Физиологические аспекты ответа соево-ризобиального симбиоза на действие фунгицидов Стандак Топ и Февер

  • Елена КИРИЧЕНКО Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины
  • Анастасия ПАВЛИЩЕ Институт физиологии растений и генетики НАН Украины
  • Светлана ОМЕЛЬЧУК Институт физиологии растений и генетики НАН Украины
  • Алла ЖЕМОЙДА Институт физиологии растений и генетики НАН Украины
  • Сергей КОЦЬ Институт физиологии растений и генетики НАН Украины

Abstract

The article presents the results of the investigates of physiological aspects of the response of soybeanrhizobium symbiosis (the formation of the symbiotic apparatus and its functional activity, the level and ratio of photosynthetic pigments ‒ chlorophyll and carotenoids in the leaves of plants, the development and productivity of soybean plants) to the seed treatment with fungicides on the day of sowing were studied in pot experiments with soil culture. Methods. Physiological, biochemical, microbiological. Results. It was shown that seed treatment of early-ripening varieties of soybean Almaz with the fungicides Standak Top and Fever on the day of sowing, followed by seed inoculation with nodule bacteria strain 634b significantly inhibited the functioning of the symbiotic apparatus during the budding phase (by 55 and 62%) and full flowering (by 46 and 51%). The realization of the nodulation ability of the microsymbiont remained stable, since the difference in the number and mass of nodules on the plant, the mass of 1 nodule as well as the sensitivity of plants to inoculation (nodulation scale) did not significantly differ against the control (without fungicides) except for the initial phase of symbiosis formation. Under the action of fungicides, an imbalance in the synthesis of green photosynthetic pigments and carotenoids as well as their ratio in the first half of soybean vegetation were established, while these were almost equalized to the level of control plants during the full flowering stage and treated plants had a slightly reduced chlorophyll a content (by 15 and 7%), chlorophyll b (by 10 and 4%) and carotenoids (by 11 and 8%). Compared with Standak Top, Fever had a less toxic effect, and during the developmental stage of three true leaves, it even caused an activating effect on the photosynthetic apparatus of plants: the level of chlorophyll a and carotenoids significantly (5 and 18%, respectively) exceeded the control values. Such changes in the symbiotic and photosynthetic apparatus of soybean plants can be considered as components of the adaptation of soybean-rhizobium symbiosis to the treatment with fungicides and maintenance of proper development of plants in such conditions (positive changes were found in the vegetative mass and growth indicators in the range of 5–21% and 16–39% using Standak Top and Fever, respectively) with stable realization of their productive potential (seed yield at the control level). Conclusions. The physiological aspects of the response of soybean-rhizobium symbiosis to the effect of anthropogenic factor that we have established indicate the possibility of using the fungicides Standak Top and Fever (1.5 and 0.3 l / ton of seeds, respectively) for pre-sowing treatment of soybean seeds on the day of sowing, followed by its rhizobia bacterization.


Key words: Soybean-rhizobium symbiosis; Fungicides; Nodulation; Nitrogen fixation; Chlorophylls; Carotenoids; Yield.


