Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК
ІНСТИТУТ РОСЛИННИЦТВА ім. В.Я.ЮРЄВА
Леонтович Валерій Петрович
УДК 577.121:631.531.01:633.11
КОРЕНЕВІ ЕКЗОМЕТАБОЛІТИ ПРОРОСТАЮЧОГО
НАСІННЯ ПШЕНИЦІ, ЇХ ОДЕРЖАННЯ, ДОСЛІДЖЕННЯ ТА
ВИКОРИСТАННЯ В РОСЛИННИЦТВІ
06.01.09 - рослинництво
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Харків - 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському державному аграрному університеті ім. В.В. Докучаєва
Міністерства агропромислового комплексу України
Наукові керівники: - дійсний член Міжнародної Академії наук вищої школи,
кандидат сільськогосподарських наук, професор
Наумов Герман Федорович
- доктор біологічних наук, старший науковий співробітник
Божков Анатолій Іванович, НДІ біології при ХДУ,
зав. відділом молекулярної біології та біотехнології
Офіційні опоненти: -доктор біологічних наук, професор, Заслужений робітник сільського
господарства України Цибулько Володимир Сергійович, Інститут
рослинництва ім. В.Я. Юрєва УААН, ведучий науковий
співробітник
-кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий
співробітник Полковник Раїса Пилипівна, Інститут
тваринництва УААН, вчений секретар
Провідна установа: Центральний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, м. Київ
Захист відбудеться “ 23 “ березня 1999 р. о 13 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д. 64.366.01. в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юрєва,
310060, м. Харків, Московський проспект, 142, тел. 92-23-78
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту рослинництва ім. В.Я. Юрєва,
м. Харків, Московський проспект, 142
Автореферат розісланий “ 17 “ лютого 1999 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Бондаренко Л.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Важливим завданням сучасної сільськогосподарської науки є розробка способів одержання біологічно активних речовин та їх використання в практиці рослинництва. Кореневі виділення - важливе джерело одержання біологічно активних речовин. Вивчення біологічних властивостей кореневих виділень проростаючого насіння польових культур є важливою та перспективною ділянкою досліджень.
Актуальність теми. Для дослідників особливо цікавими є питання специфічності та поліфункціональності дії цих речовин. До їх складу входять лектини, органічні кислоти, хінони, феноли, амінокислоти та інші біологічно активні речовини ( Putman A. et al., 1983; Rice E., 1985; Гродзінський А.М. та ін., 1987 ).
Вже накопичилась велика кількість робіт, на підставі яких можливо скласти широке уявлення про біологічно активні виділення ( екзометаболіти) проростаючого насіння. Проте, результати досліджень фрагментарні та часом носять суперечливий характер. Комплексний підхід до вивчення складу, агрегатного стану, біологічних функцій кореневих виділень проростаючого насіння дозволяє виявити їх складність і поліфункціональність дії, розробити основи практичного використання їх у рослинництві.
Звязок роботи з науковими програмами. Дослідження по дисертації виконані в рамках тематичного плану Харківського державного аграрного університету ім.В.В. Докучаєва за темою:"Розробка теоретичних основ та практичних методів одержання біологічно активних речовин стимулюючої та регулюючої дії із проростаючого насіння - донора", № державної реєстрації 194U023437, а також в рамках державної науково - технічної програми "Біопрепарати комплексної дії як альтернатива хімічним засобам в АПК".
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження було вивчення біологічних властивостей, складу та активності кореневих екзометаболітів проростаючого насіння пшениці, розробка
способу їх одержання та використання в рослинництві.
В задачі дослідження входило:
1.Дослідити особливості видільної системи проростків пшениці;
2.Визначити ліпідний склад кореневих екзометаболітів;
3.Розробити технологію одержання біологічно активних кореневих
екзометаболітів прорастаючого насіння пшениці;
4.Дослідити вплив екзометаболітів на різні рослинні обєкти;
5.Дослідити фітонцидну та антибактеріальну активність кореневих екзометаболітів;
6.Вивчити поліфункціональність дії кореневих екзометаболітів;
7.Оцінити перспективність та ефективність використання кореневих екзометаболітів в рослинництві.
Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена технологія одержання сухої речовини Алелостим із екзометаболітів проростаючого насіння озимої пшениці ( патент 18419(UA) України, патент 2095956(RUS) Росії ). Встановлено якісний та кількісний ліпідний склад коренів та кореневих екзометаболітів проростків пшениці. Встановлено антибактеріальний ефект очищених ліпідів кореневих екзометаболітів. На різних біологічних обєктах показана поліфункціональність їх дії. На основі використання сухої речовини Алелостим створено ефективне поживне середовище для пророщування пилку культурних рослин (патент 9982 (UA) України ). Розроблений та впроваджений у практику рослинництва спосіб для передпосівної обробки насіння зернобобових культур
( патент 8741 (UA) України ). Показана перспективність використання кореневих екзометаболітів проростаючого насіння в рослинництві та інших галузях.
Практичне значення одержаних результатів. Спосіб для передпосівної обробки насіння бобових культур підвищує ефективність різобіального симбіозу, збільшує рівень азотфіксації та урожайність цих культур. Поживне середовище для пророщування пилку стимулює проростання пилку та ріст пилкових трубок, що може використовуватися для обробки важкозапилюваних рослин, з метою підвищення їх урожайності. Очищені ліпіди кореневих екзометаболітів можуть
практично використовуватися в якості антибактеріальних, не токсичних засобів.
