Введение 4
1 Обзор литературы 6
1.1 Новое поколение пестицидов: препараты с метрибузином 6
1.2 Контролируемое высвобождение - новый метод применения пестицидов 9
1.3 ПГА - основа для депонирования 10
2 Методы исследования 17
2.1 Общий план эксперимента 17
2.2 Определение численности микроорганизмов в ризосфере тестовых
растений 18
2.3 Идентификация бактерий 19
3 Результаты исследования 21
3.1 Влияние различных форм метрибузина на численность почвенных
бактерий 21
3.2 Влияние различных способов внесения метрибузина в почву на
таксономический состав ризосферной микрофлоры 22
3.3 Гербицидное действие различных форм метрибузина в посевах пшеницы,
зараженных сорными растениями 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 26
Интенсивные технологии ведения сельского хозяйства сопровождаются применением огромного количества разнообразных химических веществ для борьбы с вредителями, сорняками и возбудителями болезней культивируемых видов. Однако, неизбирательное применение пестицидов и удобрений вызывает загрязнение окружающей среды, появление устойчивых к препаратам сельскохозяйственных вредителей и патогенов, а также утрату биоразнообразия [6].
Сфера биотехнологий открывает целый ряд потенциально возможных областей применения в сельском хозяйстве. Применение биотехнологий в медицине и фармакологии уже изучено и активно используется, но интерес к тому, чтобы использовать биотехнологии для защиты растений только начинает расти. В настоящее время все большее внимание направлено на уменьшение количества пестицидов, гербицидов и других биологически активных веществ, используемых в сельском хозяйстве. Один из методов, позволяющих снизить необходимое количество гербицидов, - депонирование активного вещества в матрицу из биоразлагаемого полимера. Это позволит не только увеличить срок действия препарата за счет контролируемого выхода активного вещества, но и минимизировать воздействие на окружающую среду [31, 32].
Среди биоразлагаемых полимеров в настоящее время активно изучаются полимеры, синтезируемые микроорганизмами, как перспективный материал для различных областей применения, в том числе и для создания экологически безопасных форм пестицидов [2, 35]. В качестве таких полимеров могут быть использованы полигидроксиалканоаты (ПГ А) - термопластичные, механически прочные и медленно разрушающиеся в биологических средах полимеры. Варьируя формой изделия из ПГА и нагруженностью ее препаратами, можно регулировать скорость разрушения полимерной основы, тем самым управляя скоростью выхода активного вещества. Данные свойства делают ПГА перспективным материалом для конструирования пролонгированных форм сельскохозяйственных препаратов нового поколения [3].
Целью данной работы являлось изучение влияния гербицида метрибузина, депонированного в полимерную основу из поли 3 гидроксибутирата, на ризосферную микрофлору пшеницы (Triticum aestivum) при выращивании с модельными сорными растениями (донник обыкновенный, Melilotus albus). Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Определить общую численность грибов и бактерий в ризосферной почве пшеницы при использовании депонированных форм метрибузина в виде пленок и микрогранул в сравнении с коммерческим препаратом метрибузина Зенкор Ультра.
2. Исследовать влияние различных способов внесения метрибузина в почву на таксономический состав ризосферной микрофлоры.
3. Оценить гербицидное действие различных форм метрибузина на донник в посевах пшеницы.
По результатам работы были сделаны следующие выводы:
1. Влияние гербицида метрибузина на общую численность ризосферных бактерий при выращивании пшеницы и донника зависело от препаративной формы гербицида. Внесение в почву коммерческого препарата Зенкор Ультра привело к снижению общей численности бактерий в почве в 1,75 раз по сравнению с негативным контролем. Аналогичное действие оказал препарат метрибузин, депонированный в биоразрушаемую основу из поли(3-гидроксибутирата), в виде пленок. Депонированный метрибузин в форме микрогранул не оказал достоверного влияния на развитие ризосферных бактерий.
2. Независимо от способа доставки метрибузин достоверно не изменял численность актиномицетов и грибов в ризосфере пшеницы по сравнению с негативным контролем.
3. Исследование таксономического разнообразия показало, что внесение метрибузина в почву стимулировало развитие спорообразующих бактерий рода Bacillus.
4. Экспериментальные формы метрибузина, депонированного в полимерную основу из поли(3-гидроксибутирата), не уступали по эффективности гербицидного действия коммерческому препарату.
1 Байрамбеков, Ш. Б. Метрибузин-универсальный гербицид для защиты томата / Ш. Б. Байрамбеков, З. Б. Валеева, О. Г. Корнева // Защита и карантин растений. - 2011, №. 4.
2 Волова, Т. Г. Разрушаемые биополимеры: получение, свойства, применение / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая. // Издательство «Красноярский писатель. - 2011.
3 Волова, Т. Г. Фундаментальные основы конструирования и применения сельскохозяйственных препаратов нового поколения / Т. Г. Волова, Н. О. Жила, С. В. Прудникова, А. Н. Бояндин, Е. И. Шишацкая. // Красноярск: Красноярский писатель. - 2016. - С. 80-85.
