Внедрение в практику растениеводства регуляторов роста растений началось в середине прошлого века. Первоначально это были фитогоромоны, а позднее синтетические продукты [1]. Однако, не смотря на то, что существует ряд примеров исключительно высокой экономической эффективности применения регуляторов роста растений, по объемам производства и использования они значительно уступают пестицидам [2]. Не в последнюю очередь это связано с тем, что эффективность применения регуляторов роста зависит от эффективности всех остальных агротехнических мероприятий, включая применение удобрений и пестицидов. Другой существенной трудностью является необходимость более точного, чем в случае пестицидов, соблюдения доз, сроков и технологии их внесения. Поэтому более широкое применение нашли регуляторы роста ингибирующего типа действия, в первую очередь ретарданты и дефолианты. Тем не менее, низкие нормы расхода регуляторов, возможность управлять с их помощью процессами роста и развития растений, изменять устойчивость растений к различным внешним факторам определяет их перспективность.
Значительная потребность в пестицидах и соответственно большие объемы производств, в сочетании с высокой прибылью от их реализации, привели к тому что этот рынок освоили и прочно захватили крупнейшие западные химические концерны. В то же время рынок регуляторов роста, потребность в которых зачастую может быть обеспечена за счет опытных и пилотных установок в большей степени формируется отечественными производителями и разработчиками. В 2002 году из 39 регуляторов роста, разрешенных к применению в сельском хозяйстве, 36 разработаны или производятся в РФ. Основной объем этих препаратов используется в личных подсобных хозяйствах и декоративном растениеводстве.
ВНИИ химческих средств защиты растений на протяжении всей своей сороколетней истории вел разработки в области регуляторов роста растений. Ведущие ученые этого института Н.Н. Мельников и Ю.А. Баскаков выпустили первую отечественную монографию посвященную применению и производству гербицидов и регуляторов роста растений [3]. Ряд научных коллективов института вел большую работу по синтезу и отбору новых химических структур обладающих рострегулирующими свойствами. В институте выполнен значительный объем исследований по изучению механизма действия различных типов регуляторных веществ - дефолиантов, ретардантов, цитокининов, антистрессовых препаратов, разработаны оригинальные системы скрининга веществ на различные типы рострегулирующей активности [4,5]. За годы своего существования институт активно участвовал в создании производств и внедрении в практику сельского хозяйства ретардантов, дефолиантов, антистрессовых препаратов. Им в различные периоды регистрировалось по линии Госхимкомиссии более десятка новых действующих веществ и их препаративных форм. Естественно эта работа не могла быть выполнена без активного взаимодействия с институтами АН СССР, и Сельскохозяйственной Академии, а также отраслевыми институтами Минсельхоза.
Хотя количество новых химических соединений, обладающих высокой рострегулирующей активностью, которые были открыты и изучены во ВНИИХСЗР, исчисляется сотнями, ниже мы более подробно расскажем о разработках, которые вышли на уровень опытно-промышленного производства и применения.
Гидрел и дигидрел
Препараты гидрел и дигедрел явились результатом поиска новых регуляторов роста растений среди солей 2-хлорэтилфосфоновой кислоты (2-ХЭФК) с различными органическими основаниями и, в первую очередь, с гидразином и его производными.
Девять таких солей, не описанных ранее в литературе, были синтезированы в 1976 году во ВНИИХСЗР в лаборатории Н.Н. Мельникова и переданы для испытаний на рострегулирующую активность в лабораторию гербицидов и дефолиантов. Первичные испытания этих соединений в сравнении с 2-ХЭФК были проведены на эксплантах семядольных листьев хлопчатника в условиях климатической камеры. Этот высокочувствительный тест-объект позволяет выявить стимуляторы формирования отделительного слоя (потенциальные дефолианты) и сравнить их между собой по активности [5]. В результате было установлено, что наиболее активными из новых соединений являются гидразиниевая и бискислая гидразиниевая соли 2-ХЭФК, которые действовали так же, как 2-ХЭФК.
Параллельно в ИФР АН СССР были проведены испытания тех же веществ в качестве ретардантов. В условиях вегетационных опытов на яровом ячмене было показано, что в этом виде активности преимуществом обладали диметилгидразиниевая и бискислая диметилгидразиниевая соли 2-ХЭФК [6].
На основе двух из названных веществ были разработаны препараты гидрел, 40%-ный водный раствор бискислой гидразиниевой соли 2-ХЭФК и дигидрел, 50%-ный водный раствор бискислой диметилгидразиниевой соли 2-ХЭФК. С момента создания этих препаратов, в котором, наряду с ВНИИХСЗР, принимал участие Волгоградский филиал ГОСНИОХТ, начались широкие испытания новых регуляторов роста на различных сельскохозяйственных культурах.
При выборе объектов испытаний руководствовались известными данными о спектре биологической активности продуцентов этилена, к которым относятся соли 2-ХЭФК, так же, как и сама кислота. Этиленпродуцирующие вещества в растениях гидролизуются с образованием этилена, который изменяет гормональный баланс растений и, соответственно, оказывает влияние на процессы их роста и развития. Ответные реакции растений на обработку продуцентами этилена разнообразны. Они зависят от видовых и сортовых особенностей растений, фазы их развития в момент обработки, дозы препарата, способа его применения и др. С помощью продуцентов этилена можно:
повышать всхожесть и энергию прорастания семян;
стимулировать рост корней;
замедлять рост главного стебля и одновременно усиливать образования и рост боковых побегов;
ускорять плодоношение и стимулировать цветение;
вызывать опадение листьев, цветков, завязей, ослаблять прочность прикрепления плодов;
ускорять созревание и усиливать окраску плодов;
увеличивать количество женских цветков на растениях семейства тыквенных;
ингибировать прорастание корнеклубнеплодов при хранении [7] .
Первым объектом изучения рострегулирующего действия гидрела и дигидрела во ВНИИХСЗР был хлопчатник, на котором испытывались все новые стимуляторы опадения листьев (дефолианты) с целью совершенствования ассортимента химических средств для подготовки растений к механизированной уборке хлопка-сырца. Сравнительные испытания хлопчатника (G.Hirsutum L, C, 108-Ф) в условиях климатической камеры, а в дальнейшем и в поле (Ташкентская область Узбекистана) показали, что наиболее эффективным дефолиантом является гидрел [8].
Было установлено также, что гидрел имеет существенное преимущество перед дефолиантами, применяемыми в то время в хлопководстве (бутифосом и хлоратом магния): новый дефолиант не только вызывал опадение листьев хлопчатника, но и стимулировал раскрывание коробочек. В ходе последующих испытаний были определены оптимальные дозы гидрела для средневолокнистых сортов хлопчатника: 5-7,5 кг/га, сроки его применения: период раскрывания 30% коробочек, продолжительность периода действия дефолианта: 10-12 дней, изучена возможность использования гидрела в смесях с другими дефолиантами. Наиболее эффективной из изученных оказалась смесь гидрела (3 кг/га) с бутилкаптаксом (5 кг/га) [9-11].
В 1981-1982 годах новых способ дефолиации хлопчатника проходил госиспытания, в которых участвовали профильные институты республик бывшего СССР, возделывающих хлопчатник: ВНИИ хлопководства ИХРВАН Узбекистана, Туркменский НИИ земледелия, Таджикский НИИ земледелия, Азербайджанский СХИ. Госиспытания позволили проверить эффективность гидрела и смеси его с бутилкаптаксом на разных сортах средневолокнистого хлопчатника в разных зонах его возделывания. Особенности действия новых дефолиантов, равно как и высокая их эффективность (сбрасывание 80-85% листьев и подсушивание оставшихся, увеличение количества раскрывшихся коробочек на 20-30% через 10-12 дней после обработки) были подтверждены всеми участниками испытаний. С 1983 года гидрел и смесь гидрела с бутилкаптаксом были разрешены для применения на средневолокнистых сортах хлопчатника в качестве дефолиантов и стимуляторов раскрывания коробочек.
Из овощных культур основными объектами испытаний гидрела и дигидрела были томаты и огурцы. На томатах в качестве стимулятора созревания плодов был широко испытан гидрел. Растянутый период созревания плодов у этой культуры является препятствием для механизированной уборки урожая. Опыты, проведенные в Молдавском НИИОЗиО, Украинском ИФР, Украинском НИИОиБ, Крымском филиале ВНИИХСЗР, Ташкентском СХИ и других организациях показали, что с помощью гидрела можно ускорить созревание плодов томатов и создать, таким образом, условия для машинной уборки урожая. Обработка растений гидрелом за 2-3 недели до их уборки увеличивала выход зрелых плодов на 25-30%, по сравнению с контрольными (необработанными) участками. Общий объем товарной продукции увеличивался на 10-15%. Эффективные дозы гидрела на различных сортах томатов в разных условиях их выращивания варьировали от 0,5 до 2,0 кг/га. Наиболее чувствительными к этому препарату были раннеспелые сорта томатов (Молдавский ранний, Колокольчик, Новинка Приднестровья). Повышенные дозы гидрела требовались для позднеспелых сортов. Оптимальный срок для обработки раннеспелых сортов - фаза созревания 10-15% плодов, для позднеспелых - созревание 20-25% плодов [12-15].
