CC BY
36
УДК 632.95
06.00.00 Сельскохозяйственные науки
НОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА И АНТИДОТЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЗИРОВАННОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ
Дядюченко Людмила Всеволодовна к.х.н., доцент
РИНЦ БРШ-код 1135-3336 [email protected]
Назаренко Дарья Юрьевна РИНЦ БРШ-код 8278-0942 [email protected]
Балахов Азамат Альфредович аспирант
azamatbalakhov@yandex. т Всероссийский научно-исследовател ьский институт биологической защиты растений, Краснодар, Россия
Дмитриева Ирина Геннадиевна к.х.н., доцент
РИНЦ БРШ-код 6882-9695 [email protected] Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина, Краснодар, Россия
С целью поиска новых перспективных регуляторов роста растений и антидотов нами синтезирована серия К-замещённых нафталин-2-сульфониламидов. Синтезированные соединения изучены в качестве потенциальных рострегуляторов экономически значимых культур - озимой пшеницы, сахарной свеклы, подсолнечника, сои, а также гербицидных антидотов для вегетирующих растений подсолнечника. Найдены вещества с высоким ростстимулирующим и антидотным эффектом
Ключевые слова: РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА, СУЛЬФОНИЛАМИДЫ, ОЗИМАЯ ПШЕНИЦА, САХАРНАЯ СВЕКЛА, ПОДСОЛНЕЧНИК, СОЯ, ГЕРБИЦИДНЫЕ АНТИДОТЫ, УРОЖАЙНОСТЬ
Рок 10.21515/1990-4665-133-037
UDC 632.95 Agricultural sciences
NEW GROWTH REGULATORS AND ANTIDOTES FOR ENVIRONMENT-FRIENDLY PLANT PROTECTION
Dyadyuchenko Lyudmila Vsevolodovna Cand. Chem. Sci, associate professor SPIN-code 1135-3336 [email protected]
Nazarenko Daria Yurievna SPIN- code 8278-0942 [email protected]
Balakhov Azamat Alfredovich postgraduate
All-Russian Research Institute of Biological Plant
Protection, Krasnodar, Russia.
Dmitrieva Irina Gennadievna Cand. Chem. Sci, associate professor SPIN-code 6882-9695 [email protected]
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Searching for new promising plant growth regulators and antidotes, we have synthesized a series of N-substituted naphthalene-2-sulfonylamides. Synthesized compounds have been studied as potential growth regulators of economically significant crops - winter wheat, sugar beet, sunflower, soybean, and herbicide antidotes for sunflower growing plants. The substances with high growth stimulating and antidote effect were found
Keywords: GROWTH REGULATORS, SULFONYLAMIDES, WINTER WHEAT, SUGAR BEET, SUNFLOWER, SOYBEAN, HERBICIDE ANTIDOTES, CROP QUALITY
Современное возделывание сельскохозяйственных культур невозможно без применения средств защиты растений. Регуляторы роста находят всё большее применение в современных технологиях производства продукции растениеводства. К ним относятся природные и синтетические органические соединения, которые в малых дозах активно
влияют на обмен веществ растений, вызывая стимуляцию или подавление их роста и морфогенеза. Применение физиологически активных веществ для регуляции роста и развития растений обусловлено широким спектром их действия на растения, возможностью направленно регулировать отдельные этапы развития с целью мобилизации потенциальных возможностей растительного организма, а, следовательно, для повышения урожайности и качества выращиваемой продукции [1,2].
Другим важным направлением увеличения урожайности сельскохозяйственных культур является снижение токсичности гербицидов. Для нивелирования токсического действия гербицидов на культурные растения активно используются препараты, стимулирующие их адаптивные возможности - индукторы устойчивости (антидоты). В настоящее время защита от почвенных гербицидов достаточно надежно обеспечена набором коммерческих антидотов, однако защита вегетирующих растений при поражении их гербицидами является весьма сложной и вопрос этот совершенно не решен [3].
Следует отметить, что в настоящее время среди существующих на рынке средств защиты растений доля отечественных препаратов, к сожалению, весьма мала. Следовательно, среди важнейших задач, стоящих перед современными агрономическими, химическими и экологическими науками приоритетными являются разработка простых и технологичных методов синтеза новых, экологически безопасных органических соединений с целью расширения ассортимента химических средств защиты растений, в частности, регуляторов роста и антидотов.
