Информационно-образовательный портал
e-mail: mail@infobraz.ru

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РАСТИТЕЛЬНОГО ФИТОРЕГУЛЯТОРА УРОЖАЙНОСТИ «РАФИТУР»

Реферат. Цель исследований – определение экологической безопасности фиторегулятора урожайности и оценка его воздействия на живые организмы для расчета допустимых концентраций препарата в поверхностных грунтовых водах. В статье представлен стимулятор роста растительного происхождения «Рафитур», который используется для предпосевной обработки семян с последующей обработкой вегетирующих растений. «Рафитур» получен из растительного сырья, а именно из картофеля в период прорастания глазков. Известно, что в этот период клубни становятся источником питательных веществ, в том числе фитогормонов, для развивающихся проростков. Одним из требований к современным стимуляторам роста растений является их экологическая безопасность. Для оценки безопасности препарата и определения допустимых концентраций для биообъектов были проведены исследования на почвенных беспозвоночных – червях Eisenia fetida, гидробионтах Daphnia magna Straus и почвенных микроорганизмах. В опытах с дождевыми червями безопасной можно считать концентрацию препарата «Рафитур» меньше 100 мг/кг субстрата. Для дафний выявленная безопасная концентрация РФУ – 10 мг/л, а в опытах с микроорганизмами определенно стимулирующее действие препарата. В результате экспериментов было показано, что действующие токсичные концентрации препарата значительно выше 0,1 мкг/л – концентрации, рекомендуемой для обработки растений.

Ключевые слова: стимулятор роста, экологическая безопасность, биотестирование.

Широкое использование химических средств защиты растений, применяемых в последние десятилетия, привело к тому, что их массовое использование стало, по существу, губительным для биоценозов. Проявляется это в загрязнении почв, воды, накоплению различных вредных веществ в растениях в течение вегетации и, как следствие, получении некачественной и опасной для здоровья человека продукции. В настоящее время единственная реальная альтернатива сложившейся ситуации – это поиск функциональных аналогов этих средств, имеющих природное происхождение, а также синтез таких веществ [1–5].

Растительный фиторегулятор урожайности (РФУ) «Рафитур» получен из природного растительного сырья, а именно из картофеля в период прорастания глазков. Известно, что в этот период клубни становятся источником питательных веществ, в том числе фитогормонов, для развивающихся проростков [6–8]. В состоянии вынужденного покоя глазки клубней содержат большое количество абсцизовой кислоты (АБК), незначительное – цитокинина, при этом ауксин и гиббереллин отсутствуют. Но уже в процессе формирования проростков появляются все группы фитогормонов. «Рафитур» – растительный экстракт, полученный из картофеля сорта Импала в ювенильный период. Препарат РФУ представляет собой сбалансированный белково-углеводный комплекс, содержащий гликозиды, свободные оксикарбоновые и аминокислоты, микро- и макроэлементы и фитогормоны, необходимые для роста и развития растений [9]. В ходе ранее проведенных лабораторных исследований было показано, что РФУ обладает ростостимулирующим эффектом [10]. Препарат разработан для предпосевной обработки семян и вегетирующих растений в различные фазы развития. В связи с этим предлагаемый нами препарат не должен оказывать вредное воздействия на биоценоз, что необходимо подтвердить опытным путем. Для определения экологической безопасности препарата была проведена оценка его воздействия на живые организмы с целью определения допустимых концентраций препарата в поверхностных грунтовых водах.

Объекты
и методы исследований

Препарат «Рафитур» представ­ляет собой сухой растительный экстракт после ультрафильтрационной сепарации (ΔP = 0,2 атм.) и лиофильной сушки продуктов водной экстракции в процессе механо-химической активации растительного сырья (Solánum tuberósum) методом истирания и экструзии.

Биотестирование проведено для установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения их жизненно важных функций. Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всем мире, и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии. В качестве объектов воздействия препарата были выбраны дождевые черви (Eisenia foetida), дафнии (Daphnia magna) и почвенные микроорга­низмы.

