Регуляторы роста растений: грамотное вмешательство в природный процесс

Чтобы культуры развивались полноценно и гармонично, необходимо не только защищать, но и контролировать весь процесс их жизнедеятельности. Для этого в растениеводстве используют отработанные технологии и обработку культур специальными регуляторами роста. Препараты, входящие в группу под общим названием «регуляторы роста», обладают возможностями изменять естественный процесс развития культур, в т.ч. улучшают их адаптацию к новым условиям произрастания, помогают противостоять стрессу, чем повышают урожайность и качество продукции. При этом действие их может быть как стимулирующим, так и сдерживающим. Важно понимать принципы работы регуляторов роста, чтобы правильно их использовать по назначению.

В организме растений присутствуют физиологически активные вещества — фитогормоны, различающиеся принципом и механизмом влияния на их рост и развитие. Они синтезируются из органических кислот в отдельных частях и распространяются по всему растению, регулируя обмен веществ, вызывая ростовые (ускорение или замедление) или формативные эффекты (дефолиация). Именно за счёт передвижения гормонов достигается взаимовлияние органов и целостность растения. Изменения в интенсивности синтеза одного из фитогормонов, вызванные внутренними или внешними причинами, приводят к ответной реакции растения — переходу к другому характеру ростовых или формативных процессов. Потребность растения в гормонах составляет 10-13×10^-5 моль/л.

В природе стимуляторы и ингибиторы действуют сообща. В зависимости от фазы развития культуры и условий окружающей среды активизируется действие одного из фитогормонов. Когда его функция выполнена либо состояние окружающей среды меняется, то в действие включается другой фитогормон.

Человек научился использовать эти соединения, чтобы стимулировать или ингибировать (тормозить) процессы роста и развития растений с целью снижения рисков в достижении требуемого результата. При грамотном подборе регуляторы роста способны сгладить последствия стресса растений, с которыми не может справиться агрохимия, а также сдвинуть заложенный природой баланс фитогормонов в нужную сторону, ускорить или замедлить развитие и созревание, повысить урожайность и качество, продлить сроки хранения плодов и т.д.

Создание эффективных химических и биологических регуляторов роста растений сегодня относят к актуальному направлению научного поиска — нанотехнологиям, поскольку в маленьких дозах (мг или г на 1 гектар) они влияют на ростовые процессы и могут защитить растения от различных стрессов. Препараты на основе физиологически активных веществ используются для обработки посадочного материала, листовой и корневой подкормки, опрыскивания завязей, плодов и т.д. Они выпускаются в форме водных растворов, аэрозолей, паст и эмульсий. К стимуляторам роста можно отнести и микроудобрения.

В Госреесте Республики Беларусь в разделе «Регуляторы роста растений» зарегистрировано около 110 препаратов для обработки растений и семян на основе биологически активных веществ, при использовании которых нужно следовать инструкции.

По характеру действия на растительные ткани регуляторы роста делятся на стимуляторы (ускоряют рост и развитие) и ингибиторы (тормозят рост и развитие). По происхождению регуляторы роста бывают природными и синтетическими.

К природным регуляторам роста относят фитогормоны, ингибиторы роста и витамины. Известно 6 основных эндогенных фитогормонов: ауксин, гиббереллин, цитокинин, абсцизин, этилен и брассин (табл.). Каждый из них имеет синтетические аналоги. К уже известным и изученным группам фитогормонов в наше время выделено еще несколько эндогенных регуляторных веществ: брассиностероиды, жасминовая и салициловая кислоты, некоторые олигосахариды.

Из мевалоновой кислоты синтезируются 4-е класса фитогормонов: стимуляторы — гиббереллины, цитокинины и брассиностероиды, а также ингибитор — абсцизовая кислота.

Ауксин образуется в зонах растения с высокой меристематической активностью, инициирует деление и растяжение клеток, регулирует формирование проводящих пучков, участвует в изменении проницаемости мембран. Обогащенные ауксином ткани притягивают питательные вещества. Свойствами ауксина также является способность задерживать опадение листьев и завязей, вызывать партенокарпию. Такие регуляторы роста ауксиновой природы, как 1-нафтилуксусная и индометил-3-масляная кислоты, применяют в садоводстве для укоренения черенков, повышения приживаемости саженцев и восстановления корневой системы у пересаженных кустарников и деревьев.

Гиббереллины синтезируются в основном в листьях, откуда перемещаются вверх и вниз по стеблю. Они участвуют в переносе информации о нуклеотидной последовательности ДНК на информационную РНК при синтезе белков. Под их действием удлиняются листья, цветки и соцветия, гиббереллины усиливают рост стеблей сильнее, чем ауксины. Они практически не влияют на рост корней, но способствуют образованию партенокарпических плодов (бессемянных) и способны смещать пол растений в мужскую сторону.

