КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 23-16-00119

НазваниеВлияние инновационных биологических средств защиты растений на устойчивость мягкой пшеницы к грибным заболеваниям

Руководитель Щербань Андрей Борисович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-106 - Растениеводство

Ключевые слова Биологические средства защиты растений, фунгициды, хитозан, новохизоль, наночастицы, иммунитет, резистентность, патоген, патоген- ассоциированный молекулярный паттерн, элиситор, стеблевая ржавчина, гены защиты, экспрессия генов, радикалы кислорода, мягкая пшеница

Код ГРНТИ34.23.57


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Мягкая пшеница, T. aestivum L.- важнейшая сельскохозяйственная культура, занимающая лидирующее место в мировом земледелии по площади посевов и второе место после кукурузы по валовому сбору зерна. Является главным источником углеводов и ценным источником белка в пище человека. Выращивается почти во всех регионах РФ. По объему экспорта этой культуры Россия занимает место в тройке мировых лидеров, а общая ее урожайность имеет тенденцию к росту. Однако, в связи с изменением климата, за последние 10-15 лет наблюдается все более интенсивное развитие таких грибных заболеваний, как мучнистая роса, бурая и стеблевая ржавчины, что приводит к значительному уменьшению урожайности и снижению качества зерна. В последнее время большой потенциал для применения в качестве средств защиты растений (СЗР) имеют биостимуляторы, одним из которых является хитозан, получаемый в результате деацетилирования хитина. Целый ряд авторов показали антимикробное и фунгицидное действие хитозана per se на множестве растительных объектов, включая мягкую пшеницу. Новейшим инновационным препаратом является новохизоль- кросс-сшитое производное хитозана, которое имеет ряд преимуществ, по сравнению с хитозаном: химическую стабильность, повышенную растворимость и адгезию, способность к образованию комплексов с активными веществами различного действия и медленное высвобождение этих веществ, что позволяет существенно снизить их эффективную концентрацию. Этим достигается высокий синергический эффект воздействия новохизоля, обусловленный, с одной стороны, свойствами самого новохизоля, а с другой- формуляцией активных компонентов. В качестве последних могут выступать различные фунгициды. Однако, эти свойства препаратов новохизоля пока еще недостаточно тестированы на растительных объектах in vivo, а также слабо изучены молекулярно- биологические и генетические механизмы, лежащие в основе действия хитозана/новохизоля на устойчивость растений к патогенам. Проект направлен на создание, применение и анализ молекулярно- биологических механизмов воздействия на растения новых СЗР на основе новохизоля. В качестве основного объекта исследования будет использована мягкая пшеница. Изучение влияния указанных СЗР на устойчивость пшеницы к грибным болезням будет проводиться как в лабораторных, так и в полевых условиях. В первом случае в качестве модели инфекционного агента будет использоваться возбудитель стеблевой ржавчины- Puccinia graminis. На первой стадии будет проведен фитопатологический анализ реакции на патоген у растений, обработанных на разных стадиях новохизолем, а также комплексными препаратами новохизоль/ активные фунгицидные ингредиенты в разной концентрации. Далее будет проанализирована экспрессия потенциальных генов- мишеней, которые, по данным различных авторов, связаны с приобретением повышенного уровня устойчивости растений под действием хитозана. Параллельно, в том же растительном материале будет проведен анализ активности некоторых ферментов и их метаболитов, связанных с различными защитными реакциями на биотические факторы внешней среды, в особенности: ключевых ферментов антиоксидантной системы. И, наконец, будут проведены полевые эксперименты для комплексной оценки параметров растений мягкой пшеницы и другой злаковой культуры- ячменя H. vulgare L., связанных с устойчивостью к различным патогенам и урожайностью на фоне обработки тестируемыми препаратами новохизоля. К концу проекта будет проведено сопоставление результатов, полученных в результате трех- годичных лабораторных и полевых экспериментов, осуществлен выбор оптимальных условий применения инновационных биостимуляторов, позволяющих обеспечить их максимальный фунгицидный эффект, включая такие параметры как: концентрация, стадия обработки и ее длительность. В результате молекулярно- биологических исследований будут определены генетические и биохимические маркеры, ассоциированные с повышением уровня резистентности мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине под влиянием изученных CЗР.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


 

