Актуальность темы
В настоящее время энзимо-микозное истощение семян (ЭМИС) трактуется как стрессоустойчивость зерновых культур к абиотическим факторам, в частности, к сочетанию температурного режима и влажности. Развитие заболевания ЭМИС сопровождается сильной оводнен-ностью поверхности зерна, которая вызывает набухание белка и крахмала, что нарушает ультраструктурную организацию клеточных органелл и приводит к «биологическому травмированию» покровов зерна и потере продуктов гидролиза через эти участки. Последние становятся «открытыми воротами» для внедрения патогенных микроорганизмов (Темирбекова, 2000). При дождливой погоде заболевание сопровождается прорастанием зерна в колосе (Дунин, 1978). Установлено (Bilbao, 1966), что в зерне содержатся вещества, которые способны снижать активность амилаз. Различают две амилазы в зерне: «а-амилазу созревания» и «а-амилазу прорастания». Регулирование активности «а-амилазы созревания» во время покоя зерна контролируется белковым ингибитором, который образует с этим ферментом комплекс (Василевская, 1997). Признано, что фактор пассивного иммунитета в растениях представлен различными химическими соединениями небелковой природы, которые называют природными, ингибиторами. Механизм реактивации этого комплекса неизвестен, но предполагается, что в условиях высокой влажности воздуха происходит разрыв ингибиторного комплекса. У различных растений природные ингибиторы отличаются друг от друга, способны приостанавливать прорастание (Henneguine, 1967; Кефели, 1974), и играют заметную роль в сохранении покоя семян (Evenari, 1949).
Однако в этиологии ЭМИС влияние природных ингибиторов покровов зерна яровой пшеницы не выяснено. Поэтому изучение роли этих агентов пассивного химического иммунитета в этиологии заболевания ЭМИС востребовано в практике защиты растений и является актуальным.
Цель исследований. Цель работы — исследовать роль эндогенных природных ингибиторов небелковой природы, способных регулировать активность ферментов амилолитического комплекса в условиях увлажнения и в этиологии заболевания ЭМИС. Задачи исследований:
1. Изучить связь между активностью а-амилазы и высотой растений яровой пшеницы.
2. Установить качественный состав природного ингибирующего комплекса покровов зерна пшеницы (ИНК).
3. Выявить влияние ИНК покровов пшеницы на рост грибов поверхности зерна, а также на «а-амилазу созревания» и «а-амилазу прорастания».
4. Установить роль ИНК в механизме реактивации ферментов амилолитического комплекса в зависимости от условий увлажнения как источников этиологии заболевания ЭМИС.
5. Изучить возможность использования препарата на основе ИНК для борьбы с заболеваниями ЭМИС.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Возделывание яровой пшеницы на фоне органического вещества в виде навоза и соломы и обработка во время вегетации препаратом ТУР влияют на активность фермента а-амилазы.
2. Ингибирующий комплекс, выделенный из отрубей пшеницы, подавляет фермент а-амилазу и снижает активность энзимо-микозного истощения семян при возделывании яровой пшеницы.
3. Уменьшение количества ингибирующего комплекса в зерне яровой пшеницы в условиях увлажнения сопровождается активацией аамилазы и развитием заболевания энзимо-микозного истощения семян.
Объект исследования. Органическое вещество зерна, участвующее в регуляции активности ферментов амилолитического комплекса в этиологии заболевания ЭМИС яровой пшеницы.
Предмет исследования. ИНК покровов зерна яровой пшеницы небелковой природы как элемент регуляции активности а-амилазы в этиологии заболевания ЭМИС.
Научная новизна заключается в обнаружении блокирования ферментов амилолитического комплекса ингибитором небелковой природы, входящим в состав ИНК зерна яровой пшеницы и изучении кинетики ингибирова-ния фермента а-амилазы различного биологического происхождения: зерна яровой пшеницы, грибов поверхности зерна с органическим небелковым ингибитором. Выявлена зависимость активности «а-амилазы прорастания» от содержания ИНК. На основе ингибирования а-амилазы выдвинута концепция бифункциональной биологической роли ИНК зерна. Установлено, что ИНК является элементом механизма блокированного состояния фермента а-амилаза яровой пшеницы.
Практическая ценность заключается в том, что из отрубей пшеницы получен препарат «Орол», который влияет на заболевание ЭМИС и обладает сильным антимикоцидным действием. Для контроля качества зерна разработаны: способ регистрации ингибирования фермента аамилазы зерна и способ изучения кинетики ингибирования фермента аамилазы зерна путем модификации прибора ПЧП-3.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «Защита растений» Марийского государственного университета, межрегиональных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола 2004, 2005, 2006), научно-практических конференциях международной научной школы «Наука и инновация» (Йошкар-Ола, 2007, 2008), международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы совершенства технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2007, 2008).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 научных статьях объемом 3,65 п. л. (доля личного участия 1,3 п. л.) в т. ч. в 3 статьях в реферируемых журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации материалов кандидатских диссертации, патент РФ № 2 336 701 РФ, МПК31 А2Ю 2/36.
Автор выражает благодарность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Г. С. Марьину, всем сотрудникам кафедры защиты растений Марийского государственного университета за помощь в проведении исследований и оформлении диссертационной работы, а также сотрудникам кафедры органической химии, кафедры биохимии и молекулярной биологии Марийского государственного университета.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
В практике сельскохозяйственного производства, как отмечает С.К. Темир-бекова, нередки такие случаи, когда потери зерна составляют 50 и более процентов. Такие факты подтверждают в течение последних 70 лет такие исследователи как академик Н. Г. Холодный, 1949; народный академик Т. С. Мальцев, 1967; выдающийся советский селекционер академик И. П. Лукьяненко, 1970; фитопа-толог академик М. С. Дунин 1978 г. В большинстве случаев эти потери связаны с явлением энзимо-микозного истощения зерна, которое давно было известно в различных регионах под названием «медвяная роса» или «истекание» зерна во время созревания и уборки. «Истекание» зерна часто встречается в Нечерноземной зоне, в Западной Сибири, причиняя большой ущерб зерновому хозяйству при одновременном ухудшении качества зерна (Холодный, 1949; Мурашкинский, 1924; Бурякова, 1975; Дунин, Темирбекова, 1978; Темирбе-кова, 1981; Алимов, 1987).
Раньше, по мнению С. К. Темирбековой терминами «истекание», «отекание» и другими отмечались лишь некоторые симптомы сложного патологического процесса, который обусловливается комплексом таких факторов, как, увлажнение колоса и зерна, активизация гидролитических и окислительных ферментов зерна, развитие микрофлоры колоса и зерна. Поэтому в целях более емкого и точного обозначения этиологии и патогенеза этого комплекса М. С. Дуниным и С. КТемирбековой (1978) предложен термин энзимо-микозное истощение семян (ЭМИС).
Несмотря на столь большой ущерб, причины его возникновения из-за ссылки на неблагоприятные условия вегетации просто не изучались.
Часто величину ущерба этого заболевания отождествляют заболеваниями колоса, которые наблюдается при ЭМИСе. Многим практикам кажется, что ущербы незначительны. Однако, сложность заболевание состоит в том, что оно протекает в две, а иногда в три стадии, и ущерб носит возрастающий характер. Еще профессор К. Е. Мурашинский в 1924 году отмечает, что в Западной Сибири ущерб от этой болезни на озимой ржи превышает 60%.
