Аграрии издавна задумывались над тем, почему одни растения растут и развиваются быстрее других. Почему на одном и том же поле рядом со здоровыми и сильными культурами появляются слабые всходы? Как сделать так, чтобы то, что посажено в землю, активно развивалось и зрело? Ответы на эти вопросы искали не только простые фермеры, но и ученые. В конце 19 века Чарльз Дарвин изучал способность растений двигаться. Ученый высказал предположение, что за способность злаковых культур поворачиваться в сторону солнца отвечает определенное химическое соединение. Эксперименты продолжили другие ученые из разных стран, и уже в начале 20 века было доказано, что за развитие растений отвечают фитогормоны или стимуляторы роста.

Содержание

История Изобретения Стимуляторов Роста Растений

Как Работают Стимуляторы Роста Растений

Классификация Стимуляторов Роста Растений И Их Роли

Биологические И Химические Стимуляторы Роста Растений

Состав Стимуляторов Роста Растений

• Ауксин

• Гиббереллин

• Цитокинин

• Этилен

• Абсизицин

Применение Фитостимуляторов

История Изобретения Стимуляторов Роста Растений

Поскольку раньше агрономы использовали стимуляторы роста растений исключительно интуитивно, такие эксперименты имели множество недостатков, пока на помощь не пришла наука:

 

1. В начале 20 века в университете Санкт-Петербурга ученый Нелюбов доказал, что этилен способен изменять рост растений

2. В 30-е годы прошлого века, в США другой ученый Гейн привел доказательства того, что растения синтезируют этилен, а сам газ влияет на физиологические реакции в посевах.

3. В то же время ученые из Токио обнаружили, что паразитические грибы Gibberella способствуют росту рисовых ростков.

4. В 50-е англичанин Кросс расшифровал состав гиббереллиновой кислоты.

5. В 1955 году американец Скуг выделил фитогормон кинетин из спермы сельди. Еще через 8 лет австралиец Лейтм этот же стимулятор роста извлек из молодых кукурузных зерен и назвал его зеатин.

 

Аналогов кинетина становилось все больше и эти фитогормоны получили название цитокинины. Впоследствии американцы вычислили формулу абсициновой кислоты, а ученый из Московского Института физиологии растений Чайлахян выдвинул концепцию гормона, способствующего зацветанию растений — флоригена. Вещества стали активно применять садоводы, цветоводы и фермеры для того, чтобы стимулировать рост и развитие растений.

 

Что касается терминологии, то первым определение биостимулятор ввел Кауфман, который охарактеризовал эти препараты как: «материалы, кроме удобрений, способствующие росту растений при применении в низких количествах, являются органическими продуктами и содержат аминокислоты, растительные гормоны, полисахариды и гуминовые вещества и легко доступны для поглощения растениями». Более точно понятие биостимуляторов определил Патрик Дю Жардин уже в наше время. По его мнению, биостимуляторы — это: «вещества и материалы, за исключением питательных веществ и пестицидов, которые при применении к растениям, семенам или субстратам для выращивания в специальных композициях, обладают способностью изменять физиологические процессы растений способом, обеспечивающим потенциальные преимущества для роста, развития и/или реакции на стресс». Биостимуляторы не только укрепляют растения, способствуют их развитию и росту, но и защищают окружающую среду. Они позволяют уменьшить дозы внесения вредных химических удобрений и одновременно повышают урожайность и сохраняют плодородие почвы.

 

Однако отдельные ученые все же относят биостимуляторы, регуляторы роста и гормоны роста растений к отдельным группам. Биостимуляторы — подпитывающие органические вещества, улучшающие рост и развитие растений. Регуляторы роста также способствуют росту и развитию, но это синтетические вещества. Гормоны роста регулируют рост и развитие путем выработки внутри растения необходимых соединений и компонентов.

Как Работают Стимуляторы Роста Растений

Европейский промышленный совет биостимуляторов, известный как EBIC, объясняя механизм работы биостимуляторов, дает следующее определение: «они содержат вещество(а) и/или микроорганизмы, функцией которых, при применении к растениям или ризосферы, является стимуляция естественных процессов для усиления/выгоды поглощения питательных веществ, эффективности питательных веществ, устойчивость к абиотическому стрессу и улучшение качества урожая». Эти вещества не относятся к удобрениям, пестицидам или улучшителям. Их еще называют биогенными стимуляторами, органическими биостимуляторами, средствами для укрепления растений, фитостимуляторами, сельскохозяйственными биостимуляторами. Ежегодно объем этих препаратов растет: в 2018 году мировой рынок потребил их на $2241 млн, а в 2021 уже $3.2 млрд. По прогнозам экспертов к 2026 году рынок стимуляторов растений вырастет до $5.6 млрд. Наиболее популярны они у европейских фермеров, которые заботятся об экологическом земледелии.