При обработке гидрелом не происходило существенных изменений в основных показателях качества плодов: содержание сухих веществ, общего сахара, аскорбиновой кислоты [12, 13]. Исследования динамики остаточных количеств гидрела в плодах томатов позволили установить, что к моменту их уборки (через 11-17 дней после обработки этим препаратом) гидрела в плодах не обнаруживается [13] .
В начале 80-х годов были начаты госиспытания гидрела на томатах открытого грунта, которые завершились включением его в "Список препаратов, разрешенных для применения в сельском хозяйстве".
На томатах, выращиваемых в теплицах, ускорение созревания плодов позволяет увеличивать выход ранней (дорогостоящей) продукции и повысить, таким образом, рентабельность производства этой культуры. В разработке способа применения гидрела на тепличных сортах томатов принимали участие Институт биохимии АН СССР и Институт биологии Карельского филиала АН СССР.
Обе организации рекомендовали обработку томатов в 2 срока: первый - при полностью оформленных плодах на 1-ой и 2-ой кисти; второй - за неделю до ликвидации оборота. При первой обработке гидрелом опрыскивали лишь нижний ярус растений; при втором - опрыскивали все растение. Рекомендуемые концентрации растворов гидрела: 0,05-0,01%. Высокая концентрация гидрела использовалась при первой обработке, более низкая - при второй. Результаты применения гидрела на сорте Ревермун в Московской области - увеличение количества зрелых плодов на 40% после первой обработки и на 10% после второй; отсутствие отрицательного влияния гидрела на урожай и химический состав плодов 16 . В Карелии на сорте Ласточка в условиях производственного опыта обработка гидрелом в первый срок увеличила через неделю количество зрелых плодов на растениях на 80% по сравнению с контролем. Обработка гидрелом за 12 дней увеличила количество зрелых плодов на 70%. Гидрел оказал отрицательное влияние на массу плодов томата, которая снизилась в среднем на 30%, не снизил общий урожай, увеличил товарный урожай плодов. Химический состав плодов улучшился по сравнению с плодами необработанных растений [17].
Стимуляция плодообразования у тыквенных культур препаратами - продуцентами этилена основана на их способности, смещать сексуализацию цветков в сторону женского пола [7]. Этот вид активности гидрела и дигедрела был проверен на разных сортах огурца (Конкурент, Лель, Садко, Харьковский, Щедрый, Первенец Узбекистана и др.) в разных зонах их возделывания. В условиях открытого грунта препараты испытывали в концентрациях от 50 до 500 мг/л при разных сроках обработки: от 2 до 6 настоящих листьев.
Установлено, что реакция огурца на гидрел и дигидрел существенно зависит от их сорта и условий выращивания растений. Так, в условиях Узбекистана на сортах Щедрый и Первенец Узбекистана гидрел и дигедрел были эффективны при опрыскивании растений в фазу 2-3 настоящих листьев в концентрации 100 мг/л. Прибавка урожая плодов на этих сортах была более 30%. На сорте Харьковский в опытах Украинского ИФР достоверная прибавка урожая огурца (10%) была получена при применении гидрела в концентрации 250 мг/л в фазу 4-5 листьев. Очень низкая отзывчивость на продуценты этилена была у сорта Конкурент. По данным Крымского филиала ВНИИХСЗР положительный эффект от применения гидрела и дигидрела на этом сорте был получен лишь при трехкратном применении этих препаратов в концентрации 100 мг/л. Сорта Лель и гибрид Садко, обработанные гидрелом в фазы 2-х и 3-х настоящих листьев, увеличили урожай огурца на 20-30%. (Данные Молдавского НИИОЗиО).
Предполагается, что сортовые различия в реакции огурца на гидрел и дигидрел обусловлены, прежде всего, исходным соотношением мужских и женских цветков у растений [12], [18].
Гидрел и дигидрел были испытаны в качестве стимулятора плодообразования огурца не только в открытом грунте, но и в условиях теплиц, где у огурца из-за пониженной освещенности снижается количество женских цветков и плодообразование. Опыты проводились в Институте биологии Карельского филиала АН СССР и Мордовском ГУ.
Установлено, что в защищенном грунте на сортах Дин-30-си и Тепличный ранний высоко эффективен дигидрел. Некорневая обработка рассады дигидрелом в концентрации 0,005% вызывала торможение роста главного стебля и увеличивала его диаметр, стимулировала образование женских цветков и ускоряла развитие завязей, что в конечном итоге приводило к повышению продуктивности растений на 20-30% и обеспечивало значительную прибавку урожая в первые месяцы плодоношения. Оптимальным сроком для обработки рассады огурца этим препаратом является фаза 2-3 настоящих листьев.
Гидрел в условиях теплиц оказался менее эффективным стимулятором плодообразования. Экономический эффект от применения гидрела на тепличной культуре огурца был ниже [12].
В Мордовском ГУ дигидрел испытывался в защищенном грунте на 4-х сортах огурца: Сюрприз 66, ТСХА 211, Апрельский и Московский ранний. Рассаду огурцов обрабатывали в фазе 3-4 настоящих листьев 0,01%-ным раствором дигидрела. Через месяц после обработки при оценке изменений у растений, обработанных дигидрелом, было обнаружено, что этот препарат, затормозил рост стебля на 10-30%, в зависимости от сорта, увеличил количество листьев на растениях, женских цветков в 1,5-2 раза и уменьшил количество мужских цветков. Наиболее чувствительным к дигидрелу был сорт Апрельский. Количество завязей у этих растений увеличилось на 46% по сравнению с контролем. При увеличении кратности обработок эффект дигидрела усиливался. Двукратная обработка сорта Московский тепличный дигидрелом вызвала увеличение количества завязей на 59%. На всех сортах огурца под действием дигидрела увеличился урожай плодов, особенно в начальный период плодоношения. Максимальное повышение урожая было у сорта Сюрприз 66 (94%), у сорта ТСХА-211 - 37%.
Проведенные исследования показали необходимость сортового подбора огурцов для получения максимального эффекта от применения дигидрела [19].
В Институте биохимии АН СССР изучали влияние гидрела на хранение клубней картофеля (сорта Дружный и Янтарный). Клубни обрабатывали гидрелом перед закладкой их на хранение с помощью специального приспособления с тонким распылом, которое обеспечивало расход препарата на 1 т картофеля в количестве 20-25 г. Такая обработка позволяла увеличить количество полноценных клубней к моменту их весенней реализации на 12% и задержать прорастание клубней в хранилищах. При анализе обработанных клубней на содержание в них гидрела остаточных количеств препарата не обнаружено [20, 21]. Той же организацией совместно с Одесским технологическим институтом пищевой промышленности получены положительные результаты при изучении гидрела в качестве ингибитора прорастания лука репчатого при хранении. Обработку лука гидрелом проводили способом опрыскивания растений за 2 недели до уборки в концентрации 0,01%.
Практически важным биологическим эффектом продуцентов этилена является стимуляция отделения плодов. Ослабление прочности прикрепления плодов позволяет увеличить эффективность машинной уборки урожая косточковых и ягодников. Чем меньше прочность удерживания плода, тем эффективнее работа вибрационных машин, меньше степень повреждения деревьев и выше качество плодов.
Гидрел и дигидрел были испытаны на вишне, черешне и черной смородине. В испытаниях принимали участие ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина (опыты на вишне), Украинском НИИОС (испытания на черешне), НИЗИСНП (испытания на черной смородине). Вишню (сорта Шпанка и Люская) обрабатывали водными растворами гидрела и дигидрела в концентрациях от 180 до 500 мг/л в период появления розовой окраски у плодов. Действие препаратов оценивали по прочности прикрепления плодов, характеру их отделения (сухой, мокрый отрыв) и окраске кожицы. Установлено, что оба препарата снижали усилие отрыва плода от плодоножки, причем гидрел был активнее дигидрела. У обработанных деревьев в 8-9 раз увеличивалось количество плодов с сухим отрывом, что является основным показателем их качества. Влияние препаратов на окраску плодов было незначительным. Оптимальная концентрация гидрела для применения на вишне 250 мг/г [22].
Черешню (сорта: Крупноплодная и Бигарро Оратовского обрабатывали гидрелом (250 и 500 мг/л) за 7-10 дней до съема урожая. В зависимости от сорта черешни и концентрации гидрела усилие отрыва плодов снижалось в 1,5-8 раз.
На черной смородине (сорт Победа) гидрел испытывали в концентрациях 250 и 500 мг/л при двух сроках обработки - при побурении ягод и в период их полной зрелости. Активность гидрела как стимулятора отделения ягод проявилась во всех вариантах и была максимальной при применении гидрела в концентрации 500 мг/л во второй срок обработки. При ручном встряхивании кустов отделилось 85% ягод (в 10 раз больше, чем у необработанных кустов).
На плодовых культурах гидрел и дигидрел изучали также в качестве регуляторов роста и плодоношения. Во ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина был найден способ ускорения вступления молодых деревьев яблони в фазу плодоношения. Для этого гидрел в концентрации 0,1% применяли совместно с ССС способом опрыскивания молодых побегов, когда их длина была 20-25 см. Такая обработка позволяла не только ускорить начало плодоношения деревьев, но и повысить морозоустойчивость приростков на 30-80% [18].