Развитие энзимо-микозного истощения семян пшеницы начинается под влиянием неблагоприятных погодных условий (длительные атмосферные осадки, сильные росы, сырой туман и благоприятная температура) в период цветения, налива, созревания зерна, а также и во время уборки. Академик Н. Г. Холодный в 1949 году писал: «Дождь при одних условиях является благодеянием для земледельца, при других — становится для него подлинным бедствием, причиняющим сельскому хозяйству огромные убытки. Так, например, если в период созревания зерна ржи, пшеницы, ячменя и других колосовых культур в течение нескольких дней стоит пасмурная влажная погода с длительными, хотя бы и слабыми дождями, то наступает явление, которое народ образно называет „истеканием“ зерна».
Академиком Н. Г. Холодным и его сотрудником И. В. Маргарой (1931, 1932) было отмечено вымывание дождевой водой органических веществ из наземных органов высших растений. Н. Г. Холодный (1949, 1957) уделил много внимания явлению снижения урожая зерновых культур, обусловленного дождливой погодой. Он писал: «Это явление хорошо знакомо крестьянам и агрономам, и хотя оно приносит! народному хозяйству значительные убытки, все же остается до сих пор неисследованным. Это явление представляет не только практический интерес, оно достойно внимания и в теоретическом отношении, поскольку остаются неизвестными причины, вызывающие в этом случае нарушение нормального физиологического процесса созревания и недостаточное накопление в семенах крахмала и других запасных веществ».
Они делали опыты по локализованному дождеванию отдельно колосьев ржи, пшеницы и ячменя без смачивания листьев и стеблей, и, наоборот, дождевание стеблей и листьев, без смачивания колосьев. Сотрудники академика Холодного выявили, что явление «отекания» зерна зависит главным образом от смачивания колосьев. Они отмечают, что у растений, колосья которых были защищены и дождь действовал только на листья и стебли, урожай снизился на 4,7%, а растения, у которых действию дождя подвергались все части, снижали урожай на 48,5%. И, наконец, растения, у которых дождеванию подвергались только колосья, дали наибольшее снижение урожая — на 66,1% (Холодный, 1949).
Исследования стекающей с колосьев дождевой воды они показали присутствие в ней сахара. Однако, дождевание в разные периоды зрелости растений дало неодинаковые результаты в отношении конечного снижения урожая. Дождевание в фазе ранней молочной спелости приводило к снижению урожая упомянутых культур от 21,9 до 48,5%, а дождевание на более поздней фазе молочной спелости — от 16,4 до 25,8 (Холодный, 1949).
Таким образом, делает он вывод, что неблагоприятные погодные условия (повышенная влажность и температура) приводят к значительным сдвигам биохимических процессов при формировании и после созревания зерна. При этом происходит вымывание из зерна органических веществ, что ухудшает его качедальней, ухудшению мукомольных и хлебопекарных качеств).
В дальнейшем, благодаря результатами исследований Э. И. Буряковой, М. С. Дунина (1971,) и С. К. Темирбековой (1978), было установлено, что потери питательных веществ при истекании зерна обусловлены не только эк-зоосмотическими процессами, а в значительно большей мере новообразованиями растворимых веществ в результате гидролиза полимеризованных продуктов фотосинтеза. При этом как они отмечают, что в результате гидролитических процессов в клетках зерновок повышается осмотическое давление, приводящее к эндоосмосу воды и увеличению гидроосмотического давления. Все это приводит к образованию микротрещин в клеточных стенках и разрывов в семенных оболочках. Через них сахаристая жидкость выдавливается на поверхность зерна и чешуек колосков. Все это создает питательный субстрат, стимулирующий рост и проявление патогенных свойств альтернарии, фуза-риума и других грибов (Бурякова, 1975; Дунин, 1974; 1975; 1976; Дунин, Те-мирбекова, 1978; 1981; 1990; Темирбекова, 1996).
Таким образом, как отмечает С. К. Темирбекова, ЭМИС начинается как неинфекционный патологический процесс под воздействием абиотических факторов, а затем усугубляется факторами биотического (инфекционного) характера. Исследователи отмечают, что величина истекания зависит от сортовой принадлежности растения и технологии возделывания культуры.
Исследования И. В. Маргары (1936) показали различную устойчивость к истеканию, как у сортов ржи, так и ячменя. В дальнейшем другие исследователи потери эти оценили в количественном отношение. У ячменя, например, при одинаковых условиях дождевания одни сорта снижали урожайность зерна на 1,5−10%, другие — на 20,5−28,5%. С. Д. Гребенников (1949) отмечал, что наиболее сильно «истекание» отражается на белозерных пшеницах (Вашингтон, Альбидум 3700). Сорта Фильгия, Диамант и Китченер, Сибирские сорта Мильтурум 321, Смена показали среднюю устойчивость. По наблюдениям (Гешеле, 1971) сорт озимой ржи Вятка теряет сухое вещество в дождливые и туманные годы сильнее, чем другие сорта озимой ржи, издавна культивируемые в местных условиях.
Этиологию (причины возникновения болезни) и основные особенности патогенеза (физиолого-биохимические и другие механизмы) углеводно-белкового истощения зерна можно охарактеризовать как сопряженные патологические процессы, вызывающие проявление ЭМИС в две стадии (Дунин,.
Темирбекова, 1978).
По мнению академика М. СгДунина представлять этиологию и патогенез энзимо-микозного истощения семян только как следствие патологического повышения активности ферментов зерна было бы ошибочным. Первая стадия болезни сопровождается развитием микозной (И стадии) болезни, где интенсивно участвуют полупаразитные и сапротрофные грибы, виды альтернарии, гельминтоспориума, септории, кладоспориума и фузариума. Споры их, всегда в большом количестве содержащиеся в воздухе, заселяют пленки колосьев и поверхность зерновок. Высокая влажность, благоприятная температура (20−30°С) и образующиеся водорастворимые продукты метаболизма энзимной стадии, заставляют набухать зерно и образовывать микротрещины. Через эти трещины выходит на поверхность зерновок, пленок колоса продукты энзимного разложения и служат для возбудителей болезней идеальным питательным субстратом.
В литературе имеются различные сведения по этиологии болезней колосьев пшеницы. Например Пересыпкин 1979, считаетчто заболевания растений и колосьев вызывают грибы рода Septoria nodorum (Berk.) Berk, и S. tritici Rob. ex Desm. Исследователи Коршунова, Кузнецова 1970, на которых делает ссылку С. К. Темербекова (2000), связывают причину болезней колосьев с различными видами грибов из рода Fusarium. Однако, многие авторы: как Э. Э. Гешеле (1971), Э. И. Бурякова (1975), М. С. Дунин, С.К. Темир-бекова (1978), К. Г. Алимов (1987), считают это заболевание (болезни колосьев) комплексным. Возникает оно под действием абиотических факторовосадков, сырого тумана, обильных рос, орошения, дождевания. Благоприятные условия для проявления действий абиотических факторов складываются значительно раньше, нежели для деятельности фитопатогенов. При влажной-погоде, начиная с фазы цветения, в результате неинфекционных ферментативных процессов на растении' создается для грибов идеальный питательный субстрат. По образному выражению С. К. Темербековой макро-, микротравмы, образующиеся при осмотическом и гидростатическом давлении, служат «открытыми воротами» для внедрения, фитопатогенов.
Все действия повторяются при новом увлажнении колосьев и зерна, о чем свидетельствуют данные по потерям массы 1000 зерен. Образуются новые «порции», продукты несанкционированного гидролиза крахмала, като-рые активизирует метаболизм фитопатогенов, и как следствие снова разрушают зерно. Поэтому, у сапрофитного гриба отбираются паразитические биотипы.