Целью нашей работы являлся поиск новых перспективных регуляторов роста растений и антидотов в ряду К-замещённых нафталин-2-сульфониламидов. Органические сульфониламиды - важный класс химических соединений, представители которого обладают многочисленными полезными свойствами в разных сферах деятельности
человека, в том числе и в сельском хозяйстве. В их числе обнаружены многочисленные лекарственные препараты [4-5], а также средства защиты растений [6-8].
С целью поиска БАВ нами синтезирован ряд новых К-замещённых нафталин-2-сульфониламидов 1а-];
° С1
чч0 НКЯЯ1
1а-]
Где 1а Я = этил, Я1 = бензил; 1Ь Я = метил, Я1 = бензил; 1с Я= метил, Я1= циклогексил; Ы Я= Н, Я1= 4-метоксибензил; 1е Я= Н, Я1= 2,5-диметоксифенил; И Я,Я1= 2-метил-пиперидил; 1g Я= Н, Я1= циклопропил; 1И Я= Н, Я1= 2-хлорбензил; П Я= Н, Я1 = тетрагидрофурил-2; 1] Я= аллил, Я1= циклогексил.
Синтезированные соединения изучены нами в качестве потенциальных рострегуляторов наиболее экономически значимых культур для нашего региона - озимой пшеницы, сахарной свеклы, подсолнечника, сои, а также гербицидных антидотов для вегетирующих растений подсолнечника. Подсолнечник является чрезвычайно чувствительной культурой к гербицидам группы 2,4-Д, и, в случаях непреднамеренного попадания гербицида на его посевы, потери могут составлять, в зависимости от дозы, до 100 % [9].
Синтез соединений 1а-И осуществляли взаимодействием нафталин-2-сульфонилхлорида с алифатическими и ароматическими аминами. Выход целевых продуктов составил 64 - 85 %. Для всех синтезированных соединений определены физико-химические константы (Тпл., Ткип.), их структура подтверждена элементным анализом, а также методами ЯМР 1Н-спектроскопии и масс-спектрометрии. Индивидуальность соединений установлена с помощью тонкослойной хроматографии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Первичную оценку активности новых соединений осуществляли в лабораторном опыте по величине их рострегулирующего эффекта. Для этого использовали официально рекомендованную методику проращивания семян в «рулонах» по ГОСТ 12044-93.
Вещества, отобранные по результатам лабораторного опыта, исследовали в полевых условиях. В опытах на озимой пшенице сорта Калым вегетирующие растения обрабатывали водным раствором испытуемого соединения дважды: в фазу кущения (доза 40 г/га) и в фазу флагового листа (доза 40 г/га). Контроль - растения без обработки, в качестве эталона сравнения был взят препарат Альбит в дозе 40 +40 г/га. Опрыскивание проводили с помощью опрыскивателя ОЭМП-16. Площадь опытной делянки 50 м , повторность 4-х кратная, размещение делянок последовательное. Уборку урожая пшеницы осуществляли в период полного созревания зерна. В период вегетации от кущения до уборки урожая проводили фенологические наблюдения и учеты с целью определения влияния новых регуляторов роста на формирование основных элементов структуры урожая и продуктивность озимой пшеницы.
В опытах на растениях сои сорта Селекта обработку проводили водным раствором синтезированных соединений дважды: в фазу 6-7 листьев (доза 40 г/га) и в фазу бутонизации (доза 40 г/га). Эталон сравнения - Карвитол, ВР применяли в рекомендованном для сои количестве 200 мл/га в те же фазы. Площадь опытной делянки 50 м2, повторность 4-х кратная, размещение делянок последовательное. Уборку урожая осуществляли в период полного созревания бобов с помощью малогабаритного комбайна Хеге-125. В период от первой обработкой до уборки урожая на опытном участке проводили наблюдения и учеты по основным фазам роста и развития растений сои. Перед уборкой урожая
отбирали модельные снопы для последующей оценки влияния препаратов на формирование основных элементов структуры урожая.
В опытах на растениях подсолнечника сорта ВНИИМК-8883 водные растворы соединений в дозе 40 г/га наносили с помощью опрыскивателя ОЭМП-16 в фазу 2-3 листьев. Раствор гумата натрия (эталон сравнения) использовали в ту же фазу в дозе 250 мл/га. Площадь опытной делянки -50 м , повторность опытов пятикратная.
В опытах на сахарной свекле использовали сорт Дружба - МС 34. Обработку посевов проводили дважды: в фазу 6-8 листьев и при смыкании в рядках. В экспериментах препараты изучались в двух дозах - 10 и 20 г/га. Площадь опытной делянки 50 м , повторность 4-х кратная, размещение делянок рендомизированное. Для изучения элементов механизма рострегулирующего действия соединений, определяли содержание пигментов в листьях растений, биометрические показатели надземной части и корнеплодов, урожайность и сахаристость.