В залежності від дози Алелостим виявляє як стимулюючий так і інгібіруючий ефект, що знайде широке застосування не тільки у сільському господарстві, а і у мікробіологічній промисловості, біотехнології, медицині та інших напрямках.
Особистий внесок здобувача. Дисертант приймав особисту участь в розробці методології і програми досліджень, їх виконанні, в оформленні і подачі заявок на винаходи. Здобувач - автор технології одержання сухої речовини Алелостим (дольова участь 70%), поживного середовища для пророщування пилку (дольова участь 30%), способа для передпосівної обробки насіння зернобобових культур (дольова участь 40%). Із спільних наукових експериментів і публікацій здобувач використав при згоді співавторів спільну частину результатів.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Міжнародній науковій конференції "Біотех - 95": “Біотехнологія одержання кормового білка, екологічно чистих препаратів, що підвищують урожайність, преміксів, ферментів та вітамінів кормового призначення” (Дніпропетровськ, 1995); на семінарах лабораторії біологічної стимуляції насіння і рослин ХДАУ ім. В.В.Докучаева та НДІ біології ХДУ; запатентовані розробки ( 8741, 9982, 18419, 95321061 ) використовуються в сільськогосдарському виробництві.
Публікації. За основними матеріалами дисертації опубліковано 4 роботи та одержано 4 патента.
Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 142 сторінках і складається із вступу, огляду літератури, методів та результатів досліджень, висновків, пропозицій виробництву та списку використаної літератури. Робота містить 19 таблиць, 11 малюнків, 2 діаграми та 9
додатків. Список використаної літератури включає 148 джерел.
МАТЕРІАЛ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
Пшеничні екстракти із виділень проростаючого насіння отримували в один час доби протягом 5 днів. Динаміку наростання екзометаболітів вивчали на СФ-26 при 940 нм. Вимірювали окислювально - відновний потенціал і рН екстрактів з 1 по 5 добу пророщування на рН - 121. Кількість
кореневих виділень та морфо-біометричні зміни всмоктуючої зони кореня, що росте, в залежності від способу передпосівної обробки вивчали на насінні гороху Уладівський 10 та оз. пшениці Альбідум 114. Насіння обробляли водою, пшеничним екстрактом, різоторфіном, суспензією екстракт-різоторфін в кількості 3% від їх маси та пророщували протягом 3 діб. Мікроскопічно аналізували площу кореневих виділень, кількість кореневих волосків, їх довжину та ширину. Для біометричних вимірювань використовували МБІ - 11, МЛ - 1, окулярну сітку, окуляр-мікрометр та обєкт-мікрометр. Кореневі виділення обробляли 3,7%-вою метиленовою синню. Математичну обробку проводили по Доспехову Б.А. ( 1985 ). Фотографували з використанням мікрофотонасадки МФН - 3.
Свіжий пшеничний екстракт отримували за технологією, розробленою проф. Наумовим Г.Ф. (А.С. 425569 СССР, 1974 ), котрий охолоджували та центрифугуванням відокремлювали крохмаль. Отриманий центрифугат висушували при низькій температурі у вакуумі на ОЕ - 960 і переводили у порошкуватий стан. Вивчали спектральні характеристики свіжого екстракту та його сухого аналогу ( речовини Алелостим ) в діапазоні хвиль від 400 до 750 нм на регіструючому спектрофотометрі СФ-14.
Із коренів та ліофільно висушених екзометаболітів, отриманих із триденних проростків пшениці, екстрагували ліпіди послідовно сумішшю хлороформ:метанол (2:1) та хлороформ:метанол:вода (1:2:0,8) і отриманий екстракт упарювали під вакуумом. Ліпіди екстракту розчиняли в хлороформі та хроматографічно розділяли на пластинах Silufol. Визначали вміст кожної із фракцій спектрофотометрично (400 нм) по калібровочним кривим та висловлювали у мкг/мг ліофільно висушених екзометаболітів. Аналіз ліпідів триденних проростків та їх екзометаболітів проводили в однакових умовах. Експерименти повторювали трикратно в чотирьох аналітичних повтореннях. Результати обробляли за критерієм Стьюдента.
Вивчали вплив речовини Алелостим на різогенез квасолі методом біотестування за Турецькою Р.Х. За контроль приймали укорінення квасолі у воді. Гетероауксин готували в концентрації 40 мг/мл, а 4,62 г. Мурасига-Скуге (Serva) розчиняли в 1л. дестильованої води. Алелостим використо-вували в 100, 25 та 10% - вої концентрації. Робочу і загальну адсорбуючу поверхню кореневої
системи визначали методом Сабініна Д.А.-Колосова Н.М., їх обємометром виміряли обєм коренів. Три незалежні експерименти у чотирьох повтореннях обробляли статистично (Доспехов Б.А. 1985).
В поживне середовище для пророщування пилку ввели додатковий компонент, - речовину Алелостим (110 -110 мас.%). Вивчали проростання пилку тютюну запашного, груші звичайної, яблуні сливолистної, чубушника вінцевого (форма золотиста) та Лобелії Ереніус. Пилок проро- щували у висячих краплях досліджуваного середовища при температурі 23-30С протягом 12 годин. Контролем була звичайна дестильована вода з сахарозою різної концентрації (10 - 20 ас.%).