В Грузинском институте субтропического хозяйства изучали влияние гидрела и дигидрела на рост, периодичность плодоношения, морозоустойчивость и урожай мандарина Уншиу. Препараты применяли путем трехкратного опрыскивания деревьев водными растворами (0,03%) в следующие сроки: период завершения весеннего роста, во время летнего массового прироста побегов и в период созревания плодов. Первую обработку проводили с целью прореживания цветков и завязей, вторую - с целью торможения летнего прироста, третью - для приостановки роста побегов в осенний период, ускорения созревания плодов и индукции образования цветочных почек. Установлено, что гидрел и дигидрел снижают годичный прирост побегов на 14-15%, укорачивают междоузлия, увеличивают количество листьев, увеличивают плодообразование и увеличивают урожай плодов на 34-38%. Кроме того, повышалась на 16% устойчивость побегов мандарина к низким температурам [12], [23].
На зерновых культурах был подробно изучен дигидрел, который, как уже было упомянуто, обладает более высокой ретардантной активностью.
Основная цель применения ретардантов на зерновых культурах - борьба с полеганием растений, которое происходит в дождливые и ветреные годы, а также при избыточном орошении при повышенных дозах азотных удобрений. Полегание приводит к значительной потере урожая, затрудняет проведение и затягивает сроки уборки зерна.
Дигидрел испытывался на озимой ржи, озимой и яровой пшенице, на яровом ячмене и овсе.
Опыты на озимой ржи в течение 3-х лет проводили НИИСХЦРНЗ, ВНИИ кукурузы и Кировский СХИ. Установлено, что опрыскивание посевов этой культуры в фазу трубкования водным раствором дигидрела в дозах 1-2 кг/га позволяет увеличить устойчивость растений к полеганию на 1,5-2,5 балла за счет укорачивания стебля и утолщения второго междоузлия. Средняя прибавка урожая от дигидрела, по данным НИИСХЦРНЗ, составила 3,5 ц/га, в опытах ВНИИ кукурузы - 6,7 ц/га, по данным Кировского СХИ - 6,1 ц/га [24].
В испытаниях дигидрела на озимой пшенице принимали участие МОВИР, НИСХЦРНЗ, Ивановский СХИ, Крымский филиал ВНИИХСЗР, Калининская с/х опытная станция совместно с ИФР АН СССР. Цель испытаний - изучение дигидрела в качестве средства борьбы с полеганием озимой пшеницы и защиты от энзимно-микозного истощения (ЭМИС) зерна. В результате серии мелкоделяночных и производственных опытов на сорте Мироновская-808 и Безостая-1, которые проводились в течение 4-х лет, было установлено, что дигидрел дает лучшие результаты при применении его в фазу середина-конец трубкования в дозах 1-1,5 кг/га. Действие препарата проявляется в укорачивании стебля на 8-20% (в зависимости от условий применения), в повышении устойчивости к полеганию, увеличении количества продуктивных стеблей на 5-14%, в развитии интенсивно зеленой окраски листьев, увеличении их размеров и повышении урожая зерна 10-43% у сорта мироновская-808 и на 10-11% у сорта Безостая-1.
По основным показателям ретардантной активности и по влиянию на урожай дигидрел превосходил эталонный (применяемый при возделывании зерновых) препарат ТУР. Дигидрел обеспечивал большую, по сравнению с ТУРом, защиту озимой пшеницы от ЭМИС.
У растений, обработанных дигидрелом, потери сухого вещества от ЭМИС были в 6 раз меньше, чем у необработанных (контрольных) и в 1,6 раза меньше, чем у растений, обработанных ТУРом [12].
Испытания дигидрела на яровом ячмене проводились в ИФР АН СССР, НИИ земледелия и экономики сельского хозяйства Латвийской ССР, ТСХА и в НИИСХЦРНЗ. В условиях вегетационных и полевых опытов (ИФР АН СССР) установлено, что опрыскивание ячменя (сорт Московский-121) раствором дигидрела в дозе 0,5-1 кг/га в начале фазы трубкования (7 фаза по шкале Фекеса) вызывает значительное укорачивание стеблей у растений, утолщение стенок соломины, повышение прочности стебля. По ретардантной активности дигидрел превосходил ССС [25].
В полевых опытах, проведенных в Латвийской ССР (Скривери) на яровом ячмене (сорт Майя) получены следующие результаты.
Дигидрел, применяемый в дозах 0,5 и 1 кг/га в 7-ю фазу по шкале Фекеса, увеличивал площадь листьев, сокращал длину стебля на 11-23%, увеличивал его прочность, повышая устойчивость к полеганию на 2,2-2,6 балла, увеличивал число продуктивных побегов и повышал урожай зерна на 2-7 ц/га [12].
Исследователи отмечали, что дигидрел высокоэффективен лишь при строгом соблюдении регламента по его применению, отклонение от которого может иметь отрицательные последствия. В связи с этим обстоятельством в ТСХА был разработан более надежный и безопасный способ применения дигидрела на яровом ячмене в смеси с ССС.
Те же особенности действия дигидрела отмечались при испытаниях его на яровой пшенице и овсе. Для этих культур также было рекомендовано применять дигидрел в смеси с ССС.
Оптимальные дозы смесей ССС + дигидрел для ярового ячменя: 2,0 + 0,5 кг/га; для яровой пшеницы: 1,0 + 0,5 кг/га, для овса: 2 + 0,3 кг/га [25].
В течение 3-х лет дигидрел испытывался на озимой ржи (сорт Восход-2). Опыты проводились в НИИСХЦРНЗ. Препарат применяли в дозах 1 и 2 кг/га в фазу трубкования при высоте растений 25-35 см. Установлено, что дигидрел повышает устойчивость растений к полеганию на 2 балла (по пятибалльной шкале). Посевы озимой ржи, обработанные дигидрелом, практически не полегали за все годы испытаний. Урожайность озимой ржи за счет применения дигидрела увеличилась (в среднем за 3 года) на 8,8%. Повышение урожая произошло в результате увеличения количества продуктивных стеблей, а также некоторого возрастания массы зерна в колосе и числа зерен в нем.
Аналогичные результаты были получены при применении дигидрела на тритикале. Для озимой ржи и тритикале дигидрел был признан высокоэффективным ретардантом.
В ЦРБС АН УССР был разработан способ применения дигидрела в качестве средства ухода за газонами. На смеси газонных трав (райграс пастбищный, полевица тонкая, мятлик луговой, овсяница красная) выявлена высокая ретардантная активность дигидрела, его гербицидные действия на нежелательные сорные виды, способность повышать устойчивость газонных трав к неблагоприятным условиям внешней среды - засухе. Одна обработка газона дигидрелом в дозе 6 кг/га заменяла 3-4 скашивания.
Испытания гидрела и дигидрела в качестве ретардантов на древесных растениях проводились в Ленинградской лесотехнической академии. Объектами испытаний были ель, береза, осина и ольха серая. Высокая ретардантная активность гидрела и дигидрела в концентрациях 0,4-0,5% проявилась на осине и ольхе серой [26].
В течение 2-х лет в ЦНИИМЭ изучали влияние гидрела на выход живицы при подсочке сосны. Опыты проводились в 4-х областях (Горьковской, Свердловской, Иркутской и Брестской). Гидрел испытывали в 0,5%-ой концентрации. Установлено, что продуцент этилена - гидрел обладает высокой смолостимулирующей способностью. Наибольшая эффективность подсочки с гидрелом показана в Иркутской и Свердловской областях (107-121%). Канифоль, полученная из живицы, добытой со стимулятором гидрел, соответствовала требованию ГОСТа для первого сорта [27].
Этамон
Развивая работы в области поиска новых регуляторов роста среди солей, образованных замещенными гидразинами и фосфорсодержащими органическими кислотами, которые были начаты созданием препаратов гидрел и дигидрел, Н.Н. Мельниковым и его сотрудниками был предложен новый регулятор роста этамон - диметилфосфорнокислый диметилгидроксиэтиламмоний [28].
Отобранный при первичном скрининге на культурах клеток высших растений, его рострегулирующее действие затем изучалось на целом спектре культур, включая сахарную свеклу, картофель, бобовые [29]. Наиболее интересным с практической точки зрения было его положительное влияние на рост и накопление ассимилятов корневой системой растений [30]. При этом положительные эффекты наблюдаются как при обработке препаратом наземной части растений так и при обработке им семян перед высевом или непосредственным контакте с ним корневой системы. В случае обработки этамоном семян сахарной, столовой и кормовой свеклы в дозе 10г/тонну или вегетирующих растений в дозе 50-100г/га это приводит к повышению урожая корнеплодов на 15-20% . В случае сахарной свеклы применение этамона в конечном итоге увеличивает на 20% выход сахара-сырца.
Всплеск быстрого роста корневой системы, который удается вызывать с помощью этамона, оказался весьма полезен при выращивании овощных культур в закрытом грунте в особенности на почвозаменителях. В этих случаях рост корневой системы часто отстает от роста надземной части растения, что вызывает угнетение роста растений и снижение их урожайности. Идеальная растворимость препарата в воде, он и выпускается в виде 50% водного раствора, делает удобным его внесение через системы капельного полива. При этом норма расхода препарата 30-50г/га.
