Получение биогумуса из компостов, исследование верикомпостов и интенсивность их гумификации. Биологически активные вещества вермикомпоста и их устойчивость к биоте. Сортоспецифичность препарата гуминового комплекса для разработки фитоиммуномодуляторов.
Краткое сожержание материала:

На правах рукописи

Юшкова Елена Ильинична

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

03.01.05 - физиология и биохимия растений

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Воронеж - 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО "Орловском государственном аграрном университете", ГНУ ВНИИЗБК РАСХН.

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор Павловская Нинель Ефимовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Попов Василий Николаевич

доктор биологических наук, профессор Корнеева Ольга Сергеевна

доктор биологических наук, профессор Заякин Владимир Васильевич

Ведущая организация:

ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа СО РАСХН

Защита диссертации состоится "2" ноября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.02 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, Россия, г. Воронеж, Университетская площадь - 1.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО "Воронежский государственный университет"

Автореферат разослан " " сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Л.И. Брехова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Основной частью гумуса являются гумусовые кислоты (гуминовые кислоты, фульвокислоты, гиматомелановые кислоты). Гумусовые кислоты аккумуляторы органического вещества почвы - аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ. Кроме того, в гумусовых кислотах концентрируются ценные неорганические компоненты - элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а также микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и т.д.) (Кононова М.М., 1963; Александрова Л.Н., 1980; Орлов Д.С., 1990; Горовая А.И., Орлов Д.С., 1995). Многочисленными исследованиями установлено стимулирующее действие гуминовых веществ, особенно гуминовых кислот и их солей, на рост и развитие растений, повышение их устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды, стимулирование прорастания семян, повышение продуктивности крупного рогатого скота и птицы.

Гуминовые кислоты, являясь составной частью объектов природного происхождения, находят самостоятельное применение в медицинской практике, фармации, косметологии. Создание оригинальных фармакотерапевтических препаратов с биостимулирующими и репаративными свойствами, средств для косметологии на основе гуминовых и гуминоподобных веществ, остается актуальным направлением исследований (Филов В.И., Беркович А.М., 2000; Солдаткина М.Н., 2006; Федько И.В., Гостищева М.В., Исматова Р.Р., 2005).

Особого внимания заслуживают адаптогенные свойства гуминовых веществ, обусловленные их способностью связывать радионуклиды, ионы тяжелых металлов, разрушать пестициды по истечении срока их действия, облегчать и ускорять процесс детоксикации культурных растений.

Спецификой гуминовых веществ является их вероятностный характер, обусловленный особенностями образования в результате естественного отбора устойчивых структур. Как следствие, к фундаментальным свойствам гуминовых веществ относятся нестехиометричность состава, нерегулярность строения, гетерогенность структурных элементов и полидисперсность. В связи с этим понятие молекулы для гуминовых веществ трансформируется в молекулярный ансамбль. Поэтому к ним не применим традиционных способ описания строения органических соединений, характеризующий количество атомов в молекуле, число и типы связей между ними.

Привлечение новейших физико-химических методов исследования гумусовых кислот, выделенных из различных природных объектов, дает возможность охарактеризовать их качественно и количественно. Полученные данные могут быть привлечены для объяснения строения и функций гумусовых кислот и, в связи с этим, механизмов их влияния на растительные и животные ткани, а также, причины изменения иммунного статуса организмов.

Исследования должны идти по пути поисков экологически безопасных биоактивных препаратов, способных влиять на фитоимунные процессы. Изучение механизмов формирования защитных и ростостимулирующих свойств у сельскохозяйственных растений под действием гуминовых препаратов позволит дать научное обоснование практического использования новых средств защиты. Однако, следует отметить, что ранее проведенные исследования осуществлялись в различных условиях и на образцах, полученных из различных природных объектов. Это в значительной степени осложняет сопоставление результатов и сравнение физико-химических свойств и физиолого-биохимической активности препаратов на основе гумусовых кислот (Алтунин Д.А., и др., 2000; Ищенко А.Ф., 2004; Кулик А.Ф., Горовая А.И., 1980; Шевелуха В.С., 1990).