Рострегулирующую активность исследуемых соединений определяли по увеличению урожая растений, обработанных рострегулятором, в сравнении с контролем (необработанные растения). Статистическую обработку результатов проводили по общепринятой методике [10] с применением компьютерной программы Statistica 12.6.
Качественные показатели зерна определяли на инфракрасном спектрофотометре «Инфрапид 61» (Labor MIM, Венгрия). Аналитическая повторность 3-х кратная.
Для изучения антидотной активности использовали оригинальную методику, разработанную во ВНИИБЗР. В полевых условиях растения подсолнечника в наиболее чувствительной фазе (10-16 листьев) обрабатывали 2,4-Д в дозах, обеспечивающих 40-60 % снижение его урожайности. Через сутки после воздействия гербицидом на растения наносили антидоты в дозе 30 г/га. Площадь опытной делянки 50 м ,
повторность пятикратная. Антидотную активность оценивали по увеличению урожая семян подсолнечника в варианте гербицид + антидот в сравнении с гербицидным эталоном.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ По результатам лабораторного опыта были отобраны соединения 1а и 1Ь, которые изучали в полевых условиях на экспериментальном поле ФГБНУ ВНИИБЗР. В полевых экспериментах оба соединения 1а и 1Ь проявили свойства регуляторов роста. Данные таблицы 1, свидетельствуют, что их применение на растениях озимой пшеницы обеспечивало существенное и достоверное повышение урожая зерна по сравнению с контролем. Соединение ^ увеличивало урожай озимой пшеницы на 5,5 ц/га, а соединение 1Ь на 4,7 ц/га, что составляет 9,6 % и 8,2 % соответственно по отношению к контролю [11].
Влияние регуляторов роста на структуру урожая озимой пшеницы выразилось в положительном воздействии на продуктивность кущения и густоту продуктивного стеблестоя по сравнению с контрольным вариантом. По озернённости колоса и массе зерна показатели были близкими между опытными вариантами и контролем. Показатели качества зерна (содержание белка, клейковины) в опытных вариантах были несколько выше, чем в контроле.
Испытания, проведенные на растениях сои, позволили установить, что положительное влияние новых соединений сказалось на формировании основных элементов структуры урожая: продуктивном ветвлении, количестве бобов, количестве и массе зерен, которые были достоверно выше, чем в контроле. Перечисленные факторы обеспечили существенное увеличение урожайности культуры (таблица 1), прибавка урожая составила 12,5 -16,3 % к контролю, при этом содержание белка в зерне идентично контрольному варианту [12].
Таблица 1. Рострегулирующая активность соединений 1а и 1Ь на озимой пшенице сорта Калым и сое сорта Селекта
Шифр соединения, норма расхода г/га (мл/га) Урожайность зерна, ц/га Прибавка к контролю Содержание в зерне, %
ц/га % белка клейковины
опыты на озимой пшенице
Контроль 57,2 - - 16,0 34,7
1а 40 + 40 62,7 5,5 9,6 16,9 35,8
1Ь 40 + 40 61,9 4,7 8,2 16,6 35,4
Альбит 40 + 40 61,5 4,3 7,5 15,8 34,6
опыты на сое
Контроль 32,0 - - 41,6 -
1а 40 + 40 36,0 4,0 12,5 41,4 -
1Ь 40 + 40 37,2 5,2 16,3 41,3 -
Карвитол, ВР 200 + 200 35,1 3,1 9,7 41,0 -
НСР 05 1,2 - - - -
Опыты на растениях подсолнечника позволили установить, что применение новых соединений способствовало увеличению высоты растений, диаметра шляпки, количества и массы зерен. Как следует из таблицы 2, обработка подсолнечника веществами 1а и 1Ь обеспечила прибавку урожая на 19,3 и 15,3 ц/га, что составляет 19,3 и 15,5 % соответственно [11].
Таблица 2. Рострегулирующая активность соединений ^ и 1Ь на подсолнечнике сорта ВНИИМК-8883
Шифр соединения, норма расхода г/га (мл/га) Урожайность, ц/га Прибавка к контролю
ц/га %
Контроль 30,1 - -
1я, 40 г/га 35,9 5,8 19,3
1Ь, 40 г/га 34,7 4,6 15,3
Бигус, ВР 250 мл/га 32,2 2,1 10,7
НСР 05 2,4 - -
В опытах на сахарной свекле испытуемые соединения оказали
существенное влияние на развитие надземных органов растений. Их
применение вызывало увеличение высоты растений, количества и площади
листьев в сравнении с контрольным вариантом. Биомасса надземных
органов от применения испытуемых соединений увеличилась на 0,92-20,58
г, сухого вещества на 0,77-7,04 г. Следует отметить, что использование
соединения 1а в дозе 10 г/га оказалась более эффективным, так как в этом
варианте были отмечены самые высокие значения по всем показателям.
