Значение кремния в сельском хозяйстве

Знаете ли вы о преимуществах кремния (Si) в сельском хозяйстве?

 

1. Уменьшает транспирацию и потерю воды растениями, улучшая водный режим в условиях засухи.
2. Защищает от вредного воздействия ультрафиолетового излучения и чрезмерной радиации, предохраняя фрукты от страшных «солнечных ожогов».
3. Он обеспечивает механическую прочность клеточной стенки, укрепляя растительные ткани. Это предотвращает такие ситуации, как полегание зерновых культур или укусы сосущих насекомых на многочисленных посевах.
4. Он воздействует на систему самозащиты растений, активируя синтез молекул с высокой защитной силой, таких как ферменты и фитоалексины.
5. Таким образом, он действует против вредителей и болезней как посредством физических, так и химических механизмов, снижая их воздействие на растения.

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Для роста растений необходимы 17 элементов, которые делятся на органические и неорганические. К первым относятся кислород (O), водород (H) и углерод (C), неминеральные элементы, которые растения получают из углекислый газ (CO₂) атмосферы и почвенных вод. СО₂ и вода соединяются в процессе фотосинтеза, что приводит к образованию углеводы, главный источник питания сотовый телефон и структурные составляющие углеродных скелетов многочисленных органических молекул в растениях. Остальные элементы соответствуют минеральные питательные вещества que se clasifican en макроэлементы и микроэлементы, в зависимости от их концентрации в тканях растений. Макроэлементы включают азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg) и серу (S). С другой стороны, микроэлементы включают бор (B), хлор (Cl), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), молибден (Mo), никель (Ni) и цинк (Zn) (Киркби, 2012).

 

Все они считаются Основные элементы потому что они встречают три критерии существенности предложенные Арноном и Стаутом (1939) и которые являются:

1. Отсутствие/дефицит данного элемента не позволяет растению завершить свой жизненный цикл.
2. Функцию элемента в растении нельзя заменить другим элементом, то есть она должна быть абсолютно специфичной.
3. Элемент должен оказывать свое воздействие непосредственно на рост или метаболизм растения.

 

Существуют и другие элементы, которые не являются необходимыми для растений, но которые могут способствовать росту и развитию и улучшать некоторые его характеристики. Они так называемые полезные элементы (Бродли и др., 2012), среди которых есть кремний (Si), который, как сообщается, улучшает физиологию многих видов и выполняет различные структурные и биохимические функции (Ma, 2004).

Научная литература разных стран собирает Благотворное влияние Si на взаимоотношения растений и окружающей среды у самых разных сельскохозяйственных культур, от улучшения роста и урожайности до более сложных действий, таких как повышение устойчивости к токсичности металлов, солевому стрессу, засухоустойчивости, устойчивости к травоядным животным и болезням, что предполагает потенциальное использование в сельском хозяйстве (Зия-ур-Рехман и др., 2016).

 

В растениях Si позволяет биохимическая активация генов защиты, ферменты и фитоалексины, и в то же время позволяет анатомические изменения в структуре клеток, предоставляя механическая устойчивость тканей, которые вместе могут дать растению лучшая способность противостоять неблагоприятным абиотическим условиям, таким как засоление, засуха, наводнение, холод и чрезмерная радиация. Также к неблагоприятные биотические условия, такие как болезни и вредители (Ма и др., 2001).

 

2. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ КРЕМНИЯ 

 

Стресс является следствием любого внешнего фактора, который отрицательно влияет на растение и может ограничить его функционирование (Rejeb et al. 2014). Стрессы можно классифицировать как физические, химические и биотические, при этом физические и химические стрессы объединяются под термином абиотические стрессы (Тамбусси, 2004). Среди физические факторы, которые могут вызвать стресс у растения можно упомянуть УФ-излучение, высокие и низкие температуры, а также дефицит или избыток воды. В отношении химические факторы найденный загрязнение воздуха, токсичность тяжелых металлов и соленость. El биотический стресс Это вызвано действием различных живых существ, таких как вредные насекомые, паразиты, сорняки, бактерии, грибки, нематоды и вирусы (Оркатт и Нильсен, 2000; Редондо-Гомес, 2013).