Решающим фактором в развитии и прогрессировании микозной стадии ЭМИС является количество атмосферных осадков, относительная влажность воздуха, наличие обильных рос, сырых туманов количество дождливых дней в фазу цветения, налива и созревания зерновых культур. Как отмечают многие исследователи уязвимой растения являются фазе цветения, начала формирования, молочной, и полной спелости.
М.С. Дунин, С. К. Темирбекова (1978) установили прямую связь «исте-кания» зерна с последующим поражением колосьев зерновых культур грибами из группы факультативных паразитов и сапрофитов, а именно: возбудителями фузариоза, альтернариоза, гельминтоспориоза, кладоспориоза и септо-риоза. Согласно данным С. К. Темирбековой (2000) грибы Alternaria характеризуется высокой адаптивностью к условиям Нечерноземной зоны. В связи с некоторыми особенностями развития альтернарии во влажные годы в периоды цветения — полной спелости растений акцентируем внимание на некоторых биологических особенностях гриба.
На пшенице встречаются два заболевания, носящие название альтернариоза. Одно из них встречается в районах Индии под названием альтернари-оз. При этом заболевании поражаются листья, на которых образуются темно-оливковые пятна с налетом из мицелия и спороношением гриба, вызывающие быстрое отмирание листовой паренхимы, что сказывается на урожае пшеницы.
Альтернариозом такие авторы как: А. С. Бондарцев (1934), М. В. Гор-ленко (1951), Э. Э. Гешеле (1956), называют другое заболевание, известное как «черный зародыш». Постановкой лабораторных и полевых опытов в 1932 году М. К. Зиллинг установила, что «черный зародыш» зерна вызывают два гриба Helminthosporium sativum Р.К. et Bakk., и Alternarna tenuis Nees. Там же она отмечает, что наиболее сильное развитие заболевания происходит в годы с обильными осадками. Проблеме изучению этого заболевания посвятили свои исследования Е. Д. Якимович (1953) в Московской области, В. А. Мар-хасевой (1952, 1957) на Украине, А. П. Голощаповым (1969) в районах Целинного края, А. Е. Чумаковым (1950) в Приморье. Обстоятельные исследования узучению по «черного зародыша» зерна пшеницы проведены А. Г. Троповой (1953, 1955, 1956).
Э. Э. Гешеле (1956) отмечает, что инфекция Alternaria может приводить к большему или меньшему потемнению чешуи и увеличению количества бесплодных цветков, а изучая изменение окраски зерна при поражении его альтернарией, он обнаружил снижение полевой всхожести и увеличение щуплости зерна. Там же отмечал, что при поражении растений альтернарией трудно объяснить отношение между грибом и хозяином: симбиоз, антагонизм, или паразитизм. При определенных условиях они могут переходить друг в друга.
Рязанской области Э. И. Бурякова (1975) установила на пшенице три вида альтернарии: A. tenuis f.semenicola March., A. tenuis Nees., A. botryospora March, различающиеся по патогенности. Как она отмечает наиболее патогенны A. tenuis f. semenicola March., A. botryospora, образующие токсины, ухудшающие посевные качества семян и ослабляющие их проростки. А еще раньше этот автор сообщает, что при влажной и холодной погоде, особенно в фазу колошения, цветения, молочной спелости озимой пшеницы, развитие черной плесени колосьев сопровождается появлением щуплости зерна (Бурякова 1971).
С.К.Темирбекова установила, что процесс заселения и развития патогенов происходит следующим образом. Осаждаясь из воздуха на колос и зерновку, споры и кусочки мицелия грибов моментально прорастают при увлажнении и, используя продукты гидролиза с поверхности, проникают через трещины внутрь генеративных органов и зерновку (Темирбекова, 2000). Споры грибов начинают появляться во время колошения и цветения зерновых культур (Дунин, Темирбекова, 1978; Темирбекова, 1981; Алимов, 1988) а в фазу налива зерна численность их резко возрастает.
Первопричиной нарушения обмена веществ злаковых растений, наряду с фитопатогенными грибами, могут быть абиотические факторы. Тогда фитопатогены становятся вторичными и ответственны за развитие последующих изменений у растений, которые накладываются на отклонения, вызванные абиотическими факторами.
Ферменты, специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Направляя и регулируя обмен веществ, ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности.
В зерне находятся разнообразные ферменты, сосредоточенные главным образом в зародыше и периферийных (краевых) частях зерна. Активность ферментов проросшего зерна повышенная. Прогревание зерна при высушивании или кондиционирование снижают ферментную активность. В процессе хранения зерна и муки она также несколько уменьшается.
Ферменты активны только в растворе, поэтому при хранении сухого зерна и муки их действие почти не проявляется.
Амилазы (от лат. ату1шп — крахмал), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз крахмала, гликогена и др. родственных олигои полисахаридов. Амилазы представляют собой сочетание двух ферментов: альфа и бета амилазы (Опарин, 1938; Глазунов, 1938 Кизима 1946; Козьмина, Кретович, 1951; Козьмина, 1971; Аистова, Плешков, 1975). А. И. Опарин и Н. Н. Дьячков (1928), А. Курсанов и К. Брюшкова (1940) отмечают, что а-амилазы гидролизуют а-1,4-связи внутри молекулы крахмала, разрывая связь между первым углеродным атомом и кислородом, связывающим этот углерод с соседней молекулой глюкозы.
Последними работами в области изучения амилаз показано, что в семенах растений присутствуют а-амилаза созревания и а-амилаза прорастания (Траубенберг, Витол, 2007).
В созревающем зерне синтезируется а-амилаза созревания, которая затем переходит в латентную форму, локализуясь на мембранах алейронового слоя. Первый этап гидролиза крахмала при прорастании осуществляется этой аамилазой. И только на следующем этапе в работу включается вновь синтезируемый фермент — а-амилаза прорастания. Ее синтез в клетках зародыша и алейронового слоя начинается при влажности зерна выше 28%. Две формы аамилазы семян злаков различаются по термостабильности: аамилаза созревания при 70 °C теряет 50% своей активности, тогда как аамилаза прорастания при этой температуре только незначительно снижает свою активность.
Предполагают, что амилаза пшеницы образуется не в самом зерне, а притекает в процессе налива и созревания из вегетативных органов растения. А. Н. Бах, А. И. Опарин, Р. А. Венер (1928) обнаружили скачкообразный характер кривой, характеризующей активность ферментов в процессе налива и созревания. Такие колебания они объясняют тем, что при наливе и созревании идут одновременно два процесса: приток и новообразование ферментов, и переход их в неактивную форму. Различные скорости этих процессов обусловливают волнообразный характер активности ферментов. Б. П. Плешков и Л. В. Аистова (1975) показали, что в прорастающих семенах ржи происходит новообразование а-амилазы.
Т. Б. Дарканбаев (1964), допуская возможность синтеза фермента непосредственно в зерне, установил наличие в нем свободной и связанной амилазы. Свободная амилаза, имея скачкообразную кривую своего накопления, преобладает над связанной формой до середины восковой спелости. После этого соотношение форм резко изменяется в сторону связанной амилазы, количество которой плавно нарастает до полной спелости зерна.
Работы А. Курсанова, К. Брюшковой (1940), А. И. Смирновой (1943), Н. П. Козьминой, В. Л. Кретовича (1951) свидетельствуют о затухающей активности амилолитических ферментов в восковой спелости зерна. А. П. Бах и др. (1926) объясняют это явление изменением соотношения активных и неактивных форм амилазы.
