«Использование пестицидов необходимо в сельском хозяйстве, но их применение требует большой осторожности. Так, высокие концентрации в почве широко используемого в России, но запрещенного в Евросоюзе фунгицида ТМТД вызывают серьезные нарушения в развитии симбиотических клубеньков бобовых растений, а, следовательно, мешают использованию симбиотической азотфиксации, которая является необходимым компонентом как в традиционном сельскохозяйственном производстве, так и в органическом земледелии», – комментирует Виктор Цыганов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной и клеточной биологии Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург), ученый секретарь Объединенного совета по проблемам развития агропромышленного комплекса Санкт-Петербургского научного центра РАН.
Горох – одна из важнейших продовольственных и кормовых культур, занимающая 70% посевных территорий для зерновых бобовых культур (по данным на 2018 год) в России. Ежегодно в стране производится около 2,3 миллиона тонн гороха. Эта культура поражается многими видами грибковых и бактериальных заболеваний, наиболее опасные из которых – корневые гнили, увядание проростков и ржавчина. Потери урожая составляют 30–50% и более. Во многих странах, включая Россию, для обработки семян гороха обычно используют тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД). Его также применяют при производстве резины, а в сельском хозяйстве – в качестве протравителя семян и репеллента от грызунов и насекомых. Очевидно, что такое широкое использование ТМТД может приводить к его накоплению в окружающей среде. Известно, что ТМТД может негативно влиять на формирование и функционирование фиксирующих азот клубеньков бобовых. Однако было не ясно, какие именно структуры бобовых затрагивает противогрибковое средство, в частности, структуры клубеньков гороха.
«Мы впервые исследовали в лабораторных условиях влияние высоких концентраций ТМТД на структуру клубеньков у трех генотипов гороха. Оказалось, что клубеньки у изученных генотипов различаются по устойчивости к действию фунгицида», – отмечает Виктор Цыганов.
Ученые исследовали клубеньки с ТМТД и без него при помощи электронного микроскопа и обнаружили негативные эффекты противогрибкового средства на клубеньки. У них начали формироваться зоны старения, нарушилось строение клеточных стенок и стенок инфекционных нитей, через которые бактерии инфицируют клетки клубенька.
В. Корни и клубеньки гороха, не обработанные противогрибковым средством. С. Корни и клубеньки гороха, обработанные 0,4 г /кг средства. D. Корни и клубеньки гороха, обработанные 4 г /кг средства. E. Корни и клубеньки гороха, обработанные 8 г /кг средства. Источник: Artemii P. Gorshkov et al. / Plants, 2020
«Эти результаты демонстрируют, как ТМТД отрицательно влияет на клубеньки гороха, и будут полезны для разработки стратегий по оптимизации использования фунгицидов на бобовых культурах. Полученные результаты открыли перед нами новое направление исследований в лаборатории – анализ влияния различных хозяйственно-значимых факторов на развитие и функционирование азотфиксирующих клубеньков, которое мы в ближайшие годы будем развивать уже в рамках научного центра мирового уровня “Агротехнологии будущего”», – заключает Виктор Цыганов.
