Стимулятори росту рослин: природні та синтетичні гормони

Аграрії здавна замислювалися над тим, чому одні рослини зростають і розвиваються швидше за інші. Чому на одному й тому ж полі поруч зі здоровими й сильними культурами з’являються слабкі сходи? Як зробити так, щоб те, що посаджене у землю, активно розвивалося та зріло? Відповіді на ці питання шукали не тільки прості фермери, а й вчені. В кінці 19 століття Чарльз Дарвін вивчав здатність рослин рухатися. Вчений висловив припущення, що за здатність злакових культур повертатися у бік сонця відповідає певна хімічна сполука. Експерименти продовжили інші вчені з різних країн, і вже на початку 20 століття було доведено, що за розвиток рослин відповідають фітогормони або стимулятори росту.

Зміст

Історія Винайдення Стимуляторів Росту Рослин

Як Працюють Стимулятори Росту Рослин

Класифікація Стимуляторів Росту Рослин Та Їхні Ролі

Біологічні Та Хімічні Стимулятори Росту Рослин

Склад Стимуляторів Росту Рослин

• Ауксин

• Гіберелін

• Цитокінін

• Етилен

• Абсизицин

Застосування Фітостимуляторів

Історія Винайдення Стимуляторів Росту Рослин

Оскільки раніше агрономи використовували стимулятори росту рослин виключно інтуїтивно, такі експерименти мали безліч недоліків, поки на допомогу не прийшла наука:

 

1. На початку 20 століття в університеті Санкт-Петербурга вчений Нелюбов довів, що етилен здатен змінювати ріст рослин.

2. У 30-ті роки минулого століття, у США інший науковець Гейн навів докази того, що рослини синтезують етилен, а сам газ впливає на фізіологічні реакції в посівах.

3. Водночас учені з Токіо виявили, що паразитичні гриби Gibberella сприяють росту рисових паростків.

4. У 50-ті англієць Кросс розшифрував склад гіберелінової кислоти.

5. У 1955 році американець Скуг виділив фітогормон кінетин зі сперми оселедця.

6. Ще через 8 років австралієць Лейтм цей же стимулятор росту витягнув з молодих кукурудзяних зерен й назвав його зеатин.

 

Аналогів кінетина ставало все більше й ці фітогормони отримали назву цитокініни. Згодом американці вирахували формулу абсицинової кислоти, а вчений з Московського Інституту фізіології рослин Чайлахян висунув концепцію гормону, що сприяє зацвітанню рослин — флоригена. Речовини стали активно застосовувати садівники, квітникарі та фермери для того, щоб стимулювати ріст та розвиток рослин. 

 

Щодо термінології, то першим визначення біостимулятор ввів Кауфман, який охарактеризував ці препарати як: “матеріали, крім добрив, що сприяють росту рослин при застосуванні в низьких кількостях, є органічними продуктами й містять амінокислоти, рослинні гормони, полісахариди та гумінові речовини та легко доступні для поглинання рослинами”. Більш точно поняття біостимуляторів визначив Патрік Дю Жардін вже у наші часи. На його думку, біостимулятори — це: «речовини та матеріали, за винятком поживних речовин і пестицидів, що при застосуванні до рослин, насіння або субстратів для вирощування в спеціальних композиціях, мають здатність змінювати фізіологічні процеси рослин у спосіб, що забезпечує потенційні переваги для росту, розвитку та/або реакції на стрес». Біостимулятори не тільки зміцнюють рослини, сприяють їх розвитку та росту, а і захищають довкілля. Вони дозволяють зменшити дози внесення шкідливих хімічних добрив і водночас підвищують врожайність та зберігають родючість ґрунту.

 

Однак окремі вчені все ж відносять біостимулятори, регулятори росту та гормони росту рослин до окремих груп. Біостимулятори — підживлювальні органічні речовини, що покращують ріст і розвиток рослин. Регулятори росту теж сприяють росту та розвитку, але це синтетичні речовини. Гормони росту регулюють ріст та розвиток шляхом вироблення всередині рослини необхідних сполук та компонентів.