 

На протяжении эволюции, Растения выработали различные реакции и адаптации, которые позволяют им выживать в стрессовых условиях. (Кардозо и Кирибан, 2014). Многие из этих адаптаций связаны с ролью, которую играют как основные, так и полезные питательные вещества (Хубер, 1980), где Следует подчеркнуть роль Si в устойчивости растений к стрессам. (Яваш и Унай, 2017).

 

В условиях биотического стресса кремний служит механическим барьером, который предотвращает заражение патогенами и обеспечивает устойчивость к атакам насекомых-фитофагов. (Ма, 2004). С другой стороны, тот же механический барьер уменьшает потоотделение устьичный и кутикулярный вклад в уменьшить потерю воды растениями, сохраняя при этом большая устьичная проводимость и водный потенциал что, следовательно, оптимизирует эффективность фотосинтеза. Все это объясняет положительное влияние этого элемента на ущерб, вызванный абиотическими стрессами, в основном вызванными засоление и засуха (Сакала, 2009).

Что касается химического барьера, то было высказано предположение, что Si играет активную роль в улучшении механизмов защиты растений на биохимическом и молекулярном уровне. Он стимулирует выработку фенольных соединений и повышает уровень некоторых классов фитоалексинов, а также транскрипцию некоторых генов, имеющих в своем коде белки, связанные с защитой растений от патогенов, так называемые PR-белки (Rodrigues and Datnoff, 2005).

 

3. 1. ВЛИЯНИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К АБИОТИЧЕСКИМ СТРЕССАМ

 

3. 1. 1. ВОДНЫЙ СТРЕСС 

 

Одной из стратегий повышения выживаемости растений и урожайности в условиях водного стресса является управление минеральным питанием (Ху и Шмидхальтер, 2005; Маршнер, 2012). В этом смысле есть явные доказательства того, что Применение кремниевых удобрений для сельскохозяйственных культур оказывает положительное влияние на защиту от ущерба, вызванного засухой. (Сакала, 2009). Среди них было замечено, что способствует газообмену, который является одним из наиболее чувствительных к этому типу стресса процессов. Было показано, что при таких обстоятельствах Si играет защитную роль в хлоропласте, а также улучшение концентрации пигментов, связанных с поглощением света в результате чего повышенная фотосинтетическая активность (Цао и др., 2015; Хесус и др., 2018). Кроме, Si в растении, по-видимому, благоприятствует присутствию органических соединений., которые способствуют осмотической регулировке, позволяя растению удерживать воду и, таким образом, поддерживать жизненно важные процессы, такие как фотосинтез (Матиченков, 2008 и Матиченков и др. 2008).

 

Транспирация листьев происходит в основном через устьица, хотя небольшая часть может также осуществляться через кутикулу (рисунок 1). Поскольку Si находится под кутикулой, образуя плотный слой за счет отложения аморфного кремнезема, потеря воды через транспирацию, как при кутикулярной транспирации, так и при транспирации, осуществляемой устьицами, уменьшается образованием указанного слоя (Ма, 2004). Кроме того, Si участвует в синтезе других белки, участвующие в устойчивости растений к засухе, такие как белки переноса ионов и те, которые обеспечивают транспорт воды, аквапорины или даже протеазы и фосфатазы (Сапре и Вакхария, 2016; Коскун и др., 2016).

 

В качестве примера можно привести рис, растение, накапливающее Si, и листья у него, как правило, имеют тонкую кутикулу, однако накопление Si может снизить скорость транспирации примерно на 30% в условиях засухи (Ma et al. 2001). В растениях кукурузы применение Si, по-видимому, улучшает рост зерна и урожайность, когда растения находятся в условиях засухи, что объясняется улучшением скорости фотосинтеза в результате снижения транспирации растений (Amin et al. 2018). Исследования на культурах какао и клубники, обработанных Si, показали увеличение скорости фотосинтеза и устьичной проводимости, сопровождающееся повышением эффективности использования воды (Zanetti, 2016; Dehghanipoodeh et al. 2018).

 

3. 1. 2. СОЛЕНЫЙ СТРЕСС 

С другой стороны, увеличение уровня удобрения растений Si может быть эффективный механизм защиты от вредного воздействия солевого стресса, что может стать альтернативой для сельскохозяйственного производства в почвах и воде с проблемами засоления (Чжу и Гун, 2014).