Реферат. В статье изложены результаты исследования физиологических аспектов ответа соеворизобиального симбиоза (формирование симбиотического аппарата и его функциональной активности, уровня и соотношения фотосинтетических пигментов хлорофилла и каротиноидов в листьях растений, развития и продуктивности сои) на фоне обработки семян фунгицидами в день посева в вегетационных условиях с почвенной культурой. Методы. Физиологические, биохимические, микробиологические. Результаты. Установлено, что обработка семян сои раннеспелого сорта Алмаз фунгицидами Стандак Топ и Февер в день посева с последующей инокуляцией клубеньковыми бактериями штамм 643б существенно угнетало функционирование симбиотического аппарата в фазы бутонизации (на 55 и 62%) и массового цветения (на 46 и 51%). Реализация нодуляционной способности микросимбионта оставалась стабильной, поскольку разница в количестве и массе клубеньков на растении, массе 1 клубенька и чувствительности растений к инокуляции (шкала нодуляции) достоверно не отличались от контроля (без фунгицидов) за исключением начальной фазы образования симбиоза. При действии фунгицидов установлен дисбаланс в синтезе зеленых фотосинтетических пигментов и каротиноидов, а также их соотношения в первую половину вегетации сои, который практически выравнивался до уровня контрольных растений в фазе массового цветения и характеризовался несколько сниженным содержанием хлорофилла а (на 15 и 7%), хлорофилла б (на 10 и 4%) и каротиноидов (на 11 и 8%). Февер по сравнению со Стандак Топом оказал менее токсичное, а в фазe развития трех настоящих листьев – активирующее действие на фотосинтетический аппарат растений: уровень хлорофилла а и каротиноидов достоверно (на 5 и 18% соответственно) превышал контрольные значения. Такие изменения симбиотического и фотосинтетического аппарата сои могут рассматриваться как составляющие адаптации соево-ризобиального симбиоза к действию фунгицидов и поддержания в таких условиях полноценного развития растений (по формированию вегетативной массы и ростовым показателями установлены положительные изменения в пределах 5–21% и 16–39% при использовании Стандак Топа и Февера соответственно) со стабильной реализацией их продуктивного потенциала (урожай семян на уровне контроля). Выводы. Установленные нами физиологические аспекты ответа соево-ризобиального симбиоза на действие антропогенного фактора свидетельствуют о возможности применения фунгицидов Стандак Топ и Февер (1,5 и 0,3 л / тонну семян соответственно) для предпосевного протравливания семян сои в день посева с последующей его бактеризацией ризобиями.


Ключевые слова: Соево-ризобиальный симбиоз; Фунгициды; Нодуляция; Азотфиксация; Хлорофиллы; Каротиноиды; Урожай.

