Способ повышения устойчивости растений ярового ячменя к патогенной инфекции

Изобретение относится к области биотехнологии. Способ повышения устойчивости растений ярового ячменя к патогенной инфекции включает предпосевную обработку семян составом, содержащим адаптоген. Адаптоген получен путем стерилизации в течение 1-2 мин в 96% этаноле или 1% растворе перманганата калия кондиционных семян проса обыкновенного и их просушивания в стерильной фильтровальной бумаге, проращивания во влажной камере со стерильной фильтровальной бумагой с добавлением стерильной воды при температуре от 21 до 25°С в течение 7 дней с последующим высушиванием до влажности 14% и измельчением на мельнице, проведением спиртовой экстракции измельченной массы при температуре от 23 до 25°С в течение 12 ч с добавлением при этом к 1 кг измельченной массы 70% этанола или 50% изопропилового спирта в соотношении 1:3, фильтрованием полученной после экстракции надосадочной жидкости через керамический фильтр, с последующим ее выпариванием при температуре от 25 до 30°С до получения осадка и добавлением к полученному осадку стерильной воды объемом 10 л. В состав добавляют свекловичную мелассу, где массовое соотношение адаптоген:меласса равно 1:1. Способ обеспечивает повышение устойчивости растений ярового ячменя к патогенным инфекциям. 1 табл.

 

Изобретение относится к области биотехнологии в сельском хозяйстве и может быть использовано в растениеводстве для создания новых биологических препаратов для защиты сельскохозяйственных культур от инфекционных и неинфекционных болезней.

Меласса или черная патока это побочный продукт сахарного производства. В процессе уваривания и фильтрации свекловичного или тростникового сока отделяются сахарные кристаллы, а то, что остается представляет собой смесь некристаллизующихся Сахаров (декстрин, глюкоза, мальтоза) с высоким содержанием примесей. В Российской Федерации черная патока используется в основном в пищевой промышленности для производства спирта и дрожжей, при выпечке некоторых видов хлеба.

Из мелассы возможно получение меланина высокомолекулярного пигмент, образующийся в результате окисления и полимеризации фенолов, обеспечивающий коричневый или черный цвет семян [1, 2]. Считается, что черная пигментация возникла в результате адаптации живых организмов к неблагоприятным условиям окружающей среды. Функциональное значение этого типа пигмента подробно рассмотрено для животных, насекомых и микроорганизмов [2, 3]. Роль пигмента в растениях все еще неясна, но собранная информация показывает, что черный цвет может дать им некоторые преимущества. Например, у большинства диких злаков есть черная пигментация корпуса. Падающие на землю в зрелом состоянии семена, покрытые черной оболочкой, считаются невидимыми для птиц на фоне темной почвы [4].

Из-за способности черных поверхностей поглощать больше солнечной энергии, чем светлые, и преобразовывать ее в тепло, теоретически черные семена могут созревать раньше, чем желтые. Сравнительное исследование староместных сортов ячменя с черными и белыми семенами показало, что первые имеют тенденцию созревать раньше, чем вторые [5].

Меланины придают оболочке семян дополнительную механическую прочность, защищая их от повреждений. Более того, меланин обеспечивает устойчивость к насекомым и вредителям из-за своей токсичности [6]. У подсолнечника семена с черной оболочкой меньше повреждаются личинками крота, чем белые семена [7].

Поскольку меланины являются сильными антиоксидантами [8, 9], они могут придать больше энергии семенам, которые их накапливают, и могут защитить семена в условиях стресса. Есть несколько примеров, подтверждающих эту гипотезу. У арбуза коричневые семена были более сильными, чем светлые; у них был более высокий вес семян, процент прорастания и всхожести, а также свежий и сухой вес проростков, чем у светлых семян [10].

Более убедительные результаты о защитных функциях меланинов были получены при тестировании устойчивости к патогенной инфекции. Сорта ячменя и овса с темной окраской колоса меньше поражались фузариозом, чем сорта без темных пигментов шелухи [11,12]

Известен способ получения оболочки для предпосевной обработки семян [13], который предполагает обволакивание семян смесью биопрепарата и мелассы при температуре 28-30°С в течении 60-64 ч.