 

В растениях, как и в любых живых организмах, постоянно происходят сложные химико-биологические процессы. Стимуляторы влияют на рост и развитие агрокультур на всех этапах: от момента когда семя начинает прорастать до стадии полной зрелости. Биостимуляторы способствуют:

 

• эффективному метаболизму;

• повышению устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам;

• ускорению восстановления после стрессов;

• усвоению питательных веществ;

• улучшению качества продукции:

• эффективному использованию влаги;

• повышению отдельных физико-химических свойств почв;

• повышению урожайности.

 

Механизм действия различных стимуляторов на растение представлены на схеме:

 

Plant Biostimulants - Біостимулятори росту рослин

Acids - Кислоты

Humic substances - Гуминовые вещества

Fulvic acids - Фульвокислоты

Humins - Гумины

Beneficial chemical elements - Полезные химические элементы

Amino acids - Аминокислоты

Other organic acids - Другие органические кислоты

 

Extracts - Экстракты

Seaweed extract - Экстракт морских водорослей

Plant derived bioactive substances - Биологически активные вещества растительного происхождения

Chitosan - Хитозан

Polyphenols - Полифенолы

 

Others - Другие

Inorganic salts - Неорганические соли 

Antitranspirants - Антитранспиранты

Protein Hydrolysates - Белковые гидролизаты

Enzymatic extracts - Энзимные экстракты

 

Microbial inoculants - Микробные инокулянты

Beneficial bacteria - Полезные бактерии

Beneficial fungi - Полезные грибы

Microbial symbiosis - Микробный симбиоз

 

Stimulates plant growth - Стимулирует рост растений

Nutrient assimilation and efficiency - Усвоение питательных веществ и эффективность

Increased tolerance to abiotic stresses - Повышенная устойчивость к абиотическим стрессам

Favors soil microflora - Способствует развитию почвенной микрофлоры

Improves yield and quality of crops - Улучшает урожайность и качество культур

 

Стоит отметить, что сейчас мировой рынок биостимуляторов контролируется Регламентом об удобрительных продуктах, принятым в Европейском Союзе в 2019 году. Соответственно, их полезные качества должны быть научно доказаны и заверены маркировкой «СЕ». Украинский рынок стимуляторов роста растений достаточно небольшой и окончательно не урегулирован. Для того, чтобы не попасть на фальсификаты стимуляторов роста, стоит выбирать их на проверенных ресурсах, например на агроплатформе FERM. 

Классификация Регуляторов Роста Растений И Их Роли

Классифицировать стимуляторы роста растений пытались различные ученые и научные сообщества с 2012 года. Первым это сделал дю Жарден, который разделил их на восемь классов, но игнорировал в этой классификации микробные инокулянты. Позже этот же ученый предложил распределить стимуляторы на семь категорий и микробы, взяв за основу практические и теоретические знания о биостимуляторах. Впоследствии уже Кальво рассмотрел пять групп стимуляторов роста растений. Также пять категорий, включая микроорганизмы, представлены у бренда Pascale. Совет по развитию сельского хозяйства и садоводства придерживается простой классификации: немикробные и микробные стимуляторы роста. Подробнее в таблице.

 

год	2012	2014	2015	2017	2018
Основа категоризации	Библиографический анализ	Критический обзор избранных научных публикаций	Вещества и микроорганизмы	Тип продукции	Питание растений
Роль микробов	Нет	Да	Да	Да	Да
Категории	1. HS 2. Сложные органические вещества 3. Полезные химические элементы 4. Неорганические соли 5. SWE 6. Производные хитина и хитозана 7. Антитранспиранты 8. Свободные аминокислоты и другие N-содержащие вещества	1. Гуминовые кислоты 2. Фульвокислоты 3. Микробные инокулянты 4. PH и аминокислоты 5. SWE	1. Гуминовые и фульвокислоты 2. Белковые гидролизаты и другие N-содержащие соединения 3. Экстракты морских водорослей и растительные продукты 4. Хитозан и другие биополимеры 5. Неорганические соединения 6. Полезные грибы 7. Полезные бактерии	1. Немикробные (i) SWE (ii) HS (iii) Фосфит и другие неорганические соли (iv) Производные хитина и хитозана (v) Антитранспиранты (vi) PH и свободные аминокислоты (vii) Комплексные органические материалы 2. Микробные (i) PGPR (ii) Непатогенные грибы (iii) AMF (iv) Простейшие и нематоды	1. HS 2. PHs 3. SWE 4. PGPR 5. AMF

 

HS — гуминовые вещества, PH — белковые гидролизаты, SWE — экстракт морских водорослей, PGPR — ризобактерии, способствующие росту растений, AMF — грибы арбускулярной микоризы.