Як Працюють Стимулятори Росту Рослин

Європейська промислова рада біостимуляторів, відома як EBIC, пояснюючи механізм роботи біостимуляторів, дає таке визначення: «вони містять речовину(и) та/або мікроорганізми, функцією яких, при застосуванні до рослин або ризосфери, є стимуляція природних процесів для посилення/вигоди поглинання поживних речовин, ефективності поживних речовин, стійкість до абіотичного стресу та підвищення якості врожаю”. Ці речовини не належать до добрив, пестицидів чи поліпшувачів. Їх ще називають біогенними стимуляторами, органічними біостимуляторами, засобами для зміцнення рослин, фітостимуляторами, сільськогосподарськими біостимуляторами. Щорічно обсяг цих препаратів зростає: у 2018 році світовий ринок спожив їх на $2241 млн, а у 2021 вже $3.2 млрд. За прогнозами експертів до 2026 року ринок стимуляторів рослин зросте до $5.6 млрд. Найбільш популярні вони є у європейських фермерів, які дбають про екологічне землеробство.

 

В рослинах, як і в будь-яких живих організмах, постійно відбуваються складні хіміко-біологічні процеси. Стимулятори впливають на ріст та розвиток агрокультур на всіх етапах: від моменту коли насінина починає проростати до стадії повної зрілості. Біостимулятори сприяють:

 

• ефективному метаболізму;

• підвищенню стійкості до біотичних та абіотичних стресів;

• прискоренню відновлення після стресів;

• засвоєнню поживних речовин;

• покращенню якості продукції:

• ефективному використанню вологи;

• підвищенню окремих фізико-хімічних властивостей ґрунтів;

• підвищенню врожайності. 

 

Механізм дії різних стимуляторів на рослину представлені на схемі:

 

 

Plant Biostimulants - Біостимулятори росту рослин

Acids - Кислоти

Humic substances - Гумінові речовини

Fulvic acids - Фульвокислоти

Humins - Гуміни

Beneficial chemical elements - Корисні хімічні елементи

Amino acids - Амінокислоти

Other organic acids - Інші органічні кислоти

 

Extracts - Екстракти

Seaweed extract - Екстракт морських водоростей

Plant derived bioactive substances - Біологічно активні речовини рослинного походження

Chitosan - Хітозан

Polyphenols - Поліфеноли

 

Others - Інші

Inorganic salts - Неорганічні солі 

Antitranspirants - Антитранспіранти

Protein Hydrolysates - Білкові гідролізати

Enzymatic extracts - Ензимні екстракти

 

Microbial inoculants - Мікробні інокулянти

Beneficial bacteria - Корисні бактерії

Beneficial fungi - Корисні гриби

Microbial symbiosis - Мікробний симбіоз

 

Stimulates plant growth - Стимулює ріст рослин

Nutrient assimilation and efficiency - Засвоєння поживних речовин та ефективність

Increased tolerance to abiotic stresses - Підвищена стійкість до абіотичних стресів

Favors soil microflora - Сприяє розвитку ґрунтової мікрофлори

Improves yield and quality of crops - Покращує врожайність та якість культур

 

Варто зазначити, що наразі світовий ринок біостимуляторів контролюється Регламентом про удобрювальні продукти, прийнятим у Європейському Союзі у 2019 році. Відповідно, їхні корисні якості мають бути науково доведені та засвідчені маркуванням «СЕ». Український ринок стимуляторів росту рослин досить невеликий і остаточно неврегульований. Для того, щоб не потрапити на фальсифікати стимуляторів росту, варто обирати їх на перевірених ресурсах, наприклад на агроплатформі FERM.

Класифікація Регуляторів Росту Рослин Та Їхні Ролі

Класифікувати стимулятори росту рослин намагалися різні вчені та наукові товариства з 2012 року. Першим це зробив дю Жарден, який поділив їх на вісім класів, але ігнорував в цій класифікації мікробні інокулянти. Пізніше цей же вчений запропонував розподілити стимулятори на сім категорій та мікроби, взявши за основу практичні та теоретичні знання про біостимулятори. Згодом вже Кальво розглянув п’ять груп стимуляторів росту рослин. Так само п’ять категорій, включно з мікроорганізмами, представлені у бренду Pascale. Рада з розвитку сільського господарства та садівництва дотримується простої класифікації: немікробні й мікробні стимулятори росту. Докладніше у таблиці.

