Сравнительная оценка эффективности защиты Raphanus sativus var. lobo от крестоцветной галлицы (Contarinia nasturtii), используя внекорневое внесение селената натрия, ионной формы кремния и экстракта чеснока

Актуальность. Крестоцветная галлица Contarinia nasturtii Keiffer – один из наиболее опасных вредителей растений семейства Brassicaceae, снижающих семенную продуктивность растений.

Материал и методика. Исследована эффективность однократного внекорневого внесения селената натрия, ионной формы кремния (удобрение Силиплант) и экстракта чеснока на эффективность защиты растений лобо Raphanus sativus lobo от Contarinia nasturtii в условиях закрытого грунта. Используемые концентрации: селена 26.4 мМ раствор, Силипланта – 1 мл/л, экстракта чеснока – 8 г/л. Проводили оценку семенной продуктивности и уровней инфицирования растений крестоцветной галлицей, а также определяли показатели антиоксидантного статуса растений и содержания сахаров.

Результаты. Использование Силипланта без и совместно с селенатом натрия обеспечивало наибольшую семенную продуктивность растений лобо и наибольшую массу 1000 семян. Обработка семенных растений кремнием, экстрактом чеснока и совместное применение кремния и селена обеспечивали 100% защиту растений от C. nasturtii уже через неделю после обработки. Напротив, применение селената натрия обеспечивало лишь частичную защиту. Среди исследованных биохимических показателей уровень водорастворимых соединений (TDS) был наибольшим у растений, обработанных селеном без и на фоне использования кремния. Изменения в интенсивности защиты растений от крестоцветной галлицы благодаря использованию экстракта чеснока и растворов селената натрия и Силипланта отражались в возрастании уровней накопления полифенолов в листьях по сравнению с данными для контрольных полностью инфицированных растений и в значительном возрастании накопления дисахаридов, участвующих в восстановлении тканей после атаки вредных насекомых. Установлено также, что кремний стимулирует аккумулирование селена листьями растений как без, так и при обработке растений селенатом натрия.

1. Darvas B., Skuhrava M., Andersen A. Agricultural Dipteran pests of the Palearctic region. In: Papp, L. and Darvas, B. (eds) Contributions to a Manual of Palearctic Diptera, with Special Reference to Flies of Economic Importance. Science Herald, Budapest, Hungary, 2000.

2. Hallett R.H., Heal J.D. First Nearctic record of the swede midge (Diptera: Cecidomyiidae), a pest of cruciferous crops from Europe. Can. Entomol. 2001;(133):713–715 https://doi.org/10.4039/ent133713-5

3. Wu Q.-J., Zhao J.-Z., Taylor A.G., Shelton A.M. Evaluation of insecticides and application methods against Contarinia nasturtii (Diptera: Cecidomyiidae), a new invasive insect pest in the United States. J. Economic Entomol. 2006;(99):117–122.

4. Chen M., Zhao J.-Z., Shelton A.M. Control of Contarinia nasturtii Kieffer (Diptera: Cecidomyiidea) by foliar sprays of acetamiprid on cauliflower transplants. Crop Protection. 2007;(26):1574–1578.

5. Hallett R.H., Chen M., Sears M.K., Shelton A.M. Insecticide management strategies for control of swede midge (Diptera: Cecidomyiidae) on cole crops. J. Economic Entomol. 2009;(102):2241–2254.

6. Abram P.K., Boivin G., Haye T., Mason P.G. Contarinia nasturtii Kieffer, Swede Midge (Diptera: Cecidomyiidae) Chapter 18 CAB International 2013. Biological Control Programs in Canada 2001–2012 (eds P.G. Mason and D.R. Gillespie).

7. Rinaldi S., Casorri L., Masciarelli E., Ficociello B., Visconti U., Papetti P., Neri U., Beni C. Prospects of using garlic extracts for pest control in sustainable agriculture. Fresenius Environ. Bull. 2019;28(2):535-540.

8. Golubkina N., Zayachkovsky V., Sheshnitsan S., Skrypnik L., Antoshkina M., Smirnova A., Fedotov M., Caruso G. Prospects of the application of garlic extracts and selenium and silicon compounds for plant protection against herbivorous pests: a review. Agriculture. 2022;(12):64. https://doi.org/10.3390/agriculture12010064

9. Li Q., Xian L., Yuan L., Lin Z., Chen X., Wang J., Li T. The use of selenium for controlling plant fungal diseases and insect pests. Front. Plant Sci. 2023;(14):1102594. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1102594.

10. Kalleshwaraswamy C.M., Kannan M., Prakash N.B. Chapter 16 - Silicon as a natural plant guard against insect pests, Editor(s): H. Etesami, A.H. Al Saeedi, H. El-Ramady, M. Fujita, M. Pessarakli, M.A. Hossain, Silicon and Nano-silicon in Environmental Stress Management and Crop Quality Improvement, Academic Press, 2022. P.219-227. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91225-9.00004-2

11. Hayat S.H., Ali A.M., Hayat K., Khan M.A., Cheng Z. Aqueous Garlic Extract as a Plant Biostimulant Enhances Physiology, Improves Crop Quality and Metabolite Abundance, and Primes the Defense Responses of Receiver Plants. Appl. Sci. 2018;(8):1505. https://doi.org/10.3390/app8091505

12. Alfthan G.V. A micromethod for the determination of selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube fluorimetry. Anal. Chim. Acta. 1984;(165):187–194. https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)85199-5

13. Golubkina N.A., Kekina H.G., Molchanova A.V., Antoshkina M.S., Nadezhkin S.M., Soldatenko A.V. Plants antioxidants and methods of their determination. Infra M: Moscow, Russia,2020. 181 p. ISBN 978-5-16- 015666-8. https://doi.org/10.12737/1045420. https://elibrary.ru/vtgigm (In Russ.)