4 Захаренко, В. А. Пестициды в аграрном секторе России конца XX - начала XXI века / В. А. Захаренко. // Агрохимия. - 2008, № 11. - С. 86-96.
5 Козловский, А. Г. Изучение биодеградации поли-В-гидроксибутирата микроскопическими грибами / А. Г. Козловский, В. П. Желифонова, Н. Г. Винокурова // Микробиология. Т. 68, № 3. - 1999. - С. 340-346.
6 Круглов, Ю. В. Микрофлора почвы и пестициды / Ю. В. Круглов. - Москва : Агропромиздат. - 1991. - 129 с.
7 Куликова, Н. А. Гербициды и экологические аспекты их применения: учебное пособие. / Н. А. Куликова, Г. Ф. Лебедев. - Москва : Либриком, 2010. - 153 с.
8 Мельников, Н. Н. Перспективы производства и применения пестицидов/ Н. Н. Мельников //Химия в сельском хозяйстве. - 1979, №. 6. - С. 13-19.
9 Мельников, Н. Н. Пестициды. Химия, технология и применение / Н. Н. Мельников //М.: Химия. - 1987. - Т. 710. - С. 712.
10 Нетрусов, М. А. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. И. Нетрусов, М. А. Егорова, Л. М. Захарчук / под ред. А. И. Нетрусова. - М.: ИЦ «Академия», 2005. - 612 с.
11 Прудникова, С. В. Микробиологическая деградация полигидроксиалканоатов в модельных почвенных средах / С. В. Прудникова. // Вестник КрасГАУ. - 2012, №10. - С. 39-43.
12 Прудникова, С. В. Экологическая роль полигидроксиалканоатов - аналога синтетических пластмасс: закономерности биоразрушения в природной среде и взаимодействия с микроорганизмами : монография / С. В. Прудникова, Т. Г. Волова. - Красноярск : Красноярский писатель, 2012. - 184 с.
13 Россихина, О. Н. Видовое разнообразие почвенных микромицетов- деструкторов полигидроксиалканоатов //Сб. IX Всероссийской научно¬технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука». - 25 апреля 2013, Красноярск.
14 Сельскохозяйственный онлайн справочник Пестициды.ру [сайт]. - Режим доступа: http://www.pesticidy.ru/.
15 Хоулт, Дж. Определитель бактерий Берджи /Дж. Хоулт, Н. Криг, П. Снит, Дж. Стейли, С. Уилльямс - М.: «Мир», - 1997. - Т. 1, T. 2.
16 Шутко, А. П. Рынок средств защиты растений в мире и России:тенденции, динамика, прогнозы / А. П. Шутко, А. Г. Долгова // Международный студенческий научный вестник. - 2015, № 2. - 14 с.
17 Bonartsev, A. P. Biosynthesis, biodegradation, and application of poly (3- hydroxybutyrate) and its copolymers-natural polyesters produced by diazotrophic bacteria / A. P. Bonartsev, V. L. Myshkina, D. A. Nikolaeva, E. K. Furina1, T. A. Makhina, V. A. Livshits, A. P. Boskhomdzhiev, E. A. Ivanov, A. L. Iordanskii, G. A. Bonartseva. // Communicating Current Research and Educational Topics and Trends in Applied Microbiology. - 2007. - Т. 1. - С. 295-307.
18 Campos, E.V.R. Polysaccharides as safer release systems for agrochemicals / E. V. R. Campos, J. L. de Oliveira, L. F. Fraceto, B. Singh. //Agronomy for Sustainable Development. - 2015. - Т. 35, №. 1. - С. 47-66.
19 Cespedes F. F. Bentonite and anthracite in alginate-based controlled release formulations to reduce leaching of chloridazon and metribuzin in a calcareous soil /
F. F. Cespedes, S. Perez Garda, M. Villafranca Sanchez, M. Fernandez Perez. //Chemosphere. - 2013. - Т. 92, №. 8. - С. 918-924.
20 Ceyhan, N. Poly--hydroxybutyrate (PHB) production from domestic wastewater using Enterobacter aerogenes 12Bi strain / N. Ceyhan, G. Ozdemir. //African Journal of Microbiology Research. - 2011. - Т. 5, №. 6. - С. 690-702.
21 Damalas, C. A. Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators / C. A. Damalas, I. G. Eleftherohorinos // International Journal of Environmental Research and Public Health. - 2011. - Т. 8, №. 5. - С. 1402-1419.
22 Dash, S. Kinetic modeling on drug release from controlled drug delivery systems // Acta Poloniae Pharmaceutica. - 2010. - Т. 67. - №. 3. - С. 217-23.
23 Doi, Y. Cyclic nature of poly (3-hydroxyalkanoate) metabolism in Alcaligenes eutrophus / Y. Doi, A. Segawa , Y. Kawaguchi, M. Kunioka //FEMS Microbiology Letters. - 1990. - Т. 67. - №. 1-2. - С. 165-169.