Публикации

1. Щербань А.Б. Хитозан и его производные как перспективные средства защиты растений ВАВИЛОВСКИЙ ЖУРНАЛ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ, 2023;27(8):1010-1021 (год публикации - 2023)
10.18699/VJGB-23-116

2. Щербань А.Б., Сколотнева Е.С., Фоменко В.В., Лаприна Ю.В., Кельбин В.Н., Бойко Н.И. Influence of innovative biological plant protection products on the resistance of common wheat to fungal diseases Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2023): abstracts / Eds. A.A. Kalachev., T.A. Gorhkova, M.L. Ponomareva; FIC KazSC RAS // The 7th International Scientific Conference (Jule 10–15, 2023, Kazan, Russia), p. 361 (год публикации - 2023)

3. Лаприна Ю.В., Сколотнева Е.С., Кельбин В.Т., Бойко Н.И., Салина Е.А., Щербань А.Б. The first appearance of a virulence to the wheat gene Sr24 among stem rust samples from Kemerovo Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2023): abstracts / Eds. A.A. Kalachev., T.A. Gorhkova, M.L. Ponomareva; FIC KazSC RAS // The 7th International Scientific Conference (Jule 10–15, 2023, Kazan, Russia), p. 230 (год публикации - 2023)

4. Бойко Наталья, Сочалова Любовь, Морозова Евгения, Сколотнева Екатерина, Пискарев Вячеслав, Щербань Андрей Genetic composition of wheat leaf rust population in Western Siberia in 2022 Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2023): abstracts / Eds. A.A. Kalachev., T.A. Gorhkova, M.L. Ponomareva; FIC KazSC RAS // The 7th International Scientific Conference (Jule 10–15, 2023, Kazan, Russia), p. 79 (год публикации - 2023)


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Определены условия (химические добавки, pH и ионный состав разбавителя) для сохранения стабильности и активных свойств препаратов Новохизоля в течение длительного времени. Разработан метод контроля процесса проникновения или элиминации этих препаратов на поверхности растения с использованием флуоресцентно меченого Новохизоля. С помощью атомно-эмиссионной спектрометрии проведен анализ состава микро- и макро- элементов в корнях растений пшеницы под воздействием различных препаратов Новохизоля и выявлен ряд элементов, которые могут служить в качестве маркеров влияния химических и биологических средств защиты растений. Для изучения генетических механизмов устойчивости растений мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине сформирована система генотипов «патоген – хозяин» и с помощью молекулярных маркеров проведено генотипирование изогенной линии мягкой пшеницы ISr6-Ra по гену устойчивости Sr6. Проведено размножение этой линии, а также накопление спорового материала изолятов гриба P. graminis с генами вирулентности и авирулентности к Sr6, в количестве, необходимом для заражения статистической выборки растений. Получен листовой растительный материал линии ISr6-Ra, обработанной препаратом 0.125% новохизоля с последующим заражением штаммами гриба, в различных временных точках после инокуляции. Фитопатологическая оценка данного растительного материала на 14 день после заражения показала, что у обработанных препаратом растений, инфицированных вирулентным и авирулентным штаммами гриба, по сравнению с необработанными, наблюдается 4-5 кратное уменьшение числа пустул при сохранении инфекционных типов, характеризующих реакцию линии ISr6-Ra на эти штаммы. Проведен анализ транскрипции двух генов- мишеней CERK1 и PR3, кодирующих рецептор хитина и фермент хитиназу, соответственно. Показано, что под воздействием обработки новохизолем у инфицированных обоими штаммами (Avir и Vir) стеблевой ржавчины растений происходит увеличение экспрессии гена CERK1 в 1.5-2 раза при переходе эктофитной стадии патогенеза в эндофитную (24 часа после инокуляции). Наиболее сильное увеличение экспрессии (до 20 раз) было выявлено для гена PR3 в растениях, обработанных новохизолем; в условиях заражения обоими изолятами стеблевой ржавчиной максимальные пики экспрессии приходились на 3ч после инокуляции. Проведен биохимический анализ растительного материала сорта T. aestivum «Новосибирская 29», инфицированного сборной Западно-Сибирской популяцией P. graminis и подвергнутого предварительной обработке 0,125% новохизолем. У обработанных растений выявлены характерные изменения про/антиоксидантного статуса, которые сопровождались уменьшением активности ферментов пероксидазы и каталазы и увеличением концентрации фенольных соединений. Проведена фенотипическая оценка в полевых условиях сортов мягкой пшеницы по показателям урожайности и устойчивости к патогенам на фоне обработки препаратами новохизоля, включая как новые, так и ранее использованные препараты. Исследования проводились в Новосибирской области, независимо на двух опытных участках. В результате было установлено, что изучаемые препараты, независимо от способа их применения, оказывают положительное влияние на яровую пшеницу во все фазы развития растений (от всходов до созревания), увеличивая тем самым их продуктивность. Установлена также способность препаратов снижать развитие корневых гнилей и септориоза, а также таких заболеваний как мучнистая роса и бурая ржавчина, создавая благоприятные фитосанитарные условия для развития растений.