Експерименти проводили у трикратній повторності з підрахуванням через 12 годин пророслих пилкових зерен у трьох полях зору мікроскопу. Вимірювали 20 пилкових трубок по кожному досліджуваному середовищу.
Досліджували вплив кореневих екзометаболітів на розмноження бульбочкових бактерій Rhizobium L., які розводили в пшеничному екстракті та визначали інтенсивність їх розмноження прямим мікроскопуванням у тонкому шарі лічильної камери Хаукслі. Для підвищення урожайності зернобобових культур нами запропонований спосіб для передпосівної обробки насіння цих культур, що вміщує препарат бульбочкових бактерій (різоторфін) та розчинник (водний розчин кореневих екзометаболітів) в співвідношенні 2,8 : 97,2 мас.% відповідно.
Польові дослідження по вивченню впливу передпосівної обробки насіння гороху Уладівський 10 виконували на дослідному полі Харківського агроуніверситету в 1991 - 1993 роках. Передпосівну обробку насіння водою, різоторфіном, екстрактом та суспензією екстракт - різоторфін проводили у кількості 3,0-3,5% від їх маси. Облікова площа ділянок 25м . Розміщення варіантів рендомізоване у чотирикратній повторності. Енергію проростання, схожість визначали за держстандартом 12038-84, аналіз структури урожаю за методикою Писарева В.Є.(1964). Вміст білку у зерні гороха аналізували методом інфрачервоної спектроскопії на аналізаторі Інфрапід - 61 (Кріщенко В.П. та інші, 1986). Дані польових дослідів обробляли методом дисперсійного аналізу за Доспеховим В.А. (1985).
Гідропонний зелений корм вирощували на вегетаційних поверхнях розробленої установки
протягом 7 діб до фази пасовищної стиглості ячменю (11-15см.) в штучних умовах світлового та кореневого живлення. Застосовували систему поливу підтопленням, три рази на добу через 8 годин. Тривалість світлового періоду 10-12 годин на добу з освітленням вегетаційної поверхні 1000 - 1200 люкс. Дослідження впливу різних поживних розчинів для зволоження посіву ячменю на ріст зеленої маси та її якість проводили з використанням мінеральних поживних сумішів Ріхтера, Гельрігеля, Хогленда-Арнона та 50%-го водного розчину речовини Алелостим взятої у кількості 3 % від маси зволожуючих розчинів. Структуру урожаю корму виражали масою зелених матів, висотою рослин, сирою масою листя, масою кореневого шару. Вміст протеіну, жиру, клітковини та золи в листі зеленого корму визначали методом інфрачервоної спектроскопії на аналізаторі Інфрапід - 61 ( Кріщенко В.П. та інші, 1986).
Галофільну водорость Dunaliela viridis Teod вирощували в акваріумах з підвищеним вмістом хлористого натрію (до 3М) при круглодобовому освітленні (60 ват/м ), температурі 25С і рН 8-8,5. Речовину Алелостим вносили в культуральне середовище водорості у концентрації 510, 110, 1 10 , 110 мг/мл, після пересадки водорості на свіже середовище. Динаміку її росту визначали спектрофотометрично при 540 нм з 2-го по 8-й день культивування. Три незалежні експерименти у трикратній повторності обробляли статистично за критерієм Стьюдента.
На культурі водорості Paramaecium caudatum L. біотестуванням визначали фітонцидну активність свіжого пшеничного екстракту та його сухого аналогу в залежності від вмісту в їх складі крохмалю. Висячу краплю культури на предметному склі поміщали над часовим склом з кореневими екзометаболітами свіжого екстракту та його сухого аналогу з крохмалем та без нього. Прямим мікроскопуванням визначали час закінчення руху водоростей та розрахунковим методом встановлювали фітонцидну активність (Гродзинський А.М., 1973).
Дослідження антибактеріальної активності ліпідних екстрактів екзометаболітів проростків пшениці проводили за загально вживаним методом визначення діаметру вільної від мікроорганізмів зони ( Максимова І.В. та інші, 1984 ), для чого використовували мікроорганізми Escherіchia coli, Staphylococcus aureus, Рseudomonas aeruginosae та Streptococcus. Порівнювали з антибіотиками (гентоміцином та поліміксином), а також з чистим хлороформом. Антибактеріальну активність антибіотиків приймали за 100 %, бактеріцидність ліпідних екстрактів екзометаболітів висловлювали у відсотках від активності антибіотиків.
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Дослідження видільної системи проростків пшениці.