Было высказано предположение, что этамон, уже находясь внутри растительной клетки или ее клеточных органелл, распадается на фосфор и азотсодержащие фрагменты, которые являются удачными формами для осуществления внутриклеточного питания.
В конце восмидесятых годов этамон был зарегистрирован и разрешен для применения на сахарной, столовой и кормовой свекле. Было начато его производственное применение. Однако после распада СССР и кардинального изменения структуры сахаропроизводства препарат был забыт. В настоящее время надежда на возрождение связана с интересом к нему тепличных хозяйств, выращивающих овощные культуры на малообъемной гидропонике.
Картолин-2 и оксикарбам
В конце семидесятых годов во ВНИИХСЗР в лаборатории Ю.А. Баскакова был синтезирован картолин-2 - N-( изопропоксикарбонил )-О-( 4-хлорфенилкарбамоил )этаноламин [31]. Можно с уверенностью сказать, что это один из наиболее подробно изученных в плане механизма и характера физиологического действия отечественных регуляторов роста. Только библиография по этому препарату включает более пятидесяти печатных работ и несколько обзоров [32].
Растущая потребность сельского хозяйства в препаратах позволяющих сохранить урожай или хотя бы его часть в случае засухи, низких температур, снизить вредное влияние на растения избыточных количеств пестицидов и других глобальных загрязнителей окружающей среды заставила исследователей выделить поиск таких веществ в самостоятельное направление. Тем более что исключительно методами селекции эти проблемы полностью решить не удается, поскольку генетически обусловленное направление ресурсов растения на повышение устойчивости, как правило, снижает их количество, используемое для формирования урожая. Препараты, повышающие устойчивость растений к неблагоприятным условиям произрастания и одновременно позволяющие сохранить урожай, получили название антистрессовых.
До последнего времени единственным широко используемым классом физиологически активных веществ повышающих устойчивость растений к полеганию и избытку минерального питания были ретарданты. Применение физиологически активных веществ для повышения устойчивости растений к другим неблагоприятным факторам еще не получило такой же широкой практической реализации .
В основу подхода к поиску новых антистрессовых препаратов широкого спектра действия разработчиками картолина-2 было положено представление о том что при существующей в практике растениеводства технике внесения препаратов невозможно влиять на имеющиеся у растений, как целостного организма, генетически обусловленные защитные реакции на стрессы, представляющие собой гормонально регулируемую последовательность адаптационных процессов. Практически значимый эффект повышения устойчивости растений под действием физиологически активных веществ более вероятно получить за счет повышения устойчивости основных клеточных структур и как следствие клеток в целом [33].
Известно, что способностью стабилизировать клеточные структуры обладают природные цитокинины и их синтетические аналоги, однако одновременно они участвуют в гормональной регуляции жизнедеятельности растения как целого. Необходимо было найти среди отдаленных структурных аналогов цитокининов вещества, обладающие лишь той частью их активности, которая касается повышения устойчивости клеток и их основных структур.
Для оценки характера и степени физиологической активности синтезируемых в процессе поиска соединений были разработаны специальные и модифицированы известные лабораторные тесты позволяющие оценивать как цитокининовую, так и антистрессовую активность изучаемых веществ [34, 35].
Картолин-2 был отобран как отдаленный структурный аналог цитокининов, который по характеру своей физиологической активности отвечает требованиям исходной гипотезы поиска. Он подобно цитокининам в низких дозах существенно влияет на рост и обмен веществ в суспензионных культурах клеток высших растений, тормозит разрушение хлоропластов, повышает активность РНК-полимеразы, однако практически не влияет на транспирацию, что является характерным показателем гормонального действия цитокининов. В отсутствии стресса, не был он активен и в некоторых других специфичных для цитокининов тестах [36,37].
Первые результаты характеризующие антистрессовую активность картолина-2 были получены на клеточных культурах. Препарат он существенно влиял на морозостойкость каллусной ткани озимой пшеницы. Устойчивость клеток к промораживанию под действием препарата повышалась с -20 до -50 градусов.
Было показано, что этот эффект сохраняется и при воздействии картолина-2 на целое растение. Обработка озимой пшеницы в фазу раскустившихся растений препаратом в дозе 0,1 кг/га по д.в. приводила к повышению их морозостойкости на 20%. Аналогично препарат действовал и на древесные растения. Их обработка 0,1% раствором картолина-2 в осенний период существенно повышала устойчивость смородины, абрикоса, белой акации к низким температурам [38].
Одновременно изучалось влияние препарата на устойчивость растений к недостатку влаги. Был не только выявлен сам эффект повышения устойчивости, но и выяснены причины его возникновения. На примере ярового ячменя показано, что в условиях засухи картолин-2 в значительной степени повышает устойчивость белоксинтезирующего и фотосинтезирующего аппаратов клеток. Как следствие растение в целом, в том числе особенно чувствительный к недостатку влаги репродуктивный аппарат, становятся более устойчивыми к засухе. В результате в условиях засухи продуктивность растений обработанных препаратом оказывается на 15-20% выше, чем у необработанных. В то же время в отсутствии стресса картолин-2 не оказывает заметного влияния на рост, развитие и продуктивность растений.
Изучение механизмов антистрессового действия картолина-2 также показало, что он повышает температурный порог каогуляции белков и цитоплазмы клеток листа. Подробно изучено действие препарата на изменение мембран и энергетические функции митохондрий у озимой пшеницы при закаливании пониженными температурами. Картолин-2 ускоряет перестройку мембран а процессе закаливания, обеспечивая более эффективное функционирование митохондрий в этот критический для растений период. Интересный результат получен при изучении действия картолина-2 на листья многолетних трав. В них значительно повышается активность комплекса фотосинтезирующих ферментов и содержание АТФ. Обнаружено также стабилизирующее действие картолина-2 на состав липидов у семян при неблагоприятных условиях их хранения, что повидимому объясняет его положительное влияние на всхожесть семян различных культур [39].
Практически одновременно с обнаружением у картолина-2 антистрессовой активности начался поиск возможных сфер его применения в растениеводстве. Поскольку повышение клеточной устойчивости может приводить к самым разнообразным , связанным со снижением чувствительности растений к неблагоприятным факторам, хозяйственнополезным эффектам, был оценен характер воздействия препаратов на самые различные культуры при различных типах стресса. При этом основное внимание уделялось не факту повышения жизнеспособности растений, а степени положительного влияния препаратов на урожай [40, 41].
В сферу исследований также попали зерновые и зернобобовые, крупяные и технические культуры, кукуруза, рис, лук, кормовые, плодовые и плодоягодные культуры, лесные насаждения. Выявлено положительное влияние препарата на сохранение урожая при недостатке влаги, низких и высоких температурах, недостаточной освещенности, засолении и затоплении почв, передозировке гербицидов, наличии фифопатогенов. Показано что картолин-2 повышает устойчивость не только самих растений, но и симбиотических систем включающих бобовые растения.
Особое внимание было уделено разработке способов применения препарата с целью повышения устойчивости зерновых культур к засухе и низким температуратм, поскольку эти проблемы особенно остро стоят в нашей стране. Первоначально для ячменя было отработано его применение путем опрыскивания посевов в фазу конец кущения - начало трубкования с целью повышения устойчивости растений к засухе. Для картолина-2 оптимальной оказалась доза 0,20,5кг/га по д.в. Была проведена не только оптимизация доз и сроков применения препаратов, но и оценена чувствительность к ним различных районированных сортов. Так в случае ячменя было оценено 12 таких сортов (БелНИИЗ, КНИИЗХ, Казанский ГУ).
Анализ полученных результатов показал, что препарат наиболее эффективен на относительно чувствительных к недостатку влаги сортах при слабой, средней и даже среднесильной засухе, которая не вызывая гибели растений существенно влияет на величину урожая. Поэтому неслучайно оптимальной фазой обработки оказалась та, которая предшествует моменту наибольшей чувствительности репродуктивной системы злаков к засухе. Фенологические наблюдения и анализ структуры урожая показывают, что посевы обработанные препаратами в случае засухи выглядят более тургорисцентными, зелеными, они имеют большее число продуктивных стеблей, более озерненный колос. Все это обеспечивает в среднем 15-20% прибавку урожая по сравнению с необработанными растениями. В дальнейшем аналогичные результаты получены на других зерновых культурах .
Возможность практического применения картолина-2 для повышения морозостойкости первоначально была показана для озимой пшеницы. В дозе 100-200г/га при обработке растений опрыскиванием в фазу кущения в случае холодной и малоснежной зимы за счет повышения морозостойкости на 3-5 градусов и более успешной регенерации растений после воздействия низких температур, существенно повышается доля выживших растений что положительно сказывается на величине урожая.