Немикробные биостимуляторы самые популярные в мире: их доля потребления составляет 66%, соответственно микробных — 34%. Немикробные биостимуляторы разделяют на группы:

• амино — 31%

• водоросли — 30%

• гуматы — 28%

• другие — 11%. 

В Украине доля потребления биостимуляторов отличается от мировых тенденций: 45% составляют аминокислоты, 40% гуминовые вещества, и лишь небольшая доля приходится на другие виды. Стимуляторы роста растений также могут быть биологическими и химическими, но все они одинаково полезны для агрокультур.

Биологические и Химические Стимуляторы Роста Растений

К биологическим относят стимуляторы, основу которых составляют натуральные компоненты растительного или животного происхождения: крапива, алоэ, мед, хитин ракообразных, грибы, а также гумус, торф, уголь, остатки хвойных, морские водоросли. Хитозан, например, влияет на состояние мякоти клубники и продлевает ее лежкость. Морские водоросли стимулируют рост сои, уменьшают абиотические стрессы растений и сохраняют питательные вещества.

 

Химические стимуляторы роста растений производят на основе искусственно синтезированных фитогормонов. Делается это в специальных лабораториях. По составу химические стимуляторы не уступают биологическим: они способствуют корнеобразованию, увеличивают урожайность, ускоряют цветение и плодоношение, минимизируют последствия стрессов.

Состав Стимуляторов Роста Растений

Рассмотрим некоторые известные искусственные фитостимуляторы, опираясь на главное действующее вещество в их составе.

• Ауксин

Эксперименты Чарльза Дарвина и его сына Фрэнсиса с влиянием света на направление роста овса позволили человечеству открыть важный стимулятор — ауксин. Этот гормон вырабатывается в корнях растений и на их кончиках. Его влияние связано с поглощением воды, делением и растяжением клеток. Ауксин нужен на стадии укоренения растений и не только.

 

Нужно быть внимательными относительно концентрации препарата для каждого вида агрокультур. Если она слабая, то цветение наступит раньше, а созревание может замедлиться. Большие концентрации вызывают угнетение роста и деформацию растений. Для того, чтобы ауксин с кончиков растений не мешал развитию боковых побегов нужно своевременно удалять верхушки. Тогда агрокультура будет хорошо куститься и развиваться. Ауксин широко применяют в садоводстве и борьбе с сорняками. Этот гормон предотвращает преждевременное опадение листьев или завязей. Биологи продолжают изучать влияние ауксина на различные культуры.

• Гиббереллин

Гиббереллин был выделен из грибков японским ученым Ябутой в 1935 году. Долгое время он считался гормоном-спасением для аграриев, выращивающих рис. В первые годы он помогал улучшить рост растений, но вскоре стал причиной падения урожайности.

 

Известно, что гиббереллин способен ускорить рост растений и способствовать растяжению и делению клеток, но применять его нужно следуя инструкции на препарате. Как стимулятор роста растений, гиббереллин стал любимцем садоводов и цветоводов. Он помогает в созревании неоплодотворенных яблок и груш, способствует прорастанию семян и формированию цветов у тех растений, которым на это требуется долгое время. Низкие концентрации гиббереллина ускоряют рост осенних цветов. Результаты могут быть впечатляющими: до 10 см в сутки. Но, если внести его во время вегетативной фазы, это может задержать цветение.

 

Гиббереллин сравнивают с тестостероном для растений. У двудомных он способствует развитию «мужских» цветков — после оплодотворения такие цветы всегда дают растения «женского пола». Гиббереллин способствует не только росту растений, но и улучшает срок хранения как фруктовых, так и овощных плодов.
 

• Цитокинин

Цитокинин был открыт в 1913 году благодаря экспериментам с кокосовым молоком. В нем обнаружили вещество, способствующее размножению клеток растений, ускоряющее метаболизм и стимулирующее образование цветов на боковых побегах. Впоследствии было обнаружено, что этот стимулятор роста сконцентрирован в семенах, плодах, молодых листьях и кончиках корней, а также в водорослях, мхах и фитопланктоне. Высокая концентрация цитокинина способствует транспортировке сахара к органам и тканям растений. Этот стимулятор увеличивает площадь поверхности листьев и помогает быстрому формированию цвета. В то же время он, как и гиббереллин, вызывает появление «женских» цветков на «мужских» растениях. Его применяют для внекорневого опрыскивания и для внесения в почву. В сельском хозяйстве цитокинины востребованы во многих отраслях.