Розробляючи практичні основи одержання кореневих екзометаболітів вивчали найбільшу видільну здатність проростаючого насіння. Встановили, що коефіцієнт пропускання водного
розчину кореневих екзометаболітів найбільше змінюється з першої по третю добу проростання. Найбільше виділення екзометаболітів спостерігається у перші три доби. При цьому рН водного розчину їх зміщується у бік підвищення кислотності до 4,7 од. рН, а на пяту добу кислотність знижується. Це погоджується з зростанням активності іонів водню у процесі росту кореня з першої по четверту добу у 19 разів та зменшенням цього показника на пяту добу, що відповідає зміні рН. Окислювально-відновний потенціал розчину екзометаболітів також зазнає глибоких змін. Так на першу добу він мав найбільше значення, потім зменшився у 13 разів із незначним підйомом на четверту та пяту добу росту кореня. Висока лабільність цих показників свідчить про швидкі як якісні, так і кількісні зміни складу компонентів екзометаболітів. Вивчення ряду приведених показників дозволяє побічно охарактеризувати зміни видільної системи кореня в процесі його розвитку та встановити, що третя доба є найбільш сприятливою для отримання якісного розчину кореневих екзометаболітів. Вплив різних способів передпосівної обробки насіння гороху Уладівський 10 на кількість кореневих виділень та морфо - біометричні зміни всмоктуючої зони ростучого кореня, представлені в табл.1.
Таблиця 1
Площа слизових виділень та зона всмоктування ростучого кореня в залежності
від способу передпосівної обробки насіння гороху.
Спосіб Площа Кореневі волоски
предпосівної слизового
обробки чохла Кількість Ширина Довжина
насіння
2 % до % до % до % до
мікрон контр. Штук контр. Мікрон контр. Мікрон контр.
Сухе насіння,
контроль 483728,9 100,0 78 100,0 14,94 100,0 251,23 100,0
Зволоження
водою 616962,0 127,5 71 91,0 15,25 102,1 245,92 97,2
Інокуляція
різоторфіном 555458,0 114,8 67 85,9 14,66 98,1 249,21 99,2
Збагачення
екстрактом 643870,0 133,1 74 94,9 14,15 94,7 197,57 78,6
Збагачення
екстрактом і 945624,0 195,5 145 185,9 14,17 94,9 323,60 128,8
різоторфіном
НІР 8698,97 9,15 1,18 37,67
05
Пpимітка: кількість коpеневих волосків, їх шиpина та довжина виміряні на
відстані 1280 мікpон зони всмоктування коpеня.
Передпосівна обробка насіння гороху пшеничним екстрактом підвищила площу кореневих виділень у 1,3 рази, а суспензія екстракт - різоторфін у 2 рази та збільшила кількість кореневих волосків зони всмоктування і їх довжину у 1,9 та 1,3 рази відповідно, у порівнянні з контролем. Інші види обробки не виявили вірогідного впливу на формування зони всмоктування.
Таким чином, найбільша кількість кореневих виділень та максимальне збільшення зони
всмоктування у гороха спостерігаються при обробці насіння суспензією екстракт - різоторфін.
Технологія одержання сухої речовини Алелостим.
Свіжий пшеничний екстракт використовується в рослинництві для передпосівної обробки
насіння польових культур з метою підвищення їх урожайності. Але, він має значні недоліки - низьку технологічність ( через 2-4 години втрачає активність, не зберігається ), в результаті чого не
отримав достатнього поширення у сільськогосподарській практиці. Технологія одержання сухої речовини Алелостим із водного розчину кореневих екзометаболітів проростаючого насіння
пшениці складається із 3 етапів ( рис.1 ). Свіжий екстракт отримували по технології професора Наумова Г.Ф. ( А.с.425569 СССР, 1974 ). Потім його заморожували та су шили при охолодженні у вакуумі (2 етап). Висушені кореневі екзометаболіти переводили у порошкуватий стан (3 етап). Для приготування водного розчину сухої речовини, кількість розчинника ( води ) беруть виходячи із його титру. Титр сухої речовини - 0,004472. Суха речовина Алелостим зберігає довгий час біологічну активність та забезпечує високу технологічність використання в рослинництві.
ВІДДІЛЕННЯ
ЗМИВ НЕАКТИВНОЇ
I ЕТАП- НАСІННЯ ПРОРОЩУВАННЯ ЕКЗОМЕТА- ФРАКЦІЇ
НАСІННЯ БОЛІТІВ ЦЕНТРИФУГУВАННЯМ
|
- ЕЛІТА - ТЕМПЕРАТУРА - ВОДА ХОЛОД
- СУПЕРЕЛІТА - ВОЛОГІСТЬ
- ТЕМРЯВА
ЗАМОРОЖУВАННЯ
АКТИВНОЇ СУШКА
II ЕТАП- ФРАКЦІЇ
ЕКСТРАКТУ
ХОЛОД ВАКУУМ ОХОЛОДЖЕННЯ ПІДІГРІВ
КАМЕРИ ВИСУШУВАНОГО МАТЕРіАЛУ
ПЕРЕВІД
СУХОЇ РЕЧОВИНИ УПАКОВКА ТА
III ЕТАП- У ПОРОШКУВАТИЙ ГЕРМЕТИЗАЦІЯ
СТАН ПРОДУКТУ
- ХОЛОД; УЛЬТРАЗВУКОВЕ ПОДРІБЛЕННЯ
Рис.1 Блок-схема технологічного процесу одержання сухого пшеничного екстракту
(речовини Алелостим) із екзометаболітів проростаючого насіння пшениці.
Ліпідний склад кореневих екзометаболітів.
Проведено якісне та кількісне дослідження ліпідного складу коренів та кореневих екзометаболітів триденних проростків пшениці як найменш вивчених компонентів видільної системи ( табл.2 ). Встановлено, що 54% всіх ліпідів коренів приходиться на фосфоліпіди, а 46% на нейтральні ліпіди.