Аналогичные результаты по снижению ферментативного расщепления и ферментативной атакуемости белков и крахмала при созревании зерна ржи получили В. Л. Кретович, Р. Р. Токарева и др. (1951) и М. П. Сафонова (1971) — пшеницы.
Во влажные годы с пониженными температурами зерно имеет более высокую ферментативную и диастатическую активность (Княгничев, 1974; Стрельникова, 1971).
С. К. Темирбековой (2000) изучена активность амилаз в условиях повышенной влажности по мере созревания яровой пшеницы. Растения увлажняли в фазу молочной, восковой и полной спелости камерным методом (Дунин, Темирбекова, 1981). Был обнаружен резкий скачок активности амилолитиче-ских ферментов (в 4−5 раз) в фазу молочной спелости, которая уменьшалась при созревании от молочной спелости к полной спелости. Э. И. Бурякова (1974) отмечает, что высокая активность амилазы наблюдается при дождевании во все фазах созревания.
Объесняя физиолого-биохимические процессы в естественных условиях С. К. Темирбекова размышлет и подчеркивает, что в растениях они находятся под контролем регуляторных механизмов клетки, таких как фитогормоны и другие биологические активные соединения. Тот или иной механизм регуляции может быть запущен или выключен тем или иным внешним фактором. Ведущим фактором перестройки гормональной активности растений является температура. И, если в условиях интенсивно идущих, как в зерне, так и в листьях, биосинтетических процессов очень быстро, практически мгновенно, на растение действует какой-либо фактор или совокупность их, то оно должно реагировать изменением (усилением или ослаблением) обмена веществ. Такими факторами могут быть резкое повышение влажности, особенно в сочетании с высокой температурой воздуха.
При длительном нахождении семян в условиях повышенной влажности, при нарушении обезвоживания и накопления в семенах первичных продуктов синтеза высокополимерных соединений происходит повышение осмотического давления (Темирбекова, 1981) и разрыв семени вдоль борозки. Особенно часто это явление может происходить в фазе молочной спелости. Разрыв семени вдоль бороздки у пшеницы наблюдали в полевых и лабораторных условиях. При повышенной температуре и влажности в семенах, наряду с гидролитическими процессами, усиливаются и окислительные, т. е. идет так называемое холодное горение, сопровождающееся выделением углекислого газа и воды. Эта первая, энзимная стадия энзимо-микозного истощения зерна чi ': ¦ ¦ ¦ i: ¦ связана с гидролизом высокомолекулярных веществ и их окислением. В этот период происходят значительные потери сухого веса семян и как показали исследования (Темирбекова, 1980; 1981), приводят к снижению урожая. При нарушении целостности оболочек тканей семян происходит изливание сахара и других веществ на поверхности зерновки, смачивание пленки и стержня колоса. Такая поверхность зерновки является идеальной питательной средой для грибов рода Alternaria, Helminthosporium, Fusarium, Septoria, Cladosporium (Темирбекова, 2000).
Некоторыми учеными было выявлено различное отношение амилаз к ингибиторам. Так В. П. Ниловой и Т. А. Гусевой (1977) на растениях картофеля установлено, что активность амилазы может быть снижена белковыми ингибиторами амилазы из растений, являющихся источником и самого же фермента. Аналогичные результаты были выявлены для растений другой культуры. Установлено явление инактивации собственной а-амилазы проращенного зерна пшеницы (амилазы солода).
Ю. В. Перуанским (1958) также установлено, что а-амилазы больше подвержены действию ингибиторов своего же сорта, нежели ингибиторами другого сорта. Это, по мнению авторов, является подтверждением тонкого взаимодействия фермента и ингибитора.
Считается, что а-амилазная активность зерна контролируется ингибитором амилазы и в растениях. Фермент находится в комплексе с ингибитором, как это установлено для трипсина и его ингибитора.
Видимо, при благоприятных условиях влажности и температуры для проявления активности а-амилазы, деструктурируется белок, высвобождается ингибитор амилазы и активность амилазы падает.
Опираясь на результаты многолетних исследований и многочисленных исследователей всех регионов России С. К. Темирбекова делает вывод, что в настоящее время познание природы ЭМИС трактуется как изучение стрессо-устойчивости к абиотическим факторам, в частности, к сочетанию температурного режима и влажности. На основании соответствующих морфологобиологических характеристик и такого биохимического критерия, как изо-ферментный спектр амилазы, представляется возможным характеризовать сорта (образцы) пшеницы по устойчивости одновременно к комплексу факторов — абиотических (температура и влажность) и биотических — (возбудители болезни). И, следовательно, можно будет установить корреляцию между стрессоустойчивостью растений и устойчивостью к фитопатогенам (Темирбекова, 2000).
Также она делает вывод, что биологическая роль ингибиторов выяснена не полностью. В монографии «О проблеме энзимо-микозного истощения семян в растениеводстве» С. К. Темирбекова и Э. В. Попова (1981) описывая процесс возникновения ЭМИС отмечают, что процесс созревания пшеницы характеризуется периодическим изменением скорости накопления крахмала, активности амилаз и постоянным варьированием числа падения. Необходимым условием для нормально протекающих процессов накопления запасных веществ в зерновке является их обезвоживание. В сухую погоду влага легко отдается зерновками в атмосферу. В нормальных условиях роста и развития растений пшеницы идет синтез запасных веществ, отложение крахмала и белка в эндосперме. В условиях-высокой влажности воздуха нарушается отдача воды зерновками, повышается их оводненность. При длительном увлажнении зерновки как бы набухают, увеличиваются в размерах. Сильная оводненность зерна вызывает набухание белков и крахмала, ведет к определенным конфирмационным изменениям высокомолекулярных веществ. Нарушается ультраструктурная организация клеточных органелл, целостность крахмальных зерен и белковых тел. В этих условиях происходит реактивация гидролитических ферментов, в первую очередь зеленой а-амилазы и протеаз (Дунин, Темирбекова, 1978; Темирбекова, 1977; 1981; Дунин, Темирбекова, Попова, Тютерев, 1981). Опираясь, на свои исследования и исследования других авторов она продолжает, что возможность реактивации зеленой амилазы подтверждена в модельных системах, при помещении срезанных колосьев пшеницы во влажную камеру. Механизм реактивации энзимов точно неизвестен, но можно предположить, что при повышении оводненности зерновки, ферменты выходят из связанного с белком состояния. Начинается распад крахмала и белковых молекул с одновременным увеличением интенсивности дыхания и активности окислительных ферментов. Усиливается гликолитический путь распада углеводов. Возникает так называемое холодное горение (Дунин, Темирбекова, 1978), сопровождающееся выделением С02 и Н20 (Попова, Темирбекова, 1981). Происходит углеводно-белковое истощение, характеризующееся потерей сухого вещества, уменьшением содержания крахмала и белка на 15−30% и более (Бурякова, 1974; Дунин, Темирбекова, 1978; Алимов, 1988). Все это, в конечном счете, ведет к потерям в урожае.
Реактивация фермента — обратимый процесс и с прекращением воздействия повышенной влажности на растения пшеницы, уменьшением обводненности семян, происходит инактивация гидролитических ферментов, и синтез запасных веществ в зерновке восстанавливается. Однако, если зерновые культуры в фазу цветения, молочной, восковой и полной спелости попадают на длительное время в условия повышенной влажности, то сильная оводненность цветка и в дальнейшем семян, накопление первичных продуктов синтеза высокомолекулярных соединений ведут к повышению у больных растении осмотического давления внутри кутикул, генеративных органов, зерновок и к нарушению целостности клеточных стенок (Темирбекова, 1981; Дунин, Темирбекова, Алимов, 1986). Увеличение активности амилолитических ферментов в результате их реактивации отрицательно влияет на физико-химические свойства крахмала (Дунин, Попова, Темирбекова, 1981). Кроме того эти исследователи подчеркивают, что этот процесс не следует смешивать с возрастанием активности а-амилаз в результате их синтеза при прорастании зерна в колосе. Если первый процесс обратим, второй — нет (Темирбекова, 1981).