Для получения гуминовых препаратов необходимо наличие биогумуса - первоисточника биологически активных веществ. Однако производство и практическое использование вермикомпостов осуществляется во многих случаях без достаточного научно-технического обеспечения, без надлежащего агрохимического и санитарно-гигиенического контроля. Кроме того, состав и физико-химические свойства гумусовых веществ имеют решающее значение для стандартизации различных видов вермикомпостов. Вместе с тем, до сих пор не разработан регламент получения вермикомпостов и критерии степени их зрелости.

Указанная ситуация определяет актуальность постановки систематических исследований по изучению состава, строения и свойств гуминовых веществ, входящих в состав биогумуса.

Цель исследования - изучить биологическую активность гуминового комплекса различного происхождения и выяснить разнообразные аспекты его действия на рост и развитие сельскохозяйственных растений.

В работе были поставлены следующие основные задачи:

- получить биогумус из разных видов компостов;

- исследовать вермикомпосты, полученные из разных субстратов, и определить интенсивность и механизмы гумификации;

- методами ВЭЖХ и сканирующей микроколориметрии провести анализ степени гумификации;

- используя гель-хроматографические методы, определить молекулярные массы белков биогумуса и жирнокислотный состав в исследованных препаратах;

- адаптировать существующие или разработать новые методики анализа для получения достоверных данных о составе, физико-химических и биологических характеристиках вермикомпостов;

- выделить и фракционировать гумусовые кислоты, исследовать их физико-химические свойства;

- провести сравнительное исследование гумусовых кислот, полученных из вермикомпостов различного происхождения;

- исследовать препараты гуминового комплекса разного срока созревания с помощью метода C¹³ ЯМР спектроскопии для идентификации и количественного определения функциональных групп и молекулярных фрагментов;

- выделить биологически активные вещества вермикомпоста и испытать их действие на устойчивость к биоте и хозяйственно-ценные показатели сельскохозяйственных культур;

- в полевых и лабораторных условиях выявить биологическую активность и сортоспецифичность препарата гуминового комплекса для разработки биологически активных фитоиммуномодуляторов.

Научная новизна.

Работа является комплексным исследованием, посвященным разработке методологии анализа органических объектов нерегулярного строения и анализу полученной информации, позволяющей прогнозировать их свойства.

Установлено влияние сроков созревания и природы субстрата для оценки агрономических, физико-химических и физиолого-биохимических характеристик вермикомпостов.

Разработаны методики выделения гумусовых кислот и их фракционирования. Впервые разработана и применена оптимизированная одноступенчатая методика извлечения гумусовых кислот, позволившая значительно сократить время экстракции.

Для хроматографической характеристики фульвокислот впервые разработан и применен метод ВЭЖХ в обращенных фазах.

Для исследования термодинамических характеристик комплекса гумусовых веществ и гуминовых кислот разработан и применен метод дифференциальной сканирующей микрокалориметрии.

Исследована антиоксидантная система гороха при обработке препаратом гуминового комплекса. Усовершенствована тест диагностика иммунизирующих и стимулирующих свойств биологически активных веществ.

Исследована возможность использования препарата гуминового комплекса для индуцирования устойчивости сельскохозяйственных растений к болезням и вредителям и повышения продуктивности.

Практическая значимость работы.

Получены разносторонние характеристики вермикомпостов, на основе различных субстратов, которые могут быть использованы с целью оценки степени завершенности процесса гумификации.

Данные, полученные при изучении химического, микробиологического состава и ферментативной активности вермикомпостов существенно дополняют представления о закономерностях трансформации органического вещества при участии вермикультуры.

Результаты исследований видового состава микробиологических сообществ вермикомпостов мог...