Однако в известном способе меласса используется лишь как среда для культивирования Xanthomonas campestris и не используется в качестве самостоятельного ингредиента для обработки семенного материала.

Известен способ стимуляции роста и развития растений [14], при котором перед посевом готовится смесь культуры Enterococcus durans ВКПМ В-10093 на свекловичной мелассе с микробным числом 10⁹ и используется для обработки семян с целью прилипания клеток.

Недостаток способа заключается в том, что используется смесь культуры Enterococcus durans ВКПМ В-10093 которая требует предварительной длительной подготовки, а также способ требует достаточных затрат для культивирования указанного штамма.

Известен также способ получения адаптогена для повышения устойчивости биологических агентов биофунгицидов к действию неблагоприятных условий и увеличения эффективности биологического контроля болезней растений и адаптоген, полученный способом [15]. Изобретение представляет собой способ получения адаптогена для повышения устойчивости биологических агентов биофунгицидов к действию неблагоприятных условий и увеличения эффективности биологического контроля болезней растений, осуществляющийся путем стерилизации в течение 1-2 минут в 96% этаноле или 1% растворе перманганата калия кондиционных семян проса обыкновенного, последующего их просушивания в стерильной фильтровальной бумаге. Затем семена проращиваются во влажной камере со стерильной фильтровальной бумагой с добавлением стерильной воды при температуре от 21 до 25°С в течение 7 дней с последующим высушиванием до влажности 14% и измельчаются на мельнице. Далее проводится спиртовая экстракция измельченной массы при температуре от 23 до 25°С в течение 12 часов, причем при экстракции к 1 кг измельченной массы добавляется 70% этанол или 50% изопропиловый спирт в соотношении 1:3. Полученная после экстракции надосадочная жидкость фильтруется через керамический фильтр, после чего подвергается выпариванию при температуре от 25 до 30°С до получения осадка, затем к полученному осадку добавляется стерильная вода объемом 10 л.

Недостатком известного способа является то, что при производстве данного адаптогена используется зерно проса, которое не содержит в своем составе меланин и бетаины. В отличие от этого, меласса содержат данные вещества.

Целью изобретения является повышение устойчивости растений ярового ячменя к патогенным инфекциям.

Указанная цель достигается тем, что в способе повышения устойчивости растений ярового ячменя к патогенной инфекции, включающем предпосевную обработку семян составом, содержащим адаптоген, полученный путем стерилизации в течение 1-2 минут в 96% этаноле или 1% растворе перманганата калия кондиционных семян проса обыкновенного и их просушивания в стерильной фильтровальной бумаге, проращивания во влажной камере со стерильной фильтровальной бумагой с добавлением стерильной воды при температуре от 21 до 25°С в течение 7 дней с последующим высушиванием до влажности 14% и измельчением на мельнице, проведением спиртовой экстракции измельченной массы при температуре от 23 до 25°С в течение 12 часов с добавлением при этом к 1 кг измельченной массы 70% этанола или 50% изопропилового спирта в соотношении 1:3, фильтрованием полученной после экстракции надосадочной жидкости через керамический фильтр, с последующим ее выпариванием при температуре от 25 до 30°С до получения осадка и добавлением к полученному осадку стерильной воды объемом 10 л, в состав добавляют свекловичную мелассу, где массовое соотношении адаптоген: меласса равно 1:1.

Изучалось влияние на зараженность патогенными инфекциями предпосевной обработки семян ярового ячменя составами из адаптогена с добавлением неочищенной свекловичной мелассы, которая представляет собой побочный продукт сахарной промышленности, остающаяся после второго отделения кристаллов сахара. Она на 20-25% состоит из воды, содержит до 60% не извлеченных углеводов, главным образом это сахароза и рафиноза, около 9% органических азотистых соединений, преимущественно амидов. Кроме этого, в ее состав входит до 7-10% золы, минеральных веществ. Имеет темно-коричневый цвет и плотность 1,35-1,40 г/см³.

Инкрустацию семян ярового ячменя проводили составами, содержащими адаптоген и мелассу в различных соотношениях - 1:1, 1:2, 1:3 и 1:4. Также изучались варианты обработки семян только адаптогеном без добавления мелассы. В качестве контроля была принята обработка семян H₂O. Норма расхода рабочего состава во всех вариантах составляла 10 л/т.