Другое дело когда повышение активности гидролаз связано со степенью обводненности зерновки. Способность зерна удерживать влагу оказалось сортовой особенностью, которая зависит от проницаемости семенной оболочки, способности белков и крахмала связывать воду. Так как различные по устойчивости к истощению сорта пшеницы характеризуются неодинаковой способностью зерновок связывать воду, то в условиях повышенной влажности реактивация гидролитических ферментов у них будет происходить с разной скоростью. Предыдущие исследователи наблюдениями установили критические сроки воздействия на растения пшеницы (2 суток и более) повышенной влажности воздуха в сочетании с относительно высокой температурой (20−30°С) происходит синтез амилаз прорастания под действием гиббе-реллина. Увеличение содержания воды в зерне ржи и озимой пшеницы в процессе созревания, обусловленное избыточным увлажнением (дожди), приводит к увеличению гиббереллина, индуцирующего накопление амилазы прорастания и зерно прорастает в колосе на корню, в скошенных валках или во влажном ворохе. Эта особая форма энзимного истощения наблюдается в фазах восковой и полной спелости зерна пшеницы, ржи и тритикале. Такая же форма истощения наблюдается при полегании растений. Это обстоятельство тесно связывает полегание, с явлением ЭМИС (Попова, Темирбекова, 1981).
Известно, что а-амилазная активность зерна контролируется ингибитором амилазы. А они в растении находится в комплексе с ингибитором. Замечено, что сравнительный анализ контрольных и опытных энзимограмм позволит судить о локализации ингибиторов ферментативной активности. Присутствие или отсутствие тех или иных фракций изоферментов на энзимо-граммах позволяет конкретизировать наличие ингибитора амилазы, а также выявить усиление или ослабление их активности в отдельных компонентах. Отсюда следует вывод, что при определенных благоприятных условиях влажности и температуры для проявления активности а-амилазы, деструкту-рируется белок, высвобождается ингибитор амилазы и активность амилазы падает (Темирбекова, 2000).
Успех растениеводства, составляющие основу благополучия человечества, основан на умении получать семена высокого качества, умело их хранить и правильно использовать.
К. В. Тиманн (1960) наблюдая особенности созревания, зерно пшеницы в Англии пишет, что каждый, кто видел, как влажной зерно осенью прорастает прямо в неубранных созревших колосьях, поймет, что у некоторых растений контроль над процессом прорастания отсутствует. Достаточно влаге попасть в семена, как прорастание начинается, и период послеуборочного дозревания не является помехой. Активация гидролитических ферментов служит ключом к прорастанию. Превращая полимеры в малые молекулы, гидролитические ферменты создают «пластические» вещества для роста зародыша увеличивает осмотический и водный потенциал семени, что позволяет корешку прорваться сквозь механические преграды семенной кожуры. Природа предпочитает отбирать и эволюционно закреплять именно те процессы, которые выполняют двойную функцию. В созревании семени кульминационным моментом является прекращение роста зародыша. Различают 2 формы приостановки роста зародыша: приостановку (экзогенного) вынужденного покоя и приостановку роста, обусловленного эндогенным ингибированием — органическим покоем.
Причина покоя наличие ингибиторов в различных частях семени, что показана многими исследователями. Ингибиторы прорастания выделены из околоплодника семенной кожуры, эндосперма и зародышей (Evenari, 1949).
Семена томата не прорастают внутри плода не из-за неблагоприятных осмотических условий или пониженного доступа кислорода, отмечает Н. Oppeigeinur (1922), а вследствие наличия ингибирующего рост веществ. Затем было установлено, что семена Lepidium sativum не прорастают в присутствие соков плодов яблони, груши, айвы, томатов и инжира. Ингибиторный эффект обусловлен был веществами растворимыми в воде и эфире. Обработка Н202 и NaOH снимала действие водного экстракта. Для этого ингибитора было предложено название «блокстоколин» {Kochemann, 1934; Black, 1959).
Поскольку фенольные соединения широко распространены и являются ингибиторами прорастания, широко распространены, их стали рассматривать как природные ингибиторы роста. Первым таким ингибитором был кумарин (Nutile, 1945). Одним из серьезных недостатков ингибиторной теории покоя растений долгое время было отсутствие сведений о химическом характере соединений, участвующих в торможении роста. Однако к 1965 г. были уже известны некоторые ингибиторы, выделенные из растений. Так П. Ф. Вэринг (Wareing, 1965) отмечал, что наиболее сильными ингибиторными свойствами обладает из фенолкарбоновых кислот салициловая кислота, а из лактоновкумарин.
В 50-е годы наиболее активно были изучены ингибиторные свойства фенольных соединений. Большинство работ в этом плане было проведено на семенах (В.И. Кефели, 1974).
Исследования по изучению тормозящего действия некоторых фенолов продолжалось и в 60-е годы. Так, ингибиторное действие ванилиновой, п-оксибензойной и и-кумаровой отмечалось в работах иностранных авторов (Bilbao, Garcia, 1966). Ингибирующее действие гс-кумаровой кислоты на прорастание семян и рост npopocTKQB восьми видов растений описано в работе Хеннеквина и Жюста (Hennequine, Juste, 1967). Флаванон нарингенин подавлял прорастание семян пшеницы и ячменя, одновременно ингибируя активность а-амилазыпричем гибберелловая кислота не снимала этого подавления (Correra, 1969). Анализ свойств нарингенина позволил Корреру прийти к выводу о том, что флавоноиды, — и, в частности, нарингенин обладают специфическим, несходным с абсцизовой кислотой механизмом регуляции покоя.
Вербик и Виндейл (Verbeek, Wyndaele, 1969 усматривают другой аспект действия природных ингибиторов. Они объясняют влияние природных ингибиторов на рост связан с их влиянием на синтез ферментов. Установили, что кумарин подавлял синтез и активность а-амилазы. Кофейная кислота и скополетин, обнаруженные в покоящихся клубнях картофеля, интенсивно подавляли синтез некоторых форм РНК, в частности, и РНК. Однако данных по действию фенольных ингибиторов на функцию ферментов несравненно больше. Еще в конце 20-х — начале 30-х годов А. И. Опарин и H. Н. Дьячков (1928), а затем A.JI. Курсанов (1940) показали, что фенолы способны подавлять активность амилазы, перокси-дазы и каталазы. Изучая действие ß—ингибитора, выделенного из клубней картофеля, Хемберг и Ларсон (Hemberg, Larsson, 1961) показали, что он подавляет активность а-амилазы и почти не влияет на ß—амилазу. Коричная и салициловая кислоты также подавляют действие этого фермента. Природный фенольный ингибитор нарингенин в концентрации 10″ 4−2хЮ" 4 M тормозил синтез амилазы и каталазы (Correra, 1969). Промывание семян, нуждающихся для прорастания в воздействии низкими температурами, таких как Rosa Jpp и Fraxinus excelsior, также снижало глубину покоя. В других исследованиях было показано наличие корреляции между содержанием ингибитора и глубиной покоя. Так, экстракты из зародышей Sorbus aucuparia, подвергнутые воздействию холода, слабее подавляли рост корней пшеницы, чем экстракты из необработанных зародышей (Barton, Soit, 1948).