Цитокинины участвуют в синтезе фермента нитратредуктазы и транспорте ионов Н⁺, K⁺, Са²⁺, стимулируют прорастание семян, задерживают процессы старения растительных организмов, поддерживают нормальный обмен веществ у пожелтевших листьев, вызывая их вторичное позеленение. Цитокинин нашёл применение в культуре ткани, необходим для поддержания функциональной активности изолированных тканей и органов.

Абсцизины синтезируются в листьях, транспортируются вверх и вниз по стеблю. Относятся к естественным ингибиторам, так как задерживают рост в фазе деления и растяжения клеток, но в высоких концентрациях не проявляют токсического действия. Участвуют в механизмах стресса, регулируя движение в устьицах. Индуцируют наступление состояния покоя у растений, ускоряют опадание плодов (абсцизия), задерживают прорастание семян. При наступлении неблагоприятных факторов внешней среды, особенно при дефиците влаги у растений, в их тканях происходит накопление абсцизовой кислоты, которая вызывает закрытие устьиц, снижается транспирация и сокращаются энергетические затраты.

Этилен синтезируется во всех органах растения из метионина, повышает проницаемость клеточных мембран и скорость синтеза белка, тормозит деление клеток и удлинение проростков, изменяет направление роста клеток с продольного на поперечное, утолщает стебель. Этилен вызывает быстрый рост верхней стороны органа, в результате чего лист или лепесток изгибается, поэтому его используют для ускорения раскрывания цветков. Опускание листьев под действием этилена сокращает транспирацию. В большинстве случаев он увеличивает период покоя семян и клубней, используется в качестве стимулятора созревания плодов и овощей.

Брассиностероиды поддерживают работу иммунной системы растения, особенно в стрессовых ситуациях. Они содержатся в каждой растительной клетке, однако их естественный уровень в меняющейся экологической ситуации оказывается недостаточным для поддержания иммунитета и нормального развития в течение вегетации. Поэтому они проявляют эффект при обработке культур.

Действие природных фитогормонов никогда не бывает изолированным друг от друга. Они находятся в растении в постоянном взаимодействии — дополняют или ослабляют взаимное влияние. Стимуляция и торможение развития — сложный механизм их взаимосвязи. Один и тот же фитогормон в разных условиях или в неопытных руках может дать неожиданный результат.

В последнее время ведется активный поиск фиторегуляторов, обладающих антистрессовым и регенеративным действиями. Изучаются негормональные регуляторы роста — полиамины, ряд фенольных соединений и др. Не являются фитогормонами такие общеукрепляющие препараты для растений, как янтарная кислота, полипептиды и олигосахариды. Все эти соединения обладают определенным спектром действия на культурные растения и по-разному влияют на их физиологические процессы.

Появилось множество препаратов, называемых иммуномодуляторами. Стимулирование собственного иммунитета растений (фитоиммунокоррекция) позволяет индуцировать у растений комплексную неспецифическую устойчивость к болезням грибного, бактериального и вирусного происхождений, а также к неблагоприятным факторам среды. Стимуляторы роста выделяют из бактерий, грибов, торфа, хвойного сырья, водорослей и синтетических материалов.

Их получают в результате органического синтеза. Так, в 1930-х годах голландский физиолог впервые синтезировал гормон ауксин (ИУК), затем появились более перспективные вещества: индолилмасляная и нафтилуксусная кислоты (гетероауксин). В 1940 году произвели дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-Д) — гербицид из группы синтетических ауксинов. В 1955 году был синтезирован кинетин (цитокинин).

В основе химической формулы регуляторов роста для культур лежат фитогормоны и вторичные ростовые вещества (аминокислоты, алкалоиды, карбоновые кислоты, лактоны, липиды, терпеноиды, флавоноиды).

К синтетическим регуляторам роста также относят следующие ингибиторы — ретарданты и морфактины.

Ретарданты избирательно тормозят рост стеблей (снижают синтез гиббереллина) с целью получения растений с сильным ветвлением, крепким стеблем и мощной корневой системой, чем повышают устойчивость культур к неблагоприятным факторам внешней среды. При этом они не оказывают отрицательного влияния на физиолого-биохимические процессы, а именно на верхушечную зону меристемы, из которой развиваются листья и генеративные органы.

