Регуляторы роста и их значение в повышении продуктивности многолетних трав

Анализ тенденций химизации мирового растениеводства показывает, что всеобщее повышение требований безопасности использования агрохимикатов для человека и природной среды влияет на масштабы производства и применения удобрений и пестицидов. Вместе с тем возрастает научный и практический интерес к регуляторам роста и развития растений. Это обусловлено тем, что в последние годы углубилось понимание механизма действия многих известных регуляторов роста, созданы новые препараты узконаправленного действия, например активаторы и ингибиторы фитогормонов, регуляторы метаболизма, фотосинтеза, транспирации и других процессов. Уже вышли на стадию внедрения и применения препараты третьего поколения, гектарные дозы применение которых исчисляется миллиграммами .

Регуляторы роста растений позволяют усиливать и ослаблять признаки и свойства растений в пределах нормы реакции, определяемой генотипом, наследственностью. К регуляторам роста относятся как природные, так и синтетические соединения, активно влияющие на обмен веществ.

Регуляторы роста оказывают широкий спектр воздействия на растения: ускоряют созревание, увеличивают продуктивность и улучшают качество урожая сельскохозяйственных культур, а также снижают отрицательное влияние неблагоприятных факторов внешней среды .

По современным данным, существует восемь групп фитогормонов, пять из которых относятся к классическим (ауксины, гиббереллины, цитокинины, АБК и этилен) и три открыты сравнительно недавно.

Представителем классических фитогормонов являются ауксины. Они широко распространены в растениях. Наиболее богаты ими растущие части: верхушки стебля и корня, молодые листья, развивающиеся семена и пыльца.

Ауксины регулируют ряд ростовых и формообразовательных процессов. Они участвуют в закладке вегетативных почек и корней, в прорастании пыльцы, в разрастании завязи и росте плодов, в формировании и прорастании семян, влияют на распределение питательных веществ, предотвращают опадение плодов и листьев .

Ко второй группе относятся гиббереллины, которые синтезируются в основном в листьях и стимулируют вегетативный рост растения, активизируя процессы растяжения и деления клеток, ускоряют прорастание семян, инициируют цветение некоторых групп растений в неиндуктивных условиях, способствуют образованию партенокарпических плодов, особей мужского пола, активизируют деятельность многих, особенно гидролитических, ферментов .

Третья группа представлена цитокининами, которые в растениях образуются в корнях. Вместе с током воды они передвигаются по клеткам и распространяются по всему растению. Присутствуют там, в чрезвычайно малых количествах, наиболее богаты ими развивающиеся семена. Известно еще одно удивительное свойство цитокининов — задерживать процесс старения. Кроме этого свойства, они дают толчок к дифференцированию тканей, усиливают действие света на рост побегов и закладку почек, ускоряют прорастание семян, прерывают период покоя спящих почек, клубней, задерживают верхушечное доминирование и стимулируют рост боковых (пазушных) почек, вызывают открытие устьиц [22].

Такими же свойствами, помогающими растению хорошо сбалансировать стимулирующие и тормозящие процессы, обладает газообразное вещество этилен. Он образуется в листьях многих растений, а также выделен в качестве метаболита в цветках. Присутствующий в растениях этилен тормозит деление клеток и способствует старению тканей, в результате чего опадают листья и генеративные органы, индуцирует созревание плодов. Обрабатывая растения этиленом, можно ускорить сбрасывание листьев, стимулировать цветение и созревание, вызвать появление корней и их переориентацию, образование корней с большим числом спящих почек, подавить удлинение побегов и корней, изменить соотношение женских и мужских цветков в сторону образования женских [ 12 ].

Абсцизовую кислоту часто называют «хранителем покоя». Это связано с тем, что, накапливаясь в семенах созревающих плодов, в кожуре покоящихся клубней, в осенних почках растений, она способна подавлять ростовые процессы — прорастание семян и клубней, распускание почек, образование корней, рост стебля. Однако роль абсцизовой кислоты сводится не только к торможению отдельных процессов жизнедеятельности растительного организма. В низких концентрациях она может стимулировать корнеобразование, рост растяжением и др. Поэтому ряд авторов причисляет ее к фитогормонам .

Брассиностероиды — новая группа фитогормонов, открытых в 70-х годах. Они содержатся в малых количествах в тканях цветков, листьев и молодых стеблях растений. Наибольшая концентрация их обнаружена в пыльце рапса и ольхи, из которой они были впервые выделены Митчеллом с сотрудниками в 1970 г. .

Среди недавно открытых фитогормонов следует назвать жасминовую и салициловую кислоты, которые также оказывают влияние на биосинтез гормонов в растениях. Под действием жасминовой кислоты резко увеличивается уровень другого гормона — абсцизовой кислоты. Она также регулирует уровень этилена, стимулируя его биосинтез в молодых растущих тканях и снижая в старых. Первое сообщение о гормональном действии салициловой кислоты появилось в 1988 г., когда был установлен эффект повышения температуры пробивающего снег крокуса, контролируемый салициловой кислотой. Известен и ряд других ее эффектов: блокирование биосинтеза этилена на уровне его образования из 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты, прерывание восстановления нитратов на уровне NO, индуцирование зацветания короткодневных растений, находящихся в условиях длинного дня. Все это свидетельствует о том, что гормональная система растений значительно сложнее, чем представлялось до недавнего времени .