Уровень ингибиторов снижается под действием низких температур, о чем сообщают Kentzer, 1966; Szalai, Mancinelli, 1968. При изучении определенных фракций экстрактов из семян Fraxinus excelsior, подвергнутых и не подвергнутых воздействию низким температурам, ими было показано, что подобная обработка приводит к снижению в них уровня ингибиторов.
В некоторых работах отмечалось, что ингибиторы присутствуют в сухих семенах, но исчезают при прорастании. Отмечается корреляция между содержанием ингибитора и глубиной покоя (Bhementhal-Goldschmidt, 1960; Polj akof-Mayber, 1957).
Установили, что промывание семян, нуждающихся для прорастания в воздействии низкими температурами, таких как Rosa Jpp и Fraxinus excelsior, также снижало глубину покоя.
В химической природе ß—ингибитора, как отмечает М. Варга (Varga, 1957 г. наиболее легко обнаруживаемыми компонентами является фенольные соединения. Эти же вещества найдены у растений различных классов и систематических групп (Тотазге-^мзк!, 1960).
В виде чистых препаратов отдельные фенолкарбоновые кислоты (3-ингибитора способны подавлять растяжение отрезков калеоптеля, прорастание семян, образование корешков (В.И. Кефели, 1974).
Установлено, что все фенолы являются ингибиторами роста. Именно тормозящее действие определенных представителей класса фенолов на рост биотестов позволяют отнести их к группе фенольных ингибиторов роста.
Кефели В. И. в книге «Природные ингибиторы роста и фитогормоны» приводит хронологию выявления конкретных химических соединений и отмечает работу Л. Н. Меняйло и С. А. Мокридова (1972), которые пришли к заключению о том, что кофейная кислота является кофактором, а п-кумаровая и салициловая кислоты — ингибиторами стимулирующего действия ИУК на рост отрезков стеблей сосны.
Дальше Р. Ф. Процко (1973) отмечает, он установил, что в тканях стеблей томатов обнаружен фенол-3* гликозид, содержание которого в зависимости от азотного питания или обработки растения фитогормонами может колебаться в 3−4 раза.
Отмечая, что природные фенольные ингибиторы не способны подавлять все формы роста указывает о других действиях этих веществ в растениях. Так, Б. Н. Рой пишет он с сотрудниками (1972) показали, что ингибиторы роста подавляющие растяжение отрезков калеоптеля, такие как и-кумаровая и и-оксибензойная кислоты, способны выступать активаторами корнеобразо-вания. Аналогичные результаты получили Р. X. Турецкая и В. И. Кефели (1969) для флоридзина, ингибитора роста отрезков колеоптиля, который не влиял на ризогенез.
Интересным результатом привело изучение изоэнзимов фермента а-амилазы зерна ржи, привело к установлению связи между активностью этого фермента и высотой растения. Так Василевская, Гриб, 1997 г отмечают, что наибольшая активность фермента а-амилазы в одной зоне изоэнзимных компонентов характерна для карликов и короткостебельных сортов Кроме того, результат многолетней систематической оценки хлебопекарных свойств мировой коллекции ржи подтверждает наличие такой связи. Существует шкала эталона качества составленная по значениям активности фермента а-амилазы, которая включает следующие сорта: Вятка, Вятка 2, Омка, Кама-линская 13. Otello, Bjorn (Швеция), Onni 11, Jo 090, Harman (Финляндия), Petkus (ФРГ) (Ракитина, Комаров, 1978). В этой шкале лучшему сорту Вятка соответствует наибольшая высота растения и соответственно наименьшая активность фермента а-амилазы.
Однако отмечается, что ингибирующая способность их в клетке проявляется при нахождении этих веществ в цитоплазме. Компартментация объема клетки мембранами изолирует ингибиторов и ферментов в пространстве, а транспортная форма природных ингибиторов гликозирована углеводами и ферментам не представляют угрозу (Муромцев, 1979). Но, явление «биологического травмирования» покровов зерна, сопровождающий ЭМИС, вследствие механического разрыва разрушает компартментацию объема клеток зоны травмирования, и способствует освобождению активных форм небелковых природных ингибиторов из клеточных резервуаров. Отмечается, что эти вещества способны!, снижать активность фермента а-амилазы (Bilbao, Garcia. 1966).
Полегание растений изучается уже более двух столетий. Однако до сих пор ученые не пришли к единому определению этого явления. Так, А. М. Па-леев (1957) писал: «под полеганием хлебных злаков обычно понимают такое их состояние, когда стебли растений, вследствие каких-либо причин, теряют способность держаться в вертикальном положении и наклоняются в большей или меньшей степени к земле». По Г. К. Самохвалову (1972), это физиологическая реакция растений на условия внешней среды. М. А. Ильинская-Центилович (1964) хотя и не дает определения, но вполне справедливо указывает, что «непосредственным толчком, вызывающим стеблевое полегание, являются сильный ветер и дождь, под действием которых из-за недостаточной прочности нижнего и второго междоузлия стебли сгибаются».
В естественных условиях основной причиной полегания растений является воздействие каких-либо метеорологических явлений. Отсюда вытекает следующее определение: под полеганием стеблестоя подразумевается такое его состояние, когда под влиянием неблагоприятных метеорологических явлений (дождь, ветер, мокрый снег), оказывающих механическое воздействие на растения, их стебли в той или иной степени наклоняются к земле и не возвращаются в вертикальное положение после прекращения этих явлений (Па-сечнюк, 1990).
Возможность полегания посевов определяется не только воздействием сильного ветра, дождя или мокрого снега, но и способностью растений противостоять этим явлениям, т. е. устойчивостью их к полеганию.
Полегание стеблестоя хлебных злаков проявляется в различных формах. В литературе описано несколько типов полегания. При первом типе (корневом) растения полегают вследствие слабого сцепления корневой системы с почвой. Обычно это бывает вызвано разжижением почвы при поливах или сильных дождях. В таких случаях полегание может наблюдаться даже у устойчивых сортов (Волков, 1940; Дорофеев, 1970; Тризно, 1951).
При корневом полегании стебли растений не изгибаются и не надламываются, а ложатся целиком от корней. Динамические нагрузки метеорологических явлений на верхнюю часть стебля передаются на корни, которые теряют прочную связь с разжиженной почвой и начинают смещаться с прежнего местоположения, а иногда часть их даже разрывается. И. Н. Гальченко (1952) писал, что корни многих растений могут на 15−20% удлиняться за счет растяжения, способствуя тем самым корневому полеганию. По мнению А. П. Федосеева (1970), целесообразно выделить еще один подтип корневого полегания. Он наблюдается при отсутствии или очень слабом развитии у злаков вторичной корневой системы. Полегание растений в этом случае может быть вызвано сильным ветром даже при сухой почве и при отсутствии осадков. Иногда это явление называют ветровал. Отсутствие или слабое развитие вторичной корневой системы у яровых зерновых, а также у проса, бывает преимущественно в южных районах страны при остром недостатке влаги в период кущение — колошение (выметывание). Если в последующем складываются благоприятные условия для формирования и налива зерна, то стеблестой часто полегает.
При повышенной влажности большое распространение получает другая болезнь пшеницы — ферментативно-микозное истощение зерна, и третья ее стадия — прорастание зерен в колосе (Дунин, Темирбекова, 1978). В полеглых посевах проросших зерен значительно больше. Даже при подсчете по методике контрольно-семенных лабораторий на большинстве участков четвертая или пятая часть зерен в колосьях оказываются проросшими. В некоторых местах всходы из колосьев пробивают слой соломы и укореняются. Причиной распространения ферментативно-микозного истощения зерна при полегании являлась высокая его влажность, а также более высокие по сравнению с неполеглыми посевами значения влажности воздуха в слое колосьев. Более низкая температура воздуха на уровне колосьев полеглого стеблестоя не препятствует прорастанию зерна.
