Регуляторы роста растений на основе аминокислот
Сегодня невозможно получать высокий урожай сельскохозяйственных культур без использования регуляторов роста растений (далее РРР). Преимущество использования биостимуляторов очевидны: стимулируют рост, активируют иммунные системы растений, повышают стрессоустойчивость растений, их применение позволяет снизить расход других более дорогостоящих пестицидов.
В качестве действующего вещества в РРР применяют в основном фитогормоны растений или их аналоги, но существует огромное количество других веществ, оказывающих сильное регуляторное влияние на растения. К этой группе относятся и аминокислоты. В большом количестве исследований была доказаны иммуномодулирующие, антистрессовые и регуляторные свойства некоторых аминокислот. В настоящее время аминокислоты используются в качестве дополнительных компонентов в препаратах с ростостимулирующей активностью.
В наших исследованиях мы обнаружили, что при правильно подобранной концентрации и определённых комбинациях аминокислот можно получать препараты с ростостимулирющими свойствами, не уступающие по своим характеристикам современным регуляторам роста растений, а в ряде случаев и превосходящие их. Учитывая, что препараты на основе аминокислот имеют очень низкую себестоимость, экологически безопасны и могут храниться длительный период времени, они смогут успешно конкурировать с РРР, представленными на рынке пестицидов и агрохимикатов Российской Федерации в настоящее время. Также ряд особых свойств аминокислот позволит расширить сферу применения регуляторов роста растений.
Цель проекта и основные задачи, решаемые в его рамках
Цель проекта – разработать линию ростостимулирующих препаратов на основе аминокислот для различных сельскохозяйственных культур.
Задачи проекта:
- В лабораторных исследованиях провести скрининг аминокислот на ростостимулирующую активность;
- Подобрать наиболее эффективные концентрации аминокислот, их комбинации и разработать индивидуальный состав для отдельных с.-х. культур.
- Провести полевые испытания препаратов, оценить их влияние на основные параметры растения, определяющие его урожайность;
- Провести государственные испытания и регистрацию новых регуляторов роста растений.
Рисунок 1 — Стимулирование роста растений замачиванием семян в водных растворах аминокислот
Выявленные свойства аминокислот связаны с их разнообразной ролью в метаболизме клеток растений. В работах других исследователей показано, что в свободной форме они участвуют в неспецифических механизмах устойчивости растений и адаптации к стрессорам, принимают участие в регуляции водного и азотного обмена, являются предшественниками фитогормонов и других биологически активных веществ, обладают антиоксидантными свойствами и пр.
Сигнальные регуляторные функции аминокислот и особенности их влияния на различные сельскохозяйственные культуры до сих пор остаются еще недостаточно изученными.
Участие АК в тонких регуляторных механизмах растений требует тщательного выяснения роли концентрации аминокислот, взаимодействия АК с другими веществами в их физиологической активности (рис. 2)
Рисунок 2 — Влияние концентрации водных растворов аминокислот на их росторегулирующую активность
В настоящее время до 6% рынка регуляторов роста растений составляют препараты, в основном иностранного производства, содержащие в своём составе свободные аминокислоты и их количество продолжает активно расти.
При анализе списка разрешённых пестицидов и агрохимикатов за 2016 год обнаружено, что существует несколько вариантов применения АК:
- Как дополнительный компонент в смеси, где основным действующим веществом является фитогормон растений: Wuxal AminoPlus, Master (Мастер) – Элит;
- Смесь различных аминокислот с микроэлементами: Амино Викс, Сивид-Аминоплант, Ростмомент;
- Комплекс аминокислот и пептидов, полученный при гидролизе остатков растительного или животного происхождения: AminoPower, NaturalCrop SL, Изабион;
Такие способы применения аминокислот имеют как свои преимущества (совокупное антистрессовое влияние АК), так и недостатки (теряется ряд регуляторных свойств отдельных аминокислот из-за взаимодействия с другими веществами в растворе).
Предлагается использовать специально подобранную комбинацию небольшого количества аминокислот для отдельных сельскохозяйственных культур, в которых АК могут максимально проявить именно свои регуляторные свойства.