В растении имеет место сложное взаимодействие между отдельными гормонами. Они влияют на синтез, распад и транспорт друг друга. Изменение уровня одного из компонентов фитогормональной системы неизбежно приводит к изменению всей системы. Таким образом, без учета взаимовлияния фитогормонов однозначно решать вопрос о специфичности их действия очень трудно .

Проблема регуляции роста и развития растений с помощью физиологически активных веществ в настоящее время является одной из самых актуальных в современной биологии. Интерес к данной группе соединений обусловлен широким спектром их действия на растения, возможностью направленно регулировать отдельные этапы роста и развития с целью мобилизации потенциальных возможностей растительного организма, а, следовательно, для повышения урожайности и качества сельскохозяйственной продукции .

Как показали многие исследования, эффективность различных химических препаратов в значительной мере определяется восприимчивостью не только отдельных видов, но и сортов культурных растений [23].

Адаптация растений к действию различных регуляторов роста связана с многообразными изменениями ряда физиологических процессов — дыхания, фотосинтеза, нуклеиново-белкового обмена и др.

В институте биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины в сотрудничестве с рядом других учреждений созданы регуляторы роста широкого спектра действия, специфически влияющие на разные сельскохозяйственные культуры. Данные регуляторы роста растений являются синтетическими производными М-оксида пиридина, его комплексами с протоно-донорами (ивин, потейтин, аксалин, формин, альфа, триман 1) и композициями с природными фито гормонами: зеастимулин (формин + эмистим С), агростимулин (ивин + эмистим С), протон (триман 1 + эмистим С) и др. Получен регулятор природного происхождения — эмистим С. Эти препараты применяются в микродозах как для предпосевной обработки семян, так и для опрыскивания вегетирующих растений. Обеспечивают существенные прибавки урожая и повышение качества продукции сельскохозяйственных культур.

Таким образом, установленные экспериментальным путем свойства регуляторов роста в сочетании с их экологической безопасностью и благоприятными токсиколого-гигиеническими данными позволяет судить о больших возможностях их применения для повышения урожайности и устойчивости к неблагоприятным условиям произрастания сельскохозяйственных культур. Способность данных соединений наряду с функциями регуляторов роста осуществлять роль защиты растений от болезней, снижать содержание токсических веществ, тяжелых металлов и радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и кормах, предсказывает им еще большие перспективы практического применения в растениеводстве и кормопроизводстве.

Высокая экономическая эффективность применения регуляторов роста растений сегодня уже не вызывает сомнения и лежит в основе поиска новых препаратов, разработки более оптимальных способов и расширение области их использования.

Таким образом, применение регуляторов роста, позволяет значительно увеличить урожайность и повысить содержание белка в кормах, сократить затраты на сельскохозяйственное производство.

Фундаментальными исследованиями доказано, что совместное применение регуляторов роста растений с современными гербицидами и инсектицидами дает возможность снизить на 20−25% норму использования пестицидов на 1 га посевов без снижения защитного эффекта. При создании регуляторов роста (Ивин, Эмистим С, Агростимулин, Бетастимулин, Зеастимулин и другие) в изучении механизма физиологического действия, отдельных элементов технологий применения, токсиколого-исследовательских учреждений, начало выполнения программы работ по созданию полифункциональных биорегуляторов с биозащитным эффектом земледелия.

Эмистим С — высокоэффективный биостимулятор роста растений широкого спектра действия — продукт биотехнологического выращивания грибов-эпифитов из корневой системы целебных растений. Прозрачный водно-спиртовой раствор. Широкий спектр действия препарата обусловлен наличием в его составе сбалансированной композиции 75 физиологически активных веществ, среди которых имеются фитогормоны ауксиновой, гиббереллиновой, цитокининовой природы, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, аминокислоты, углеводы, микроэлементы.

Механизм действия росторегулятора основан на активизации белок синтезирующей системы. Под его влиянием установлено снижение показателя перекисного окисления липидов мембран, что контролируется ядерными и цитоплазматическими генами. В корнях растений ускоряет митотическое деление клеток.

Увеличивает энергию прорастания и полевую всхожесть семян, устойчивость растений к болезням (бурой ржавчине, корневым гнилям и др.) и стрессовым факторам (высоким и низким температурам, засухе, фито-токсическому действию пестицидов), повышает урожай и улучшает качество продукции.

Препарат зарегистрирован к применению госхимкомиссиями Украины и Беларуси .

Агростимулин — композиционный препарат с природными фитогормонами (ивин + эмистим С), аминокислотами, микроэлементами и синтетическими аналогами фитогормонов. Объединяет физиологическую активность своих компонентов — ауксинподобную активность ивина и цитокининподобную активность эмистима С. Прозрачный водно-спиртовой раствор.

Препарат широкого спектра действия. Механизм росторегулирующего действия на растения следующий: образует комплексы с промежуточными белками, которые опосредованно влияют на состояние хроматина; участвует в окислительно-восстановительных реакциях; регулирует активность фермента Н⁺ -АТФазы; ускоряет процессы транскрипции и трансляции в клетках, митотическое деление клеток; увеличивает проницаемость клеточных мембран, в результате чего активируются все ростовые процессы в растительном организме.

Повышает урожай, улучшает качество продукции, увеличивает устойчивость растений к полеганию, болезням, стрессовым факторам. Применяется для обработки семян и опрыскивания посевов[12].