Таблиця 2
Ліпідний та фосфоліпідний склад коренів триденних проростків
та їх екзометаболітів.
Л і п і д н и й с к л а д
Фракції Корені Екзометаболіти
мкг/мг % мкг/мг %
Фосфоліпіди 64,931,21 53,71,7 52,382,70 54,71,2
Триацилгліцеріди 10,650,89 8,70,4 0 0
Неетеpифіковані
жирні кислоти 11,671,59 9,40,9 14,080,63 15,10,6
Рослинні стероїди 9,471,09 5,90,7 0 0
Ефіри рослинних
стероїдів 28,301,10 23,20,3 27,961,14 30,30,3
Ф о с ф о л і п і д н и й с к л а д
Фосфатидилхолін 9,50,9 34,02,1 11,60,3 21,01,3
Фосфатидилетаноламін 4,00,8 14,32,3 9,60,6 17,10,8
Фосфатидилінозітол 4,30,8 15,42,9 13,51,3 23,91,5
Фосфатидна кислота 2,90,2 10,40,8 0 0
Кардиоліпін 3,20,7 11,50,6 10,30,8 18,41,2
Не індентифікована
фракція 4,00,5 14,31,3 10,90,6 19,60,7
В ліпідному складі екзометаболітів відсутні дві фракції нейтральних ліпідів. Фосфоліпідний склад коренів представлений 6 фракціями. Найбільша кількість, 34 % від всіх фосфоліпідів, припадає на фосфотидилхолін. Інші фракції представлені практично в близьких співвідношеннях і на кожну з них припадає від 10 до 15%. В фосфоліпідному складі кореневих екзометаболітів відсутня фосфатидна кислота. Відсутність фосфатидної кислоти та триацилгліцеридів (форми депонування ліпідів) свідчить про наявність специфічного механізму виділення ліпідних компонентів у середовище.
Дослідження показали, що ліпідний склад кореневих екзометаболітів відрізняється від ліпідного складу коренів. Так, фосфоліпіди та нейтральні ліпіди входять до їх складу у різних співвідношеннях.
Антибактеріальна активність кореневих екзометаболітів.
Дослідження антибактеріальної активності ліпідних екстрактів кореневих екзометаболітів показали, що ліпіди, перебуваючі у їх складі, не мають бактерицидних властивостей (табл.3). Вони не утворювали вільних від мікроорганізмів зон, а ліпіди, виділені із складу кореневих екзометаболітів та звільнені від звязку з іншими компонентами, очевидно, білками та вуглеводами, такі зони утворювали. Це вказує на тє, що ліпіди у складі екзометаболітів знаходяться у комплексах, можливо з білками. Так, ліпіди, виділені із складу екзометаболітів, для Pseudomonas aeruginosae утворювали вільну зону у 14 мм, що відповідає 88 % інгібіруванню росту у порівнянні з антибіотиками.
Таблиця 3
Антибактеріальна активність ліпідів кореневих екзометаболітів та антибіотиків.
Діаметр вільної від мікроорганізмів зони, мм.
Штами з генто- з полі- з загальн.з ліпідами,
міцином міксином екзомета- виділеними контроль
мікроорганизмів болітами із екзоме-
коренів таболітів
коренів
Escherichia coli --- --- 0 18,00,3 0
Staphylococcus --- --- 0 13,00,9 0
aureus
Pseudomonas 16,00,2 16,00,3 0 14,00,5 0
aeruginosae
Streptococcus --- --- 0 30,00,6 0
Примітка. 0 - відсутність антибактеріальної активності; контроль-
хлороформ (розчинник, яким екстрагували ліпіди з екзометаболітів).
Ріст інших мікроорганізмів пригнічувався ще більше. Дослідження показують, що ліпіди, виділені із складу екзометаболітів, виявляють бактеріцидну активність, близьку до активності стандартних атибіотиків.
Вплив кореневих екзометаболітів на різогенез квасолі.
Дослідження впливу кореневих екзометаболітів на активність різогенезу у порівнянні з широко використовуваними у практиці вегетативного розмноження укорінювачами (гетероауксином та Мурасига-Скуге) показали, що при обробці зеленої різки квасолі 25%-им Алелостимом додаткових корінців утворилось у 1,8 рази більше ніж на контролі, а при обробці гетероауксином та Мурасига-Скуге - відповідно у 1,3 та 1,7 рази. Обробка 25%-им Алелостимом збільшила довжину зони укорінювання різки квасолі у 1,7 рази. Отже, 25%-ий Алелостим не поступається за активністю різогенезу відомим укорінювачам. Можливо, він підсилює меристематизацію тканин, обводнення клітин та активізує обмін речовин, що позитивно впливає на коренеутворення.
Вплив кореневих екзометаболітів на проростання пилку.
Для пророщуваня пилку використовують поживні середовища, що вміщують дистильовану воду та сахарозу в оптимальних концентраціях ( 10 - 20 мас.%). Але вони не сприяють максимальному проростанню пилкових зерен та подовженню пилкових трубок. Для стимулювання цих процесів у поживне середовище для пророщування пилку ввели додатковий компонент -речовину Алелостим у концентрації ( 110 - 110 мас.% ) (табл.4).
Таблиця 4
Відсоток проростання (Р) та середня довжина пилкових трубок (L)
через 12 г. після пророщення пилку різних видів рослин.
