Сельское хозяйство/3. Земледелие, грунтоведение и агрохимия
К.х.н. Смирнова Т.И.,
д.с-х.н. Барановский И.Н., Малахаев Е.Д.
Тверская государственная
сельскохозяйственная академия, Россия
Биологическая активность боратных комплексов на
основе комплексонов, производных
янтарной кислоты
С минеральным питанием растений в условиях
недостатка или избытка необходимых химических элементов в почве связано много
эколого-физиологи-ческих проблем [1]. Почвы
Нечерноземной зоны в подавляющем
большинстве характеризуются низким
содержанием большинства необходимых растениям микроэлементов, в том числе и
бора, потребляемого растительными организмами в относительно больших количествах. Необходимость бора для растений
установлена более полувека назад, а
недавно обнаружено, что он требуется и животным [2]. Однако до последнего времени остаётся неясным, как реализуются его функции, в какие конкретные
биохимические реакции он включён и каков механизм его участия в отдельных
обменных процессах. Значительное
количество бора сосредоточено в клеточной стенке. При его недостатке физические свойства клеточной стенки
значительно изменяются, что сопровождается быстрым ингибированием растяжения и
деления клеток. Эти нарушения, как
предполагают, приводят к «каскадному
эффекту» и к последовательным
изменениям в комплексе взаимосвязанных обменных процессов. Известно, что
бор некоторым образом участвует в
метаболизме углеводов, нуклеиновых кислот, ростовых веществ, фенолов; входит в
состав клеточных стенок растений в форме комплексов с пектинами, влияет на транспорт сахаров, процессы дыхания, функционирования плазмалеммы, растяжения и деления растительных
клеток [3]. Поэтому актуальной является задача повышения содержания соединений
бора в почах сельхозугодий доступными и
экологически безопасными методами.
Бор поглощается растениями в форме
борат-анионов, которые могут образовывать хелатные комплексы с
некоторыми эффективными хелатантами.
К числу таких лигандов относятся комплексоны, производные янтарной
кислоты (КПЯК): этилендиаминдиянтарная кислота
(ЭДДЯК) и
транс-1,2-диаминоцик-логександиянтарная кислота (ДЦГДЯК) [4 – 6]. Как свойства, так и биологическая активность боратных комплексов на основе этих лигандов , мало
исследованы, но представляются
интересными не только с теоретических, но и с практических позиций, поскольку
микроэлементы лучше всего усваиваются
растениями в форме комплексных соединений [7,8].
Целью наших экспериментов было выяснение
характера воздействия боратных комплексов на основе КПЯК на химический состав
культивируемых растений в сравнении с результатами воздействия традиционного
борного микроудобрения – борной кислоты.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В лабораторных экспериментах исследовали влияние
борат-этилендиаминди-сукцинатного и циклогександиаминдисукцинатного комплексов
на проростки льна-долгунца Linum usitatissimum
(L.);
этилендиаминдисукцинатного комплекса – на культивируемое лекарственное
растение каланхоэ перистое Кalanchoe pinnata
(Lаm.),
проростки яровой пшеницы Triticum aestivum
(L.); в
мелкоделяночном полевом опыте – влияние
этилендиаминдисукцинатного комплекса на
топинамбур Helianthus tuberosus
(L.).
Влияние боратных комплексов на всхожесть и первые стадии развития льна
(сорт «Ленок») исследовали, проращивая
семена в чашках Петри на фильтровальной бумаге, увлажненной 0,002М растворами H3BO3
,
ЭДДЯК, В-ЭДДЯК, ДЦГДЯК и В-ДЦГДЯК; в
контрольных вариантах - H2Odest . Вода и растворы были взяты в объёмах по 20 мл. В опытах
определяли всхожесть семян, биомассу 7-дневных проростков и содержание в
листьях проростков фотосинтетических пигментов [9]. Аналогично исследовали воздействие В-ЭДДЯК на всхожесть яровой пшеницы сорта «Иволга» и содержание фотосинтетических пигментов в
проростках злака.
Укорененные черенки каланхоэ перистого,
полученные от одного растения, трёхкратно с интервалом в четыре недели
обрабатывали 0,0015М растворами H3BO3, ЭДДЯК и В-ЭДДЯК , взятыми в объёме 20 мл. На каждую
параллель опыта были использованы по 5 растений. Контрольными служили растения,
обработанные одновременно с опытными дистиллированной водой. По прошествии недели после 3-й обработки
определяли общую площадь листовой поверхности растений, содержание
фотосинтетических пигментов [9], сахаров [10] и суммарное содержание пектиновых веществ в [10].