Важное условие правильного проведения биотестирования – использование генетически однородных лабораторных культур, поскольку они проходят проверку чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность к токсическим веществам.

В эксперименте исследовании использовали методики и подходы, принятые для данных исследований [11].

Оценку выживаемости и плодовитости дождевых червей Eisenia foetida проводили по методике международного стандарта ИСО 11268 [12].

В опытах были использованы растворы препарата «Рафитур» в концентрациях, обеспечивающих содержание в субстрате 1000, ­
750, 500 и 100 мг/кг в трех повторностях. Состав субстрата: 64 г – суглинок, 16 г – каолинит, 280 г – песок, 40 г – торф по сухому весу. рН субстратов 6,8 ± 0,2; сразу после внесения растворов практически не менялся.

Для увлажнения 400 г субстрата использовали по 140 мл раствора на сосуд. Растворы для увлажнения субстрата готовили разведением в дистиллированной воде.

Тестирование было проведено при следующих условиях:

  • в опыте № 1 червей заселяли в течение получаса после внесения препарата в субстраты;
  • в опыте № 2 червей заселяли через 2 часа после внесения препарата в субстраты.
  • в опыте № 3 червей заселяли через две недели после внесения препарата в субстраты.

    Результаты и обсуждение

    В опыте № 1 при концентрациях препарата 1000 и 750 мг/кг гибель червей на седьмые сутки составила 76,6 и 83,3% соответственно. При концентрации 500 мг/кг погибло 36,6% (в среднем по трем повторностям). При концентрации 100 мг/кг выживали практически все особи.

    В опыте № 2 токсическое действие можно было наблюдать при концентрации препарата 1000 мг/кг, при более низких концентрациях все черви выживали.

    В опыте № 3 червей запускали в субстрат через 2 недели после внесения в него препарата в тех же в четырех вариантах дозировки. В этом опыте на 7-й день наблюдений гибели червей не произошло, то есть препарат при всех исследуемых концентрациях после внесения в субстрат через 14 дней теряет свойства, оказывающие негативное действие на червей.

    Оценка острой токсичности препарата «Рафитур» для дафний проводили на культуре планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna S. Культура получена в НИЦ «Токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов» в 1999 г., и культивируется в лабораторных условиях в лаборатории функциональной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино) для биотести­рования.

    В сосуды наливали по 100 мл контрольной воды и тестируемых растворов. Повторность опытов была трехкратная. В каждый сосуд помещали по 10 односуточных дафний и экспонировали при оптимальных условиях в течение 96 ч. При кратковременном биотестировании дафний не кормят, учет выживаемости проводится через 1, 6, 24, 48, 72 и 96 ч. Если в любой учитываемый период времени гибнет 50% дафний и более, биотестирование прекращается. Концентрации испытуемого препарата составляли 500, 100, 50 и 10 мг/л.

    В эксперименте при концентрации препарата «Рафитур» 500 и 100 мг/л начало гибели дафний зафиксировано уже через 6 ч наблюдений (–10%) и полная гибель дафний наступала в течение 24 и 48 ч соответственно. В ходе эксперимента была выявлена безопасная концентрация РФУ для дафний 10 мг/л (гибель дафний не зафиксирована через 96 ­ч).

    Оценка влияния препарата «Рафитур» на почвенные микроорганизмы проводилась из расчета получения концентрации препарата в почве 50, 250 и 500 мг/кг. На 20 г воздушно-сухой почвы приливалось 1 мл раствора препарата «Рафитур». Для определения активности микробной биомассы к каждой пробе добавляли 1,7 мл раствора глюкозы (доведение до 80% от ППВ). Инкубация проходила в термостате при 22 °С. Анализы проводились в шестикратной пов­торности.