При оценке эффективности препарата с целью повышения морозостойкости зерновых впервые было установлено, что хорошие результаты дает не только опрыскивание семян, но и их дражирование перед посевом составами включающими картолин-2. В дальнейшем оказалось, что прием предпосевной обработки семян эффективен и в случае применения препарата для повышения засухоустойчивости зерновых. В этом случае оптимальные дозы гораздо ниже, чем при опрыскивании всего 100 грамм на тонну семян по д.в. Прием предпосевного дражирования семян комплексами препаратов включающими протравители семян, антистрессовые препараты, микроэлементы весьма перспективен и экономичен. Однако в случае озимых культур применение антистрессовых препаратов должно сочетаться с использованием протравителей семян и фунгицидов, предохраняющих растения от болезней во время перезимовки
Способность картолина-2 повышать устойчивость злаков к пониженным температурам, увеличивать жизнеспособность пыльцы и тем самым урожай семян, а также стимулирующее влияние, как отдаленного аналога цитокининов, на рост наземной массы травянистых растений делает перспективным его применение в технологии возделывания многолетних кормовых трав. Было показано, что препарат положительно влияет на семенную продуктивность и сохранение всхожести семян при хранении, на урожай зеленой массы. Результаты получены на широком спектре многолетних злаковых и бобовых кормовых культур.
Также значительный объем работ был проделан с целью исследования возможности использования картолина-2 для сохранения и повышения урожая таких культур как кукуруза, просо, гречиха, тритикале, рапс, лук (Пензенский пед.институт, Казанский ГУ, БелНИИЗ, ВИР и др.). Поскольку, в большинстве зон где они возделываются в нашей эти культуры практически постоянно находятся под воздействием различных стрессовых факторов.
По многолетним данным полученным в Курганской области обработка семян кукурузы перед посевом картолином-2 в дозе 100грамм на центнер семян увеличивает урожай початков на 40-50%. Трехлетние исследования проведенные МОВИР и БелНИИЗ в основных сельскохозяйственных регионах Европейской части СССР на тритикалле, дали результаты аналогичные полученным на других зерновых культурах. В условиях засухи обработка семян этой культуры картолином-2 в дозе 20-50г/тонну по д.в. дает устойчивую прибавку урожая на 15- 30%. Расширенные полевые испытания проводившиеся в течение двух лет в Поволжье на просе и гречихе показали высокую эффективность картолина-2 на этих культурах. Опрыскивание препаратом посевов проса в фазу кущения в дозе 80-120г/га по д.в. повышает урожай в 1,5-1,8 раза.
Весьма перспективным является использование картолина-2 для уменьшения отрицательного последействий применения гербицидов. Оказалось что его можно использовать для снятия токсического действия гербицидов на ризобиальный комплекс у бобовых. Высокая чувствительность клубеньковых бактерий к остаткам таких широкоприменяемых гербицидов как трефлан, базагран, лассо привела к тому, что эффективность включения в севооборот бобовых культур для повышения плодородия почв была сведена на нет. Обработка картолином-2 сои в фазу 2-4 настоящих листьев в дозе 150г/га по д.в. практически полностью снимает токсическое действие остатков указанных гербицидов на бобово-ризобиальный симбиоз. Это приводит к увеличению зеленой массы растений и веса клубеньков на 40-70%, азотофиксирующей активности на 70-150%, повышает урожай зерна в 1,3-1,5 раза.
Активные работы в сфере поиска путей практического применения антистрессовых препаратов позволили зарегистрировать картолин-2, сперва в качестве средства повышающего устойчивость ячменя к воздействию засухи, а затем для пшеницы, ячменя и ржи, в качестве средства для повышения устойчивости этих культур к засухе и низким температурам. Препарат рекомендовалось применять как путем опрыскивания вегетирующих растений, так и путем предпосевной инкрустации семян. Было разрешено его применение на сое в качестве средства предохранения бобово-ризобиального комплекса от токсического действия остатков гербицидов и на многолетних кормовых травах и люцерне для повышения урожая зеленой массы и семян.
В 1989 году картолин-2 был применен на зерновых на 25 тыс га в Белоруссии, в 1990 году на 120 тыс га в Белоруссии и Поволжье. Основным способом применения была предпосевная обработка семян, в 1991 году на зерновых культурах в Белоруссии, Поволжье, Зап. Сибири, на Алтае на площади 500 тыс га. Анализ полученных результатов показал, что на пшенице, ржи и ячмене во всех регионах, где было организовано его применение, в условиях слабой, средней и среднесильной засухи обеспечивалась устойчивая прибавка урожая по сравнению с контролем на 3-9ц/га
Дальнейшим развитием работ в области создания антистрессовых препаратов - отдаленных структурных аналогов цитокининов явилась разработка в лаборатории Ю.А. Баскакова препарата оксикарбам - 2-Гидроксиэтилкарбаминовой кислоты изопропиловый эфир [42, 43]. По спектру антистрессового действия и охвату различных культур оксикарбам уступает картолину.
В первую очередь он оказался весьма эффективен на зерновых культурах. Для ярового ячменя, пшеницы и ржи наиболее эффективно применение оксикарбама в фазу конец кущения - начало трубкования в дозе 100-150г/га. Для яровой пшеницы рекомендуется его совместное применение с хлорхолинхлоридом. Другим способом применения оксикарбама является инкрустация семян в сочетании с протравителями в дозе 50-100г на тонну. Несомненным преимуществом этого препарата перед картолином, особенно в случае применения на зерновых, была доступность полупродуктов и простота его получения, а также то, что оксикарбам хорошо растворим в воде, что упрощает проблемы с разработкой и производством его препаративной формы. Препарат успешно прошел широкие производственные испытания в условиях Зап. Сибири и Поволжья, РХТУ им. Д.И. Менделеева провело необходимые разработки и подготовило документацию для его производства, оксикабам был включен в список препаратов разрешенных для применения в сельском хозяйстве.
К сожалению развитие работ по антистрессовым препаратам столь необходимым для регионов с рискованными условиями земледелия, к которым относится практически вся территория России, было прекращено с развалом СССР, их основной производитель Навоийский электрохимический завод оказался за рубежом, а разработчики без финансирования. Из-за отсутствия средств, прекратилась регистрация и патентование. В условиях современной России реальное возрождение этих работ вряд ли возможно, однако в последние годы к ним проявляет интерес ряд промышленно развитых стран, в первую очередь Китай.
Цитодеф
Препарат цитодеф - 1-фенил-3-(1,2,4-триазол-4-ил)мочевина и ее натриевая соль (ГАС-18) были синтезированы в середине восьмидесятых годов в лаборатории Ю.Г. Пуцыкина [44]. Созданию цитодефа предшествовало изучение механизма действия нового в то время дефолианта фирмы "Шеринг" дроппа, действующим веществом которого является N-фенил-N1-(1,2,3-тиазол-5-ил)-мочевина. Дропп - это "мягкодейсвующий" дефолиант, который вызывал опадение зеленых тургесцентных листьев хлопчатника при применении в очень малых дозах (0,2-0,3 кг/га). Его действие проявилось как на средневолокнистом (Gossypium hirsute L.), так и на тонковолокнистом (Gossypium barbadence L) хлопчатнике [45]. Эти ценные качества сочетались с низкой токсичностью дроппа для теплокровных. Таких препаратов в нашей стране не было, а их перспективность для хлопководства была очевидной. В то время единственный доступный нам мягкодействующий дефолиант бутифос был запрещен для применения из-за высокой токсичности.
Толчком к созданию новых мягкодействующих дефолиантов послужило обнаружение у дроппа высокой цитокининовой активности, которая была выявлена в ряде биотестов на данный тип фитогормонов [46-48]. Сочетание у дроппа свойств цитокинина и дефолианта трудно было объяснить, так как дефолиирующее действие не входило в спектр, установленной в то время физиологической активности цитокининов [49].
Хорошо известно, что в качестве стимулятора отделения листьев и других органов в растениях функционирует другой гормон этилен. Поэтому изучение влияния дроппа на синтез этилена в листьях хлопчатника было первым этапом на пути познания механизма дефолиирующего действия этого препарата. В опытах проведенных на 3-4-недельных растениях средневолокнистого хлопчатника, было показано, что в ответ на обработку дроппом (10-4 - 10-5 м) выделение этилена из листьев увеличивается в 10 раз, по сравнению с контрольными растениями и в 3 раза превышает уровень выделения этилена из растений, обработанных бутифосом (S,S,S-трибутилтритриофосфат), наиболее активным стимулятором синтеза этилена в ряду дефолиантов, известных до открытия дроппа [50]. В этих опытах четко прослеживалась положительная корреляция между дефолиирующей активностью дроппа и влиянием его на синтез этилена в листьях хлопчатника.
Та же зависимость была выявлена при сравнении реакции на дропп средневолокнистого и тонковолокнистого хлопчатника. Последний оказался более чувствительным к дефолиирующему действию этого препарата. Концентрации дроппа, вызывающие опадение листьев у 3-4-х-недельных растений тонковолокнистого хлопчатника (10-3 - 10-4 %) были на порядок ниже концентраций этого дефолианта, необходимых для опадения листьев у средневолокнистого хлопчатника (10-2 - 10-3 %). Именно в этих концентрациях наблюдалось резкое увеличение выделение этилена из листьев [51].
О связи между влиянием дроппа на синтез этилена в листьях хлопчатника и его дефолиирующим действием говорил и тот факт, что молодые (верхние) листья хлопчатника, более чувствительные к этому дефолианту, выделяли больше этилена, чем нижние листья.