 

Публикации

1. Щербань А.Б., Бурлакова С.В., Орлова Е.А., Сколотнева Е.С., Фоменко В.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОПЕСТИЦИДОВ НА ОСНОВЕ НОВОХИЗОЛЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ И УВЕЛИЧЕНИЯ ЕЕ ПРОДУКТИВНОСТИ Сборник тезисов докладов V Всероссийского конгресса по защите растений, Сборник тезисов докладов V Всероссийского конгресса по защите растений, 16–19 апреля 2024, Санкт-Петербург, с.316 (год публикации - 2024)

2. Сколотнева Е.С., Лаприна Ю.В., Щербань А.Б. Поиск ассоциаций авирулентности и KASP-полиморфизма у сибирских изолятов возбудителя стеблевой ржавчины пшеницы Puccinia graminis f. sp. tritici Материалы XII Международной научно-практической конференции «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ-ОСНОВА СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ», Материалы XII Международной научно-практической конференции «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ-ОСНОВА СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ» 17 -19 сентября 2024, Краснодар, с.354-360. (год публикации - 2024)

3. Сколотнева Е.С., Лаприна Ю.В., Щербань А.Б. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАРКЕРЫ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ МОНОПУСТУЛЬНЫХ ИЗОЛЯТОВ PUCCINIA GRAMINIS F.SP. TRITICI Сборник тезисов докладов V Всероссийского конгресса по защите растений, Сборник тезисов докладов V Всероссийского конгресса по защите растений, 16–19 апреля 2024, Санкт-Петербург, с.112 (год публикации - 2024)

4. Федяева А.В., Сколотнева Е.С., Бойко Н.И., Фоменко В.В., Кельбин В.Н., Щербань А.Б. Экспресс-тест для оценки защитных свойств биопестицида новохизоль на различных стадиях заражения яровой мягкой пшеницы стеблевой ржавчиной Материалы XII Международной научно-практической конференции «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ-ОСНОВА СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ» , Материалы XII Международной научно-практической конференции, 17-19 сентября 2024 года., Краснодар, с.366-374 (год публикации - 2024)

5. Лаприна Ю.В., Сколотнева Е.С., Перфильев Р.Н., Щербань А.Б. Анализ популяции Puccinia graminis f. sp. tritici в Кемеровской области с использованием микросателлитных локусов Материалы XII Международной научно-практической конференции «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ-ОСНОВА СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ», Материалы XII Международной научно-практической конференции «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ-ОСНОВА СТАБИЛИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ» 17 -19 сентября 2024, Краснодар, с.209-215. (год публикации - 2024)

6. Щербань А.Б., Сколотнева Е.С., Федяева А.В., Бойко Н.И., Фоменко В.В. Effect of Biopesticide Novochizol on Development of Stem Rust Puccinia graminis f. sp. tritici in Wheat, T. aestivum L. Plants (MDPI) (год публикации - 2024)

7. Щербань А.Б., Плотникова Л.Я., Кнауб В.В., Сколотнева Е.С., Фоменко В.В. Цитофизиологические проявления защитных реакций пшеницы от стеблевой ржавчины, индуцируемые биофунгицидом Новохизолем Вавиловский журнал генетики и селекции, 2025;29(4):539-548 (год публикации - 2025)


