Биологическая активность гуминового комплекса различного происхождения и его влияние на рост и развитие растений (23.08.2010)

Автор: Юшкова Елена Ильинична

Биогумус как основа для получения биологически активных веществ произведен в результате жизнедеятельности элитной промышленной линии дождевых (компостных) червей Владимирский гибрид «Старатель». Выращивали червей на различных субстратах (компосты: конский, свиной, птичий; осадок сточных вод). Для исследований получены образцы биогумуса разного периода созревания: с января по апрель – «зимний»- образец, с апреля по октябрь – «летний» - образец; разного срока созревания (1,5 месяца компостирования, 3 месяца, 6 месяцев).

Агрохимические и микробиологические характеристики биогумуса проводили по следующим методикам: определение фосфора и калия по Кирсанову в модификации ЦИНАО, количество аммиачного и нитратного азота в почве методом Корнфильда (Радов А.С. и др., 1985); содержание золы, концентрацию водородных ионов в субстратах и биогумусе по Петербургскому А.В. (1968); аммонифицирующую активность и содержание нитратов по Радову А.С. (1985). Чистые культуры микроорганизмов выращивали на среде Чапека. Целлюлозоразрушающую активность определяли модифицированным методом Кристенсена (Ежов Г.И., 1981).

Водные экстракты биогумуса получали добавлением к 20 г сухих образцов вермикомпостов и контрольного образца (компоста) 100 мл 50 мМ фосфатного буфера (рН 7,6). Экстракцию проводили при перемешивании магнитной мешалкой и комнатной температуре. Полученные суспензии центрифугировали в течение 30 мин при 10000 об/мин (центрифуга – Т-24 , MLШ Германия). В супернатантах определяли содержание растворимых веществ.

Спиртовые экстракты получали так же как описано выше, для водной экстракции. Содержание экстрагированных веществ определяли методом высушивания до постоянного веса.

Протеолитическую активность экстрактов исследовали по отношению к гемоглобину, растворенному в 50 мМ фосфатном буфере (рН 7,6). Оптическую плотность супернатантов инкубируемой смеси измеряли спектрофотометрически.

Амилолитическую активность экстрактов исследовали по отношению к 1% суспензии картофельного крахмала в 50 мМ фосфатном буфере с рН 7,6. Методика основана на определении содержания редуцирующих групп путем окисления карбонильной группы моно-, ди-, олиго- и полисахаридов до карбоксильной 3,5 - динитросалициловой кислотой, что приводит к переходу окраски от желтой к красно-бурой.

Выделение гуминовых кислот и фульвокислот. Навески образцов для удаления солей и карбоксигидратов обрабатывали 0,1N раствором HCl, затем перемешивали на магнитной мешалке и центрифугировали. Из полученных осадков методом щелочной экстракции извлекали гуминовые кислоты и фульвокислоты. Процедура экстракции была проведена 11 раз. Полнота экстракции контролировалась метода ВЭЖХ.

Выделение гиматомелановых кислот. Взвешенные препараты гуминовых кислот помещали в виалы и растворяли в минимальном объеме 1N раствора NaOH при перемешивании магнитной мешалкой. После полного растворения проводили спиртовую экстракцию (метанол, этанол и пропанол) в течение 12 часов под аргоном. Полученные суспензии центрифугировали, супернатанты помещали в виалы. Концентрацию ГМК в растворе определяли методом высушивания до постоянного веса за вычетом сухого веса высушенного растворителя (спирт с 0,1 N раствор NaOH). При исследованиях методом ВЭЖХ использовали растворы ГМК с концентрацией 1 мг/мл.

Все используемые реактивы имели марку «х.ч.» и «ч.д.а.».

Хроматографические исследования гуминовых кислот проводили на хроматографе “Gilson”, оснащенным компьютером с программой приема и обработки хроматографических данных. Сбор и обработка хроматографических данных осуществляется через программу Мультихром или Gilson Unipoint. Измерения проводили в изократическом, градиентном и обращеннофазовом режимах. Детектирование хроматографических пиков осуществлялось УФ-детектором при 220 и 280 нм. Для хроматографирования использовали следующие колонки: Alltima C8 (250x4,6 мм; 5 мкм); Macrosphere RP 300 C8 (250x4,6 мм; 5 мкм); Platinum EPS C18 (250x4,6 мм; 5 мкм). Все используемые реактивы имели марку «Для ВЭЖХ».