Изложенные факты позволили высказать предположение, что дефолиирующее действие дроппа опосредовано через стимуляцию синтеза этилена в растениях хлопчатника. Прямые доказательства, что это действительно так и происходит, были получены при изучении влияния на дефолиирующую активность дроппа ингибиторов синтеза этилена (ИСЭ): аминоэтоксивинилглицина (АВГ), тиосульфата серебра, хлористого кобальта (СОСl2) и циклогексимида [52]. АВГ (10-4 м) подавляющей синтез этилена на стадии превращения S-аденозилметионина в АЦК снижал дефолиирующую активность дроппа на 50%.
Обработка листьев хлопчатника тиосульфатом серебра (4.10-3 м) блокирующим связь этилена с рецептором, полностью подавляла реакцию этих листьев на дропп. При совместном применении с дроппом более чем в 2 раза снижал опадение листьев хлопчатника СОСl2 (5.10-3 м), который ингибирует превращение АЦК в этилен. Отрицательное влияние на активность этого дефолианта оказал также неспецифический ингибитор синтеза этилена циклогексимид (4.10-4 м): опадение листьев хлопчатника при давлении циклогексимида к дроппу снизилось с 81 до 50%.
Таким образом было доказано, что дефолиирующее действие дроппа на хлопчатник опосредствовано через стимуляцию синтеза этилена, фитогормона индицирующего процесс формирования отдельного слоя.
Наличие у дроппа цитокининовой активности позволило предположить, что подобным образом могут действовать на опадение листьев хлопчатника и другие цитокинины. Это предположение удалось подтвердить в опытах, где параллельно с дроппом в качестве дефолиантов и стимуляторов синтеза этилена в листьях хлопчатника были испытаны следующие цитокинины: N-(2-хлор-4-пиридил)-N1-фенилмочевина ХПФМ , 6-бензиламинопурин БАП, N6-( 2-изопентенил)аденин ИПА и 6-фурфуриламинопурин кинетин. Опыты проводились на 3-х-недельных растениях хлопчатника. Все вещества растворяли в небольшом количестве ДМСО, а затем доводили раствор до конечного объема водой. Концентрации цитокининов в растворах: 5.10-5 - 5.10-3 м. Приготовленными растворами опрыскивали растенияхлопчатника до полного смачивания поверхности листьев. Через 24 часа после обработки отбирали пробы листьев для анализа выделяемого этилена. Через 6 суток после обработки учитывали дефолиирующую активность (% опавших листьев). Установлено, что все испытанные вещества, кроме кинетина, самого слабого из взятых цитокининов, вывызвают опадение листьев хлопчатника и стимулируют синтез в них этилена [53]. По дефолиирующей активности испытанные соединения располагались в следующий ряд: дропп > ХПФМ > БАП > ИПА, который соответствует их цитокининовой активности. Это дает основание полагать, что дефолиация хлопчатника является одним из свойств цитокининов и степень ее эффективности зависит от цитокининовой активности соединения. Была установлена также четкая корреляция между влиянием цитокининов на опадение листьев и усилением синтеза этилена в них. Анализ полученных данных позволил предположить, что существует пороговый уровень этилена, при котором цитокинины вызывают дефолиацию хлопчатника. Чем активнее цитокинин, тем меньше его концентрации обеспечивали необходимый для опадения листьев уровень синтеза этилена. При применении наименее активного среди испытанных соединений - кинетина этого уровня достигнуть не удалось.
Следовательно, при обработке хлопчатника цитокининами проявлялась каскадность в действии фитогормонов: экзогенный цитокинин индуцировал синтез другого гормона этилена, который вызывал опадение листьев. Необходимо отметить, что по нашим данным, антагонист цитокинина в регуляции многих других процессов - АБК, подавлял индукцию цитокининами синтеза этилена и опадения листьев хлопчатника. Более сложное взаимодействие проявлялось между цитокининами и ауксином (ИУК): они выступали синергистами в индукции синтеза этилена, но одновременно ауксин снижал чувствительность к этилену отделительного слоя и вызванную цитокинином дефолиацию [54].
Таким образом, синтетические цитокинины проявляли дефолиирующую активность, вступая в достаточно сложные взаимодействия с эндогенной гормональной системой хлопчатник.
Влияние цитокининов на опадение листьев было изучено и на растениях других видов: из травянистых были взяты фасоль, соя и маш, из кустарников - молочай блестящий, из древесных - груша. Ни на одном из перечисленных растений цитокинины не проявили дефолиирующей активности и не усиливали выделения этилена из листьев [55]. Следовательно, активация синтеза этилена и, как следствие, опадение листьев является специфической реакцией на цитокинины растений хлопчатника.
Обнаруженная связь между цитокининовой и дефолиирующей активностью у соединений цитокининового типа позволила прогнозировать открытие дефолиантов хлопчатника в ряду природных и синтетических соединений, обладающих цитокининовой активностью.
В результате изучения механизма действия дроппа и других цитокининов было определено основное направление поиска новых регуляторов роста и дефолиантов хлопчатника - производные дефенилмочевины, поскольку эти соединения (дропп, ХПФМ) значительно превосходили по активности соединения пуринового ряда (ИПА, БАП, кинетин).
Все новые производные дифенилмочевины в начале испытывались в качестве стимуляторов синтеза этилена в листьях хлопчатника, для чего был разработан специальный экспресс-метод для оценки этого вида активности 5. В дальнейшем выделенные соединения испытывались в качестве дефолиантов на целых растениях хлопчатника и в качестве цитокининов в биотестах на этот вид активности. Всего было испытано свыше 30 производных дифенилмочевины, среди которых наиболее активной оказалась 1-фенил-3(1,2,4-триазол-4-ил)мочевина.
На основе этого соединения и был разработан препарат цитодеф, 30%-ный к.э. По характеру действия цитодеф подобен дроппу. Этот препарат сочетает в себе два вида активности: цитокининовую и дефолиирующую. Типичные проявления цитокининовой активности, обнаруженные в процессе его изучения, следующие:
стимуляция прорастания семян (салат, пшеница);
стимуляция деления клеток (культура клеток табака);
задержка пожелтения листьев и увеличение их размеров (фасоль, соя, маш, колеус);
утолщение стеблей (колеус, пуансеттия, молочай блестящий);
индукция роста боковых побегов (пуансеттия, молочай, груша);
увеличение размеров и окраски цветков декоративных культур;
стимуляция синтеза этилена в листьях хлопчатника, которая индуцировала их опадение .
Последний из перечисленных видов активности цитодефа был изучен детально, поскольку открывал перспективы использования этого препарата в качестве дефолианта хлопчатника. Было установлено, что из двух возделываемых видов хлопчатника более чувствителен к цитодефу G.Hirsutum L. - средневолокнистый хлопчатник. На разных сортах этого вида в различных зонах хлопкосеяния были проведены сначала полевые мелкоделяночные, а затем производственные испытания цитодефа. В этой работе, наряду с ВНИИХСЗР участвовали сотрудники Узбекского института химии растительных веществ. В результате был разработан способ применения цитодефав качестве дефолианта хлопчатника. Рекомендовано применять цитодеф на хлопчатнике путем опрыскивания растений в фазу раскрывания 20-30% коробочек в дозах 1-1,5 кг/га. Действие препарата приводит к опадению 80-90% листьев через 2 недели после обработки хлопчатника [56].
Другой способ использования цитодефа в сельском хозяйстве, основан на его способности ускорять передвижение гербицидов в зоны активного роста растений и усиливать таким образом действие гербицидов на сорняки. Этот эффект цитодефа проявляется в наибольшей степени при добавлении его к гербицидам, медленно передвигающимся по растению, в частности к препаратам бетанального ряда, лонтрелу и ряду других. Для этой цели была разработана водорастворимая форма цитодефа на основе его натриевой соли- препарат ГАС-18 и промышленный способ ее получения. На основании проведенных исследований был предложен способ повышения активности гербицидов бетанального ряда путем добавления к ним ГАС-18 в дозе 20-30 г/га [57, 58].
Большая и многоплановая работа по изучению биологической активности цитодефа была проведена в ТСХА им. К.А. Тимирязева. Установлено, что обработка бессемянных сортов винограда цитодефом позволяет увеличить урожай на 15-20%, что достигается за счет увеличения массы ягод и количества ягод в грозди.
Цитодеф применяется в виде водного раствора (40 мг/л), которым опрыскивают кусты винограда через 3-5 дней после их цветения. Сочетание цитодефа с гиббереллином (ГК) позволяет получить более высокие результаты. Доза ГК в смеси в 4 раза меньше, чем при применении ГК, отдельно взятой. В опытах на винограде, проведенных при пониженном режиме орошения проявилось антистрессовое действие цитодефа. Этот препарат значительно снижал отрицательное влияние недостатка влаги в почве на урожай винограда.
Испытания цитодефа на яблоне (сорт Антоновка) выявили его способность повышать продуктивность деревьев за счет лучшего развития плодов и повышения их устойчивости к заболеванию паршей, улучшать лежкость плодов. Для получения описанного эффекта деревья яблони обрабатывали цитодефом через 25-30 дней после цветения при длине побегов 25-30 см. Способ обработки - опрыскивание водным раствором в концентрациях 25-50 мг/л.
Из овощных культур объектами исследований в опытах ТСХА были картофель, лук и чеснок. Картофель обрабатывали в начале бутонизации путем опрыскивания растений водным раствором цитодефа в концентрациях 25 и 50 мг/л. Наблюдали ускорение формирование клубней, увеличение их размера и повышение урожая картофеля на 30%.