Груша звичайна, Яблуня Чубушник вінцевий,
Види средовища "Любимиця Клаппа” сливолистна форма золотиста
(варіанти)
Р,% L,мкм Р,% L,мкм Р,% L,мкм
Контроль-
20% сахароза 4,5 615 76,3 424 41,3 203
Теж Алелостим,
мас.%:
0,1 0,0 -- 0,0 -- 0,0 --
0,01 19,4 198 55 352 0,0 --
0,001 87* 883 93* 719 45 512
0,0001 89* 914 94* 1099 91* 553
0,00001 95* 1231 97* 1685 89* 743
0,000001 91* 1053 90* 524 82* 563
0,0000001 85* 646 88* 661 69* 407
0,00000001 90,8* 666 92* 711 74* 378
* - вирогідно на 5% рівні значення
Дослідження свідчать, що пилок груші, яблуні та чубушника найбільш інтенсивно проростає на середовищі з вмістом 20% сахарози та 110 мас.% речовини Алелостим. При такій концентрації відсоток проростання пилку цих рослин у 21,1; 1,3 та 2,2 рази вищій, ніж на контролі, а довжина пилкових трубок - у 2,0; 3,9 та 3,6 рази відповідно. Кореневі екзометаболіти стимулюють проростання пилку, ріст пилкових трубок та ефективно діють у якості компоненту поживного середовища у низьких концентраціях. Це свідчить про можливість використання екзометаболітів у рослинництві для підвищення урожайності при обробці важкозапилюваних рослин, а також у селекційно-генетичних дослідженнях.
Вплив кореневих екзометаболітів та бактерій роду Rhizobium на урожайність
зернобобових культур.
Відомо, що кількість фіксованого рослинами азоту пропорційна кількості бульбочкових бактерій, що заразили корінь рослин. Вивчали вплив кореневих екзометаболітів на інтенсивність розмноження бульбочкових бактерій. Розведення бульбочкових бактерій у розчині кореневих екзо-метаболітів приводить до швидкого їх розмноження. Так, через 2 години інкубації кількість їх у підготовленій суспензії в 5,8 рази вища, ніж на контролі (рис.2). В наслідок цього спостерігається швидке їх розмноження і ефективне зараження коріння бульбочковими бактеріями. Передпосівна обробка насіння гороху Уладівський 10 суспензією екстракт - різоторфін підвищила урожайність
гороху у середньому за 3 роки на 5,6 ц/га або у 1,2 рази (рис.3). На контролі вона дорівнювала 29,0 ц/га, а при обробці кореневими екзометаболітами і різоторфіном - 34,6, тобто надбавка врожаю склала 19,3 %.
Рис.3. Урожайність гороху Уладівський 10 у залежності від способу перед-
посівної обробки насіння (1991-1993 рр.).
Економічний ефект з одного гектару буде дорівнювати різниці між ціною додаткової продукції з гектара ( прибавка врожаю ), отриманої за рахунок способу і витратами повязаними з його застосуванням ( вартість гектарної норми Алелостиму та різоторфіну ). Умовно чистий прибуток від застосування способу визначається за формулою
УЧП=А(Ун-Уб)-(БВР),
де А-ціна одного центнеру насіння гороху + 40% сортова надбавка (діючі ціни 1997 р.), грн.-26,0+10,40=36,40; Ун-урожай нового варіанту, ц/га-34,6; Уб -урожай базового варіанту, ц/га-29,0; Б-ціна одного граму речовини Алелостим, грн.-0,61; В-гектарна норма Алелостиму під горох, грам -27,0; Р-ціна гектарної норми різоторфіну, грн.-7,0.
УЧП=36,4(34,6-29,0)-(0,6127+7,0)=180,34 грн.
При витратах на впровадження 23,5 грн/га умовно чистий прибуток дорівнює 180,34 грн/га.
Кореневі екзометаболіти стимулюють розмноження бульбочкових бактерій та підвищують ефе-ктивність використання у практиці рослинництва препарату бульбочкових бактерій - різоторфіну.
Використання кореневих екзометаболітів у гідропонній культурі при вирощуванні
зеленого корму.
Дослідження можливості використання кореневих екзометаболітів у технології вирощування зеленого гідропонного корму показали, що промивні води, які вміщують 50% - ву речовину Алелостим, мають порівнювані показники як за структурою зеленого корму, так і за його хімічним складом з кормом, вирощеним при використанні мінеральних поживних сумішок Ріхтера,
Гельрігеля та Хогленда - Арнона (рис.4).
Використання кореневих екзометаболітів у складі зволожуючих розчинів при вирощуванні
зеленого корму за гідропонною технологією дозволяє не використовувати хімічні речовини та спростити технологію.
Вплив Алелостиму на розмноження водорості Dunaliella.
Перспективним джерелом отримання - каротину є водорость Dunaliella viridis Teod, яка містить до 3,5 % - каротину, тому досліджували вплив кореневих екзометаболітів на інтенсивність її розмноження. Введення в культуральне середовище Dunaliella Алелостиму в концентрації 110 мг/мл на 7 добу, збільшило ріст клітин водорості на 36 %, а в концентрації 110 - істотно його не змінювало. Збільшення концентрації до 110 призводило до сповільнення росту культури на
Перспективність використання речовини Алелостим.