Исследование экстрактов биогумуса проводили методом гель-фильтрации на геле сефадекс G-75 с непрерывной автоматической регистрацией оптической плотности элюата в проточной кварцевой кювете, колонка TSK G4000SW (8x300 мм). Объем аликвоты раствора 100 мкл, скорость элюирования 0,4 мл/мин. В качестве элюента использовали 50 мМ фосфатный буфер с рН 7,6. Детектирование пиков хроматограмм осуществляли при 254 нм.

Определение жирнокислотного состава компостов и вермикомпостов проводилось методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Agilent 6890N», оснащенном масс-спектрометрическим детектором «Agilent 5973N» и капиллярной колонкой HP – 5MS 0,25mm(30m(0,25mm. Идентификацию жирных кислот проводили с помощью компьютерного поиска (РВМ) и библиотеки масс-спектров Wiley.

Спектроскопические измерения проводили на спектрофотометре Specord UV/VIS (Carl Zeiss, Jena, Германия). Specord сканирующий UV/VIS спектрофотометр, работающий как автономное устройство со встроенным микропроцессором и в системе с внешним компьютером. Диапазон длин волн 190 - 1100 нм, соответствует требованиям стандарта DAB.

Для спектрофотометрического анализа использовали фотометр фотоэлектрический КФК-3-01.

Спектры ЯМР регистрировались на твердофазном ЯМР-спектрометре Bruker DSX 200 при резонансной частоте 50,3 МГц, с использованием cross-поляризации, magic angle spinning техники c spinning speed 6,8 кГц. Контактное время 1 мсек, pulse delay 400 мсек.

Микроколориметрические исследования гумусовых кислот проводили на адиабатном сканирующем микроколориметре ДАСМ-4А (институт биологического приборостроения РАН, г. Пущино Московской области, Россия) с объемом рабочей ячейки 0,4672 см3. В каждом эксперименте шкалу теплоемкости калибровали по эффекту Джоуля-Ленца. Диапазон сканирования температур от 20 до 120?С, скорость нагрева - 2?С/мин. Концентрация ГВ в растворах составляла 8 мг/мл в 0,1 М фосфатном буфере, содержащем 0,4 М хлорид натрия с рН 7,7, гуминовых кислот – 6 мг/мл.

Извлечение биологически активных веществ из биогумуса и компоста (контроль) проводили методом экстракции. Выход активного вещества составлял 3,25 мг на 1 кг биогумуса. Приготовленный препарат гуминового комплекса считали как раствор 1:1. Далее готовили испытуемые растворы разведением дистиллированной водой до концентраций 1,5·10-2, 1,5·10-3, 1,5·10-4%.

Для определения каталазы в растениях была использована методика А.И. Ермакова с модификациями (1987).

При определении пероксидазной активности растений использовали колориметрический метод Бояркина А.Н. с модификациями (1981). Метод основан на определении скорости реакции окисления бензидина до образования синего продукта окисления определенной концентрации, заранее устанавливаемой на фотоэлектроколориметре. Измерение проводили с использованием красного светофильтра при длине волны ? =590 нм.

Для определения активности супероксиддисмутазы (СОД) применялась модифицированная методика с использованием фотореактора (Giannopolities C. N., Ries S. K., 1977; Гринблат А.И., 2007).

Для лабораторных исследований биологической активности гуминового комплекса использовали сорта гороха, обладающие ценными хозяйственными признаками, но разной степенью восприимчивости к болезням и вредителям: горох «Норд» на зерно (ГНУ ВНИИЗБК, 1992), горох «Орпела» (ГНУ ВНИИЗБК, 1994).

