ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ И ГЕРБИЦИДОВ ГРУППЫ ГЛИФОСАТОВ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ

Котляров Д.В.¹, Котляров В.В.²

¹ORCID: 0000-0003-3482-3593, Кандидат биологических наук, ²Доктор Сельскохозяйственных наук, Кубанский государственный аграрный университет, КубГАУ

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ И ГЕРБИЦИДОВ ГРУППЫ ГЛИФОСАТОВ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ

Аннотация

Проведены опыты и проанализированы физиологические изменение процессов в клетках растений под влиянием гербицидов, а так же их совместного применения с аминокислотами. Таким образом установлено что, в корни и другие части растений, действующее вещество глифосата кислота попадает за 5-7 дней, нарушая процесс биосинтеза ряда аминокислот, в результате чего растение погибает. Наличие аминокислот  позволяет на некоторое время ложно приостановить нарушения физиологических процессов, вызванных применением глифосата кислоты, позволив препарату полностью проникнуть в проводящую систему растений через здоровые, не повреждённые ткани, а по истечению действия аминокислот, проявить свою эффективность в полной мере, нарушая синтез аминокислот, работу фотосинтетического аппарата и корневой системы.

Ключевые слова: глифосаты, аминокислоты, гербициды, физиология растений.

Kotlyarov D.V.¹, Kotlyarov V.V.²

¹ORCID: 0000-0003-3482-3593, PhD in Biological Sciences, ²PhD in Agricultural Sciences, Kuban State Agrarian University, KubGAU

STUDY OF INFLUENCE MECHANISM OF JOINT USE OF AMINOACIDS AND HERBICIDES OF GLYPHOSATE GROUP ON THE PHYSIOLOGICAL PROCESSES OF PLANTS

Abstract

Authors have conducted experiments and analyzed changes in physiological processes in plant cells under the influence of herbicides, as well as their combined use with aminoacids. Thus it is found that, active ingredient – glyphosate acid penetrate in roots and other parts of plants within 5-7 days, disrupting the biosynthesis of several aminoacids, as a result the plant dies. The presence of aminoacids allows for some time falsely suspend the violation of physiological processes caused by the use of glyphosate acid, allowing the drug to completely penetrate in plant conducting system through healthy, not damaged tissues, and at the expiration of aminoacid action proves its effectiveness in full, disrupting synthesis of aminoacids, the photosynthetic apparatus and the root system.

Keywords: glyphosate, amino acids, herbicides, plant physiology.

Снижение затрат на производство продукции растениеводства являет-ся краеугольным камнем эффективного земледелия. Такая задача стоит пе-ред агротехнологами, которые рассматривают пути её решения разными способами. Среди них наиболее экономным является No-Till, который обеспечивает существенное сокращение затрат. Так в Агрохолдинге СКК «Виктория-Агро» (Краснодарский край) была проведена агрономическая и экономическая оценка технологии прямого сева в сравнении с пахотой и минимальной обработкой почвы. Эти производственные испытания пока-зали, что по сравнению с традиционной обработкой почвы (на этапе работ по возделыванию озимой пшеницы посев – всходы) затраты оказались в 8 раз ниже, агрономическая оценка всходов также в пользу прямого сева (No-Till). Основа этой технологии – использование гербицидов группы глифосатов. Однако это влечёт за собой не только увеличение себестоимости конечной продукции, но также значительную экологическую нагрузку на агробиоценозы. Кроме того, далеко не всегда достигается их высокая  биологическая эффективность (например, против таких сорняков как вью-нок полевой  (Convōlvulus arvēnsis) или горчак (Rhodeus sericeus).

Следует заметить, что экологическая проблема серьёзный аргумент против глифосатов. Так, глифосат негативное воздействие на некоторые почвенные микроорганизмы [2, C. 99-103] такие как почвенные водоросли (прим. автора), накапливается в подпочвенных водах и бассейнах рек [1, C. 275-290], что может негативно сказываться на окружающей среде.