Такой препарат будет иметь ряд преимуществ перед другими РРР: экологически безопасен, имеет очень низкую себестоимость, эффективен при низких нормах расхода, водорастворим и химически стабилен, что облегчит его внедрение в уже существующие технологические процессы.
На рынке уже представлен препарат-аналог отечественного производства «Рибав-Экстра» состоящий из двух аминокислот: аланина и глютаминовой кислоты. Его основное свойство — корнеобразование плодово-ягодных, цветочно-декоративных в том числе трудноукореняемых, и некоторых овощных культур.
Проведенные исследования позволили найти другие эффективные комбинации аминокислот с ростостимулирующей активностью для сельскохозяйственных культур, на которых препарат «Рибав-экстра» не используется.
Обработка семян найденными комплексами может быть использована для стимуляции корнеобразования у кукурузы, пшеницы, стимуляции роста листового салата.
Сравнительные исследования новых комплексов АК с представленными на рынке регуляторами роста растений показывают, что их эффективность находится на уровне, а в ряде случаев и лучше существующих аналогов (рис. 3)
Рисунок 3 – Влияние росторегулирующих препаратов на интенсивность роста растений озимой пшеницы
Условные обозначения:
ПАК-П(1,2,3) – препарат аминокислотный, для использования на озимой пшенице, 3 тестовых состава
ПАК-С – препарат аминокислотный, для использования на салате
Мелкоделяночные опыты на кукурузе показали перспективность применения новых комплексов аминокислот. Растения семена, которых были обработаны комплексом аминокислот оказались более устойчивы к неблагоприятным условиям в период цветения и сформировали большее количество початков:
- Контроль – 1,1 початка на растение
- Радифарм – 1,2
- Лизин – 1,6
- Триптофан – 1,9
В варианте с препаратом на основе триптофана практически все дополнительно сформировавшиеся початки были полноценно развитыми и имели хорошую озернённость. Также в варианте с триптофаном наблюдалось сокращение периода вегетации кукурузы, более раннее выбрасывание тычиночных нитей — рылец, что в итоге привело к полному созреванию початков на 10 суток раньше других вариантов опыта (рис. 4).
Рисунок 4 – размер типичных початков кукурузы при обработке семян ростостимулирующими веществами на 75 сутки вегетации кукурузы Краснодарская 194 МВ.
Условные обозначения:
1 – контроль; 2 – радифарм (рекомендуемая обработка); 3 – препарат, содержащий лизин; 4 – препарат, содержащий триптофан.
Для полноценного исследования свойств новых препаратов требуется проведение обширных лабораторных, деляночных, полевых и производственных испытания, где будет изучена биологическая эффективность препарата, совместимость его с другими пестицидами, применяемыми в растениеводстве.
Результаты, достигнутые к настоящему времени
Проведён скрининг 15 протеиногенных аминокислот на ростостимулирующую активность на кукурузе, пшенице, листовом салате. Подобраны эффективные комплексы для стимуляции корнеобразования у кукурузы, пшеницы, повышения интенсивности роста салата листового. В полевых опытах показано, что обработка препаратом на основе аминокислот на начальных этапах вегетации положительно сказывается на дальнейших этапах роста, повышая устойчивость к неблагоприятным факторам и в итоге, повышая урожайность культуры.
Проведено сравнение ростостимулирующей активности этих аминокислот и представленных на рынке пестицидов с заявленными росторегулирующими свойствами. Результаты показали, что эффективность выявленных веществ сопоставима, а в ряде случаев и выше существующих аналогов.
Разрабатываемые регуляторы роста растений на основе аминокислот позволят снизить стоимость конечной продукции за счёт повышения урожайности культуры с помощью недорогих и используемых в низких концентрациях веществ. Абсолютная экологическая безопасность этих препаратов позволяет использовать их при выращивании экологически чистых продуктов.
Источник
Триптофан удобрение для растений
Хорошкин А.Б. кандидат с-х наук, ведущий специалист ГК « АгроМастер »
Активное изучение действия подкормок аминокислотами на растения началось в 80-е годы прошлого века. Многие ученые отмечали, что аминокислоты активируют механизмы роста после соляного стресса и низких температур [1, 2, 3], повышают фертильность пыльцы и образование завязи плодов [4], повышают способность усвоения элементов питания [5] и устойчивость к вредителям и болезням [6] и т.д.