Поскольку меланины являются сильными антиоксидантами, они могут защищать семена в условиях стресса. Меланины обеспечивают дополнительную механическую прочность оболочкам семян, защищая их от повреждений. Кроме того, пигмент обеспечивает устойчивость к вредным биологическим объектам благодаря своей токсичности. Активность в отношении внешней семенной инфекции показана в таблице 1.

Инкрустация семян составами, содержащими адаптоген и свекловичную мелассу в различных соотношениях, позволяют в значительной степени снизить патогенную нагрузку на семенной материал. Рабочий состав в соотношении Адаптоген + Меласса (1:1) позволяет полностью контролировать фузариозную инфекцию, более чем на 20% снизить заселяемость патогенами вызывающими корневые гнили, а также снизить плесневение семян с 24% на контрольном варианте до 6%.

Таким образом, предпосевная обработка семян составом, содержащим адаптоген и мелассу в соотношении 1:1 обеспечивает повышение устойчивости растений ярового ячменя к патогенным инфекциям.

Список использованной литературы

1. Britton, G. (1985). The biochemistry of natural pigments. Cambridge: Cambridge University Press.

2. Solano, F. (2014). Melanins: skin pigments and much more-types, structural models, biological functions, and formation routes. New J. Sci. 2014, 1-28. doi: 10.1155/2014/498276

3. Cordero, R. J., and Casadevall, A. (2017). Functions of fungal melanin beyond virulence. Fungal Biol. Rev. 31, 99-112. doi: 10.1016/j.fbr.2016.12.003

4. Zhu, B.-F., Si, L., Wang, Z., Jingjie Zhu, Y. Z., Shangguan, Y., Lu, D., et al. (2011). Genetic control of a transition from black to straw-white seed hull in rice domestication. Plant Physiol. 155, 1301-1311. doi: 10.1104/pp.110.168500

5. Ceccarelli, S., Grando, S., and Van Leur, J. A. G. (1987). Genetic diversity in barley landraces from Syria and Jordan. Euphytica 36, 389-405. doi: 10.1007/BF00041482

6. Jana, В. K., and Mukherjee, S. K. (2014). Notes on the distribution of phytomelanin layer in higher plants-a short communication. J. Pharm. Biol. 4, 131-132.

7. Pandey, A. K., and Dhakal, M. R. (2001). Phytomelanin in compositae. Curr. Sci. 80, 933-940.

8. Panzella, L., Eidenberger, Т., Napolitano, A., and DTschia, M. (2012). Black sesame pigment: DPPH assay-guided purification, antioxidant/antinitrosating properties, and identification of a degradative structural marker. J. Agric. Food Chem. 60, 8895-8901. doi: 10.1021/jf2053096

9. Lopusiewicz, L. (2018). Antioxidant, antibacterial properties and the light barrier assessment of raw and purified melanins isolated from Citrullus lanatus (watermelon) seeds. Herba Pol. 64, 25-36. doi: 10.2478/hepo-2018-0008

10. Mavi, K. (2010). The relationship between seed coat color and seed quality in watermelon Crimson sweet. Hortic. Sci. 37, 62-69. doi: 10.17221/53/2009-HORTSCI

11. Zhou, X., Chao, M., and Liang, X. (1991). Screening and testing of barley varieties for scab resistance. Acta Phytophylacica Sin. 18, 261-265.

12. Лоскутов И.Г., Блинова E.B., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. (2016). Ценные характеристики генотипов овса и устойчивость к фузариозу. Вавилов Ж. Генет. Порода. 20, 286-294. DOI: 10.18699 / VJ16.151.

13. Патент РФ №2421967 МПК А01С 1/06. Способ получения оболочки для предпосевной обработки семян / Ревин В.В., Ибрагимова С.А. - Заявл. 06.04.2010. Опубл. 27.06.2011. - Бюл. №18.

14. Патент РФ №2603088 МПК A01N 63/02, C12N 1/20, А01С 1/06. Способ стимуляции роста и развития растений / Цугкиев Б.Г. Бекузарова С.А., Цугкиева В.Б., Козырева И.И., Кцоева М.С., Тедеева Эльза Т. - Заявл. 31.07.2015. Опубл. 20.11.2016. - Бюл. №32.

