1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Агрохимия
  4. № 12, 2023

Агрохимия, 2023, № 12, стр. 98-105

БИОСТИМУЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

А. О. Гранкина *

Институт фундаментальных проблем биологии РАН
142290 Московская обл., Серпуховской р-н, Пущино, ул. Институтская, 2, Россия

* E-mail: 9265260049@bk.ru

Поступила в редакцию 06.07.2023
После доработки 12.08.2023
Принята к публикации 15.09.2023

Аннотация

Биостимуляторы являются новым типом агрохимикатов, обладающих высокой эффективностью при внесении низких доз (до 10 кг/га). Интерес к использованию биостимуляторов подтвержден появлением не только научных работ, но и формированием в различных странах законодательных баз, регулирующих использование и классификацию данного типа веществ в сельском хозяйстве. Благодаря воздействию кремнийсодержащих соединений как биостимуляторов роста растений можно комплексно решить несколько задач современного сельского хозяйства: минимизировать последствия воздействия стресс-факторов, снизить нормы использования ядохимикатов и доз удобрений, улучшить качество производимой продукции, остановить деградацию почв. Ассортимент мировых производителей кремниевых препаратов-биостимуляторов представлен жидкими (монокремниевой кислотой) или твердыми (аморфным кремнеземом или гелем кремниевой кислоты) формами. Существуют несколько кремний-опосредованных механизмов, обеспечивающих защиту растений в условиях биотического и абиотического стрессов. Существует гипотеза влияния кремния на сигнальную систему растений, которая требует дополнительного исследования.

Ключевые слова: биостимуляторы, кремний.

Список литературы

  1. Farswan K. Effects of chemical fertilizer pesticides on human health // Asia. J. Res. Social Sci. Human. 2021. V. 11. № 12. P. 77–80.

  2. Sharma N., Singhvi R. Effects of chemical fertilizers and pesticides on human health and environment: A review // Inter. J. Agric. Environ. Biotechnol. 2017. № 1. P. 675–679.

  3. Malik A., Mor V.S., Tokas J., Punia H., Malik S., Malik K., Karwasra A. Biostimulant-treated seedlings under sustainable agriculture: A global perspective facing climate change // Agronomy. 2020. V. 11. № 1. P. 14.

  4. Shukla P.S., Mantin E.G., Adil M., Bajpai S., Critchley A.T., Prithiviraj B. Ascophyllum nodosum-based biostimulants: Sustainable applications in agriculture for the stimulation of plant growth, stress tolerance, and disease management // Front. Plant Sci. 2019 № 10. P. 655.

  5. Fusco G.M., Nicastro R., Rouphael Y., Carillo P. The Effects of the microbial biostimulants approved by EU Regulation 2019/1009 on yield and quality of vegetable crops // Foods. 2022 V. 11. № 17. P. 2656.

  6. Mannino G., Campobenedetto C., Vigliante I., Contartese V., Gentile C., Bertea C.M. The application of a plant biostimulant based on seaweed and yeast extract improved tomato fruit development and quality // Biomolecules. 2020. V. 10. № 12. P. 1662.

  7. Hansen J. EU must get serious about promoting the circular economy // The Parliament Magazine. 2018. [Электр. ресурс]. Режим доступа: https://www.theparliamentmagazine. eu/articles/partner_article/fertilizers-europe/eu-must-get-serious-aboutpromoting-circular-economy (21.10.2021)

  8. Mashamaite C.V., Ngcobo B.L., Manyevere A., Bertling I., Fawole O.A. Assessing the usefulness of Moringa olei-fera leaf extract as a biostimulant to supplement synthetic fertilizers: A Review // Plants. 2022. V 11. № 17. P. 2214.

  9. Ginter A., Zarzecka K., Gugała M. Effect of herbicide and biostimulants on production and economic results of edible potato // Agronomy. 2022. V. 12. № 6. P. 1409.

  10. Posmyk M.M., Szafrańska K. Biostimulators: a new trend towards solving an old problem // Front. Plant Sci. 2016. № 7. P. 748.