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработана методика для контроля степени поглощения и накопления препаратов Новохизоля тканями растений и для оценки эффективности действия этих препаратов с использованием флуоресцентных красителей. Наглядно подтверждено проникновение препарата Новохизоль в листовую ткань растений мягкой пшеницы и его накопление в цитоплазме мезофилльных клеток и в обкладочных клетках проводящих пучков. С помощью атомно-эмиссионной спектрометрии и элементного CHN-анализа установлено, что под действием препаратов Новохизоля в различных органах растений мягкой пшеницы происходит накопление элементов Ca, Mg, S, K, Mn, Sr, принимающих участие в механизмах стрессо- устойчивости, что дополнительно подтверждает роль Новохизоля в качестве элиситора иммунного ответа. При этом способ обработки вегетирующих растений оказал наибольший стимулирующий эффект на накопление указанных элементов. В лабораторных условиях проведена фитопатологическая оценка эффективности комплексного биофунгицида Новохизоль/Cера относительно его ингредиентов, которая показала значительно более выраженный эффект данного препарата на количественную составляющую устойчивости мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине по сравнению с чистым Новохизолем и, одновременно, его меньшее повреждающее воздействие на листовую ткань растений по сравнению с препаратом Сера 400 (Щелково-Агрохим). Цитохимический анализ развития патогена и динамики защитных реакций показал, что у растений, обработанных комплексом Новохизоль/Сера происходит частичное подавление развития аппрессориев гриба на поверхности листьев, образование АФК на устьицах и индукция синтеза перекиси водорода и фенольных веществ. Эти результаты показали перспективность применения данного комплекса в качестве безопасного и эффективного биофунгицида для защиты пшеницы от ржавчинных заболеваний. На модели изогенной линии мягкой пшеницы с соответствующими авирулентным и вирулентным изолятами возбудителя стеблевой ржавчины проведен количественный анализ уровня транскрипции генов защиты в материале листьев, собранном в различные временные точки после инокуляции растений патогеном. В результате было установлено, что Новохизоль усиливает транскрипцию генов защиты CERK1, PR3, PR4, PR5, PR6 и PR9 на ранних стадиях (3-24 часа после инокуляции) в ходе инфекционного процесса. На этой же модели были установлены особенности динамики окислительного стресса и активности ферментов пероксидазы и каталазы, специфичные для отдельных изолятов возбудителя на фоне предварительной обработки Новохизолем и без обработки. Установлено, что влияние Новохизоля на активность антиоксидантных ферментов зависит от взаимодействия генов устойчивости растения и генов вирулентности патогена. Был сделан вывод, что наиболее эффективным способом повышения резистентности зерновых культур к грибным патогенам является сочетание обработки биофунгицидом с селекцией на гены устойчивости. Проведенные на различных сортах мягкой пшеницы полевые испытания показали положительное влияние новых комплексных препаратов Новохизоля на фитосанитарное состояние посевов и их фунгицидный эффект в отношении ряда грибных патогенов, при этом наибольший эффект продемонстрировали серо- содержащие препараты Новохизоля. Установлено ростостимулирующее действие комплексов Новохизоля при различных вариантах обработки на морфометрические показатели, показатели биоценоза и продуктивности. В целом, указанные эффекты препаратов Новохизоля обеспечили повышение урожайности мягкой пшеницы на 0,2-0,5 т/га при предпосевной обработке и 0,3-0,8 т/га при обработке растений.

 

Публикации

1. Сколотнева Е.C., Лаприна Ю.В., Баранова О.А., Коломиец Т.М., Киселева М.И., Кельбин В.Н., Салина Е.А. Характеристика популяций Puccinia graminis f. sp. tritici, существующих на мягкой пшенице в Поволжском и Центральном регионах России, по микросателлитным локусам Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции, Том 9, №4, с.201-208 (год публикации - 2023)
10.18699/LettersVJ-2023-9-23

2. Разуваева А.В., Сколотнева Е.С., Фоменко В.В., Щербань А.Б. Влияние новохизоля на экспрессию генов, обеспечивающих устойчивость мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине Генетика, Геномика, Биоинформатика и Биотехнология растений 8-я Международная научная конференция 2–5 июля 2025, ИЦиГ СО РАН , Новосибирск, Россия, с.174 (год публикации - 2025)
10.18699/PlantGen-2025-174

3. Щербань А.Б., Разуваева А.В., Сколотнева Е.С., Фоменко В.В. Влияние биопестицида Новохизоль на экспрессию генов защиты при заражении пшеницы стеблевой ржавчиной Puccinia graminis f. sp. tritici Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2025)