В полевом опыте исследовали влияние обработки
боратным комплексом В-ЭДДЯК на содержание общего белка, инулина и фруктозы в
клубнях топинамбура. В течение
вегетационного периода растения топинамбура
сорта "Скороспелка" до фазы цветения дважды с интервалом в 1 месяц опрыскивали раствором, содержащим В-ЭДДЯК, и взятыми для сравнения
растворами борной кислоты и ЭДДЯК с концентрацией 0,0015 моль/л из расчета 200
мл на растение. Контрольные растения одновременно с опытными опрыскивали дистиллированной водой.
После уборки клубней в них
спектрофотометрическим методом (спектрофотометр СФ-56) определяли содержание инулина, фруктозы [11]
и общего белка [12], поскольку уровень содержания белка служит показателем
обмена азотсодержащих веществ в
растении и в значительной мере влияет на качество пищевого сырья.
Фруктозу определяли в водно - этанольном экстракте при λ=486нм , инулин – в водном экстракте
при λ=513нм, а общий белок – в
боратном буфере при λ= 260 и
280нм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты выполненных исследований приведены в
таблицах 1 – 4.
Таблица 1. Влияние соединений бора на всхожесть льна,
биомассу и пигментный состав проростков
|
№
п/п |
Воздействую-щее
вещество раствора для обработки |
Всхожесть,
% |
Биомасса
проростков, % от контроля |
Фотосинтетические
пигменты, мг/100 г |
|
|
Хлорофилл
(а+в) |
каротиноиды |
||||
|
1. |
– |
73 |
100 |
102,6 ±
2,2 |
45,4 ± 1,0 |
|
2. |
Н3ВО3 |
70 |
71 |
127,4 ±
3,0 |
61,9 ± 3,0 |
|
3. |
В-ЭДДЯК |
77 |
106 |
144,8 ±
1,7 |
50,4 ± 1,0 |
|
4. |
ЭДДЯК |
80 |
93 |
115,4 ±
1,7 |
54,2 ± 0,9 |
|
5. |
В-ДЦГДЯК |
58 |
76 |
109,9 ±
2,0 |
44,9 ± 1,0 |
|
6. |
ДЦГДЯК |
55 |
42 |
91,8 ± 1,8 |
38,0 ± 1,5 |
Таблица 2. Влияние
соединений бора на всхожесть пшеницы, биомассу и пигментный состав проростков
|
№
п/п |
Воздейст-вующее
вещество раствора для обработки |
Всхожесть,
% |
Биомасса
проростков, % от контроля |
Фотосинтетические
пигменты, мг/100 г |
||
|
Хлорофилл
(а+в) |
β-каротин |
ксантофиллы |
||||
|
1. |
– |
97 |
100 |
94,1
± 0,3 |
4,3
± 0,1 |
8,8
± 0,1 |
|
2. |
Н3ВО3 |
94 |
104 |
103,7
± 0,4 |
8,1
± 0,1 |
11,4
± 0,2 |
|
3. |
В-ЭДДЯК |
97 |
112 |
110,2
± 0,6 |
13,9
± 0,3 |
19,6
± 0,3 |
|
4. |
ЭДДЯК |
95 |
110 |
100,6
± 1,0 |
8,3
± 0,1 |
12,3
± 0,3 |
Таблица 3. Влияние соединений бора на каланхоэ
перистое
|
№
п/п |
Воздейст-вующее
вещество раствора для обработки |
Хлорофилл
(а+в), мг/100г |
Каротиноиды, мг/100г |
Пектиновые
вещества, % |
Растворимые
сахара, мг/100г |
Общая
площадь листовой поверхности, % от
контроля |
|
1. |
– |
67,2
± 2,0 |
4,7
± 0,2 |
7,0
± 0,5 |
74,5
± 0,2 |
100 |
|
2. |
H3BO3 |
52,5
± 3,2 |
6,8
± 0,3 |
9,6
± 0,2 |
37,4
± 0,1 |
118 |
|
3. |
B-ЭДДЯК |
57,5
± 2,1 |
7,3
± 0.1 |
8,3
± 0,1 |
90,7
± 0,4 |
258 |
|
4. |
ЭДДЯК |
70,1
± 2,2 |
12,0
± 0,5 |
8,8
± 0,4 |
79,2
± 0,1 |
145 |
Таблица 4. Влияние соединений
бора на содержание питательных веществ в клубнях топинамбура
|
№ п/п |
Воздействующее вещество раствора для обработки |
Массовая
доля, ω % |
||
|
фруктоза |
инулин |
общий
белок |
||
|
1 |
– |
2,5±0,1 |
13,5±0,6 |
1.52±0,08 |
|
2 |
Н3ВО3 |
2,4±0,1 |
16,2±0,6 |
1,46±0,09 |
|
3 |
В-ЭДДЯК |
3,1±0,2 |
21,9±0,9 |
1,41±0,09 |
|
4 |
ЭДДЯК |
2,7±0,1 |
16,1±0,5 |
1,49±0,07 |
Проращивание семян в растворе
борат-этилендиаминдисукцината (В-ЭДДЯК)
существенно увеличивало уровень
содержания хлорофилла в проростках
опытных растений (табл.1). Некоторое
увеличение биологически активных веществ
вызвала также обработка борной кислотой и свободным лигандом ЭДДЯК. Свободный лиганд ДЦГДЯК и его боратный
комплекс в представленном опыте проявили отрицательную биологическую
активность, понижая всхожесть и биомассу проростков. Кроме того, под
действием ДЦГДЯК ухудшался и пигментный состав проростков
льна, что, возможно, связано с
более высокой хелатирующей по
сравнению с ЭДДЯК способностью этого
комплексона [5], следствием чего является значительное смещение
металло-лигандного гомеостаза в
растительном организме.