Таблица 3. Рострегулирующая активность соединений ^ и 1Ь на сахарной свёкле сорта Дружба МС-34
Шифр соединения Доза, г/га, (мл/га) Урожайность корнеплодов, т/га Прибавка к контролю, т/га Сахаристость, % Сбор сахара, т/га
Контроль - 43,9 - 17,2 7,5
10 + 10 50,4 6,5 18,0 9,0
20 + 20 48,8 4,9 17,8 8,6
1Ь 10 + 10 51,2 7,3 17,4 8,9
20 + 20 45,4 1,5 17,2 7,8
Бигус, ВР (эталон) 250+250 47,2 3,3 17,4 7,9
НСР05 = 2,6
Что касается урожайности, то оба соединения в обеих дозах обеспечили прибавку урожая сахарной свёклы на уровне 11,2-16,6 % по отношению к контролю, что составляет 4,9-7,3 т/га [13]. В то же время оба препарата существенно увеличивали сахаристость корнеплодов (табл. 2).
В опытах по изучению антидотной активности нами установлено, что применение соединения 1a уменьшает негативное воздействие 2,4-Д для подсолнечника на 45-47 %, обеспечивая прибавку урожая в сравнении с гербицидным эталоном 5,0 ц/га; соединение 1b проявляет антидотный эффект на уровне 39-41 %, величина сохраненного урожая при этом составляет 4,2-4,5 ц/га [14].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, применение новых синтезированных соединений обеспечило существенное и достоверное повышение урожая зерна озимой пшеницы, подсолнечника, сои и сахарной свеклы по сравнению с контролем, а также высокий защитный эффект растений подсолнечника от фитотоксикантов группы 2,4-Д. Работа защищена 4 патентами РФ.
Мы полагаем, что синтезированные нами соединения при соответствующей технологической и токсикологической доработке могут найти применение в качестве регуляторов роста и антидотов, тем самым расширить спектр отечественных средств защиты растений.
Литература
1. Шаповал О. А. Регуляторы роста растений / В.В. Захарычев, В.В. Вакуленко, Л. Д. Прусакова // Защита и карантин растений. 2008. № 12. с. 54-68.
2. Вакуленко В.В. Регуляторы роста растений в сельскохозяйственном производстве / в.В. Вакуленко, О. А. Шаповал // Плодородие. 2001. №2. с. 27-29.
3. Спиридонов Ю.Я. Антидоты гербицидов / Ю.Я. Спиридонов, П.С. Хохлов, В.Г. Шестаков // Агрохимия. 2009. № 5. с.81-91.
4. Hruska K. Sulfonamides in the environment: a review and a case report / K. Hruska, M. Franek // Veterinarni Medicina. 2012. № 1. р. 1-35.
5. Dyadyuchenko L.V. Synthesis of several substituted pyridine-3-sulfonyl chlorides, -sulfonic acids and sulfonyl amides / L.V. Dyadyuchenko, I. G. Dmitrieva, D. Yu. Nazarenko., V. D. Strelkov // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2014. № 9. р. 1259-1269.
6. Dmitrieva I.G. 3- Cyano-4,6-dimethyl-5-R-pyridine-2-sulfonyl chlorides and N-substituted sulfonylamides based on them / I.G. Dmitrieva, L.V.Dyadyuchenko, V.D.
Strelkov, E.A. Kaigorodova // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2009. № 9. р. 10471054.
7. Заявка № 1-272566 (Яп.). Производное сульфонамида и фунгицид на его основе для сельского хозяйства и садоводства. Хироси О, Юкико М, Сюндзо С, Такуо В. Опубл. 31.10.89.
8. Стрелков В. Д. Синтез новых гербицидных антидотов для подсолнечника / В. Д. Стрелков, Л.В. Дядюченко, И.Г. Дмитриева // Краснодар. 2014. 96 с.
9. Чкаников Д.И. Гербицидное действие 2,4-Д и других галоидфеноксикислот / Д.И. чкаников, М.С. Соколов // М.: Наука. 1973.
10. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований / Б. А. Доспехов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос. 1979. 416 с.
11. Пат. РФ, № 2611418. Регуляторы роста растений. Дядюченко Л.В., Назаренко Д.Ю., Морозовский В В. Надыкта В.Д., Ткач Л.Н. Опубл. 22.02.2017 г. Бюлл. № 6.
12. Пат. РФ, № 2601816. Способ повышения урожайности сои. Дмитриева И.Г., Дядюченко Л.В., Назаренко Д.Ю. Голубева Н.В. Опубл. 10.11.16. Бюлл. № 31.
13. Пат. РФ, № 26111174. Способ повышения урожайности сахарной свеклы. Назаренко Д.Ю., Дядюченко Л.В., Надыкта В.Д. Голубева Н.В., Балахов А.А. Опубл. 13.02.17. Бюлл. № 2.
14. Пат. РФ, № 2430915. Антидоты гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты. Стрелков В.Д., Исакова Л.И., Дядюченко Л.В. и др. Опубл. 10.10.11. Бюлл. № 28.
References
1. Shapoval O.A. Regulyatoryi rosta rasteniy / V.V. Zaharyichev, V.V. Vakulenko, L.D. Prusakova // Zaschita i karantin rasteniy. 2008. № 12. s. 54-68.
2. Vakulenko V.V. Regulyatoryi rosta rasteniy v selskohozyaystvennom proizvodstve / v.V. Vakulenko, O.A. Shapoval // Plodorodie. 2001. № 2. s. 27-29.
3. Spiridonov Yu.Ya. Antidotyi gerbitsidov / Yu.Ya. Spiridonov, P.S. Hohlov, V.G. Shestakov // Agrohimiya. 2009. № 5. s.81-91.
4. Hruska K. Sulfonamides in the environment: a review and a case report / K. Hruska, M. Franek // Veterinarni Medicina. 2012. № 1. р. 1-35.
5. Dyadyuchenko L.V. Synthesis of several substituted pyridine-3-sulfonyl chlorides, -sulfonic acids and sulfonyl amides / L.V. Dyadyuchenko, I. G. Dmitrieva, D. Yu. Nazarenko., V. D. Strelkov // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2014. № 9. р. 1259-1269.
6. . Dmitrieva I.G. 3- Cyano-4,6-dimethyl-5-R-pyridine-2-sulfonyl chlorides and N-substituted sulfonylamides based on them / I.G. Dmitrieva, L.V.Dyadyuchenko, V.D. Strelkov, E.A. Kaigorodova // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2009. № 9. р. 10471054.
7. Zayavka № 1-272566 (Yap.). Proizvodnoe sulfonamida i fungitsid na ego osnove dlya selskogo hozyaystva i sadovodstva. Hirosi O, Yukiko M, Syundzo S, Takuo V. Opubl. 31.10.89.
8. Strelkov V.D. Sintez novyih gerbitsidnyih antidotov dlya podsolnechnika / V.D. Strelkov, L.V. Dyadyuchenko, I.G. Dmitrieva // Krasnodar. 2014. 96 s.
9. Chkanikov D.I. Gerbitsidnoe deystvie 2,4-D i drugih galoidfenoksikislot / D.I. chkanikov, M.S. Sokolov // M.: Nauka. 1973.
10. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy / B.A. Dospehov. 4-e izd. , pererab. i dop. M: Kolos/ 1979. 416 s.
11. Pat. RF, № 2611418. Regulyatoryi rosta rasteniy. Dyadyuchenko L.V., Nazarenko D.Yu., Morozovskiy V.V. Nadyikta V.D., Tkach L.N. Opubl. 22.02.2017 g. Byull. № 6.
12. Ра!. КБ, № 2601816. БроБоЬ роуу18Иешуа urozhaynosti бо1. Бшкпеуа 1.&, Dyadyuchenko Ь.У., Nazarenko Б.У^ Golubeva КУ. Opubl. 10.11.16. Бу^к № 31.
13. Pat. ЯБ, № 26111174. Sposob povyisheniya urozhaynosti saharnoy sveklyi. Nazarenko D.Yu., Dyadyuchenko Ь.У., Nadyikta У.D. Golubeva №У., Бalahov А. А. Opubl. 13.02.17. БУ^Ь № 2.
14. Pat. ЯБ, № 2430915. Antidotyi gerbitsida 2,4-dihlorfenoksiuksusnoy kislotyi. Strelkov У^., Isakova Ь.1., Dyadyuchenko Ь.У. i dr. Ор^!. 10.10.11. Бyull. № 28.