14. AOAC Association Official Analytical Chemists. The Official Methods of Analysis of AOAC International; 22 ‘Vitamin C’.; AOAC: Rockville, MD, USA, 2012.

15. Swamy P.M. Laboratory manual on biotechnology. 2008, Rastogi Publications: Meerut, India, 617.

16. Application Bulletin 121/2 e Metrohm International Headquarters Determination of nitrate with an ion-selective electrode; 5–10.

17. Chase S. Repelling Contarinia Nasturtii (diptera: Cecidomyiidae), A Brassica Specialist, Using Non-Host Essential Oils 2019. Graduate College Dissertations and Theses. 2018. https://scholarworks.uvm.edu/graddis/1018.

18. Golubkina N., Sheshnitsan S., Kapitalchuk M. Ecological Importance of Insects in Selenium Biogenic Cycling. Int. J. Ecol. 2014;(2014):835636. https://doi.org/10.1155/2014/835636.

19. Golubkina N., Skryabin K. Anomalous accumulation of selenium by genetically modified potato, stable to Colorado beetle. J. Food Comp. Anal. 2010;(23):190–193. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2009.08.011

20. Golubkina N., Kharchenko V., Moldovan A., Antoshkina M., Ushakova O., Sękara A., Stoleru V., Murariu O.C., Tallarita A.V., Sannino M. Effect of Selenium and Garlic Extract Treatments of Seed-Addressed Lettuce Plants on Biofortification Level, Seed Productivity and Mature Plant Yield and Quality. Plants. 2024;(13):1190. https://doi.org/10.3390/plants13091190

21. War A.R., Paulraj M.G., Ahmad T., Buhroo A.A., Hussain B., Ignacimuthu S., Sharma H.C. Mechanisms of plant defense against insect herbivores. Plant Signal Behav. 2012;7(10)1306-20. https://doi.org/10.4161/psb.21663.

22. Golubkina N., Kharchenko V., Moldovan A., Zayachkovsky V., Stepanov V., Pivovarov V., Sekara A., Tallarita A., Caruso G. Nutritional Value of Apiaceae Seeds as Affected by 11 Species and 43 Cultivars. Horticulturae. 2021;(7):57. https://doi.org/10.3390/horticulturae 7030057.

23. de Souza Vieira T.M.F., Shimano M.Y.H., da Silva Lima R., de Camargo A.C. Optimization of extraction of antioxidants from aromatic herbs and their synergistic effects in a lipid model system. J. Food Bioact. 2019;(7):63-72. https://doi.org/10.31665/JFB.2019.7200.

24. Keunen E., Peshev D., Vangronsveld J., Van Den Ende W., Cuypers A. Plant sugars are crucial players in the oxidative challenge during abiotic stress: Extending the traditional concept. Plant Cell Environ. 2013;(36):1242–1255. https://doi.org/10.1111/pce.12061

25. Chang Y.-A., Dai N.-C., Chen H.-J., Tseng C.-H., Huang S.-T., Wang S.- J. Regulation of rice sucrose transporter 4 gene expression in response to insect herbivore chewing. J. Plant Interactions. 2019;14(1):525–532. https://doi.org/10.1080/17429145.2019.1662099

26. War A.R., Paulraj M.G., Ahmad T., Buhroo A.A., Hussain B., Ignacimuthu S., Sharma H.C. Mechanisms of plant defense against insect herbivores. Plant Signal Behav. 2012;(7):1306–1320.

27. Mithöfer A., Maffei M.E.. General mechanisms of plant defense and plant toxins. In: Gopalakrishnakone P., Carlini C., Ligabue-Braun R., editors. Plant toxins. Toxicology. 2017, Dordrecht: Springer. P. 3–24.

28. Rolland F., Baena-Gonzalez E., Sheen J. Sugar sensing and signaling in plants: conserved and novel mechanisms. Ann. Rev. Plant Biol. 2006;(57):675–709. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.57.032905.105441

29. Schwachtje J., Minchin P.E.H., Jahnke S., van Dongen J.T., Schittko U., Baldwin I.T. SNF1-related kinases allow plants to tolerate herbivory by allocating carbon to roots. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006;(103):12935–12940.

30. Schwachtje J., Baldwin I.T. Why Does Herbivore Attack Reconfigure Primary Metabolism? Plant Physiol. 2008;146(3):845–851. https://doi.org/10.1104/pp.107.112490

31. Golubkina N., Moldovan A., Fedotov M., Kekina H., Kharchenko V., Folmanis G., Alpatov A., Caruso G. Iodine and selenium biofortification of chervil plants treated with silicon nanoparticles. Plants. 2021;(10):2528. https://doi.org/10.3390/plants10112528