Было открыто, что растения и животные быстрее и лучше усваивают натуральные α-аминокислоты (из которых строятся белки) оптически активной L -конфигурации. L-α-аминокислоты легко усваиваются растениями и быстро включаются в метаболизм как собственные. « D -формы аминокислот встречаются в природе сравнительно редко» [7], «как продукты метаболизма низших организмов» [8].
В настоящее время эффект от проведения подкормок растений L-α-аминокислотами, благодаря современным методам анализа, достаточно хорошо изучен. Если свести воедино все известные данные, то получается следующая картина:
Действие свободных протеиногенных α-аминокислот на растения
L — Leucine (Лейцин) и L — Isoleucine (Изолейцин)
Повышает устойчивость к засолению (солевому стрессу)
Улучшает прорастание пыльцы
L- Tyrosine (Тирозин)
Повышает устойчивость к суховеям и засухе
Улучшает прорастание пыльцы
L — Aspartic Acid (Аспарагиновая кислота):
Активизирует прорастание семян
Участвует в метаболизме аминокислот
Источник органического азота
L — Glutamic Acid (Глютаминовая кислота):
Хорошие свойства хелатора
Активизирует прорастание семян
Способствует открытию устьиц
Активатор механизмов устойчивости к патогенам
L — Arginine (Аргинин):
Стимулирует синтез гормонов связанных с цветением и плодоношением
Усиливает развитие корней
Повышает устойчивость к засолению
L — Phenylaninine (Фенилаланин):
Активизирует прорастание семян
α- Glycine (Глицин) (оптически неактивен) :
Хорошие свойства хелатора
Способствует росту тканей
Улучшает вкус плодов
Предшественник пиррола ( C 4 H 5 N ) – ядро Пиррола составная часть хлорофилла, витамина В 12 , цитохромов и других биологически активных соединений.
L — Histidine (Гистидин):
Хорошие свойства хелатора
Улучшает созревание плодов
Регулирует открытие устьиц
L — Alanine (Аланин):
Стимулирует синтез хлорофилла
Улучшает качество плодов
Регулирует открытие устьиц
Повышает устойчивость к суховеям и засухе
L — Lysine (Лизин):
Хорошие свойства хелатора
Стимуляция синтеза хлорофилла
Активизирует прорастание семян
Улучшает процессы опыления и оплодотворения
Повышает устойчивость к суховеям и засухе
L — Methionine (Метионин):
Активизирует прорастание семян
Стимулирует производство этилена
Улучшает процессы опыления и оплодотворения
Предшественник факторов роста
Усиливает рост корней
Регулирует открытие устьиц
L — Proline ( Пролин ):
Повышает сопротивляемость осмотическим стрессам, регулирует водный обмен в растении
Способствует открытию устьиц
Повышает содержание хлорофилла и фотосинтетическую способность
Улучшает генеративное развитие растений
Повышает фертильность пыльцы и завязывание плодов
Улучшает вкус плодов
Усиливает способность семян к прорастанию
L — Serine ( Серин ):
Повышает сопротивляемость стрессовым воздействиям
Улучшает опыление и оплодотворение
Образование гумусовых составов
L — Threonine (Треонин):
Активизирует прорастание семян
Регулирует механизм защиты во время стресса
Усиливает процесс гумификации
L — Tryptophan (Триптофан):
Стимулирует рост меристемных тканей
L — Valine (Валин):
Улучшает качество плодов
Повышает устойчивость к суховеям и засухе
Улучшает формирование семян
L — Cysteine (Цистеин):
Хорошие свойства хелатора
Важный компонент баланса клеточных функций
Первые, зарегистрированные в России агрохимикаты содержащие аминокислоты: антистрессанты , стимуляторы гармоничного развития и корнеобразования появились в России в 2004 году. Этот год характеризовался затяжной, холодной весной, поэтому результаты применения этих агрохимикатов на с/х культурах были заметны визуально.