ЕС рассматривает вопрос по поводу повторного одобрения на использования гербицида глифостат, который производит американский биотехнологический гигант. Это основано на данных исследований, в которых говорится, что глифостат может наносит серьёзный вред эндокринной системе человека, обращая внимание на недавний конфликт между Европейским агентством по безопасности продуктов питания и Международным агентством по изучению рака (МАИР), которое является частью ВОЗ. МАИР классифицировало глифосат как «возможный кан-цероген», тогда как европейский регулятор распространил заключение, согласно которому химикат «вряд ли обладает канцерогенной угрозой для людей» [по данным Европейской Ассоциации Пищевой Продукции, 4].

Однако в энергосберегающей технологии No-Till  пока нет альтерна-тивы глифосатам. В этой связи представляется интерес к снижению нормы их расхода и увеличению эффективности действия этих гербицидов. Для этого применяется способ смягчения воды или малообъёмное внесение, но так удаётся экономить их расход максимум до 30 %. К значительно более эффективным относится разработанный нами инновационный метод усиления действия глифосатов, который в последние годы широко внедряется в ряде регионов России. Он основан на введении в баковую смесь специально подобранных аминокислот, которые временно компенсируют воздействие гербицида в надземной части растения, сохраняя обмен веществ (нарушаемый глифосатом), давая возможность для беспрепятственного проникновения гербицида с нисходящим током к корневой системе. При этом надземная часть растения отмирает не сразу, а только после проник-новения глифосата к корневой системе (как правило, через 2–3 недели после обработки) [3, С.191-193]

Методика исследований

Эта рабочая гипотеза частично подтвердилась в результате проведённых полевых экспериментов, где в качестве объекта исследований был взят клевер ползучий (Tripholium repens), как наиболее устойчивый к гербицидам вид растений. Обработка гербицидом (с нормой расхода рабочего раствора 150 мл на 1 га) производилась до начала бутонизации в вечернее время суток при помощи ранцевого опрыскивателя, на делянках размером 5 м² в дальнейшем растения обрабатывали методом опрыскивания по следующей схеме: Раундап ( 560 г/л) 3 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ (в дальнейшем эталонный вариант - К);  Раундап (560 г/л) 1,5 л /га + 2 кг/га  NH₄NO₃ + 10 г/га аминокислотный состав №1 (в дальнейшем вариант - А);  Раундап (560 г/л) 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ + 11 г/га аминокислотный состав №2 (в его составе аналог ауксина, в дальнейшем вариант -  А2).

На 7 и 14 день после обработки рендомизированно отбирались образцы растений, для хроматографического аминокислотного анализа по следующим аминокислотам: аргинин, лизин, б-фенил-аланин, тирозин, изолейцин, лейцин, метионин, валин, аспаргин, пролин, треонин, серин, а-аланин, глицин. После проведенного анализа выделены наиболее коррелирующие результаты по аминокислотам, входящим в группу: моноаминокарбоновых, диаминокарбоновых, оксиноаминокарбоновых.

Результаты исследований

Механизм действия глифосата заключается в нарушении метаболиче­ских процессов: синтез ряда аминокислот и хоризмата, дезинтеграция цикла фотосинтетического восстановления углерода, а также снижение проницае­мости клеточных мембран, что приводит к гибели растения. Поэтому приме­не­ние комплексов на основе некоторых ароматических аминокислот и мети­онина в бако­вой смеси с глифосатом  и аммиачной селитрой оказывает вли­яние на из­мене­ние физиологических процессов в растении под действием глифосата, что приводит к увеличению его эффективности.