15. Патент РФ №2715645 МПК 61К 36/258, 61К 36/25. Способ получения адаптогена для повышения устойчивости биологических агаентов биофунгицидов к действию неблагоприятных условий и увеличения эффективности биологического контроля болезней растений и адаптоген полученный способом. // Сафин Р.И., Валиев А.Р., Каримова Л.З., Валидов Ш.З., Низамов P.M., Коммисаров Э.Н., Сафина Д.Р., Ярмиева А.И. - Заявл. 13.05.2019. Опубл. 02.03.2020. - Бюл. №7.

Список использованной литературы

1. Бриттон, Г. (1985). Биохимия природных пигментов. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

2. Солано, Ф. (2014). Меланины: пигменты кожи и многое другое-типы, структурные модели, биологические функции и пути формирования. New J. Sci. 2014, 1-28. doi: 10.1155/2014/498276

3. Кордеро P. Дж. и Касадевалл А. (2017). Функции грибкового меланина выходят за рамки вирулентности. Грибковая биол. Rev. 31, 99-112. doi: 10.1016/j.fbr.2016.12.003

4. Чжу, Б.-Ф., Си, Л., Ван, 3., Цзинцзе Чжу, Ю.З., Шангуань, Ю., Лу, Д. и др. (2011). Генетический контроль перехода от черной к соломенно-белой оболочке семян при одомашнивании риса. Физиол растений. 155, 1301-1311. doi: 10.1104/рр. 110.168500

5. Ceccarelli, S., Grando, S. и Van Leur, J. A. G. (1987). Генетическое разнообразие в ячменных ландрасах из Сирии и Иордании. Euphytica 36, 389-405. doi: 10.1007/BF00041482

6. Джана, Б.К., и Мукерджи, С.К. (2014). Примечания по распределению слоя фитомеланина в высших растениях-краткое сообщение. J. Pharm. Биол. 4, 131-132.

7. Пандей, А.К., и Дхакал, М.Р. (2001). Фитомеланин в композитах. Curr.Sci. 80, 933-940.

8. Панцелла Л., Эйденбергер Т., Наполитано А. и Д'Искья М. (2012). Пигмент черного кунжута: очистка с помощью анализа DPPH, антиоксидантные / антинитрозирующие свойства и идентификация структурного маркера деградации. J. Agric. Пищевая химия. 60, 8895-8901. doi: 10.1021/jf2053096

9. Лопусевич Л. (2018). Антиоксидантные, антибактериальные свойства и оценка светового барьера сырых и очищенных меланинов, выделенных из семян Citrullus lanatus (арбуз). HerbaPol. 64, 25-36. doi: 10.2478/hepo-2018-0008

10. Мави, К. (2010). Взаимосвязь между цветом семенной оболочки и качеством семян в арбузном малиновом сладком. Hortic. Sci. 37, 62-69. doi: 10.17221/53/2009-ХОРЦЦИ

11. Чжоу, X., Чао, М. и Лян, X. (1991). Скрининг и тестирование сортов ячменя на устойчивость к парше. Acta Phytophylacica Sin. 18, 261-265.

Способ повышения устойчивости растений ярового ячменя к патогенной инфекции, включающий предпосевную обработку семян составом, содержащим адаптоген, полученный путем стерилизации в течение 1-2 мин в 96% этаноле или 1% растворе перманганата калия кондиционных семян проса обыкновенного и их просушивания в стерильной фильтровальной бумаге, проращивания во влажной камере со стерильной фильтровальной бумагой с добавлением стерильной воды при температуре от 21 до 25°С в течение 7 дней с последующим высушиванием до влажности 14% и измельчением на мельнице, проведением спиртовой экстракции измельченной массы при температуре от 23 до 25°С в течение 12 ч с добавлением при этом к 1 кг измельченной массы 70% этанола или 50% изопропилового спирта в соотношении 1:3, фильтрованием полученной после экстракции надосадочной жидкости через керамический фильтр, с последующим ее выпариванием при температуре от 25 до 30°С до получения осадка и добавлением к полученному осадку стерильной воды объемом 10 л, отличающийся тем, что в состав добавляют свекловичную мелассу, где массовое соотношение адаптоген:меласса равно 1:1.