• Этилен

Еще в Древнем Египте аграрии стимулировали созревание фиг забиванием плодов, чтобы в них быстрее вырабатывался этилен, хотя еще даже не знали о существовании этого стимулятора. Только в 1934 году было доказано, что этилен способствует созреванию плодовых культур. Это самый простой по молекулярному строению гормон, который вырабатывают все живые органы. Этилен способствует созреванию, подавляет рост вдоль и способствует своевременному опадению листьев.

 

Благодаря этилену цветут ананас, манго и личи — его введение ускоряет цветение и созревание. Однако из-за чувствительности всех растений к этилену его концентрацию нужно рассчитывать до миллиграмма. Например, даже 10 ppb этилена вызывают непоправимые аномалии помидоров. Более высокие концентрации этого гормона вызывают пожелтение листьев. Поэтому, если препарат применяют при выращивании тепличных культур, нужно раз в день провести тщательную вентиляцию помещения, чтобы не допустить накопления этилена. 

 

Если этилен накапливается у корней, это вызывает хлороз листьев: их загибает к стеблю, который в свою очередь может стать толще. Поэтому с этим гормоном следует быть внимательными и следовать инструкциям по его применению.

• Абсцизин

Название «абсцизин» происходит от латинского глагола abscissio, что в переводе — «осыпание». Его выделили в 1963 году: тогда ученые считали, что именно абсцизин отвечает за опадение плодов. Впоследствии оказалось, что в этом «виноват» другой гормон — этилен. У абсцизина же немного другие функции: важнейшие из них связаны со стрессовыми для растений ситуациями. Благодаря этому гормону при недостатке влаги, перепаде температур или других негативных факторах, у растений закрываются устьица, прекращается деление клеток и агрокультура переходит в состояние покоя.

 

Фитостимуляторы надежные помощники аграриев в различных ситуациях. Их выбирают в зависимости от потребностей, сорта растения и способа поддержки. Ознакомиться с такими препаратами и получить консультацию о способе применения можно на агроплатформе FERM.

Применение Фитостимуляторов 

Сейчас украинским аграриям стимуляторы растений предлагают как иностранные, так и национальные производители. Они могут различаться по составу и цене, но универсального среди них нет. Также не существует единого алгоритма по применению фитостимуляторов. Есть те, в которых надо замачивать посевной материал, а есть те, что помогут с подкорневой подкормкой. Для того, чтобы не ошибиться, лучше обратиться к инструкции на этикетке или сайте производителя. Сами по себе стимуляторы роста безопасны для людей, животных и окружающей среды, но правила техники безопасности по их использованию тоже существуют. 

 

Следует помнить, что стимуляторы роста растений влияют не только на рост, но и на весь процесс выращивания. Благодаря фитостимуляторам можно влиять на качество, вкус, аромат и объем урожая. Можно улучшить иммунитет растений, увеличить время хранения урожая, адаптировать культуры к неблагоприятным условиям. Исследователи продолжают изучать влияние фитостимуляторов на различные культуры, поэтому можно ожидать появление новых, более эффективных препаратов. 

 

ПОДПИСЬ Сергей Хаблак, доктор биологических наук, агроном-эксперт агроплатформы FERM

Источники

1. Kumari, M., Swarupa, P., Kesari, K. K., & Kumar, A. (2022). Microbial inoculants as plant biostimulants: A review on risk status. Life, 13(1), 12. [Ссылка]

2. Bashir, M. A., Rehim, A., Raza, Q., Raza, H. M. A., Zhai, L., Liu, H., & Wang, H. (2021). Biostimulants as plant growth stimulators in modernized agriculture and environmental sustainability. In IntechOpen eBooks. [Ссылка]

3. Abobatta, W. F. (2020). Plant stimulants and horticultural production. MOJ Ecology & Environmental Sciences, 5(6). [Ссылка]

4. Jennierogers. (2024, July 24). Learn about the different types of plant growth regulators | Part 3. Miller Chemical. [Ссылка]

5. Mottley, J. (1983). Classification of plant growth regulating agents according to their modes of action. Natural Sciences Education, 12(1), 64–66. [Ссылка]

6. Proteomics, C. (n.d.). Classification, function and mechanism of action of plant hormones. Creative Proteomics. [Ссылка]

7. Auxin and phototropism - Plant hormones - Edexcel  - GCSE Biology (Single Science) Revision - Edexcel - BBC Bitesize. (2023, March 29). BBC Bitesize. [Ссылка]

8. Wang, C., Liu, Y., Li, S., & Han, G. (2015). Insights into the Origin and Evolution of the Plant Hormone Signaling Machinery. PLANT PHYSIOLOGY, 167(3), 872–886. [Ссылка]