24 Fedtke, C. Nitrogen metabolism in photosynthetically inhibited plants / C. Fedtke. // Biology of Inorganic Nitrogen and Sulfur - Springer Berlin Heidelberg, 1981. - С. 260-265.
25 Fernandez-Perez, M. Prevention of chloridazon and metribuzin pollution using lignin-based formulations / M. Fernandez-Perez, M. Villafranca-Sanchez, F. Flores-Cespedes, S. Perez-Garda, I. Daza-Fernandez //Environmental Pollution. -
2010. - Т. 158, №. 5. - С. 1412-1419.
26 Fernandez-Urrusuno, R. Development of controlled release formulations of alachlor in ethylcellulose / R. Fernandez-Urrusuno, J. M. Gines, E. Morillo // Journal of Microencapsulation. - 2000, - Т. 17, № 3. - С. 331- 342.
27 Ghormade, V. Perspectives for nano-biotechnology enabled protection and nutrition of plants / M. V. Deshpande, K. M. Paknikar // Biotechnology Advances. -
2011. - Т. 29. - №. 6. - С. 792- 803.
28 Grillo, R. Poly(-caprolactone) nanocapsules as carrier systems for herbicides. Physico-chemical characterization and genotoxicity evaluation / R. Grillo,
N. Zocal Pereira, C. R. Maruyama, A. H. Rosa, R. de Lima, L. F. Fraceto // Journal of Hazardous Materials. - 2012, - Vol. 231. - P. 1-9
29 Kiselev, E. G. The Kinetics of Fungicide and Herbicide Release from Slow- Release Formulations Prepared from Degradable Poly-3-Hydroxybutyrate / E. G. Kiselev, S. V. Baranovskiy // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. - Krasnoyarsk, 2016. - Т. 9, № 2. - C. 233.
30 Maqueda, C. Novel System for Reducing Leaching of the Herbicide Metribuzin Using Clay- Gel-Based Formulations / C. Maqueda, J. Villaverde, F. Sopena, T. Undabeytia, E. Morillo. //Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2008. - Т. 56. - №. 24. - С. 11941-11946.
31 Mogul, M. G. Controlled release of biologically active agents for purposes of agricultural crop management / M. G. Mogul, H. Akin, N. Hasirci, D. J. Trantolo,
J. D. Gresser, Donald L. Wise. // Resources, Conservation and Recycling. - 1996. - Т. 16, №. 1. - С. 289-320.
32 Perez-de-Luque, A. Nanotechnology for parasitic plant control / A. Perez-de-Luque, D. Rubiales. // Pest Management Science. - 2009. - Т. 65, №. 5. - С. 540-545.
33 Roy, A. Controlled pesticide release from biodegradable polymers / A. Roy,
S. K. Singh, J. Bajpai, A. K. Bajpai. //Central European Journal of Chemistry. - 2014. - Т. 12, №. 4. - С. 453-469.
34 Sanyal, P. Degradation of poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) by some soil Aspergillus spp. / P. Sanyal, P. Samaddar, A. Paul. // Journal of Polymer and the Environment - 2006. - Vol. 14. - P. 257-263.
35 Savenkova, L. PHB-based films as matrices for pesticides // L. Savenkova, Z. Gercberga, O. Muter, V. Nikolaeva, A. Dzene, V. Tupureina // Process Biochemistry. - 2002. - Vol. 37. - Р. 719-722.
36 Shaviv, A. Advances in controlled-release fertilizers / A. Shaviv. //Advances in Agronomy. - 2001. - Т. 71. - С. 1-49.
37 Sopena, V. F. Controlled release formulations of herbicides based on micro¬encapsulation. / V. F. Sopena, C. P. Maqueda, G. E. Morillo. //Ciencia e Investigation Agraria. - 2009. - Т. 36. - №. 1. - С. 27-42.
38 Sopena, F. Controlled release of the herbicide norflurason into water from ethylcellulose formulations. / F. Sopena, A. Cabrera, C. Maqueda, E. Morillo. // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2005. - Vol. 53. - P. 3540-3547.
39 Trenkel, M. E. Controlled-release and stabilized fertilizers in agriculture / - Paris : International Fertilizer Industry Association, 1997. - Т. 11.
40 Volova, T. G. Polyhydroxyalkanoates--plastic materials of the 21st century: production, properties, applications / T. G. Volova. - Nova publishers, 2004.
41 Wilson, C. Why farmers continue to use pesticides despite environmental, health and sustainability costs / C. Wilson, C. Tisdell. // Ecological Economics. -
2001. - Т. 39, №. 3. - С. 449-462.
42 Zhang, B. Microorganism-based monodisperse microcapsules: encapsulation of the fungicide tebuconazole and its controlled release properties / B. Zhang, T. Zhang, Q. Wangb, T. Ren. // RSC Advances. - 2015. - Т. 5, №. 32. - С. 25164-25170.
43 Zinn, M. Occurrence, synthesis and medical application of bacterial polyhydroxyalkanoate / M. Zinn, B. Witholt, T. Egli //Advanced Drug Delivery Reviews. - 2001. - Т. 53, №. 1. - С. 5-21.