В последние десятилетия использование биостимуляторов возросло с целью создания альтернативы использованию химических удобрений и достижения устойчивого сельского хозяйства. В новом исследовании растения подсолнечника выращивались в контролируемых условиях, и четыре экстракта пажитника, богатых тригонеллином, применялись в качестве зеленых биостимуляторов посредством корневых и внекорневых подкормок.

Биостимуляторы растительного происхождения являются одним из типов биостимуляторов, которые в настоящее время представляют большой интерес как в исследованиях, так и в агропромышленности. Их можно определить как натуральные продукты, полученные из различных частей растений, таких как семена, корни или листья. Они содержат антиоксидантные соединения, такие как глутатион и аскорбат, необходимые питательные вещества, витамины, незаменимые аминокислоты и пептиды, полезные элементы и, в некоторых случаях, биоактивные соединения. 

Основными видами, из которых получают экстракты для использования в качестве зеленых биостимуляторов, являются люцерна, моринга, алоэ вера и крапива. Эти экстракты можно вносить путем опрыскивания листьев, фертигации или непосредственно в почву. 

Биостимуляторы могут применяться на всех этапах сельскохозяйственного производства: от обработки семян и выращивания растений до послеуборочной обработки. Кроме того, они считаются экологически безопасными и обладают широким спектром биологической активности, такой как активация метаболизма азота или высвобождение фосфора в почву, стимуляция микробной активности и стимуляция роста растений.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что зеленые биостимуляторы оказывают широкий спектр полезных функций на рост и развитие растений, а также на устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды. К ним относятся: (i) улучшенное усвоение питательных веществ, (ii) устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам, (iii) усиление фотосинтеза, (iv) участие в регуляции гормонального баланса, (v) стимуляция роста корней, (vi) содействие цветению и плодоношению, (vii) стимуляция полезной микробной активности почвы и (viii) сокращение использования химических удобрений и пестицидов, тем самым поддерживая более экологичное и устойчивое сельское хозяйство.

Одним из растений, предлагаемых для использования в сельском хозяйстве в качестве источника экстрактов биостимуляторов, является Trigonella foenum-graecum L., широко известный как пажитник. 

Пажитник — однолетняя бобовая культура, принадлежащая к семейству Fabaceae, которая происходит из восточного Средиземноморья. Он широко культивируется как вид во многих частях мира, а его листья и семена используются в медицинских целях, в качестве пищевой добавки и в качестве сырья для различных фармацевтических препаратов. 

Это одно из древнейших лекарственных растений с исключительным питательным профилем. В дополнение к его многочисленным терапевтическим применениям, таким как антиоксидантная и антибактериальная активность, он показывает умеренную устойчивость к засухе, засолению и тяжелым металлам, а также способность адаптироваться к различным климатическим условиям.

Пажитник имеет высокую пищевую ценность, поскольку листья содержат кальций, фосфор, железо и витамин С, тогда как семена содержат алкалоиды, тригонеллин и сапонины. 

Пажитник во многом обязан своим значением одному из этих соединений — тригонеллину. Тригонеллин синтезируется путем метилирования никотиновой кислоты, реакции, катализируемой никотинат N-метилтрансферазой. Синтез тригонеллина из никотинамида выше в листьях, чем в корнях.

Хотя исследований по этой теме немного, использование экстрактов пажитника, богатых тригонеллином, в качестве биостимуляторов растений может быть актуальным из-за его роли, влияющей на различные физиологические пути в растениях: (i) метаболизм азота, (ii) клеточная сигнализация и гормональная регуляция, (iii) регуляция роста и развития, (iv) реакция на абиотический стресс и (v) защита от вредителей и патогенов.

Тригонеллин и растения, богатые этим соединением, могут представлять собой многообещающую альтернативу для разработки биостимуляторов из-за этих функций. Несмотря на то, что экстракты, богатые тригонеллином, демонстрируют большой потенциал, исследования их влияния на эффективность использования питательных веществ (NUE) ограничены и представляют собой критическую область со значительными пробелами в литературе. Большинство исследований сосредоточены в основном на производстве сельскохозяйственных культур, не предлагая детального физиологического анализа того, как эти соединения влияют на поглощение и использование питательных веществ растениями.