Как свидетельствуют данные, приведенные в
таблицах, обработка растений раствором борат-этилендиаминдисукцината
существенно увеличивала уровень
содержания хлорофилла в листьях и проростках опытных растений, сахаров и
пектина в листьях каланхоэ, инулина и фруктозы в клубнях топинамбура. Некоторое
увеличение биологически активных веществ
вызвала также обработка борной кислотой и свободным лигандом. По-видимому, в метаболические процессы
растений включается не только бор, но и комплексон как дополнительный источник органического углерода и аминного
азота. При этом в составе
комплекса компоненты испытуемого препарата оказываются для
растений более доступными, чем каждый по отдельности.
Характерное для топинамбура невысокое
содержание общего белка существенно не изменилось ни в одном из вариантов опыта. Можно предполагать, что при
внекорневом внесении боратного комплекса
аминный азот лиганда некоторым образом усваивается надземной частью
растений и, не попадая в состав
полипептидов клубней, включается в
процессы синтеза иных азотсодержащих метаболитов растения.
По результатам поставленного эксперимента можно
сделать заключение о значительно более высокой биологической активности
боратного комплекса ЭДДЯК по сравнению с некоординированным боратом и
предположить возможность практического
использования этого соединения как новой формы борного микроудобрения,
увеличивающего содержание запасных и других биологически активных соединений в
культивируемых растениях.
Влияние боратного комплекса ДЦГДЯК, показавшего на проростках льна
отрицательную биологическую активность,
представлялось бы интересным исследовать на иных технических и декоративных культурах, не ограничиваясь
единственным опытом.
Авторы выражают благодарность кафедре
льноводства и кафедре растениеводства и общего земледелия ТГСХА за предоставленные для опытов семена
льна, пшеницы и клубни топинамбура.
Литература:
1. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П.,
Кобзаренко В.И. Агрохимия. М. «Колос». 2002.
С. 107, 296.
2. Оберлис Д., Харланд Б.,
Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных.
СПб. Наука. 2008. С. 415.
3. Физиология растений
(под ред. И.П. Ермакова). М. «Академия». 2007. С. 414 – 415.
4. Горелов И.П., Самсонов
А.П., Никольский В.М., Бабич В.А., Светогоров Ю.Е., Смирнова Т.И., Малахаев
Е.Д., Козлов Ю.М., Капустников А.И. Синтез и комплексообразующие свойства
комплексонов, производных дикарбоновых кислот. Синтез
комплексонов, производных
янтарной
кислоты. // Журнал
общей
химии. 1979. 49, № 3. С. 659 – 663.
5. Смирнова Т.И., Малахаев Е.Д. Исследование
комплексообразования ионов ЩЗМ с
транс-1,2-диаминоциклогексан-N,N1-дималоновой и
транс-1,2-диаминоциклогексан-N,N1-диянтарной кислотами.
Сб. «Химия поверхностно-активных веществ и комплексонов». Калинин, КГУ.
1984. С. 25-29.
6. Светогоров Ю.Е., Смирнова Т.И., Халяпина
Я.М., Беляева И.А. Влияние
комплексонов, производных янтарной кислоты,
на содержание фотосинтетических пигментов в проростках пшеницы. //
Физиология и биохимия культ. растений.
2011. 43, №5, С. 392 – 396.
7. Островская Л.К. Комплексоны и комплексонаты металлов и их значение для питания растений
металлами-микроэлементами. // Физиология и биохимия культ. растений. 1986. 18, №6, С. 591 – 603.
8. Горелов И.П., Никольский
В.М., Мухометзянов А.Г., Абрамовская Н.Н., Рясенский С.С., Мясникова О.Е.,
Пугаев А.В., Майорова Л.А., Комплексоны, производные дикарбоновых кислот. //
Химия в сельском хозяйстве. 1987. 25, № 1.
С. 48 – 49.
9. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М. ACADEMA. 2009.
С. 46 – 63.
10. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М.
«Колос». 1985. С.122.
11. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы
определения органических соединений. М. Химия.1975. С.205.
12. Практикум по физиологии растений (под ред.
Н.Н. Третьякова). М. "КолосС". 2003. С.161.