  11. Abdel Megeed T.M., Gharib H.S., Hafez E.M., El-Sayed A. Effect of some plant growth regulators and biostimulants on the productivity of Sakha108 rice plant (Oryza sativa L.) under different water stress conditions // Appl. Ecol. Environ. 2021. № 19. P. 2859–2878.

  12. Пятыгин С.С. Стресс у растений: физиологический подход // Журн. общ. биол. 2008. Т. 69. № 4. С. 294–298.

  13. Веселовский В.А., Веселова Т.В., Чернавски Д.С. Стресс растения. Биофизический подход // Физиология растений. 1993. Т. 40. № 4. С. 553–557.

  14. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т. 37. № 1–2. С. 66–91.

  15. Ториков В.Е. Производство продукции растениеводства: учебное пособие / В.Е. Ториков, О.В. Мельникова. 2-е изд., испр. СПб.: Лань, 2017. 512 с.

  16. Kour D., Rana K.L., Yadav N., Yadav A.N., Singh J., Rastegari A.A., Saxena A.K. Agriculturally and industrially important fungi: Current developments and potential biotechnological applications // Recent Advancement in White Biotechnology through Fungi. Cham, Swizerland: Springer Inter. Publish., 2019. V. 2. P. 1–64.

  17. Li J., Van Gerrewey T., Geelen D. A meta-analysis of biostimulant yield effectiveness in field trials // Front. Plant Sci. 2022. № 13. P. 45.

  18. Franzoni G., Cocetta G., Prinsi B., Ferrante A., Espen L. Biostimulants on crops: Their impact under abiotic stress conditions // Horticulturae. 2022. V. 8. № 3. P. 189.

  19. Castiglione A.M., Mannino G., Contartese V., Bertea C.M., Ertani A. Microbial biostimulants as response to modern agriculture needs: Composition, role and application of these innovative products // Plants. 2021. № 10. P. 1533.

  20. Colla G., Rouphael Y., Di Mattia E., El-Nakhel C., Cardarelli M. Co-Inoculation of glomus intraradices and trichoderma atroviride acts as a biostimulant to promote growth, yield and nutrient uptake of vegetable crops // J. Sci. Food Agric. 2015. № 95. P. 1706–1715.

  21. Shahrajabian M.H., Chaski C., Polyzos N., Tzortzakis N., Petropoulos S.A. Sustainable agriculture systems in vegetable production using chitin and chitosan as plant biostimulants // Biomolecules. 2021. V. 11. № 6. P. 819.

  22. Canellas L.P., Olivares F.L., Aguiar N.O., Jones D.L., Nebbioso A., Mazzei P., Piccolo A. Humic and fulvic acids as biostimulants in horticulture // Sci. Hortic. 2015. № 196. P. 15–27.

  23. Colla G., Nardi S., Cardarelli M., Ertani A., Lucini L., Canaguier R., Rouphael Y. Protein hydrolysates as biostimulants in horticulture // Sci. Hortic. 2015. № 196. P. 28–38.

  24. Khan W., Rayirath U.P., Subramanian S., Jithesh M.N., Rayorath P., Hodges D.M., Critchley A.T., Craigie J.S., Norrie J., Prithiviraj B. Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development // J. Plant Growth Regul. 2009. № 28. P. 386–399.

  25. Gómez-Merino F.C., Gómez-Trejo L.F., Ruvalcaba-Ramírez R., Trejo-Téllez L.I. Application of phosphite as a biostimulant in agriculture. // New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering. Elsevier, 2022. P. 135–153.

  26. Zellner W., Datnoff L. Silicon as a biostimulant in agriculture // Biostimulants for sustainable crop production. Burleigh Dodds Sci. Publish., 2020. P. 149–196.

  27. Medrano-Macías J., Narvaéz-Ortiz W. A. Selenium and nano-selenium as a new frontier of plant biostimulant // Selenium and nano-selenium in environmental stress management and crop quality improvement. Cham: Springer, 2022. P. 41–54.

  28. Гильдиков Д.И. Окислительный стресс у животных: взгляд патофизиолога // Рос. ветеринар. журн. 2020. № 4. С. 10–18.