Чтобы восполнить этот пробел, исследование ученых из Гранадского университета, Испания, в сотрудничестве с коллегами отдела исследований и разработок Atlántica Agrícola, было посвящено оценке экстрактов пажитника как биостимулятора для подсолнечника (горшечный эксперимент). 

Исследование не только количественно определяет производство биомассы и сравнивает различные методы внесения, но и проводит комплексный анализ NUE, учитывая различные ключевые параметры, такие как кажущееся восстановление (RE). Кроме того, была установлена ​​взаимосвязь между характеристиками экстрактов и изменениями в иономическом профиле растений, что позволяет получить детальное представление о том, как это влияет на их питательный статус.

Первая обработка тригонеллином была проведена через месяц после посева, последующие обработки – каждые 7 дней, всего четыре обработки. Доза тригонеллина составляла 5 мл/л. Применялись два способа обработки: подкормка корней, при которой экстракт тригонеллина добавлялся в поливную воду, и подкормка листьев методом опрыскивания.

В этом эксперименте тестировали четыре различных экстракта тригонеллина, которые различались растворителем, используемым для метода экстракции, и концентрацией тригонеллина.

Для извлечения тригонеллина из каждого экстракта применялся метод, описанный Аль-Хатибом (2019) с некоторыми модификациями, включая экстракцию метанола, химическую очистку и хроматографическое выделение. 

Семена пажитника измельчали ​​и обезжиривали. Для экстрактов ETg1, ETg3 и ETg4 использовали 500 г семян пажитника, а для экстракта ETg2 — 1000 г. 

После фильтрации обезжиренные семена высушивали и мацерировали в метаноле. Затем смесь фильтровали, и к семенам добавляли метанол. В качестве растворителя в ETg3 использовали метанол, для экстрактов ETg1 и ETg2 — воду, а для ETg4 — этанол. 

Большую часть растворителя выпаривали в вакууме и подвергали тесту на алкалоиды с использованием реактивов Майера и Драгендорфа. Смолистые вещества, по-видимому, осаждались при добавлении избытка ацетона в соотношении 3:1 к растворителю. Наконец, после получения прозрачного раствора, 1% каждого экстракта ETg разбавляли 99% водой.

Таким образом, экспериментальный дизайн данного исследования состоял из полностью рандомизированного блока с 9 обработками, 3 повторениями на обработку и 8 растениями на повторение: (1) контроль (опрыскивание водой), (2) экстракт 1 через корневую подкормку (ETg1-R), (3) экстракт 2 через корневую подкормку (ETg2-R), (4) экстракт 3 через корневую подкормку (ETg3-R), (5) экстракт 4 через корневую подкормку (ETg4-R), (6) экстракт 1 через внекорневую подкормку (ETg1-F), (7) экстракт 2 через внекорневую подкормку (ETg2-F), (8) экстракт 3 через внекорневую подкормку (ETg3-F) и (9) экстракт 4 через внекорневую подкормку (ETg4-F).

Оценивались параметры роста растений, концентрация питательных веществ, метаболическая активность корней и эффективность использования питательных веществ. Результаты показали, что внекорневая подкормка экстрактом 4 значительно улучшила надземную биомассу и площадь листьев по сравнению с контрольными обработками, со значениями 44,30 г сырой массы и 680,22 см 2 соответственно. Более того, этот экстракт усиливал накопление питательных веществ. 

Между тем, внекорневая подкормка экстрактом 3 улучшила концентрации макро- и микроэлементов, как в случае фосфора, который увеличился на 74,2%, и железа, которое увеличилось на 107,3%. Корневые обработки экстрактами 3 и 4 увеличили видимое восстановление питательных веществ, тогда как внекорневые обработки экстрактами 3 и 4 улучшили внутреннее использование питательных веществ и индексы продуктивности. 

В целом, обработка не показала фитотоксичности и способствовала росту, усвоению и эффективности использования питательных веществ, при этом наилучшие результаты наблюдались при внекорневой обработке препаратами с высоким содержанием тригонеллина. Эти результаты свидетельствуют о том, что биостимуляторы с богатыми тригонеллином экстрактами могут повышать урожайность, сокращать расход удобрений и способствовать созданию более устойчивых сельскохозяйственных систем.

Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15112556