Особое место в системе технологических мер, как отмечает К. Г. Алимов (1988) обеспечивающих противодействие к ЭМИС следует считать борьбу с полеганием. Это явление многократно увеличивает риск начала заболевания ЭМИС. Кроме того, при полегании «очень часто наблюдается так называемая третья стадия заболевания ЭМИС, прорастание зерна на корню. В полегшем массиве сразу появляются условия для создания микроклимата с высокой относительной влажностью воздуха и слабым движением воздушных потоков. Сохранение высокой влажности, что и наблюдается в полегшем массиве, даже в условиях прекращения дождливой погоды, является благоприятным фоном для начала возникновения ферментативного истощения.
Последующие дожди после полегания неизбежно приводят к заболеванию ЭМИС с развитием стадии прорастания зерна. В борьбе с ЭМИС очень важно предотвратить любое полегание.
Технология выращивания яровой пшеницы, предложенная К. Г. Алимовым (1987), направлена именно на борьбу с полеганием. В борьбе с корневым полеганием К. Г. Алимов считает главным глубокое и мощное распространение вторичной корневой системы.
Второе направление усилий по борьбе с корневым полеганием считает он, является укрепление толщины подземного междоузлия. Для этого и предусматривается комплексное протравливание семян с регуляторами роста? ТУР в дозе 1 кг/т семян.
Эффективно в борьбе с полеганием зерновых являются применение препарата кампозан и Российский аналог препарата дигидрел. Об этом сообщает Дзямба, 1984; Ширенко, Андрющенко, 1986. Дегидрил они рекомендуются, прежде всего, для обработки озимой ржи. Однако Буторина, 1979; Гринев, 1972 применительно к этой культуре предпочтение отдают ТУРу.
Низкая цена ТУРа среди ретардантов сделал его перспективным. Другие ретарданты в производственных условиях все чаще применяются в качестве добавок для усиления его действия. Так, начали широко применяться смеси тура с дигидрелом. При этом дополнительный эффект от смеси на посевах ржи проявляется преимущественно в снижении общей стоимости препаратов по сравнению с применением чистого дигидрела. Оглезнева, Беркутов, Г987. на посевах озимой пшеницы, кроме того отмечают увеличение устойчивости посевов к полеганию и урожайности по сравнению с применением чистого тура. Наиболее эффективной на обеих культурах оказалась смесь кампозана с туром дозой 1,0+1,8 кг/га. Предложены и другие соотношения, а также другие смеси.
Так по данным 70 опытов, проведенных на сортоучастках, обработка пшеницы туром повышает урожайность зерна в среднем на 110 кг/га.
В литературе мало исследований по влиянию препарата ТУР на потери урожая от энзимо-микозного истощения семян. С. К. Темирбекова и К. Г. Алимов рассматривают ретарданты (ТУР, кампозан, гидрел и дигидрел), как основные препараты ингибирующие болезнь ЭМИС. Причем, С. К. Темирбекова (1981) предпочтение отдает применению препарата дигидрел, так как при его применении отмечается наибольшее снижение потерь от ЭМИС. Лучшие результаты по сохранению массы зерна от истощения при их применении наблюдаются во влажных условиях вегетации. Однако, как и при полегании, так и при ЭМИСе препараты не устраняют причины, приведшие к полеганию растений или возникновению ЭМИС.
Как указывает К. Г. Алимов (1988), основным фактором фенотипиче-ской устойчивости яровой пшеницы является строение колоса пшеницы. По его мнению, колос пшеницы должен иметь плотное сложение и сохранять прямостоячее положение в созреваемом состоянии.
В таком колосе зерно не обводняется, так как влага из-за плотного сложения не проникает во внутренние части колоса и вследствие прямостоячего положения быстро стекает из него. Таким образом, растение проявляет защитные свойства и значительно уменьшает потери от истощения семян.
Прямо противоположное мнение в отношении положения колоса у С. К. Темербековой (2000). Она считает, что естественное понимание положения колоса во время созревания способствует лучшему стеканию дождевой влаги. Однако для достижения прямостоячего положения необходимо двухили трехкратная обработка посевов препаратом ТУР в разные фазы развития растений. ь.
В исследованиях К. Г. Алимова (1988) и С. К. Темербековой (2000) отмечается, что дробное внесение азотных удобрений обеспечивает наименьшие потери урожайности из-за развития болезни ЭМИС.
Обобщение краткого обзора возможных путей воздействия технологии возделывания яровой пшеницы с целыо уменьшения потерь из-за ферментативного истощения семян, позволяет заключить, что оно направлено на воз. -."., ." 30 действие следующих параметров биоценоза: густоту стеблестоявысоту стеблестояположение колоса при созреванииустойчивость стебля к полеганию.
Для достижения прямостоячего положения колоса, необходимо двух-или трехкратная обработка препаратом ТУР во время вегетации. Автор этой технологии (Алимов, 1988) предлагает обработку препаратом ТУР начинать совместно с протравителями семян в дозе 1 кг/т семян. Второе вегетационное применение препарата ТУР проводить не в фазу выхода в трубку, а, как рекомендуется в аннотациях к способам его применения, раньше, в конце кущения и начале выхода в трубку. ТУР действует на следующее междоузлие и поэтому запаздывание может привести к тому, что все междоузлие не утолщается, а утолщается второе междоузлие, что крайне нежелательно, т.к. осенью массив поляжет. Третью обработку К. Г. Алимов (1988) рекомендует после колошения в начале вытачивания последнего междоузлия. Тогда, как описывает, К. Г. Алимов, колосовой стержень укорачивается, колоски плотно прилегают друг к другу, колос уплотняется. Вода, не задерживаясь на колосе, стекает вниз на землю, что позволяет уменьшать потери от ЭМИС. Кроме того, укрепляются колосовые чешуйки, из-за их жесткости предотвращается осыпание зерна при перестое хлебов.
Как отмечает Минеев и Фурсов, 1992, применение химических средств защиты растений приводит к увеличению численности грибов продуцентов фитотоксических веществ, а также накоплению метоболитов растений, обладающих более токсическими свойствами, чем препараты. А В. А. Зинченко (1998), подчеркивает, что нормы расхода пестицидов устанавливаются опытным путем и зависят от чувствительности к ним вредных объектов, сроков и условий применения препаратов. О. Д. Филипчук (1997) приходит к выводу, что альтернативой химической защите растений должна стать максимальная биологизация сельскохозяйственного производства. Концептуальной основой биологической защиты, по их мнению, является стратегия «долгосрочной аг-роценотичееской регуляции» и самозащитыв необходимых условиях фитосанитарная ситуация корректируется дополнительными средствами «оперативного сдерживания», то есть биопрепаратами.
В литературе роль природных ингибиторов покровов зерна как причинно-следственный фактор в этиологии ЭМИС не раскрыта. Как объяснить, выделение в покровы зерна антибиотических средств до того момента, когда произойдет явление «биологического травмирования»? Какова роль природных ингибиторов небелковой природы, после их освобождения из клеточных резервуаров, неизбежно возникающих в зоне «биологического травмирования» вследствие разрыва клеточных стенок? Кроме того, как объяснить явление «приостановки процесса прорастания набухшего зерна» в условиях экзогенного воздействия ингибиторов покровов зерна (В .И. Кефели, 1974) и самопроизвольное восстановление покровов зерна после явления «биологического травмирования»? Отсюда очевидно, что в этиологии ЭМИС роль природных ингибиторов покровов зерна яровой пшеницы остается неизученной.
На основании анализа литературных данных можно сделать следующие выводы:
1. Основной причиной возникновения заболевания энзимо-микозного истощения семян (ЭМИС) является «несанкционированный» ферментативный гидролиз крахмала в условиях высокой влажности воздуха во время созревания зерна, сопровождающийся явлением «биологического травмирования» покровов зерна и потерей продуктов гидролиза через эти участки.
2. В семенах растений присутствуют два типа а-амилазы: а-амилаза созревания и а-амилаза прорастания. Они различаются тем, что а-амилаза прорастания синтезируется в щитовке зерна при участии фитогормона гиббе-релиновая кислота при влажности зерна выше 28%. Две формы аамилазы семян злаков различаются по термостабильности. Амилаза прорастания более термостойка.
3. При воздействии на растения пшеницы в течении 2-х и более суток повышенной влажности воздуха в сочетании с относительно высокой температурой (20−30°С) происходит синтез амилаз прорастания под действием гиббереллина и зерно начинает прорастать на корню или в валках. Так развивается третья стадия заболевания ЭМИС.
4. а-Амилазная активность зерна контролируется ингибитором амилазы и в растениях. Фермент находится в комплексе с ингибитором.
5. Процесс созревания пшеницы характеризуется периодическим изменением скорости накопления крахмала, активности амилаз и постоянным варьированием числа падения.
6. Органические вещества небелковой природы, которые способны приостановить прорастание семян, называются природными ингибиторами и представлены в растениях полифенолами, органическими кислотами и тер-пеноидами. Под ингибирующим комплексом (ИНК) необходимо понимать органическую смесь перечисленных химических соединений. Такие вещества играют заметную роль в сохранении покоя семян, а количественное содержание ингибитора имеет корреляцию с глубиной покоя. Качественный состав ИНК покровов яровой пшеницы в литературных источниках не приводится.
7. Ингибирующая способность природных ингибиторов проявляется при нахождении этих веществ в цитоплазме. Компартментация объема клетки мембранами изолирует ингибиторы и ферменты в пространстве, а транспортная форма их, гликозированая углеводами и ферментам, не представляет угрозу. Некоторые природные ингибиторы являются ингибитором фермента а-амилаза. Механизм реактивации фермента а-амилазы неизвестен. Ферменты выходят из связанного с белком состояния вследствие увеличения влажности зерна.
8. Способность зерна удерживать влагу — сортовая особенность, которая зависит от проницаемости семенной оболочки, способности белков и крахмала связывать воду. В условиях повышенной влажности реактивация гидролитических ферментов у них будет происходить с разной скоростью. Устойчивость различных сортов злаковых растения к ЭМИС связываются с различающимся изоферментным составом фермента альфа амилазы зерна. Взаимосвязь реактивации фермента а-амилаза с изменением содержания.
ИНК в зерне в условиях повышенной влажности как причина развития заболевания энзимо-микозного истощения семян исследователями не отмечается.
9. Создание интенсивных высокоурожайных сортов ускорило экономическую значимость потерь урожая от ЭМИС. Поэтому, селекция на устойчивые от ЭМИС сорта признается в литературе основным средством в борьбе с ним. Факта изучения районированных сортов яровой пшеницы в условиях Республики Марий Эл и, в частности, сорта «Лада» на устойчивость к ЭМИС не установлено.
10. Изучение изоэнзимов фермента а-амилазы зерна ржи, привело к установлению связи между активностью этого фермента и высотой растения. Так наибольшая активность фермента дх-амилазы в одной зоне изоэнзимных компонентов характерна для карликовых и короткостебельных сортов.
11. Полегание растений злаков увеличивает риск возникновения заболевания ЭМИС. Причем при полегании хлебов очень часто развивается прорастание зерна на корню (третья стадия развития ЭМИС).
12. Технологические приемы возделывания зерновых культур влияют на потери урожая от ЭМИС. Особое внимание уделяется дробному внесению азотных удобрений и препаратов, регулирующих рост растений с целью предотвращения полегания, которое происходит вследствие перерастания соломы. Наиболее эффективный технологический прием уменьшения потерь урожая от ЭМИС, разработанный К. Т. Алимовым — совместное действие препаратов регулирующих рост растений, дробного внесения азотных удобрений с морфологическими особенностями строения колоса пшеницы. Влияние навоза, соломы (как видов органического удобрения) в сочетание с комплексом пестицидов, применяемых в защите растений на потери урожайности от ЭМИС не изучалось.
13. Развитие энзимо-микозного истощения семян в зависимости от фи-тосанитарного состояния почвы, болезней корневой системы и структура потерь урожая и качества зерна яровой пшеницы от ЭМИС ранее в условиях республики не изучались.
14. Почвенные и грибы поверхности зерна ранее изучали на микозной стадии развития. Хотя в литературе отмечалось антиципидное влияние некоторых ингибирующих веществ, но причины такого воздействия не исследованы.
15. Возможность использования биопрепаратов, которые могли бы «оперативно сдерживать» этиологию ЭМИС во время вегетации и при переработке зерна в настоящее время не изучено.
выводы.
1. Общие потери урожайности от различных болезней составили в полевых опытах в среднем за 3 года наблюдений 14%, в том числе от ЭМИС 7%. Вклад ЭМИС в потери качества зерна пшеницы составляет 29%.
2. Результаты полевых исследований показывают отрицательную корреляцию (г = -0,67) между развитием корневых гнилей и потерями урожайности от ЭМИС, так как корневые гнили уменьшают синтез органических веществ и содержание крахмала в зерне.
3. По биологическому составу экстракт пшеничных отрубей представляет собой смесь биологически активных веществ, среди которых имеются фи-тогормон абсцизовая кислота (АБК) и природные ингибиторы. По химическому составу ингибирующий небелковый комплекс — это органические вещества небелковой природы. +.
4. Снижению развития энзимо-микозного истощения семян способствует внесение в почву органических удобрений, уменьшению высоты растений и полегания посевов способствует опрыскивание посевов препаратом ТУР. Уменьшение высоты растений на 16,6% в опытах сопровождается уменьшением показателя ЧП зерна на 10,4%.
5. Эндогенное воздействие ИНК позволяет уменьшить длину этилированных проростков, а также сохранить покой набухающего семени различных растений.
6. ИНК, выделенный из покровов зерна, задерживает прорастание семян различных культур и подавляет развитие грибов.
7. Вследствие уменьшения ИНК начинается заболевание ЭМИСэкзогенное проникновение ИНК предотвращает возникновение заболевания.
8. Обработка семян ингибирующим комплексом повышает сохранность растений, увеличивает урожайность и рентабельности производства зерна пшеницы.
9. Применение пестицидов при возделывании пшеницы увеличивает чистый доход и рентабельность, особенно на фоне соломы.
10. Наибольший биоэнергетический потенциал агроэкосистемы получен при применении пестицидов на фоне навоза. На фоне навоза по сравнению с контролем БЭП больше в 3 раза, а на фоне соломы — в 2 раза.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.
С целью повышения урожайности и качества зерна при возделывании яровой пшеницы следует вносить органическое вещество в виде навоза и соломы. Для коррекции показателя ЧП зерна убранного в условиях увлажнения и улучшения его посевных качеств рекомендуем после уборки зерно обрабатывать ингибирующим комплексом (в дозе 1,2 г/т зерна).