    По результатам измерения базального и субстрат-индуцированного дыхания определено, что внесение раствора препарата «Рафитур» в образцы лесной почвы стимулирует развитие почвенной биомассы во всех трех рассмотренных концентрациях. Микробная биомасса в контрольной серой лесной почве составила 685,15 ± 28,88 мкг С/г почвы. При внесении этих растворов РФУ микробная биомасса увеличилась и составила (мкг С/г почвы): при минимальной концентрации 746,8 ± 19,4; при средней концентрации – 780,1 ± 35,0; при максимальной концентрации – 824,9 ± 70,8. Таким образом, внесение препарата стимулирует развитие микроорганизмов, что считается положительной экологической характеристикой исследуемого препарата.

    Если соотнести полученные экспериментальные данные с результатами опытов по действию предпосевной обработки семян риса [10] и льна, в ходе которых было показано, что оптимальное стимулирующее действие препарата наблюдается при концентрациях 10–8%, или 0,1 мкг/л, то можно однозначно говорить об экологической безопасности пре­парата.

    Таким образом, по результатам биотестирования можно сделать следующие выводы.

    1.  В опытах с дождевыми червями безопасной можно считать концентрацию препарата «Рафитур» меньше 100 мг/кг субстрата.

    2.  В опытах с дафниями была выявлена безопасная концентрация РФУ, которая составляет 10 мг/л.

    3.  В опытах с микроорганизмами выявлено стимулирующее действие препарата «Рафитур».

    Литература

    1. Шатилова Т. И., Витол И. С., Герчиу Я. П., Белопухов С. Л., Семко В. Т. Действие препаратов – фиторегуляторов на формирование качества зерновых культур // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – № 12. – С. 47–48.
    2. Мишина О. С., Белопухов С. Л., Прусакова Л. Д. Физиологические основы применения регуляторов роста циркона и карвитола для ­увеличения продуктивности гречи­хи // Агрохимия. – 2010. – № 1. –
      С. 42–54.
    3. Ущаповский И. В., Корнеева Е. М., Белопухов С. Л., Дмитревская И. И., Прохоров И. С. Изучение биорегуляторов для предотвращения действия гербицидов на посевах льна-долгунца // Агрохимический вестник. – 2014. – № 4. – С. 27–29.
    4. Белопухов С. Л., Гришина Е. А. Исследование химического состава и ростстимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2012. – Т. 2, № 1. – С. ­97–103.
    5. Moskalenko A. I., Belopukhov S. L., Ivlev A. A., Boev V. I. General procedure for the synthesis of spirocyclic 3-hydroxy- and 3-oxotetrahydrofurans containing carbo- and heterocyclic fragments  // Russian Journal of Organic Chemistry. – 2011. – Iss. 47, No. 7. – Pp. 1091–1096.
    6. Борзенкова Р. А., Боровкова М. П. Динамика распределения фитогормонов по различным зонам клубней картофеля в связи с ростом и запасанием крахмала // Физиология растений. – 2003. – Т. 50, № 1. – C. ­129–134.
    7. Якушкина Н. И., Пузина Т. И. Изменение гормональною и энергетического обмена на первых этапах прорастания глазков картофеля / Биологические науки. – 1977. – № 2. – С. 94–98.
    8. Пузина Т. И. Изменение гормональной ситуации в клубнях в процессе онтогенеза растений картофеля // Тезисы третьего съезда ВОФР. – 1993. – Т. 4. – С. 404.
    9. Прусакова Л. Д., Кефели В. И., Белопухов С. Л., Вакуленко В. В., Кузнецова С. А. Роль фенольных соединений в растениях // Агрохимия. – 2008. – № 7. – С. ­86–96.
    10. Багнавец Н. Л., Белопухов С. Л., Филиппова А. В. Применение биопрепарата РФУ для предпосевной обработки риса // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2015. – № 4(54). – С. 41–43.
    11. Москалев А. А., Новаковский А. Б. Статистические методы в экологии с использованием R, Statistica, Excel и SPSS: учеб. пособие. – Сыктывкар : Изд-во СыктГУ, 2014. – 197 с.
    12. Фомин Г. С., Фомин А. Г. Определение загрязнения по острой летальной токсичности у земляных червей (ИСО 11268).Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник. – М. : Протектор, 2001. – 304 с.

Метки: Агрономия, лесное и водное хозяйство