Под влиянием такой баковой смеси, выявлено наи­более выраженное  изменение содержания в растительных тканях аминокислот из следующих групп: диаминокарбоновые, моноаминокарбоновые, оксиноаминокарбоновые. При этом существенно повысилось содержание моноаминокарбоновых амино­кислот через 7 дней после обработки растений по сравнению с при­менением глифосата в чистом виде (эталон). Так содержание моноамино­карбо­но­вых аминокислот в тканях растений через 7 дней после обработки глифосатом (вариант К.7) составило 250 мг/кг, в то время как в вариантах А.7 и А2.7 их содержание превысило эталон на 100 и 140 % соответственно. Однако через 14 дней после обработки произошло снижение количества моноаминокарбоновых аминокислот (валина, изолейцина и лейцина) в вариантах А и А.2 по сравнению с в эталоном (рисунок 1).

Рис. 1 – Содержание моноаминокарбоновых аминокислот в листьях растений клевера под влиянием различных вариантов обработки растений глифосатом: К.7 и К14 – эталонный вариант (Раундап 3 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃) на 7 и 14 день после обработки растений; А.7 и А14 – вариант с обработкой баковой смесью:  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ +  аминокислотный комплекс (10 г/га); А2.7 и А2.14 – вариант с обработкой баковой смесью :  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ + аминокислотный комплекс с аналогом ауксина (11 г/га)

 

Изменение содержания диаминокарбоновых аминокислот, под действием глифосата на 7 день (эталон) оказалось незначительным в варианте А2 по сравне­нию с эталоном, однако в варианте А2 содержание аргинина и лизина увели­чилось относительно других вариантов на 130%. Вместе с тем, через 14 дней после обработки, количество аргинина и лизина снизилось во всех вари­антах, но в варианте А2 обнаружено весьма значительное уменьшение содер­жания лизина по сравнению с остальными вариантами (рисунок 2).

Рис. 2 – Содержание диаминокарбоновые аминокислот в листьях растений клевера в зависимости от различных вариантах обработки растений глифосатом: К.7 и К14 – эталонный вариант (Раундап  3 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃) на 7 и 14 день после обработки растений; А.7 и А14 – вариант с обработкой баковой смесью:  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ +  аминокислотный комплекс (10 г/га); А2.7 и А2.14 – вариант с обработкой баковой смесью:  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ + аминокислотный комплекс с аналогом ауксина (11 г/га)

Изменение содержания оксиноаминокарбоновых аминокислот (треонина и серина) под влиянием глифосата на 7 деньпроявилось снижением количества треонина в варианте А по сравнению с эталоном, но его увеличение в варианте А2, при небольших колебаниях в отношении серина. Однако через 14 дней содержание треонина и серина в контрольном варианте К составляло около 500 мг/кг в то время как в вариантах А и А.2 оно оказалось ниже на 20 и 57% соответственно (рисунок 3).

Рис. 3- Содержание оксиноаминокарбоновых аминокислот в листьях растений клевера в зависимости от различных вариантах обработки растений глифосатом: К.7 и К14 – эталонный вариант (Раундап 3 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃) на 7 и 14 день после обработки растений; А.7 и А14 – вариант с обработкой баковой смесью:  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ +  аминокислотный комплекс (10 г/га); А2.7 и А2.14 – вариант с обработкой баковой смесью :  Раундап 1,5 л/га + 2 кг/га NH₄NO₃ + аминокислотный комплекс с аналогом ауксина (11 г/га)

 

Использование этого способа показало высокую биологическую эффективность и обеспечило значительное снижение нормы расхода гербицида (таблица 1), что привело к его востребованности на рынке агрохимкатов.

Таблица 1 – Экономический эффект от применения аминокислотного комплекса в баковой смеси с Раундапом

Препарат	Стоимость 1 л (кг), ₽	Норма расхода, л (кг)/га	Затраты на 1 га, ₽	Итого затрат на 1000 га, ₽
Технология, рекомендованная производителем
Раундап	300	3	900	900 000
Инновационная технология с использованием Оригинального аминокислотного комплекса
Раундап	300	1,5	450	450 000
Аммиачная селитра	20	2	40	20 000
Аминокислотный комплекс	11000	0,01	110	110 000
Итого	-	-	505	580 000

  Это оказалось применимо и к таким трудно выводимым сорнякам как горчак (Rhodeus sericeus )(таблица 2).  