В сезоне 2005-2006 г.г . в результате резкого падения температуры до минус 35°С в середине января, на Северном Кавказе фиксировали большой процент вымерзания озимых культур, гибель виноградной лозы и плодовых почек косточковых культур. Семечковые сады входили в весну в состоянии глубокого ступора. Было отмечено, что применение аминокислотных агрохимикатов типа Максифол Рутфарм для обработки семян способствовало сохранению озимых культур, а на семечковых садах весенняя антистрессовая программа позволила получить полноценный урожай плодов.
В 2006 году, в ЗАО АФ «Солнечная» (г. Краснодар) на промышленных томатах в открытом грунте с использованием систем капельного полива был заложен опыт на двух (расположенных рядом) участках по 3 га. На контроле применялась разработанная в хозяйстве бюджетная схема питания простыми водорастворимыми удобрениями. На опытном участке к этой базовой (фоновой) схеме, в « каплю» добавлялись стимуляторы гармоничного развития и корнеобразования, а на площади 0,5 га в период вегетации проводилась коррекция питания с помощью листовых подкормок. Антистрессант типа Максифол Динамикс в течение вегетации вносился 6 раз в сочетании с другими специальными агрохимикатами, в дозе 1,0 л/га. С 7.08.06 г. по 18.09.06 г. на опытном и контрольном участках производилась комиссионная учетная уборка томатов.
Урожайность томатов Перфект Пим за период с 07.08.06 г по 18.09.06 г. на опытном и контрольном участках (ЗАО АФ «Солнечная», 2006 г.)
Участок
Учетная площадь участка, га
Вес, тн
Урожайность,
тн /га
Контроль (схема фертигации хозяйства – Фон )
Фон + МФ Рутфарм *, А и В — фертигация
Фон + МФ Рутфарм *, А и В — фертигация + листовые подкормки + Максифол Динамикс *
* — применялись аналогичные по составу агрохимикаты других торговых марок.
Проведенный опыт наглядно продемонстрировал эффективность корневых и некорневых подкормок специальными агрохимикатами, которые включают в состав аминокислоты. Это способствовало быстрому распространению по стране практики применения данных удобрений на всех с/х культурах.
В настоящее время в России зарегистрировано множество агрохимикатов содержащих аминокислоты. Их сопровождает большое количество рекламной информации, но некоторые термины могут иметь двоякое или широкое толкование, что требует дополнительных разъяснений.
Так, термин «свободные аминокислоты» (САК) применим как к белковым, так и небелковым аминокислотам. Белковые ( протеиногенные ) аминокислоты могут находиться в растительном организме в несвязанной в белки или пептиды форме. Количество белковых САК достаточно высоко в молодых растениях (или органах) и с возрастом понижается. В вегетативных органах растений свободных аминокислот больше, чем в репродуктивных. Увеличение общего количества САК наблюдается при пониженном питании растений калием, фосфором, серой, кальцием и магнием. Такое же действие происходит при недостатке ряда микроэлементов: цинка, меди, марганца, железа. Это связано с ослаблением синтеза белков из аминокислот в этих условиях.
По поводу непротеиногенных аминокислот доктор биологических наук Чекалин Н.М. в своей монографии «Генетические основы селекции зернобобовых культур на устойчивость к патогенам» (Полтава, 2003) писал: « Свободные (небелковые) аминокислоты (900 структур), структурно аналогичные белковым аминокислотам, в изобилии содержатся у некоторых бобовых ( Vicieae , Phaseoleae , Mimosoideae ), являются токсичными и выполняют функцию азот-запасающего компонента. Свободные аминокислоты (САК) могут: принимать участие в биосинтезе рибосомального белка, приводя к образованию дефектного белка; ингибировать синтез аминоацил — tРНК -синтетазы или другие пути биосинтеза белка. Свободные аминокислоты вызывают у растений, микроорганизмов и насекомых уменьшение роста и даже гибель; у позвоночных — эмбриональное уродство, нейротоксичные нарушения, паралич, цирроз печени, аритмию и др.» «Многие (небелковые САК – А.Х.) аминокислоты, образовавшиеся при обмене веществ низших организмов, имеют свойства антибиотиков. Они действуют как аминокислоты – антагонисты, т.е. являются конкурентными ингибиторами при обмене веществ, задерживая определенные ступени биосинтеза аминокислот или способствуя образованию ложных последовательностей при биосинтезе белков» [9].