4. Щербань А.Б., Сколотнева Е.С., Федяева А.В., Бойко Н.И., Фоменко В.В. ДЕЙСТВИЕ БИОПЕСТИЦИДА НОВОХИЗОЛЬ НА АНТИОКСИДАНТНУЮ СИСТЕМУ ЗАЩИТЫ ПРИ ЗАРАЖЕНИИ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ СТЕБЛЕВОЙ РЖАВЧИНОЙ Агрохимия (год публикации - 2026)

5. Сколотнева Е.С., Лаприна Ю.В., Апарина В.А., Пискарев В.В., Кельбин В.Н. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОПУЛЯЦИИ PUCCINIA GRAMINIS f. sp. TRITICI НА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЕ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ ПО ВИРУЛЕНТНОСТИ И ПОЛИМОРФИЗМУ МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ПОВТОРОВ МИКОЛОГИЯ И ФИТОПАТОЛОГИЯ, том 59, № 5, с. 443–452 (год публикации - 2025)
10.31857/S0026364825050092

6. Орлова Е.А., Бехтольд Н.П., Щербань А.Б., Фоменко В.В. ВЛИЯНИЕ НОВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ НОВОХИЗОЛЯ НА СОСТОЯНИЕ ПОСЕВОВ МЯГКОЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ Зерновое хозяйство России, Т. 17, № 2. 2025 (год публикации - 2025)
10.31367/2079-8725-2025-97-2-86-93

7. Бурлакова С.В., Егорычева М.Т., Кудашкин П.И., Фоменко В.В., Щербань А.Б., Салахутдинов Н.Ф. ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСОВ НОВОХИЗОЛЯ ПРИ ЗАЩИТЕ ПОСЕВОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЛЕСОСТЕПИ ПРИОБЬЯ Вестник защиты растений, 108(1), с. 4–12 (год публикации - 2025)
10.31993/2308-6459-2025-108-1-16725

8. Орлова Е.А., Бехтольд Н.П., Щербань А.Б., Фоменко В.В. Эффективность новых биологических препаратов на основе хитозановых комплексов при возделывании яровой мягкой пшеницы V МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИММУНИТЕТА РАСТЕНИЙ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ» САНКТ-ПЕТЕРБУРГ–ПУШКИН 22–24 октября 2025 года, с.101 (год публикации - 2025)

9. Кнауб В.В., Плотникова Л.Я., Фоменко В.В. ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТА НОВОХИЗОЛЬ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ К ЛИСТОСТЕБЕЛЬНЫМ БОЛЕЗНЯМ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОЙ ЭПИФИТОТИИ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ V МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИММУНИТЕТА РАСТЕНИЙ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ» САНКТ-ПЕТЕРБУРГ–ПУШКИН 22–24 октября 2025 года, с.98 (год публикации - 2025)

10. Щербань А.Б., Сколотнева Е.С., Федяева А.В., Орлова Е.А., Бурлакова С.В., Бойко Н.И., Фоменко В.В. Влияние биопестицида Новохизоль на иммунитет мягкой пшеницы: лабораторные и полевые оценки Генетика, Геномика, Биоинформатика и Биотехнология растений 8-я Международная научная конференция 2–5 июля 2025, ИЦиГ СО РАН , Новосибирск, с.229 (год публикации - 2025)

11. ПЛОТНИКОВА ЛЮДМИЛА Я., КНАУБ ВАЛЕРИЯ В, СКОЛОТНЕВА ЕКАТЕРИНА С, КЕЛЬБИН ВАСИЛИЙ Н, ФОМЕНКО ВЛАДИСЛАВ В И ЩЕРБАНЬ АНДРЕЙ Б Complex biofungicide novoсhizol-S and its components: Cytophysiological assessment of effectiveness for treating bread wheat Research on crops (год публикации - 2025)

12. Е. С. Сколотнева, А. Б. Щербань, А. В. Разуваева, А. В. Федяева, Л. Я. Плотникова, В. В. Кнауб, В. В. Фоменко Иммуномодулирующий принцип воздействия биопрепарата Новохизоль на мягкую пшеницу Материалы VI Международной научной конференции «Генетика и биотехнология XXI века: проблемы, достижения, перспективы» (год публикации - 2025)