Таблица 2– Биологическая эффективность применения баковой смеси: аммиачная селитра (2 кг/га) + Раундап (1,5 л/га) + АК комплекс (10 г/га) + аналог ауксина (до 0,2–0,3 л/га) против горчака (Rhodeus sericeus ) на 14 сутки  после обработки (ИП КФХ Киреев Н. Е., Октябрьский район, Волгоградская область, 2016)

Вариант опыта	Выжило растений, %	Биологическая эффективность, %
Контроль	100	0
Раундап (4 л/га)	13	87
Раундап (8 л/га)	5	95
Раундап (1,5 л/га) + аммиачная селитра (2 кг/га) + АК (10 г/га) + аналог ауксина (0,25 л/га)	2	98

 

Обсуждение результатов

Таким образом, в результате исследований установлено, что применение глифосатов совместно с аминокислотным комплексом существенно влияет на физиологические процессы в растениях, изменяя аминокислотный баланс и обеспечивая повышение эффективности применения этой баковой смеси по сравнению с глифосатом применяемым в чистом виде (эталоном). Это проявилось в увеличении содержания диаминокарбоновх аминокислот по сравнению с эталонным вариантом на 7 день после обработки, а через 2 недели содержание этих аминокислот уменьшилось относительно эталона. Кроме того, выявлено резкое уменьшение количества лизина и треонина в вариантах с применением аминокислотного комплекса на основе ароматических аминокислот и метионина с добавлением аналога ауксина.

 

Список литературы / References

1. Battaglin W.A. Glyphosate and its degradation product AMPA occur frequently and widely in U.S. soils, surface water, groundwater, and precipitation / W. A. Battaglin, M.T. Meyer, K. M. Kuivila, J. E. Dietze // Journal of the American Water Resources Association. – 2014. – № 2. – P. 275-290. 2. Druille M. Glyphosate reduces spore viability and root colonization of arbuscular mycorrhizal fungi / M. Druille, M. N.Cabello, M. Omacini, R. A. Golluscio // Applied Soil Ecology. – 2013. – №64. – P. 99–103. 3. Котляров В. В. Совместное применение аминокислот и гербицидов группы глифосатов для увеличения экономической эффективности агротехнологий / В. В. Котляров, Д. В. Котляров // Фитосанитарная оптимизация агроэкосистем. – 2013. – Т. 2. –С. 191-193. 4. European Food Safety Authorial [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.efsa.europa.eu/en/press/news/151112

Список литературы на английском языке / References in English

1. Battaglin W.A. Glyphosate and its degradation product AMPA occur frequently and widely in U.S. soils, surface water, groundwater, and precipitation / Battaglin, W.A. , Meyer, M.T., Kuivila, K.M., Dietze, J.E.// Journal of the American Water Resources Association. – 2014. – № 2. – P. 275–290. 2. Druille M. Glyphosate reduces spore viability and root colonization of arbuscular mycorrhizal fungi / Druille M., Cabello M.N., Omacini, M., Golluscio R.A // Applied Soil Ecology. – 2013. – №64. – P. 99–103. 3. Kotlyarov V.V. Sovmestnoe primenenie aminokislot i gerbicidov gruppy glifosatov dlja uvelichenija jekonomicheskoj jeffektivnosti agrotehnologij [Combined application of amino acids and herbicide of the glyphosate group to increase the economic efficiency of agricultural technologies] / V. V. Kotlyarov, D.V. Kotlyarov // Fitosanitarnaja optimizacija agrojekosistem [Phytosanitary optimization of agroecosystems]. – 2013. – V. 2 – P.191–193. [in Russian] 4. European Food Safety Authorial [Electronic resource]. – URL: http://www.efsa.europa.eu/en/press/news/151112