Для полевых исследований влияния растворов гуминового комплекса на поражаемость болезнями и вредителями, продуктивность и урожайность использовался следующие сорта сельскохозяйственных растений: горох «Вега» - овощной сорт (ГНУ ВНИИ селекции овощных культур, 1982), горох «Батрак» (ГНУ ВНИИЗБК, 2000), картофель «Жуковский ранний» (селекция ВНИИ КХ), пшеницу сорт «Крестьянка».

Обработку семян (клубней) проводили путем замачивания в течение 2 часов в растворах гуминового комплекса с концентрациями 1,5·10-2, 1,5·10-3, 1,5·10-4%, вытяжке из компоста с концентрацией 1,5·10-2% и растворе «Гумистар», приготовленного промышленным способом (производство ОАО МНПК «ПИКЪ»), с концентрацией 1,5·10-2%. В качестве контроля использовали замачивание семян в растворе дистиллированной воды.

Для лабораторных опытов семена перед использованием обеззараживали 1 % - ным раствором дезолона. Исследовали 7 вариантов. В 3-х вариантах использовали предпосевную обработку семян (клубней) испытуемыми растворами, и в 3-х сочетали обработку семян с 2-х разовым опрыскиванием растений. Площадь делянки составляла 10 м2 (для гороха и пшеницы), 2 м2 (для картофеля) повторность 4 - кратная. Учёт распространения и развития болезней проводили по методикам Н.Н. Кирика и В.В. Котовой (1979), В.И. Попова, М.Ю. Степановой (1981). Поражённость корневой системы гнилями определяли по 4-х бальной шкале, поражение пятнистостями по 5-ти бальной в фазу бутонизации и цветения (период массового заселения растений вредителями) и в фазу плодообразования (во время массовой откладки яиц) (Котова В.В., 1986).

Опытный материал выращивали в условиях полевого опыта на делянках площадью 10 м2 в 4-х кратной повторности при норме высева 1,2 млн. шт./га размещение делянок риндомизированное. Посадку картофеля производили по схеме: 0,3х0,7 м, густота стояния растений составляла 47619 шт. растений/га.

Обработку семян исследуемыми растворами проводили за 1-2 дня до посева гороха суспензионным способом, вручную. Обработку посевов проводили дважды в период бутонизации и цветения. Анализ семян, обработанных препаратами на всхожесть, заражённость проводили на 4-й, 7-й день после обработки согласно методикам (Методические указания по государственному испытанию фунгицидов, антибиотиков и протравителей семян сельскохозяйственных культур, 1985). По сноповому материалу определяли структуру урожая (количество бобов и семян на одном растении и масса 1000 семян) (Методика Госсортсети, 1981).

Обработку экспериментальных данных проводили методом Б.А. Доспехова с помощью компьютерной программы Ехеl (1985).

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА водных и спиртовых экстрактов вермикомпостов

Для сравнительного исследования физико-химических свойств и ферментативной активности экстрактов вермикомпостов был получен биогумус различного периода созревания.

Анализ биогумуса показал, что его химические свойства зависят от времени культивирования (табл. 1).

Вермикомпостирование приводит к повышению рН-среды, рН приближается к нейтральной; общий азот увеличивается.

Содержание обменного калия К2О незначительно снижается, а содержание Р2О5 увеличивается по мере биокомпостирования и находится в пределах величин мирового стандарта. Содержание золы, напротив, значительно возрастает (на 10 - 15%), что обогащает почву необходимыми макро- и микроэлементами. Ключевым показателем при оценке скорости биоконверсии органических отходов и степени зрелости вермикомпостов, по данным международного стандарта, является соотношение С/N. По нашим данным, этот показатель снижается при биокомпостировании, что указывает на его зрелость.

Таблица 1

Агрохимический состав биогумуса различного периода созревания

Вид удобрения Гумус, % рН Азот

общий, % Зола,% Р2О5, % К2О, % С/N

Компост 17,3 5,8 2,81 57,1 1,20 0,70 22,1

Биогумус (зимний) 17,8 6,3 1,71 73,2 0,78 0,71 13,7

Биогумус (летний) 26,2 6,3 2,25 65,6 1,13 0,66 17,7

Международный стандарт 20-30 6,5-7,5 1,0 57,7 1,5 1,0 -


загрузка...