Исходя из вышеизложенного, применение в описании агрохимикатов термина «свободные аминокислоты», как однозначно более эффективного материала, требует определенной конкретизации.
«В настоящее время описано около 300 аминокислот, найденных в природе. Однако только 20 аминокислот входят в состав белков» [10], т.е. называются протеиногенными . Ещё их называют незаменимыми, т.к. они продуцируются только растительными организмами, но «являются основными составными частями животных и растительных белков, причем их встраивание в молекулу белка регулируется информацией генетического кода» [11].
С 2015 года, в рамках импортозамещения, в России появились специальные высокотехнологичные агрохимикаты собственного производства « Аминофол » и « Максифол » , одним из основных компонентов которых являются свободные протеиногенные L-α-аминокислоты в концентрации более 10%. Это важно, т.к. весь опыт ведущих мировых производителей показал, что более низкая концентрация аминокислот в агрохимикате существенно снижает их эффективность.
Линия отдельных мезо- и микроэлементов Аминофол ( Mg , Fe , Mn , Zn , Cu и Mo ) базируется на свойстве аминокислот образовывать комплексные соединения с металлами по типу хелатизации . Эти «аминокислотные комплексы металлов имеют октаэдрическое строение, причем два остатка аминокислоты связаны с центральным атомом металла амино — и карбоксильными группами, а свободные координационные связи заняты водой. Особой устойчивостью отличаются комплексы с аминокислотами, имеющими функциональные боковые цепи, как например, гистидин, азот имидазола в котором образует дополнительную (третью) связь с центральным атомом» [12].
В силу того, что в самом растении «в реакциях комплексообразования с микроэлементами принимают участие различные органические соединения содержащиеся в них: аминокислоты, пептиды, белки» [13] и т.п., комплексы Аминофол не являются чужеродными и полностью усваиваются растением. Высокую степень усвоения элементов питания без риска фитотоксичности обеспечивают: Глютаминовая кислота; Цистеин; Глицин; Гистидин и Лизин, которые образуют хелатные соединения с микроэлементами, а Тирозин, Аргинин, Аланин, Пролин , Серин , Треонин и Валин стимулируют метаболизм, и способствуют лучшему усвоению питательных веществ даже в стрессовых ситуациях. Линия Аминофол обеспечивает эффективное лечение хлорозов при возникновении дефицита, а при своевременном применении отлично удовлетворяет индивидуальные потребности с/х культур в мезо- и микроэлементах.
Аминофол Плюс – специальный антистрессовый агрохимикат с высоким (59%) содержанием свободных протеиногенных аминокислот, применение которого помогает растениям преодолевать стрессовые ситуации, стимулирует метаболизм и усвоение питательных веществ, что существенно повышает урожайность и качество продукции даже в неблагоприятных условиях.
Аминофол NPK – специальный агрохимикат содержащий макроэлементы N -5, P -15, K -10 и 32% аминокислот. Применение Аминофол NPK помогает преодолевать не только стрессовые ситуации, стимулируя метаболизм, рост и развитие растений, но и повышает устойчивость к заболеваниям, т.к. фосфор и калий в нем находятся в форме фосфита калия, который запускает функцию эндогенной защиты растения, стимулируя синтез фитоалексинов – антибиотиков продуцируемых самим растением.
Агрохимикаты « Максифол Рутфарм » — стимулятор корнеобразования и антистрессант « Максифол Динамикс », кроме специфических аминокислот содержат концентрированный экстракт морских водорослей Ascophyllum nodosum , который богат биологически активными веществами, антиоксидантами , альгиновой кислотой и фитогормонами: цитокинином, ауксином, гиббереллином и глицинбетаином . Эти активные компоненты усиливают устойчивость растений к стрессам различной этиологии, и способствуют повышению количественных и качественных параметров урожайности.
Библиографический список:
Источник