Основная цель опытов на луке репчатом - задержать с помощью цитодефа старение листьев. Обработку проводили в начале пожелтения листьев путем опрыскивания растений водным раствором препарата в концентрациях 25 и 50 мг/л. В результате достигнута задержка полегания листьев на 10-15 дней и, соответственно, увеличение массы луковиц и урожая на 10-15%.
Чеснок обрабатывали цитодефом в фазу 5-6 листьев тем же способом в концентрациях 50 и 100 мг/л. Основной итог - стимуляция образования воздушных луковичек и увеличение массы основных луковиц на 30-40%. Воздушные луковички могут быть с успехом использованы в качестве посадочного материала. Такой способ размножения чеснока, в отличие от традиционного (размножение зубками), имеет следующие преимущества:
1) экономия товарной продукции, 2) оздоровление посадочного материала, так как воздушные луковички, в отличие от зубков, не передают последующим растениям болезней, которыми часто заражаются основные луковицы через почву.
Обзор материалов 6-ой Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях", состоявшейся в г. Москве в июне 2001 года, показал, что открыты новые возможности использования цитодефа. Успешно прошли испытания этого регулятора роста на технических сортах винограда. В сочетании с ГК и ИУК цитодеф повышал урожай винограда и улучшал качество продукции (снижал количество семян в ягодах) [59].
В опытах, проведенных на газонных травах, показано, что с помощью цитодефа может быть решена проблема защиты зеленых насаждений в городах от негативного воздействия соли, которая используется в зимний период на дорогах и загрязняет почву. Из 3-х испытанных антистрессовых препаратов только цитодеф в концентрации 25 мг/л увеличил всхожесть газонных трав (овсянницы красной, райграса пастбищного) на фоне 1,5%-ного раствора NaCl [60].
Установлено, что цитодеф повышает холодоустойчивость растений: стимулирует прорастание семян огурца и кукурузы при пониженной температуре (10-140С); снижает низкотемпературные повреждения и гибель тех же растений при раннем сроке посева. За счет повышения холодоустойчивости значительно увеличивалась продуктивность огурца и кукурузы в условиях температурного стресса.
Защитное действие цитодефа проявлялось в широком диапазоне концентраций: 10-7 - 10-9 м.
Находится в стадии изучения вопрос [61] о возможности использования цитодефа в культуре ткани картофеля. Выявлены различия в действии цитодефа и природного цитокинина зеатина, традиционно используемого для культуры тканей, в действии на морфогенез стеблевых эксплантов картофеля. Цитодеф индуцировал образование меньшего количества почек на эксплантах, чем зеатин, но почка в варианте с цитодефом развивалась значительно быстрее, давала мощный побег. Стеблевому морфогенезу сопутствовал ризогенез. Планируется дальнейшее изучение цитодефа с целью интенсификации стеблевого морфогенеза, микроклонального размножения, клубнеобразования в культуре картофеля in vitro [62, 63].
В ТСХА получены положительные результаты при изучении влияния цитодефа в ряду других регуляторов роста на ускорение черенков клематиса. По количеству укоренившихся черенков, имеющих пробудившуюся почку, по количеству корней и их развитию цитодеф был одним из наиболее активных препаратов. Преимущество цитодефа перед другими регуляторами роста проявилось также в тимуляции цветения маточных кустов клематиса: увеличилось количество и размеры цветков [64].
В Главном ботаническом саду АН РФ цитодеф был испытан как стимулятор возобновления роста розы после срезки цветоносов. Установлено, что цитодеф стимулирует образование почек и выход их из состояния покоя, ускоряет рост побегов возобновления, ускоряет переход растений в фазу бутонизации, увеличивает количество побегов с бутонами [65].
Ценное свойство цитодефа было открыто в Агрохимцентре "Мордовский", где в поисках средств для снижения количество нитратов в растениях, был испытан цитодеф на укропе. Оказалось, что обработка укропа цитодефом в очень низких концентрациях (10-6 - 10-9 М) снижает содержание нитратов в товарной части урожая в 2 раза [67].
Литература
1. Баскаков Ю.А., Шаповалов А.А. Регуляторы роста растений. М. Знание. 1982. 56-62 с.
2. Никелл Л.Дж. Регуляторы роста растений. М. Колос. 1984. 80-91 с.
3. Мельников Н.Н., Баскаков Ю.А. Химия гербицидов и регуляторов роста растений. М. Госхимиздат. 1962.
4. Жирмунская Н.М., Зубкова Н.Ф., Овсянникова Т.В., Грузинская Н.А., Шаповалов А.А. Методические рекомендации по проведению лабораторного скрининга синтетических регуляторов роста растений. Под редакцией Кукаленко С.с., Шаповалова А.А. Черкассы. НИИТЭХИМ. 1985.
5. Шаповалов А.А., Жирмунская Н.М., Зубкова Н.Ф., Овсянникова Т.В., Грузинская Н.А. Методические рекомендации по проведению лабораторных испытаний синтетических регуляторов роста растений. Под редакцией Шаповалова А.А. Черкассы. НИИТЭХИМ. 1990.
6. Мельников Н.Н. Новые регуляторы роста растений. Докл. АН СССР. 1982. т. 263. № 3. С. 762-765.
7. Муромцев Г.С. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений, М.: Агропромиздат, 1987. 383 с.
8. Грузинская Н.А. Изыскание новых дефолиантов и разработка способов их применения на средневолокнистых сортах хлопчатника: Дис… канд. с/х наук. Москва, 1986. 139 с.
9. Нуриджанян К.А. Химия и применение дефолиантов и десикантов. М.: НИИТЭХИЛЬ, 1989. 75 с.
10. Зубкова Н.Ф. Гидрел в качестве дефолианта и стимулятора раскрывания коробочек хлопчатника. Агрохимия. 1984. № 7. с 104-109.
11. Будыкина Н.П. Рострегулирующая активность гидразиниевых солей 2-хлорэтилфосфоновой кислоты. Новые регуляторы роста растений - гидрел и дигидрел. Агрохимия. 1982. № 4. с. 87-98.
12. Баранов Н.И., Ледовский С.Я. Эффективность применения гидрела на томатах. Тез. докл. I Всесоюзная конференция "Регуляторы роста и развития растений". Москва. 1981. с. 226.
13. Ершова В.Л., Малашенко В.С. Влияние этрела и гидрела на дружность и сроки созревания томатов. Там же с. 242.
14. Картомышева О.П., Картомышев В.С. Гидрел - перспективный регулятор роста для овощных культур. Там же с. 248.
15. Салькова Е.А. Гидрел и дигидрел как ускорители созревания томатов в теплицах. Химия в с.х. 1984. т. XXII. № 2. с. 40-43.
16. Будыкина Н.П. Рекомендации по ускорению созревания и повышению урожая тепличных томатов с помощью препарата гидрел. Карельский филиал АН СССР. Петрозаводск. 1981. 7 с.
17. Звезденюк А.П., Долготер В.И. Агротехника овощных культур в открутом грунте. Под редакцией Ершовой В.Л. Кишинев: Штиинца. 1980. с. 123-131.
18. Альба Н.В. Влияние дигидрела на развитие и продуктивность огурцов в защитном грунте. Агрохимия. 1985. № 8. с. 100-104.
19. Сухова Л.С. Регуляция покоя клубней картофеля с помощью продуцента этилена - гидрела: Автореферат дис…. канд. биолог. Наук. М.: Институт биохимии АН СССР, 1982. 25 с.
20. Сухова Л.С. Использование продуцентов этилена для защиты картофеля от прорастания и поражения болезнями при хранении. Тез. докл. I Всесоюзной конференции "Регуляторы роста и развития растений". Москва. 1981. с. 282.
21. Лукин Е.С. Влияние физиологически активных соединений на созревание и опадение вишни. Там же с . 257.
22. Муханин В.Г., Хаустович И.П. Ускорение вступление в плодоношение молодых деревьев яблони с помощью ретардантов. Там же с. 267.
23. Микаберидзе В.Е. Регулирование роста, периодичности плодоношения и морозоустойчивости растений мандарина Уншиу с помощью регуляторов. Там же с. 264.
24. Гринченко А.Л. Применение ретардантов в растениеводстве. Итоги науки и техники. Сер. Растениеводство. Москва. 1982. 197 с.
25. Чижова С.И. Регуляция роста ячменя ретарлантами с целью повышения устойчивости к полеганию: Автореф. дис. канд. биолог. Наук. М: ИФР АН СССР. 1983. 24 с.
26. Алексеев В.А. Эффективная группа регуляторов роста древесных растений. Лесной журнал. 1984. № 5. с. 17-20.
27. Кабанов В.В., Перелюбский М.В. Влияние некоторых этиленобразующих регуляторов роста растений на выход живицы при подсочке сосны. Комплексная механизация заготовки осмола и добычи живицы. Под редакцией Барышевой Т.И. Химки. 1984. с. 84-88.
28. Мельников Н.Н., Грапов А.Ф., Козлов В.А., Любарская С.Е., Шаповалов А.А., Жирмунская Н.М., Овсянникова Т.В., Симонов В.Д. Диметилфосфорнокислый диметил-бис-(оксиэтил)аммоний, обладающий рострегулирующей активностью. Патент 1148303. РФ. Б.И. 1993. № 7. с. 38.