References

1. ВОЗНЮК, С. В., ТИТОВА, Л. В., ЛЯСКА, С. І., ІУТИНСЬКА, Г. О. (2015). Вплив фунгіцидів та комплексного інокулянту Ековітал на ризосферний мікробіоценоз, стійкість до захворювань та продуктивність сої. В: Мікробіологічний журнал, 77(4), С. 8-14. https://doi.org/10/15407/microbiolj77/04/008.
2. ВОЗНЮК, С. В., ТИТОВА, Л. В., РАТУШИНСЬКА, О. В., ІУТИНСЬКА, Г. О. (2016). Формування та функціонування симбіотичних систем та мікробіоценозу ризосфери сої за використання різних фунгіцидів. В: Мікробіологічний журнал, 78(4), С. 59–70. https://doi.org/10.15407/microbiolj78.04.059.
3. ВОРОБЕЙ, Н. А., КУКОЛ, К. П., КОЦЬ, С. Я. (2020). Оцінка токсичності впливу фунгіцидів на бульбочкові бактерії Bradyrhizobium japonicum у чистій культурі. В: Мікробіологічний журнал, 82(3), С. 40-49. https://doi.org/10.15407/microbiolj82.03.045.
4. ДОСПЕХОВ, Б. А. (1985). Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат. С. 164-168.
5. КИРИЧЕНКО, О. B. (2016). Комплексна оцінка нодуляційної здатності бульбочкових бактерій та особливості формування симбіотичних систем сої за інокуляції насіння мікробними композиціями. В: Мікробіол. журн. 78(4), С. 90-101. https://doi.org/10.15407/microbiolj78.04.090.
6. КОЦЬ, С. Я., КІРІЗІЙ, Д. А., ПАВЛИЩЕ, А. В. (2018). Взаємодія процесів асиміляції азоту і вуглецю у рослин сої, оброблених речовинами із фунгіцидною активністю та бульбочковими бактеріями, інкубованими з лектином. В: Доповіді НАН України, №7, С. 88-95. https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.07.088
7. КУР’ЯТА, В. Г., РОГАЧ, В. В., БУЙНА, О. І., КУШНІР, О. В., БУЙНИЙ, О. В. (2017). Вплив гіберелової кислоти та тебуконазолу на формування листкового апарату та функціонування донорно-акцепторної системи рослин овочевих пасльонових культур. В: Regulatory Mechanisms in Biosystems, №8(2), С. 162-
168. https://doi.org/10.15421/021726.
8. МИКОЛАЄВСЬКИЙ, В. П., СЕРГІЄНКО, В. Г., ТИТОВА, Л. В. (2016). Розвиток хвороб та продуктивність сої різних сортів за обробки насіння мікробними препаратами. В: Агробіологія, № 2, С. 96-103. http://nbuv.gov.ua/UJRN/agr_2016_2_18.
9. МОСТОВ’ЯК, І. І., КРАВЧЕНКО, О. В. (2018). Формування фотосинтетичної продуктивності посівів сої за використання різних видів фунгіцидів та інокулянта у Правобережному Лісостепу України. В: Вісник Уманського нац. ун-ту садівництва, № 2, С. 21-24. http://nbuv.gov.ua/UJRN/vumnuc_2018_2_6
10. МОСТОВ’ЯК, І. І., КРАВЧЕНКО, О. В. (2019). Симбіотичний апарат сої на фоні використання різних видів фунгіцидів та мікробного препарату. В: Таврійський науковий вісник, № 108, С. 72-77. https://doi. org/10.32851/2226-0099.2019.108.10.
11. ОМЕЛЬЧУК, С. В., ЖЕМОЙДА, А. В., ПАВЛИЩЕ, А. В. (2017). Формування, функціонування та продуктивність соєво-ризобіального симбіозу за дії фунгіцидів ламардор і максим. В: Физиология растений и генетика, 49(1), С. 54-63. https://doi.org/10.15407/frg2017.01.054.
12. ПАВЛИЩЕ, А. В., ЖЕМОЙДА, А. В., КІРІЗІЙ, Д. А., РИБАЧЕНКО, Л. І. (2019). Функціонування симбіотичного і фотосинтетичного апаратів сої за впливу протруйників фунгіцидної дії та екзогенного лектину. В: Физиология растений и генетика, 51(6), С. 517-528. https://doi.org/10.15407/frg2019.06.517
13. ПАВЛИЩЕ, А. В., ЯКИМЧУК, Р. А., ОМЕЛЬЧУК, С. В., ЖЕМОЙДА, А. В., КОЦЬ, С. Я. (2018). Симбiотичнi властивостi та насiннєва продуктивнiсть сої у польових умовах за рiзних способiв обробки насiння фунгіцидами. В: Физиология растений и генетика, 50(4), С. 358-368 https://doi.org/10.15407/
frg2018.04.358
14. ПОПОВ, С. Я., ДОРОЖКИНА, Л. А., КАЛИНИН, В. А. (2003). Основы химической защиты растений. М. : Арт-Лион.
15. ПРУСАКОВА, Л. Д., ЧИЖОВА, С. И., ПАВЛОВА, В. В. (2004). Оценка ретардантной активности триазолов в α-амилазном биотесте на эндосперме ярового ячменя. В: Физиология растений, 51(4), С. 626–630.
16. САЕНКО, Г. М., БУШНЕВА, Н. А. (2018). Совместимость фунгицидных протравителей сои с инокулянтами. В: Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научноисследовательского института масличных культур, №3(175), С. 124-127. https://dx.doi.org/10.25230/2412-608X-2018-3-175-124-127.