Переваги сухої речовини Алелостим для сільськогосподарського виробництва полягають у тому, що він: 1) довго зберігає біологічну активність (0,5-1 рік); 2) використовується в оптимальні строки та за сприятливих умов (погода, техніка та ін.); 3) має низьку собівартість.
ВИСНОВКИ
1. Дослідження видільної діяльності проростаючого насіння пшениці показало, що найвища видільна спроможність спостерігається на 3 добу проростання, і цей період є найбільш сприятливим для отримання якісних кореневих екзометаболітів. Обробка насіння сільськогосподарських рослин пшеничним екстрактом ефективно впливає на кореневі виділення та формування зони всмоктування у пшениці, а суспензія екстракт-різоторфін у гороха.
2. Разроблена технологія одержання сухої речовини Аллелостим із водного розчину кореневих екзометаболітів, яка має стійку біологічну активність, поліфункціональність та технологічність в сільськогосподарському виробництві (патент 18419 (UA) України, 2095956 (RUS) Росії).
3. Досліджено якісний та кількісний ліпідний склад коренів та кореневих екзометаболітів тридених проростків пшениці. Отримані результати показали, що ліпідний склад кореневих екзометаболітів відрізняється від ліпідного складу коренів.
4. Ліпіди, виділені із кореневих екзометаболітів та звільнені від звязку з іншими компонентами, виявляють антибактеріальну активність, в той час як ліпіди, перебуваючі у складі кореневих екзометаболітів ці властивості не виявляють.
5. Дослідження впливу кореневих екзометаболітів на рослинні обєкти показало
а) що низькі концентрації (110 мг/мл) стимулювали ріст та розмноження каротиносної водорості Dunaliella viridis Teod, а підвищення концентрації до 110 мг/мл гальмувало цей процес;
б) в концентрації 110 мас.% екзометаболіти ефективно діють в якості компонента розробле-ного середовища для пророщування пилку, збільшуючи відсоток його проростання (патент 9982 (UA) України);
в) за активністю різогенезу 25% Алелостим не поступається відомим укорінювачам ( гетероауксину та Мурасиге - Скуга );
г) введення кореневих екзометаболітів до складу зволожуючих розчинів при вирощуванні гідропонного корму поліпшує його якість та дозволяє не використовувати мінеральні поживні суміші;
д) свіжоприготовлений водний розчин кореневих екзометаболітів має більш високу фітонцидну активність, ніж його сухий аналог;
е) розроблений спосіб для передпосівної обробки насіння гороху підвищує азотфіксацію та урожайність цієї культури за рахунок стимуляції розмноження бульбочкових бактерій та росту ефективності зараження кореневої системи (патент 8741 (UA) України).
6. Речовина Алелостим є кореневим екзометаболітом натурального походження. Вона має комплексний склад та виявляє поліфункціональність дії, що може широко використовуватися у рослинництві.
ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ
1. Для передпосівної біостимуляції насіння польових культур доцільно використовувати природний кореневий екзометаболіт, високотехнологічну речовину Алелостим.
2. З метою підвищення врожайності бобових культур, використовуваний у рослинницькій практиці азотфіксуючий бактеріальний препарат різоторфін необхідно розводити у водному розчині кореневих екзометаболітів, що сприяє підвищенню його ефективності.
3. Для стимуляції розмноження і зростання біомаси водорості Dunaliella, практичного джерела одержання -каротину, перспективно використовувати низькі концентрації речовини Алелостим.
4. Поживне середовище для пророщування пилку, до складу якого входить речовина Алелостим, доцільно використовувати для обробітку важкозапилюваних рослин і в селекційно-генетичних дослідженнях.
5. Природну і поліфункціональну речовину Алелостим, отриману із кореневих екзометаболітів проростаючого насіння, доцільно і перспективно використовувати не тільки в сільськогосподарському виробництві, а і в харчовій та мікробіологічній промисловості, біотехнології, косметології, медицині та інших галузях народного господарства.
СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ:
1. Наумов Г.Ф., Божков А.И., Леонтович В.П., Скляр А.И., Белоус А.М. Полифункциональность аллелопатического вещества аллелостим // ДАН Украины. -1993. -№11.-С.166-169.
2. Божков А.И., Мензянова Н.Г., Леонтович В.П. Липидный состав и антибактериальная активность корневых экзометаболитов проростков пшеницы // Физиология растений. -1996. -Т.43, №6. -С.920-925.
3. Божков А.И., Мензянова Н.Г., Леонтович В.П., Белоус А.М. Динамика липидного состава корневых экзометаболитов в процессе развития Triticum aestivum L. // ДАН Украины. -1998. -№3.
-С.166-170.
4. Патент 18419 України, МКВ 5А01С1/00. Спосіб одержання сухого препарату для обробки насіння з екстракту насіння, що проростає / Наумов Г.Ф., Леонтович В.П., Казакова Л.Є. (UA); Опубл. 25.12.97; Бюл.№6.
5. Патент 9982 України, МКВ 5А01Н1/04, А01Н4/00. Поживне середовище Наумова Г.Ф. для пророщування пилку / Самородов В.М., Наумов Г.Ф., Поспелов С.В., Казакова Л.Є., Леонтович В.П. (UA); Опубл.30.09.96; Бюл.№3.