29. Жирмунская Н.М., Приходько Н.В., Овсянникова Т.В., Шаповалов А.А. Новый регулятор роста этамон-стимулятор роста корневой системы. Агрохимия. 1991. № 11 с. 98-105.
30. Табеленкова Г.Н., Куренкова С.В. Использование регуляторов роста при выращивании рапонтикума сафлоровидного. Агрохимия. 2001. № 3. с. 35-41.
31. Кондратьев Ю.А., Баскаков Ю.А., Шаповалов А.А., Асафова Г.А., Горская Т.В., Зленко И.Л., Жирмунская Н.М. Регулятор роста растений А.с. 710545 (СССР). Б.И. 1980. № 3 с. 46.
32. Баскаков Ю.А. Новый антистрессовый препарат цитокининового типа действия. Агрохимия. 1988. № 4 с. 103-105.
33. Жирмунская Н.М., Шаповалов А.А. Физиологические аспекты применения регуляторов роста для повышения засухоустойчивости растений. Агрохимия. 1987. № 6. с. 102-119.
34. Жирмунская Н.М., Шаповалов А.А., Овсянникова Т.В. Метод предварительного отбора химических соединений, способных повышать морозоустойчивость растений. Агрохимия. 1987. № 9. с. 105-108.
35. Жирмунская Н.М., Шаповалов А.А. Биотест для выявления способности химических соединений повышать устойчивость растений к засухе. Агрохимия. 1988. № 1 с. 111-116.
36. Баскаков Ю.А., Жирмунская Н.М., Шаповалов А.А., Овсянникова Т.В. Сравнительное изучение рострегулирующей активности синтетических и природных цитокининов. Агрохимия. № 8. с. 124-129.
37. Жирмунская Н.М., Овсянникова Т.В., Шаповалов А.А., Баскаков Ю.А. Взаимосвязь между антистрессовой активностью и цитокининоподобными свойствами синтетических биологически активных веществ. Физиология и биохимия культурных растений. 1989. т. 21. № 5 с. 446-459.
38. Трунова Т.И., Бочарова Н.А., Баскаков Ю.А., Шаповалов А.А. Влияние картолина на морозоустойчивость озимой пшеницы. Физиология растений. 1983. № 2. с. 27-32.
39. Шевелуха В.С., Кулаева О.Н., Шакирова Ф.М., Шанбанович Г.Н., Баскаков Ю.А. Влияние картолина на белоксинтезирующий аппарат листьев ячменя в условиях засухи. ДАН. СССР. 1983. т. 271. № 4. с. 1022-1025.
40. Баскаков Ю.А., Шевелуха В.С., Бутенко Р.Г., Трунова Т.И., Шанбанович Г.Н., Шаповалов А.А., Немченко В.В., Оголевец И.В., Соколов В.Н. Средство для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к неблагоприятным климатическим условиям произрастания А.с. 965043 (СССР). 1982. Непубл.
41. Шевелуха В.С., Шанбанович Г.Н., Самсонов В.П., Шаповалов А.А., Баскаков Ю.А., Кулаева О.Н., Генкель П.А., Творус Е.К., Соколов В.Н., Безлюдная И.И. Средство защиты растений ячменя от засухи А.с. 1425884 (СССР). 1988. Непубл.
42. Баскаков Ю.А., Чимишкян А.Л., Шаповалов А.А., Фокин А.В., Коломиец А.Ф., Шевелуха В.С., Кулаева О.Н., Орлов С.И., Тащи В.П., Константинова Н.В., Бочарова М.А., Немченко В.В., Шанбанович Г.Н., Овсянникова Т.В., Голубев А.С., Галкин В.И. Регулятор роста растений. А.с. 1769405. Б.И. 2000. № 12. с. 420.
43. Баскаков Ю.А., Чимишкян А.Л., Шаповалов А.А., Фокин А.В., Коломиец А.Ф., Шевелуха В.С., Кулаева О.Н., Орлов С.И., Тащи В.П., Константинова Н.В., Бочарова М.А., Немченко В.В., Шанбанович Г.Н., Овсянникова Т.В., Голубев А.С., Галкин В.И. Эфиры N-гидроксиалкинилкарбалилновых кислот в качестве регуляторов роста растений. А.с. 1769512. Б.И. 2000. № 12. с. 427.
44. Шаповалов А.А., Эпштейн С.М., Тащи В.П., Пуцыкин Ю.Г. и др. Соли 1-фенил-3-(1.2.4-триазол-4-ил)мочевины, обладающие свойством регуляторов роста растений. А.с. №1732651(РФ) Б.И. 1992. №14. с.25
45. Зубкова Н.Ф. Дропп - дефолиант хллопчатника. Химия в сельском хозяйстве. 1980. № 11. с. 28-31.
46. Баскаков Ю.А., Шаповалов А.А., Жирмунская Н.М., Овсянникова Т.В. О взаимосвязи рострегулирующей активности и фитотоксичности синтетических цитокининов. ДАН СССР. 1981. т. 257 № 6. с. 1514-1516.
47. Кулаева О.Н., Баскаков Ю.А., Борисова Н.Н., Кузнецов В.В., Цибуля Л.В., Шаповалов А.А. Исследование цитокининовых свойств дефолианта дропп и гербицида ДПХ-4189. Физиол. раст. 1982. т. 29. В.2. с. 266-269.
48. Баскаков Ю.А., Жирмунская Н.М., Шаповалов А.А., Овсянникова Т.В. Сравнительное изучение рострегулирующей активности синтетических и природных цитокининов. Агрохимия. 1982. №8. с. 124-129
49. Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функция. М.: Наука. 1973. 264 с.
50. Зубкова Н.Ф. Дефолиирующая активность у веществ цитокининового типа. ДАН. 1983. т. 272. № 4. с. 1011-1013.
51. Зубкова Н.Ф. Дефолиирующая активность N-фенил-N1-(1,2,3-тидиазол-5-ил)мочевина и ее влияние на выделение этилена листьями хлопчатника. Агрохимия. 1984. № 1. с. 69-73.
52. Зубкова Н.Ф. Регуляция опадения листьев. М.: НИИТЭХИМ. 1991. 37 с.
53. Зубкова Н.Ф. Взаимодействие тидиазурона с фитогормонами в регуляции опадения листьев хлопчатника. Агрохимия. 1987. № 3. с. 91-98.
54. Зубкова Н.Ф. Применение и особенности действия дефолиантов и десикантов. Агрохимия. 1991. № 8. с. 126-143.
55. Зубкова Н.Ф. Исследование дефолиирующего действия цитокининов. Физиология растений. 1990. т. 37. вып. 3. с. 535-541.
56. Зубкова Н.Ф. Цитодеф - регулятор роста растений цитокининового действия. Тезисы докл. VI Международной конференции "Регуляторы роста и развития в биотехнологиях". Москва. 2001. с. 94.
57. Шаповалов А.А., Пуцыкин Ю.Г., Егоров Б.Ф. Способ борьбы с сорными растениями, гербицидная композиция и синергист, повышающий активность гербицидов Пат. 2130260. РФ. БИ. 1998. № 5. с. 30.
58. Шаповалов А.А., Пуцыкин Ю.Г., Егоров Б.Ф. Новые химические средства для усиления гербицидного действия. Агрохимия. 2002. № 1. с. 68-71.
59. Деверилина Ю.В. Повышение качества продукции новых сортов винограда путем обработки регуляторами роста. Тезисы докл. VI Международная конференция "Регуляторы роста и развития в биотехнологиях". Москва. 2001. с. 231.
60. Соколова А.Я. Влияние биологически активных веществ на рост и развитие газонных трав в стрессовых условиях. Там же с. 122.
61. Лукаткин А.С. Синтетическе регуляторы роста как индукторы холодоустойчивости и продуктивности растений. Там же с. 108.
62. Глушкова Т.Н. Эффективные стимуляторы морфогенеза в культуре ткани картофеля. Там же с. 147.
63. Ковалев В.М. Скрининг регуляторов роста с целью применения их в биотехнологии в культуре ткани картофеля. Там же с. 165.
64. Сальникова Е.И. Влияние регуляторов роста на укорнение климатиса. Там же с. 273.
65. Рункова Л.В. Пробуждение и рост покоящихся почек растений роз под влиянием регуляторов роста. Тезисы доклада III Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". Москва. 1995. с. 182.
66. Пугаев С.В. Препараты для снижения уровня нитратов в растениях. Тезисы доклада IV Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений. Москва. 1997. с. 273.
67. Сорокин В.И., Кузнецова Г.В., Русакова Н.И., Цыбалова Л.А., Мелихова И.Н., Гранина Т.Е., Дрозд В.Н., Шаповалов А.А., Лой Н.П., Шварева Т.А., Петунова А.А., Хомляк Ю.Д., Кравченко Н.С., Милый В.В., Барашкин В.А., Фролов М.М., Безсолицен В.П. Замещенные финилсульфонилтриазинилмочевины или их диэтилэтаноламмониевые соли, обладающие гербицидной и рострегулирующей активностью. А.с. 1782974 (РФ). Б.И. 1992. № 47. с. 14.