Стресс – это реакция растительного организма на воздействие неблагоприятных факторов, которая сопровождается замедлением метаболических процессов, затратами энергии на преодоление негативных факторов внешней среды в ущерб формированию урожая. Основной принцип действия антистрессантов заключается в том, что специально подобранные органические биологически активные вещества запускают, поддерживают и стимулируют физиологические процессы растительного организма, улучшают усвоение питательных элементов и в кратчайшие сроки восстанавливают рост и развитие растений.
В практике сельскохозяйственного производства в условиях наступления ранней весны, когда идет активная вегетация озимых культур, на Северном Кавказе нередко наблюдается возврат холодов в апреле и мае. Это отрицательно сказывается на росте, развитии растений и закладке их потенциальной продуктивности. Низкие положительные температуры в дневное время (+6, +8 0С) и отрицательные в ночное (по прогнозу метеорологов в первой декаде апреля температура ночью будет опускаться до –2, –4 0С) не позволят провести в короткие агротехнические сроки обработку посевов гербицидами. Период борьбы с сорной растительностью может растянуться в крае до 20-25 дней.
Растения озимых культур будут в это время переходить к фазе трубкования, и на данном этапе онтогенеза действие гербицидов особенно отрицательно скажется на процессах формирования элементов продуктивности колоса и обмене веществ, поскольку снизится интенсивность фотосинтеза, замедлится синтез важнейших аминокислот (структурных компонентов белков), приостановятся ростовые процессы растений. Стрессовый эффект в зависимости от роста и развития растений, характеру температурного режима в период до и после обработки посевов гербицидами может проявляться в течение 8-15-ти дней.
Применение аминокислот во внекорневых подкормках хоть и может вызвать некоторые вопросы и дискуссии, в настоящее время является одним из самых эффективных способов нивелирования влияния вредных условий окружающей среды на сельскохозяйственные растения.
Стрессовые факторы в зависимости от генезиса действия, можно разделить на 2 группы:
Абиотические
Излучение
Температура (повышенная, пониженная)
Вода (засуха, чрезмерная влажность)
Газы (дефицит СО2, О2)
Минеральные компоненты (дефицит, избыток, тяжелые металлы, алкализация)
Механические (ветер, снежный покров, ледяная корка)
Биотические
Микроорганизмы (вирусы, бактерии, грибы)
Животные (грызуны, паразиты, вытаптывание животными)
Антропогенные (промышленное загрязнение, пестициды)
Растения (перенасыщение, конкуренция, аллелопатия, растения-паразиты)
Таким образом, стрессы могут иметь различную природу и воздействовать на растения в коротком или длинном временном промежутке. Стрессовые факторы, обусловленные погодой (например, засуха, чрезмерная влажность, низкая и высокая температуры), могут длиться долгое время или иметь кратковременное действие, оказывая в большинстве случаев негативное влияние на величину и качество урожая.
ПУТИ МЕТАБОЛИЗМА АЗОТА В РАСТЕНИИ И СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ
Как известно, растения синтезируют собственные аминокислоты из неорганического азота. Данный процесс включает превращение нитратов в нитриты и аммонийные соединения и их последующее усвоение в органические молекулы глутаминовой кислоты. Основываясь на этой аминокислоте, растения синтезируют остальные через процесс переаминирования.
Вышеуказанные метаболические процессы поглощают много энергии, это и является причиной того, что при стрессовых ситуациях растения необходимо напрямую снабжать аминокислотами, высвобождая энергию для прочих физиологических реакций. Доказано, что аминокислоты легко усваиваются на листовом и корневом уровнях и могут напрямую использоваться растениями.
Подвергнутые стрессу растения сразу активируют защитные механизмы и производят разнообразные субстанции, являющиеся активатором для продуцирования аминокислот, а впоследствии – белков. Использование препаратов, которые в своем составе содержат вещества, активизирующие синтез аминокислот и сами аминокислоты способствует тому, что не тратится энергия на их выработку – они сразу включаются в метаболизм растения.
Аминокислоты (L-глутаминовая, глицин, лизин и др.), входящие в состав препарата Аминокат 10 %, 30 % представляют собой готовый строительный материал для биосинтеза молекул белка. Аминокислоты, попадая на лист, практически сразу включаются в обмен веществ без дополнительных затрат времени и энергии на преобразование неорганических веществ в органические. Поступая в растения через листовой аппарат, они в кратчайшие сроки – от нескольких часов – до 2-3-х дней – восстанавливают обмен веществ в растениях после воздействия любых стрессовых факторов (химических, физических, биологических) и активизируют функциональную деятельность всего растительного организма.
