа зерен в колосе – на 73.1% (рис. 5а), массы 1000 зерен – на 70.1% (рис. 5б), продуктивной кустистости растений – на 134.7% (рис. 6), длины колоса – на 6.1%, числа колосков в колосе – на 8.2% (табл. 1).

Рис. 5.

Число зерен в колосе мягкой пшеницы (а) и масса 1000 зерен (б) при использовании комплексов на основе хитозана Хитозан I (2), Хитозан II (3) и 0.1% салицилата хитозана (4) по сравнению с контролем (1). Описание буквенных обозначений как на рис. 4.

Рис. 6.

Продуктивная (II) и общая кустистость (I) мягкой пшеницы при использовании комплексов на основе хитозана Хитозан I (2), Хитозан II (3)) и 0.1% салицилата хитозана (4) по сравнению с контролем (1).

Кроме того, зарегистрировано существенное увеличение общей кустистости растений – на 91.0% (рис. 7), площади предфлагового листа – на 9.7%, высоты растений – на 17.7%, массы вегетативной части – на 16.7% (табл. 1).

Рис. 7.

Особенности влияния комплексов Хитозан I (I), Хитозан II (II) и 0.1% салицилата хитозана (III) на изменение величины показателей продуктивности пшеницы по сравнению с контролем. 1 – доля положительных изменений показателей; 2 – доля отрицательных изменений показателей; 3 – доля статистически достоверных положительных изменений показателей (P < 0.05); 4 – доля статистически достоверных отрицательных изменений показателей (P < 0.05).

При использовании 0.1%-ного салицилата хитозана выявлено существенное увеличение массы корней – на 27.3% (с 1.1 до 1.4 г), числа корней – на 28.6% (с 6.3 в контроле до 8.1 шт.), но снижение их длины на 26.6% (с 61.6 мм в контроле до 45.2 мм, табл. 1).

В варианте опыта Хитозан I, по сравнению с контролем, выявлено сокращение периода созревания пшеницы (по фазе онтогенеза) на 21.3% и увеличение высоты растений на 25.5%, но масса корней растений снизилась на 81.8%.

По сравнению с другими вариантами опыта наибольшее влияние на рост вегетативной массы растений (на 50.0%) отмечено при применении комплекса Хитозан II. Кроме того, в указанном варианте опыта выявлено сокращение периода созревания пшеницы (по фазе онтогенеза) – на 10.5%, существенный рост высоты растений – на 18.2%. Однако масса корней была меньше относительно контроля – на 63.6%.

Сравнительная эффективность хитозановых комплексов и 0.1%-ного салицилата хитозана в отношении 18 показателей продуктивности пшеницы приведена на рис. 7.

Максимальное относительное число положительных изменений показателей и статистически достоверное число положительных изменений показателей продуктивности, по сравнению с контролем, выявлено при использовании 0.1%-ного салицилата хитозана 88.9 и 55.6% соответственно. В варианте опыта Хитозан I – 38.9 и 11.1%, а в варианте Хитозан II – 61.1 и 27.8%, соответственно.

Таким образом, наилучшие результаты были получены при использовании 0.1%-ного салицилат хитозана как в отношении снижения развития корневой гнили, мучнистой росы, желтой ржавчины, септориозно-пиренофорозной пятнистости, так и продуктивности пшеницы. При использовании 0.1%-ного салицилата хитозана отмечено увеличение урожайности пшеницы на 32.8% по сравнению с контролем, а также статистически достоверный рост значений 55.6% показателей, характеризующих рост и развитие пшеницы, продуктивность и урожайность: длины колоса, числа колосков в колосе, числа зерен в колосе, высоты растений, массы корней, числа корней, продуктивной и общей кустистости, площади предфлагового листа, массы вегетативной части. Комплексы Хитозан I и Хитозан II способствовали существенному снижению поражения пшеницы возбудителями бурой ржавчины и септориозно-пиренофорозной пятнистости, а в варианте Хитозан I отмечено уменьшение развития мучнистой росы. Комплекс Хитозан I оказал положительное влияние только на 11.1% показателей продуктивности: фаза развития и высота растений, а комплекс Хитозан II – на 27.8% показателей, характеризующих фазу онтогенеза, высоту растений, массу вегетативной части растений.

Таким образом, результаты работы могут найти практическое применение при разработке экологически оптимальных технологий возделывания пшеницы и улучшении фитосанитарного состояния посевов.

Работа выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0662-2019-0006 “Поиск, поддержание жизнеспособности и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве”.