  29. Фурман Ю.В., Артюшкова Е.Б., Аниканов А.В. Окислительный стресс и антиоксиданты // Актуал. пробл. социал.-гуманит. и научн.-техн. знания. 2019. Т. 1. С. 1–3.

  30. Sies H., Belousov V.V., Chandel N.S., Davies M.J., Jones D.P., Mann G.E., Winterbourn C. Defining roles of specific reactive oxygen species (ROS) in cell biology and physiology // Nat.Rev. Mol. Cell Biol. 2022. P. 1–17.

  31. Ahmad P., Jaleel C.A., Salem M.A., Nabi G., Sharma S. Roles of enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic stress // Critic. Rev. Biotechnol. 2010. V. 30. № 3. P. 161–175.

  32. Karuppanapandian T., Moon J.C., Kim C., Manoharan K., Kim W. Reactive oxygen species in plants: their generation, signal transduction, and scavenging mechanisms // Austral. J. Crop Sci. 2011. V. 5. P. 709–725.

  33. Sharma P., Jha A.B., Dubey R.S., Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions // J. Bot. 2012. V. 9. P. 26.

  34. Meitha K., Pramesti Y., Suhandono S. Reactive oxygen species and antioxidants in postharvest vegetables and fruits // Inter. J. Food Sci. 2020. P. 1–11. https://doi.org/10.1155/2020/8817778

  35. Kim Y.H., Khan A.L., Waqas M., Lee I.J. Silicon regulates antioxidant activities of crop plants under abiotic-induced oxidative stress: a review // Front. Plant Sci. 2017. № 8. P. 510.

  36. Zargar S.M., Mahajan R., Bhat J.A., Nazir M., Deshmukh R. Role of silicon in plant stress tolerance: opportunities to achieve a sustainable cropping system // 3 Biotech. 2019. V. 9. № 3. P. 73.

  37. Vivancos J., Labbé C., Menzies J.G., Bélanger R.R. Silicon-mediated resistance of Arabidopsis against powdery mildew involves mechanisms other than the salicylic acid (SA)-dependent defense pathway // Mol. Plant Pathol. 2015. V. 16. № 6. P. 572–582.

  38. Frazão J.J., de Mello Prado R., de Souza Júnior J.P., Rossatto D.R. Silicon changes C : N : P stoichiometry of sugarcane and its consequences for photosynthesis, biomass partitioning and plant growth // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 1–10.

  39. Ji X., Liu S., Huang, J., Bocharnikova E., Matichenkov V. Monosilicic acid potential in phytoremediation of the contaminated areas // Chemosphere. 2016. V. 157. P. 132–136.

  40. Souri Z., Khanna K., Karimi N., Ahmad P. Silicon and plants: current knowledge and future prospects // J. Plant Growth Regul. 2021. V. 40. № 3. P. 906–925.

  41. Гранкина А.О., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Влияние кремнийсодержащих биостимуляторов на холодостойкость пшеницы и сахарной свеклы // Агрохимия. 2022. № 8. С. 22–28.

  42. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. М.: Недра, 1972. 145 с.

  43. Iler R.K. The Chemistry of silica // N.Y.: Wiley, 1979. 896 p.

  44. Матыченков В.В. Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва–растение: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. Пущино, 2008. 40 с.

  45. Матыченков В.В., Кособрюхов А.А., Шабнова Н.И., Бочарникова Е.А. Кремниевые удобрения как фактор повышения засухоустойчивости растений // Агрохимия. 2007. № 5. С. 63–67.

  46. Artyszak A., Klarzynska E., Litwinczuk-Bis M., Siuda A. Profitability of sugar beet foliar nutrition with silicon // Ann. Polish Associat. Agricult. Agrobus. Econom. 2019. V. 21. № 1. P. 17.

  47. Corozo Liliana, Arteaga Alcívar Francisco, Cuenca Edisson, Salas Carlos, Delgado María, Montes Escobar Karime, Monteros-Altamirano Alvaro, Ponce Macías. Effect of organic and chemical fertilization on the onion crop (Allium cepa L.) // J. Centr. Europ. Agricult. 2020. V. 21. P. 522–530.