Среди большого количества аминокислот, которые выполняют в растениях различные функции, наряду с глутаминовой, особого внимания заслуживают ещё две – пролин и глицин. Пролин – способствует повышению иммунитета растений в стрессовых ситуациях и накоплению азота, усиливает способность семян к прорастанию, улучшает эффективность фотосинтеза и увеличивает содержание хлорофилла. Его действие заключается в улучшении генеративного развития растений и их плодоношения. Пролин влияет на завязывание плодов, регулирует водообмен в растении – он накапливается в клетках растений в случае водного и осмотического стресса. Глицин выполняет роль комплексообразующего вещества (хелата), которое является прекурсором хлорофилла, благодаря чему влияет на увеличение эффективности фотосинтеза.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВЯ АНТИСТРЕССОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ДРУГИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
В отличие от аминокислот, полимерные соединения различной органической природы – гуматы; Альбит и др. действуют на растения опосредованно и значительно медленнее, поскольку это крупные органические молекулы, которые из-за значительных размеров не способны проникать в клетки растений и принимать непосредственное участие в процессах биосинтеза.
Препараты на основе указанных соединений способны стимулировать обмен веществ у растений после достаточно длительного процесса микробиологического расщепления в течение 8-12 дней, а также за счет воздействия продуктов метаболизма микроорганизмов, оказывающих разлагающее воздействие на указанные вещества.
Однако длительный процесс разложения сопряжен с более длительным периодом снижения у растений метаболической и фотосинтетической активности.
Сложная и разнообразная химическая структура органических полимерных соединений различного происхождения, огромное разнообразие эпифитной микрофлоры, обитающей на поверхности растений, к сожалению, не позволяет точно прогнозировать состав и количество продуктов разложения, а, соответственно, и характер их влияния на растительный организм.
Так, например, точные молекулярные формулы гуминовых кислот отсутствуют. Все предложенные учеными варианты имеют вид схем, в которых учтены лишь состав и некоторые свойства соединений. Расположение атомов, атомных групп в них определяется гипотетически. Отсутствие у гуминовых кислот формул объясняется их переменным составом и полидисперсностью даже, казалось бы, в однородных органических соединениях. Поэтому обычные методы определения формул биоорганических молекул для гуминовых кислот оказались недейственными.
Действующее вещество препарата Альбит – биополимер поли-бета-гидроксимасляная кислота. Это естественное запасное вещество полезных почвенных бактерий (подобно крахмалу у растений, жиру и гликогену у животных), которое служит субстратом для роста и развития микроорганизмов, но не способно использоваться растениями напрямую в биохимических процессах.
ПРОЦЕССЫ, АКТИВИЗИРУЮЩИЕСЯ В РАСТЕНИЯХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ АМИНОКИСЛОТ
Осморегуляция
Свободные аминокислоты, накопленные в клетках во время стрессовых ситуаций, являются результатом синтеза или расщепления белков. Эти аминокислоты вместе с растворенными органическими веществами имеют высокую степень клеточной осморегуляции, которая увеличивает устойчивость клеток к неблагоприятным факторам. Примером является стресс под воздействием засоленности. Накопление в клеточной цитоплазме свободных аминокислот, особенно пролина, позволяет поддерживать низкий уровень ионов, которые могут быть токсичными, например Cl– и Na+.
Регулирование открытия устьиц и активности фотосинтеза
Закрытие устьиц растений, провоцируемое стрессовыми условиями (высокой температурой, низкой относительной влажностью и т. п.), уменьшает активность фотосинтеза, замедляет все процессы обмена веществ. Экзогенное внесение аминокислот в растения при стрессовых условиях способствует открытию устьиц. (рис. 1 и 2) Этот эффект позволяет увеличить удержание влаги в тканях, активизировать фотосинтез, скорректировать скорость испарения и отсрочить увядание.
Антиоксидантная активность
Во время стрессовых ситуаций растения реагируют накоплением веществ с большой оксидативной активностью (О2–, ОН, Н2О2 и О2), что ухудшает структуры клеток. При этих условиях растения используют, среди прочих, азотные соединения, которые действуют как естественные антиоксиданты: аминокислоты, амины, полиамины и определенные ферменты (пероксидазы, каталазы, пероксид дисмутазы). Среди аминокислот антиоксидантными свойствами выделяются аргинин, гистидин, цистеин, триптофан, лизин, метионин и треонин. Применение препарата АМИНОКАТ (10 %, 30 %) способствует увеличению содержания в растительных тканях антиоксидантов (SOD).
Стимуляция гормональной регуляции
Было замечено, что аминокислоты оказывают влияние на уровни гормонов в растениях. Растения испытывают гормональный дисбаланс из-за внешних факторов, особенно в критические фазы развития. Аминокислоты способны самостоятельно влиять на синтез гормонов, чтобы сбалансировать потребности растения. В то же время комбинированное применение аминокислотных препаратов с гиберрелинами и ауксинами проявляет важный эффект синергизма, когда аминокислоты и гормоны взаимно усиливают действие друг друга. Пуриновые и пиримидиновые основания, присутствующие в составе АМИНОКАТ (10 %, 30 %) способны стимулировать формирование цитокинов в растении, поскольку они являются прекурсорами этих гормонов. Они воздействуют на деление и воспроизводство клеток, что приводит к усилению роста.
Активизация и защита процессов опыления и плодоношения
Доступность аминокислот в органах цветения является основой успешного прорастания пыльцы и надлежащего и быстрого развития пыльцевой трубки. Развитие пыльцевой трубки происходит благодаря аминокислотам и сахарам, потребляемым пестиком цветка. Из-за этого растению важно иметь в своем распоряжении эти вещества. Особенно способствуют прорастанию пыльцы пролин и глутаминовая кислота.
Опыление и оплодотворение цветов – явление, существенно подвергающееся внутренним и внешним факторам, способным отрицательно повлиять на завязывание и формирование плодов. Было замечено, что внешняя обработка аминокислотами уменьшает время оплодотворения. Сокращение времени оплодотворения увеличивает возможность успешного завязывания плодов при неблагоприятных условиях, особенно экстремальных температурах, как высоких, так и низких. Кроме того, аминокислоты способствуют сбалансированному питанию растения, что увеличивает его способность к удержанию плодов и уменьшает сброс завязи.
Повышение эффективности средств защиты растений
Эффективность средств защиты растений зависит от интенсивности их поглощения через поверхностные структуры растения. Данный процесс, главным образом, идет через клеточные мембраны, а также через каналы и поры растения. Клеточные мембраны содержат высокий процент мембранных белков, способных к изменению проводимости в соответствии со структурой, в которой они находятся. Различные структуры определяются последовательностью аминокислот, с которыми они сочетаются. Обработка аминокислотными препаратами вместе со средствами защиты растений, регуляторами роста, листовыми подкормками, увеличивает проводимость мембраны, повышая скорость усвоения активных веществ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТА АМИНОКАТ В ХОЗЯЙСТВАХ КРАЯ
На сегодняшний день одним из наиболее эффективных и востребованных с/х производством антистрессовым препаратом на основе аминокислот является препарат Аминокат 10 %, 30 %. Его применение в технологии возделывания с/х культур становится обязательным приемом, который прочно входит в практику выращивания различных культур на Ставрополье. Данный препарат является наиболее доступным и относительно недорогим средством управления стрессом у растений.
Высокую эффективность препарат демонстрирует в случае необходимости активизации роста и развития вегетативной массы, предупреждении стрессовых состояний растений (пестицидные обработки), а так же для ликвидации последствия различных повреждающих факторов – повреждение градобоем, избыточной дозой или последействием гербицидов. Даже при крайне угнетенном состояним посевов, обработка данным препаратом позволяет в короткие сроки восстановить обмен веществ растений, получить активно растущий листовой аппарат и достичь уровня продуктивности посева близкого к продуктивности неповрежденных растений. Урожайность сахарной свеклы серьезно поврежденной градобоем после применения аминокислотных препаратов составила 486 ц/га, при дегистии 16,1 % (рисунок 3).
В одном из хозяйств Красногвардейского района обследование посевов кукурузы свидетельствовало о серьезном стрессовом состоянии растений, вызванным, по данным специалистов агрослужбы хозяйства, последействием гербицида Фенизан (состав: дикамба+хлорсульфорон). Данный гербицид обладает последействием в том случае, если между применением гербицидов и высевом последующей культуры выпало малое количество осадков. У растений отмечалась задержка роста, слабое развитие корневой системы, хотя по развитию они уже находились в фазе 6-7 листьев (рисунок 4). При проведении функциональной экспресс-диагностики была выявлена очень низкая активность хлоропластов (8,7 единиц) и существенный дефицит цинка и серы.
Применение препарата Аминокат 10 % позволило вывести растения кукурузы из состояния стресса, при этом повторное проведение ФЭД через 16 дней после обработки указывало на то, что активность хлоропластов увеличилась до 26 единиц, наблюдался активный прирост биомассы, увеличилась площадь листовой поверхности, цвет растений стал более темно-зеленым, начала интенсивно развиваться корневая система (в том числе и воздушные корни). В результате на полях, где растения были подвержены стрессу, урожайность зерна составила 65 ц/га при средней урожайности кукурузы по хозяйству 80 ц/га.
Н. А. Квасов,
директор
ООО «Ставропольская Лаборатория №1»,
кандидат биологических наук
И. Б. Высоцкая,
заместитель директора
ООО «Ставропольская Лаборатория №1»,
кандидат биологических наук
Т. В. Симатин,
генеральный директор
ООО «АгроПлюс-Ставрополье»