 

рік	2012	2014	2015	2017	2018
Основа категоризації	Бібліографічний аналіз	Критичний огляд вибраних наукових публікацій	Речовини і мікроорганізми	Тип продукції	Живлення рослин
Роль мікробів	Немає	Так	Так	Так	Так
Категорії	1. HS 2. Складні органічні речовини 3. Корисні хімічні елементи 4. Неорганічні солі 5. SWE 6. Похідні хітину та хітозану 7. Антитранспіранти 8. Вільні амінокислоти та інші N-вмісні речовини	1. Гумінові кислоти 2. Фульвокислоти 3. Мікробні інокулянти 4. PH та амінокислоти 5. SWE	1. Гумінові та фульвокислоти 2. Білкові гідролізати та інші N-вмісні сполуки 3. Екстракти морських водоростей і рослинні продукти 4. Хітозан та інші біополімери 5. Неорганічні сполуки 6. Корисні гриби 7. Корисні бактерії	1. Немікробні (i) SWE (ii) HS (iii) Фосфіт та інші неорганічні солі (iv) Похідні хітину та хітозану (v) Антитранспіранти (vi) PH та вільні амінокислоти (vii) Комплексні органічні матеріали 2. Мікробні ( i) PGPR (ii) Непатогенні гриби (iii) AMF (iv) Найпростіші та нематоди	1. HS 2. PHs 3. SWE 4. PGPR 5. AMF

 

HS — гумінові речовини, PH — білкові гідролізати, SWE — екстракт морських водоростей, PGPR — ризобактерії, що сприяють росту рослин, AMF — гриби арбускулярної мікоризи.

Немікробні біостимулятори найпопулярніші у світі: їхня частка споживання складає 66%, відповідно мікробних — 34%. Немікробні біостимулятори поділяють на групи:

• аміно — 31%

• водорості — 30%

• гумати — 28%

• інші — 11%. 

В Україні частка споживання біостимуляторів відрізняється від світових тенденцій: 45% складають амінокислоти, 40% гумінові речовини, і лише невелика частка припадає на інші види. Стимулятори росту рослин також можуть бути біологічними та хімічними, але всі вони однаково корисні для агрокультур. 

Біологічні Та Хімічні Стимулятори Росту Рослин

До біологічних відносять стимулятори, основу яких складають натуральні компоненти рослинного чи тваринного походження: кропива, алое, мед, хітин ракоподібних, гриби, а також гумус, торф, вугілля, рештки хвойних, морські водорості. Хітозан, наприклад, впливає на стан м’якоті полуниці та продовжує її лежкість. Морські водорості стимулюють ріст сої, зменшують абіотичні стреси рослин та зберігають поживні речовини.

 

Хімічні стимулятори росту рослин виробляють на основі штучно синтезованих фітогормонів. Робиться це у спеціальних лабораторіях. За складом хімічні стимулятори не поступаються біологічним: вони сприяють коренеутворенню, збільшують врожайність, пришвидшують цвітіння та плодоношення, мінімізують наслідки стресів.

Склад Стимуляторів Росту Рослин

Розглянемо деякі відомі штучні фітостимулятори, спираючись на головну діючу речовину в їхньому складі.

• Ауксин

Експерименти Чарльза Дарвіна та його сина Френсіса з впливом світла на напрямок росту вівса дозволили людству відкрити важливий стимулятор — ауксин. Цей гормон виробляється у коренях рослин та на їхніх кінчиках. Його вплив пов’язаний із поглинанням води, поділом та розтягуванням клітин. Ауксин потрібен на стадії укорінення рослин і не тільки. 

 

Потрібно бути уважними щодо концентрації препарату для кожного виду агрокультур. Якщо вона слабка, то цвітіння настане раніше, а дозрівання може уповільнитись. Великі концентрації спричиняють пригнічення росту та деформацію рослин. Для того, щоб ауксин з кінчиків рослин не заважав розвитку бічних пагонів потрібно своєчасно видаляти верхівки. Тоді агрокультура буде добре куститися та розвиватися. Ауксин широко застосовують у садівництві й боротьбі з бур’янами. Цей гормон запобігає передчасному опаданню листя чи зав’язей. Біологи продовжують вивчати вплив ауксину на різні культури.

• Гіберелін

Гіберелін було виділено з грибків японським вченим Ябутою у 1935 році. Довгий час він вважався гормоном-порятунком для аграріїв, що вирощують рис. В перші роки він допомагав покращити ріст рослин, але незабаром став причиною падіння врожайності.

 

Наразі відомо, що гіберелін здатний прискорити ріст рослин та сприяти розтягуванню й поділу клітин, але застосовувати його треба дотримуючись інструкції на препараті. Як стимулятор росту рослин, гіберелін став улюбленцем садівників та квіткарів. Він допомагає у дозріванні незапліднених яблук та груш, сприяє проростанню насіння та формуванню квітів у тих рослин, яким на це потрібен довгий час. Низькі концентрації гібереліну прискорюють ріст осінніх квітів. Результати можуть бути вражаючими: до 10 см за добу. Але, якщо внести його під час вегетативної фази, це може затримати цвітіння. 