  48. Kowalska J., Tyburski J., Jakubowska M., Krzymińska J. Effect of different forms of silicon on growth of spring wheat cultivated in organic farming system // Silicon. 2021. V. 13. № 1. P. 211–217.

  49. Niewiadomska A., Sulewska H., Wolna-Maruwka A., Ratajczak K., Waraczewska Z., Budka A. The influence of bio-stimulants and foliar fertilizers on yield, plant features, and the level of soil biochemical activity in white lupine (Lupinus albus L.) cultivation // Agronomy. 2020. V. 10. № 1. P. 150.

  50. Wadas W. Possibility of increasing early potato yield with foliar application of silicon // Agron. Sci. 2022. V. 77. № 2. P. 949–954.

  51. Gao M., Zhou J., Liu H., Zhang W., Hu Y., Liang J., Zhou J. Foliar spraying with silicon and selenium reduces cadmium uptake and mitigates cadmium toxicity in rice // Sci. Total Environ. 2018. V. 631–632. P. 1100–1108.

  52. Wei X., Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., Zhan Q., Matichenkov I.V. Reduction of Cd, Cu, Ni and Pb mobility by active Si // Agricult. Sci. Technol. 2015. V. 16. № 1. P. 182.

  53. Grankina A., Bocharnikova E., Matichenkov V. Silicon-based biostimulators // Biostimulants for crop production and sustainable agriculture. CAB International, 2022. P. 85.

  54. Abd-Elall E.H., Hussein M. Foliar application of micro silica, potassium chloride and calcium chloride enhances yield and fruit quality of Balady orange tree // Alexandria Sci. Exchange J. 2018. V. 39. P. 387–393.

  55. Sabaghnia N., Janmohammadi M. Effect of nano-silicon particles application on salinity tolerance in early growth of some lentil genotypes // Ann. Univer. Mariae Curie-Sklodowska. Sectio C; Biol. 2015. V 69. № 2. P. 39.

  56. Siddiqui M.H., Al-Whaibi M.H., Faisal M., Al Sah.li A.A. Nano-silicon dioxide mitigates the adverse effects of salt stress on Cucurbita pepo L. // Environ. Toxicol. Chem. 2014. V. 33. № 11. P. 2429–2437.

  57. Hussain A., Rizwan M., Ali Q., Ali S. Seed priming with silicon nanoparticles improved the biomass and yield while reduced the oxidative stress and cadmium concentration in wheat grains // Environ. Sci.Pollut. Res. 2019. V. 26. № 8. P. 7579–7588.

  58. Karunakaran G., Suriyaprabha R., Manivasakan P., Yuvakkumar R., Rajendran V., Prabu P., Kannan N. Effect of nanosilica and silicon sources on plant growth promoting rhizobacteria, soil nutrients and maize seed germination // IET Nanobiotechnol. 2013. V. 7. № 3. P. 70–77.

  59. Wang S., Wang F., Gao S. Foliar application with nano-silicon alleviates Cd toxicity in rice seedlings // Environ. Sci. Pollut. Res. 2015. V. 22. № 4. P. 2837–2845.

  60. Dhakate P., Kandhol N., Raturi G., Ray P., Bhardwaj A., Srivastava A., Tripathi D.K. Silicon nanoforms in crop improvement and stress management // Chemosphere. 2022. V. 305. P. 135–165.

  61. Golubkina N., Logvinenko L., Konovalov D., Garsiya E., Fedotov M., Alpatov A., Caruso G. Foliar application of selenium under nano silicon on Artemisia Annua: Effects on yield, antioxidant status, essential oil, artemisinin content and mineral composition // Horticulturae. 2022. V. 8. № 7. P. 597.

  62. Park H.J., Kim S.H., Kim H.J., Choi S.H. A new composition of nanosized silica-silver for control of various plant diseases // Plant Pathol. J. 2006. V. 22. № 3. P. 295–302.

  63. Johnson S.N., Hartley S.E., Ryalls J.M., Frew A., Hall C.R. Targeted plant defense: silicon conserves hormonal defense signaling impacting chewing but not fluid-feeding herbivores // Ecology. 2021. V. 102. № 3. e03250.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Агрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал