Особенности ростингибирующего эффекта фунгицида азоксистробина и его способность тормозить расход сахаров в проростках озимой пшеницы

Цель работы - оценить перспективы использования фунгицида азоксистробина, являющегося одним из представителей класса стробилуринов, для повышения устойчивости озимой пшеницы к низким температурам. Было изучено влияние азоксистробина на ростовые процессы, жизнеспособность клеток и содержание водорастворимых углеводов у озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Иркутская. Азоксистробин чаще, чем другие синтетические стробилурины, используется в составе многокомпонентных фунгицидных препаратов. Это фунгицид широкого спектра действия, вызывающий ингибирование комплекса III электрон-транспортной цепи митохондрий. Исследования проводились в лабораторных условиях на 3-суточных этиолированных проростках озимой пшеницы. Проростки выращивали в темноте при температуре + 24 °С на растворах азоксистробина, растворенного в 0,36%-м водном растворе диметилсульфоксида; дистиллированной воде и 0,36%-м растворе диметилсульфоксида. Было оценено влияние ряда концентраций азоксистробина (2,5, 5, 10, 20 μM) на рост побегов и корней и жизнеспособность клеток побегов и корней проростков пшеницы. Азоксистробин оказывал концентрационно зависимое ростин-гибирующее действие на побеги и корни. Степень ингибирования варьировалась: для побегов - от 2,8% при концентрации 2,5 μM до 41,7% при концентрации 20 μM, для корней - от 34,6 до 63,1% при этих же концентрациях соответственно. Рост-ингибирующее действие не сопровождалось снижением жизнеспособности клеток побегов и корней, оценка которой проводилась с помощью прижизненного окрашивания флуоресцеин диацетатом. Также оценивали влияние азоксистробина в концентрации 10 μM на содержание сахаров в побегах проростков. При изученной концентрации азоксистробина содержание сахаров было выше на 3,6% по сравнению с проростками, выращенными на растворе диметилсульфоксида. Поскольку ингибирование роста и накопление сахаров являются важными факторами адаптации растений к низким температурам, представляются необходимыми дальнейшие исследования азоксистробина на физиолого-биохимические параметры растений, связанные с развитием низкотемпературной устойчивости.

1. Shahid M., Ahmed B., Zaidi A., Khan M.S. Toxicity of fungicides to Pisum sativum: a study of oxidative damage, growth suppression, cellular death and morpho-anatomical changes // RSC Advances. 2018. Vol. 8. P. 38483-38498. https://doi.org/10.1039/c8ra03923b

2. Ahmed A.M., Heikal M.D., Hindawy O.S. Side effects of benomyl (fungicide) treatments on sunflower, cotton and cowpea plants // Phyton. 1983. Vol. 23. Issue 2. P. 185-195.

3. Корсукова А.В., Боровик О.А., Грабельных О.И., Дорофеев Н.В., Побежимова Т.П., Войни-ков В.К. Повышение холодостойкости проростков яровой пшеницы при обработке семян тебукона-золом // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. N 4. С. 30-36.

4. Korsukova A.V., Borovik O.A., Grabelnych O.I., Voinikov V.K. The tebuconazole-based protectant of seeds “Bunker” induces the synthesis of dehydrins during cold hardening and increases the frost resistance of wheat seedlings // Journal Stress Physiology & Biochemistry. 2015. Vol. 11. Issue 4. P. 118-127.

5. Korsukova A.V., Gornostai T.G., Grabelnych O.I., Dorofeev N.V., Pobezhimova T.P., Sokolova N.A., et al. Tebuconazole regulates fatty acid composition of etiolated winter wheat seedlings // Journal Stress Physiology & Biochemistry. 2016. Vol. 12. Issue 2. P. 72-79.

6. Побежимова Т.П., Корсукова А.В., Дорофеев Н.В., Грабельных О.И. Физиологические эффекты действия на растения фунгицидов три-азольной природы // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 3. С. 461476. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-3-461-476

7. Bartlett D.W., Clough J.M., Godwin J.R., Hall A.A., Hamer M., Parr-Dobrzanski B. The strobilurin fungicides // Pest Management Science. 2002. Vol. 58. Issue 7. P. 649-662. https://doi.org/10.1002/ps.520

8. Grossmann K., Retzlaff G. Bioregulatory effects of the fungicidal strobilurin kresoxim-methyl in wheat (Triticum aestivum) // Pest Management Science. 1997. Vol. 50. Issue 1. P. 11-20. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9063(199705)50:1%3C11::AID-PS556%3E3.0.CO;2-8

9. Glaab J., Kaiser W.M. Increased nitrate reductase activity in leaf tissue after application of the fungicide kresoxim-methyl // Planta. 1999. Vol. 207. Issue 3. P. 442-448. https://doi.org/10.1007/s004250050503

10. Kohle H., Grossmann K., Jabs T., Gerhard M., Kaiser W., Glaab J., et al. Physiological effects of the strobilurin fungicide F 500 on plants // Modern fungicides and antifungal compounds III: 13th International Reinhardsbrunn Symposium (Friedrichroda, May 14th-18th 2001). Bonn: Agroconcept, 2002. P. 61-74.

11. Znang Y.-J., Zhang X., Chen C.-J., Zhou M.-G., Wang H.-C. Effects of fungicides JS399-19, azoxystrobin, tebuconazole and carbendazim on the physiological and biochemical indices and grain yield of winter wheat // Pesticide Biochemistry and Physiology. 2010. Vol. 98. Issue 2. P. 151-157. https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2010.04.007

12. Liang S., Xu X., Lu Z. Effect of azoxystrobin fungicide on the physiological and biochemical indices and ginsenoside contents of ginseng leaves // Journal of Ginseng Research. 2018. Vol. 42. Issue 2. P. 175182. https://doi.org/10.1016/j.jgr.2017.02.004

13. Filippou P., Antoniou C., Obata T., Van Der Kelen K., Harokopos V., Kanetis L., et al. Kresoxim-methyl primes Medicago trucatula plants against abiotic stress factors via altered reactive oxygen and nitrogen species signalling leading to downstream transcriptional and metabolic readjustment // Journal of Experimental Botany. 2016. Vol. 67. Issue 5. P. 1259-1274. https://doi.org/10.1093/jxb/erv516

14. Nason M.A., Farrar J., Bartlett D. Strobilurin fungicides induce changes in photosynthetic gas exchange that do not improve water use efficiency of plants grown under conditions of water stress // Pest Management Science. 2007. Vol. 63. Issue 12. P. 1191-1200. https://doi.org/10.1002/ps.1443

15. Pohanish R.P. Sittig's handbook of pesticides and agricultural chemicals. 2 ed. Norwich: William Andrew Publishing, Elsevier, 2015. 1006 p.

16. Куперман Ф.М., Моисейчик В.А. Выпрева-ние озимых культур. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 168 с.

17. Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. М.: Наука, 1979. 352 с.

18. Трунова Т.И. Растение и низкотемпературный стресс. Тимирязевские чтения. Сер. 64. М.: Наука, 2003. 54 с.

19. Yamori W., Kogami H., Masuzawa T. Freezing tolerance in alpine plants as assessed by the FDA-staining method // Polar Bioscience. 2005. Vol. 18. P. 73-81.

20. Lu T., Zhu Y., Xu J., Ke M., Zhang M., Tan C., et al. Evaluation of the toxic response induced by azoxystrobin in the non-target green alga Chlo-rella pyrenoidosa // Environmental Pollution. 2018. Vol. 234. P. 379-388. https://doi.org/10.1016/j.en-vpol.2017.11.081

21. Shen Y.-F., Liu L., Gong Y.-X., Zhu B., Liu G.-L., Wang G.-X. Potential toxic effect of tri-floxystrobin on cellular microstructure, mRNA expression and antioxidant enzymes in Chlorella vulgaris // Environmental Toxicology and Pharmacology. 2014. Vol. 37. Issue 3. P. 1040-1047. https://doi.org/10.1016/j.etap.2014.04.006

22. Liu X., Wang Y., Chen H., Zhang J., Wang C., Li X., et al. Acute toxicity and associated mechanisms of four strobilurins in algae // Environmental Toxicology and Pharmacology. 2018. Vol. 60. P. 12-16. https://doi.org/10.1016/j.etap.2018.03.021

23. Du B., Zhang Z., Liu W., Ye Y., Lu T., Zhou Z., et al. Acute toxicity of the fungicide azoxystrobin on the diatom Phaeodactylum tricornutum // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019. Vol. 168. P. 72-79. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.10.074

24. Dias M.C. Phytotoxicity: an overview of the physiological responses of plants exposed to fungicides // Journal of Botany. 2012. Vol. 2012. Article ID 135479, 4 p. https://doi.org/10.1155/2012/135479

25. Ma Q.-J., Sun M.-H., Lu J., Liu Y.-J., Hu D.-G., Hao Y.-J. Transcription factor AREB2 is involved in soluble sugar accumulation by activating sugar transporter and amylase genes // Plant Physiology. 2017. Vol. 174. Issue 4. P. 2348-2362. https://doi.org/10.1104/pp.17.00502

26. Marek J., de Azevedo D., Ono E.O., Rodrigues J.D., Faria C.M.D.R. Photosynthetic and productive increase in tomato plants treated with strobilurins and carboxamides for the control of Al-ternaria solani // Scientia Horticulturae. 2018. Vol. 242. Issue 12. P. 76-89. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.07.028