 

Гіберелін порівнюють з тестостероном для рослин. У дводомних він сприяє розвитку “чоловічих” квіток — після запліднення такі квіти завжди дають рослини “жіночої статі”. Гіберелін сприяє не тільки росту рослин, а й покращує термін зберігання як фруктових, так і овочевих плодів.
 

• Цитокінін

Цитокінін було відкрито у 1913 році завдяки експериментам з кокосовим молоком. У ньому виявили речовину, що сприяє розмноженню клітин рослин, прискорює метаболізм та стимулює утворення квітів на бічних пагонах. Згодом було виявлено, що цей стимулатор росту сконцентровано у насінні, плодах, молодому листі та кінчиках коренів, а також у водоростях, мохах та фітопланктоні. Висока концентрація цитокініну сприяє транспортуванні цукру до органів та тканин рослин. Цей стимулятор збільшує площу поверхні листя й допомагає швидкому формуванню цвіту. Водночас він, як і гіберелін, спричиняє появу “жіночих” квіток на “чоловічих” рослинах. Його застосовують для позакореневого обприскування та для внесення до ґрунту. У сільському господарстві цитокініни затребувані у багатьох галузях.

• Етилен

Ще у Стародавньому Єгипті аграрії стимулювали дозрівання фіг забиванням плодів, щоб у них швидше вироблявся етилен, хоча ще навіть не знали про існування цього стимулятора. Лише у 1934 році було доведено, що етилен сприяє дозріванню плодових культур. Це найпростіший з молекулярної будови гормон, що виробляють всі живі органи. Етилен сприяє дозріванню, пригнічує ріст вздовж і сприяє вчасному опаданню листя.

 

Завдяки етилену квітнуть ананас, манго та лічі — його введення пришвидшує цвітіння і дозрівання. Однак через чутливість усіх рослин до етилену його концентрацію потрібно розраховувати до міліграма. Наприклад, навіть 10 ppb етилену спричиняють непоправні аномалії помідорів. Вищі концентрації цього гормону викликають пожовтіння листя. Тож, якщо препарат застосовують при вирощуванні тепличних культур, потрібно раз на день провести ретельну вентиляцію приміщення, щоб не допустити накопичення етилену. 

 

Якщо етилен накопичується біля коріння, це спричиняє хлороз листя: його загинає до стебла, яке своєю чергою може стати товстішим. Отже з цим гормоном варто бути уважними та дотримуватися інструкцій щодо його застосування.

• Абсцизин

Назва “абсцизин” походить від латинського дієслова abscissio, що в перекладі  — “обсипання”. Його виділили у 1963 році: тоді вчені вважали що саме абсцизин відповідає за опадіння плодів. Згодом виявилося, що у цьому “винен” інший гормон — етилен. У абсцизина ж трохи інші функції: найважливіші з них пов’язані зі стресовими для рослин ситуаціями. Завдяки цьому гормону у разі нестачі вологи, перепаду температур чи інших негативних факторах, у рослин закриваються продихи, припиняється поділ клітин і агрокультура переходить у стан спокою. 

 

Фітостимулятори надійні помічники аграріїв у різних ситуаціях. Їх вибирають в залежності від потреб, сорту рослини та способу підтримки. Ознайомитися з такими препаратами та отримати консультацію про спосіб застосування можна на агроплатформі FERM.

Застосування Фітостимуляторів 

Наразі українським аграріям стимулятори рослин пропонують як іноземні, так і національні виробники. Вони можуть різнитися за складом та ціною, але універсального серед них немає. Також не існує єдиного алгоритму по застосуванню фітостимуляторів. Є ті, в яких треба замочувати посівний матеріал, а є ті, що допоможуть з підкореневим підживленням. Для того, щоб не помилитися, краще звернутись до інструкції на етикетці чи сайті виробника. Самі по собі стимулятори росту безпечні для людей, тварин та довкілля, але правила техніки безпеки з їхнього використання теж існують. 

 

Слід пам’ятати, що стимулятори росту рослин впливають не тільки на ріст, а й на весь процес вирощування. Завдяки фітостимуляторам можна  впливати на якість, смак, аромат та обсяг врожаю. Можна покращити імунітет рослин, збільшити час зберігання врожаю, адаптувати культури до несприятливих умов. Дослідники продовжують вивчати вплив фітостимуляторів на різні культури, тому можна очікувати появу нових, більше ефективних препаратів. 

 

ПІДПИС Сергій Хаблак, доктор біологічних наук, агроном-експерт агроплатформи FERM

Джерела

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. [Посилання]

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. [Посилання]

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

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

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

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

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

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. [Посилання]