17. СЕРГІЄНКО, В. Г., МИКОЛАЄВСЬКИЙ В. П. (2014). Моніторинг хвороб сої в Лісостепу України. В: Карантин і захист рослин, №10(11), С. 9-11. https://nbuv.gov.ua/UJRN/Kirz_2014_10-11_5
18.ШЕЛУДЬКО, О., КЛУБУК, В., СТАВРАТІЙ, В., РЕПІЛЕВСЬКИЙ, Е., МАРКОВСЬКА, О., САЛГАЛОВ, О. (2014). Застосування фунгіцидів на по сівах зрошуваної сої. В: Пропозиція, №1, С. 90-92.
19. ЯКИМЕНКО, М. В., БЕГУН, С. А., СОРОКИНА, А. И. (2016). Совместимость коллекционных штаммов ризобий сои с фунгицидами и ростстимулирующими препаратами. В: Дальневосточный аграрный вестник, №2, С. 38–41.
20. BIKROL, A., SAXENA, N., SINGH, K. (2005). Response of Glycine max in relation to nitrogen fixation as influenced by fungicide seed treatment. In: African J. Bacteriol, № 4(7), рр. 667-671. https://doi.org/10.5897/AJB2005.000-3122
21. GARCIA, P. C., RUIZ, J. M., RIVERO, R. M., LUIS, R., PEZ-LEFEBRE, L., SANCHEZ, E., ROMERO, L. (2002). Is the application of carbendazim harmful to healthy plants? Evidence of weak phytotoxicity in tobacco. In: J. Agric. Food Chem., № 50(2), pp. 279–283. https://doi.org/10.1021/jf010748g.
22. HARDY, R., BURNS, R., HOLSTEN, R. (1973). Application of the acetylene-ethylene assay for measurement of nitrogen fixation. In: Soil. Biol. Biochem., № 5(1), pp. 41–83. https://doi.org/10.1016/0038-0717(73)90093-X.
23. HISCOX, J., ISRAELSTAM, R. (1979). А method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue without maceration. In: Canadian Journal of Botany, № 57(12), pp. 1332–1334. https://doi.org/10.1139/b79-163.
24. KINTSCHEV, M. R., GOULART, A. C. P., MERCANTE, F. M. (2014). Compatibility between rhizobium inoculation and fungicide application in seeds of common beans. In: Summa phytopathol, № 40(4), рр. 338-346. https://dx.doi.org/10.1590/0100-5405/1906.
25. KUMAR, S., GHATTY, S., SATYANARAYANA, J., GUHA, A. (2012). Paclobutrazol treatment as a potential strategy for higher seed and oil yield in field-grown Camelina sativa L. In: Crantz. BSK Research Notes, №13(5), pp. 137‒145. https://doi.org/10.1186/1756-0500-5-137.
26. MISHRA, G., KUMAR, N., GIRI, K., PANDEY, S., (2013). In vitro interaction beeween fungicides and beneficial plant growth promoting Rhizobacteria. In: Africal journal of Agricultural Research, vol. 8(45), pp. 5630–5633. https://doi.org/ 10.5897/AJAR11.1526.
27. MORGUN, V. V., PRIADKINA, G. A., STASIK, O. O., ZBORIVSKA, O. V. (2019). Relationships between canopy assimilation surface capacity traits and grain productivity of winter wheat genotypes under drought stress. In: Agricultural Science and Practice, № 6(2), рр.18-28 https://doi.org/10.15407/agrisp6.02.018.
28. PETIT, A.-N., FONTAINE, F., VATSA, P., CLEMENT, C., VAILLANT-GAVEAU, N. (2012). Fungicide impacts on photosynthesis in crop plants. In: Photosynthesis Reseach, №111, рр. 315-326. https://doi.org/10.1007/s11120-012-9719-8.
29. WELLBURN, A (1994). The spectral determination of chlorophylls a and b as well as total carotenoids using various solvents with spectrophotometers of different resolution. In: Journal of Plant Physiology, № 144(3), pp. 307-313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2.
30. XIA, X., HUANG, Y., WANG, L., HUANG, L., YU, Y., ZHOU, Y., YU, J. (2006). Pesticides-induced depression of photosynthesis was alleviated by 24-epibrassinolide pretreatment in Cucumis sativus L. In: Pesticide Biochemistry and Physiology, №86, pp. 42–48. https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2006.01.005.
31. YANG, L., YANG, D., YAN, X., CUI, L., WANG, Z., YUAN, H. ( 2016). The role of gibberellins in improving the resistance of tebuconazole-coated maize seeds to chilling stress by microencapsu lation. In: Scientific Reports, № 6(35447), pp. 1–12. https://doi.org/ 10.1038/srep35447.
Published
2021-03-23
How to Cite
КИРИЧЕНКО, Елена et al. Физиологические аспекты ответа соево-ризобиального симбиоза на действие фунгицидов Стандак Топ и Февер. Stiinta agricola, [S.l.], n. 2, p. 59-72, mar. 2021. ISSN 2587-3202. Available at: <https://sa.uasm.md/index.php?journal=sa&page=article&op=view&path%5B%5D=715>. Date accessed: 12 apr. 2021.
Section
Table of contents