Ретардантными свойствами обладает около тысячи химических соединений, большинство из которых относят к 4 группам веществ:

1. Четвертичные ониевые соединения. Среди них наиболее популярен хлормекватхлорид или хлорхолинхлорид (ТУР или ССС) и морфол, ретардантный эффект которых обусловлен способностью прерывать биосинтез гиббереллинов у зерновых культур.
2. Производные гидразина. Механизм их действия не связан с влиянием на синтез гиббереллинов, а обусловлен подавлением гормональной активности.
3. Производные триазола. Препараты этой группы блокируют биосинтез гиббереллинов.
4. Этиленпродуцирующие. Не прерывают биосинтез гиббереллина, но их действие связано с антигиббереллиновым эффектом.

Обязательное включение в технологию возделывания озимых зерновых применения ретардантов необходимо при уровне планируемой урожайности зерна более 40 ц/га, плотности стеблестоя в фазу кущения более 700-800 побегов, высоком уровне азотного питания и влагообеспеченности. Обработка регуляторами роста осенью — неизменный элемент технологии возделывания озимого рапса.

Морфактины вызывают аномалии в точке роста — тормозят развитие молодых частей растений за счет нарушения транспорта гормональных соединений (появление уродливых органов у растений).

В отличие от природных, синтетические ингибиторы резче подавляют ростовые процессы. Если соединение обладает резким подавляющим действием, то его относят к гербицидам, уничтожающим сорную растительность. Такие гербициды нарушают в растении морфогенетические процессы (формообразование), отчего ростовые процессы в тканях длительное время не поддаются восстановлению.

В 1942 году было установлено, что синтетический ауксин 2,4-Д и 2М-4Х в высоких дозах действует как гербицид избирательного действия, угнетая и уничтожая широколиственные сорняки в посевах злаковых культур. Злаки наиболее устойчивы к гербициду 2,4-Д в период кущения. Однако после внесения он сохраняет в почве активность длительное время. Одним из способов предупреждения последействия 2,4-Д на культуры в высоких дозах внесения является предпосевная обработка семян зерновых гуминовыми препаратами (Т.В. Князева, 2013).

Действие регуляторов роста носит кратковременный характер, дает лишь толчок к развитию! Положительный эффект от препаратов может проявляться тогда, когда в растении или в его отдельных органах действительно не хватает собственных фитогормонов. При этом сами ткани и органы культур должны быть восприимчивы к фитогормонам, а растения иметь оптимальное обеспечение питанием и водой. Если культуре не хватает основного питания, то стимуляция не принесет нужных результатов. Поэтому «регуляторы роста не заменяют питание культур, а лишь повышают аппетит». В этом состоит универсальная функция препаратов на основе физиологически активных веществ, которые различаются по происхождению и принципу действия, а для проявления эффекта требуют соблюдения ряда условий.

При применении регулирующих препаратов необходимо учитывать, что каждый из них создан для стимулирования или подавления роста и развития, повышения продуктивности и качества определенных культур только при соответствующих дозах, сроках и способах применения.

Важные факторы эффективного действия регуляторов роста:

• правильный выбор препарата;
• своевременная обработка с учётом погодных условий;
• соблюдение определенной температуры раствора для обработки растений.

В случае превышения или снижения рекомендуемой температуры раствора он может оказать токсическое воздействие на растения или снизить эффект от использования регулятора. В случае комплексной обработки растений несколькими регуляторами роста их применение должно быть обоснованным. В этом случае рекомендуется выдерживать временной интервал между обработками, чтобы действие второго вещества не перекрывало эффект от предыдущего. Действие всех регуляторов роста также зависит от их концентрации (передозировка приводит к подавляющему эффекту).

В применении фитогормонов также нет строгих рекомендаций, имеются лишь общие представления об использовании, чтобы не навредить растению. Как правило, семена перед посевом и рассаду перед высадкой в открытый грунт обрабатывают цитокининами. Если вдруг условия для роста и развития культур становятся неблагоприятными, сразу после высева или высадки рассады в почву используют брассиностероиды. Если, к примеру, в неблагоприятных погодных условиях при пересадке рассады на постоянное место в почву, обработать её стимуляторами роста, то растения от этого сильно вытянутся, что негативно отразится на урожае.

Всходы на стадии 3-4 настоящих листьев обрабатывают ауксинами. Для некоторых зеленных и салатных культур обработку ауксинами проводят повторно перед цветением. Гиббереллины применяют на плодовых культурах с целью снижения опадания завязей и улучшения качества плодов.

В итоге вырисовывается следующая схема применения регуляторов роста:

• процедуру обработки можно проводить от одного до нескольких раз;
• препараты для роста растений нужно вносить, исходя из присутствующих у растений симптомов недуга;
• использовать стимуляторы и регуляторы можно в целях профилактики;
• при подготовке раствора и обработке им растений нужно четко следовать инструкции.

Список литературы находится в редакции.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2020 г., № 19).