6. Патент 8741 України, МКВ 5А01С1/00. Спосіб для передпосівної оброки насіння зернобобових культур / Наумов Г.Ф., Кисіль М.С., Харін С.В., Леонтович В.П., Єльнікова В.А. (UA); Опубл. 30.09.96; Бюл.№3.
7. Патент 2095956 России, МКИ 6А01С1/00. Способ получения сухого препарата для обработки семян из экстракта прорастающих семян / Наумов Г.Ф., Леонтович В.П., Казакова Л.Є. (RUS); Опубл. 20.11.97; Бюл.№32.
8. Наумов Г.Ф., Ельникова В.А., Леонтович В.П. Биологически активные вещества прорастающих семян, способы их получения и применения в сельском хозяйстве // Тр. Междунар. конф. “Биотехнология получения кормового белка, экологически чистых препаратов повышающих урожайность, премиксов, ферментов и витаминов кормового назначения” / Біотех-95 /. -Днепропетровск: -1995.-С.28.
Леонтович В.П. “Кореневі екзометаболіти проростаючого насіння пшениці, їх одержання, дослідження та використання у рослинництві”.
-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.09 - рослинництво. -Інститут рослинництва ім. В.Я. Юрєва, УААН, Харків, 1999.
Дисертація присвячена розробці теоретичних основ та практичних методів одержання, дослідження та використання кореневих екзометаболітів проростаючого насіння пшениці у рослинництві. На основі комплексного дослідження кореневих екзометаболітів, розроблена технологія одержання біологічно активної, поліфункціональної та технологічної речовини Алелостим. На різних біологічних обєктах ( насінні, мікроорганізмах, рослинах) показана поліфункціональність дії, ефективність та перспективність використання кореневих екзометаболітів у рослинництві та інших
галузях.
Ключові слова: екзометаболіти, Алелостим, рослинництво, проростаюче насіння, поліфункціональність, активність.
Leontovitch V.P. The roots exometabolities from germinating wheat seeds, how they are obtained,
observed and used in plant-growing.
-Manuscript.
Dissertation on the scientific degree competition of candidate of agricultural sciance in the speciality 06.01.09 - plant-growing.
-Institute of plant-growing in the name of V.Y. Yurieva, UAAN, Kharkov, 1999.
The dissertation is dedicated on the theoretical, preparations and practical methods to obtain, observe and to the usage of biological active substances from the roots of germinating wheat seeds exometabolities. Complex researches on germinating wheat seeds roots exometabolitits have been worked out. The techno-logy is to obtain from them biological active polyfunctional dry substance of the main orgin Allelostim. On different biological objects ( seeds, microorganisms, plants ) exometabolities of germinating seeds, shows polifunctional reactions, effectivness and prosptctiveness for their usage in germinating plant-growing and in many other field.
Key words exometabolities, seeds, Allelostim, polyfunctional, plant-growing, active.
Леонтович В. П. “Корневые экзометаболиты прорастающих семян пшеницы, их получение,
исследование и использование в растениеводстве”.
- Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.09-растениеводство.-Институт растениеводства им. В.Я. Юрьева, УААН, Харьков, 1999.
Диссертация посвящена разработке теоретических основ и практических методов получения, исследования и использования корневых экзометаболи-тов прорастающих семян пшеницы в растениеводстве. На основе комплексного исследования корневых экзометаболитов прорастающих семян разработана технология получения сухого вещества Аллелостим, обладающего устойчивой биологической активностью, полифункциональностью действия и натуральным химическим составом. Важным преимуществом Аллелостима является высокая технологичность использования в сельскохозяйственном производстве. Исследован качественный и количественный липидный состав корневых экзометаболитов трехдневных проростков пшеницы. Натуральный и комплексный состав экзометаболитов прорастающих семян обуславливает как специфичность, так и полифункциональность их действия. Введение корневых экзометаболитов в культуральную среду водоросли Dunaliella стимулирует размножение и рост биомассы водоросли, практического источника получения - каротина. Исследование антибактериальной активности екзометаболитов показали, что бактерицидностью обладают только липиды, выделенные из их состава. Разработана питательная среда для проращивания пыльцы культурных растений, в компонентный состав которой входят корневые экзометаболиты, увеличивающие прорастание пыльцы. Разработан способ для предпосевной биостимуляции семян зернобобовых культур. Совместное использование корневых экзометаболитов и клубеньковых бактерий рода Rhizobium для пред-посевной обработки семян бобовых растений повышает уровень азотфиксации и их урожайность. На различных биологических объектах ( семенах, микроорганизмах, водорослях, растениях ) показана полифункциональность действия, эффективность и перспективность использования экзометаболитов прорастающих семян пшеницы в растениеводстве и других отраслях.
Ключевые слова: экзометаболиты, Аллелостим, полифункциональность, растениеводство,
прорастающие семена, активность.
Відповідальний за випуск: кандидат сільськогосподарських наук Сирий М.М.
Підписано до друку 08.12.98 р. Формат 6084/16. Обсяг: 1,0 ум.-друк.арк., 1,0 обл.-вид. арк.
Замовлення . Тираж 100 прим.
Харківський державний аграрний університет ім. В.В.Докучаева
312131, Харків, п/в “Комуніст-1”
Дільниця оперативного друку ХДАУ