 

вредное воздействие солености о росте и развитии растений обобщены, в основном, в трех категориях: воздействие на водные отношения, питательные эффекты и воздействие на энергетический баланс (Пастернак, 1987), которые впоследствии проявляются в изменениях основных метаболических процессов растения, таких как прорастание, рост, газообмен и т. д. (Поляков-Майбер, 1975).

 

Рост растений в условиях засоления вызывает снижение водного потенциала почвенного раствора, что вызывает уменьшение поглощения воды с корнем. В этом случае реакция растения заключается в увеличении внутриклеточной продукции растворимых соединений, которые снижают внутриклеточный водный потенциал и облегчают поступление воды; В противном случае вода не только не будет поступать из внешней среды, но и будет иметь тенденцию покидать клетки корня, и растение засохнет (Gárate and Bonilla, 2008).

 

Накопление Si В различных тканях растения, особенно в листьях, они представляют собой эффективный физический барьер, который эффективно снижает потерю воды через транспирацию. Это имеет прямое следствие: более низкая абсорбция натрия и хлора и более низкий транспорт этих солей через ксилему (Ахмад и др., 1992) и, как косвенное следствие, увеличение концентраций калия, кальция и магния (Лян, 1999; Лян и др., 2006; Сахеби и др., 2015).

 

Для Мендеса (2019), Да, может способствовать увеличению различных осмотических соединений в растении., такие как пролин, растворимые белки, сахара и фенольные соединения, которые позволяют осмотическая регулировка путем снижения водного потенциала тканей, тем самым восстанавливая градиент между почвой и клетками и, как следствие, большее поглощение и удержание воды в тканях.

Примерами таких эффектов являются испытания на рисе, где Йео и др. (1999) связали поступление Si в растения со снижением скорости транспирации, что привело к улучшению параметров газообмена у растений в условиях засоления; в пшенице, Туна и др. (2008) утверждают, что снижение поглощения Na и Cl и, следовательно, уменьшение их транспорта из корней в листья были причинами улучшения роста растений в засоленной среде с присутствием Si; в то время как Осман и др. (2017) и Ахмад и др. (2019) продемонстрировали, что защитный эффект использования Si в этих растениях от засоления был обусловлен увеличением различных осмолитов, таких как углеводы и аминокислоты, такие как бетаин, глицин и пролин.

 

3. 2. ВЛИЯНИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К АБИОТИЧЕСКИМ СТРЕССАМ

 

3. 2. 1. ЗАБОЛЕВАНИЯ

 

Тяжесть многих заболеваний растений можно снизить за счет улучшения управления минеральным питанием.. Этого можно достичь, изменив доступность определенного элемента (Хубер и Ханеклаус, 2007). В этом случае считается, что увеличение Si-удобрения из культур может быть эффективен в повышении толерантности к болезням вызванные грибками, бактериями, нематодами и вирусами из-за образование механических барьеров и/или изменение химических реакций растений (Сакр, 2016; Яваш и Унай, 2017). Положительная роль Si в смягчении пагубных последствий болезней сельскохозяйственных культур объясняется, в частности, его накопление и полимеризация в тканях эпидермиса (Поцца и др., 2015). Это накопление образует толстый слой, который защищает и укрепляет, представляя собой эффективный физический барьер, препятствующий прямому проникновению и развитию гиф патогена в растениях. (Дебона и др., 2017), как показано на рисунке 2.

 

 

С другой стороны, существует гипотеза, что присутствующий в растении Si также образует химические и биохимические барьеры, активируя тем самым естественную защитную систему растения при заражении его патогеном (Fauteux et al. 2005). Растения, пораженные патогенами, могут вырабатывать ферменты, функция которых заключается в разрушении клеточной стенки фитопатогенных грибов (Rodrigues et al., 2001), и низкомолекулярные вторичные метаболиты, такие как флавоноиды и фитоалексины, в дополнение к другим соединениям, таким как гликозилированные фенолы, которые в совокупности обладают противогрибковыми свойствами и играют очень активную роль в подавлении заболеваний (Fawe et al. 1998; Rodrigues et al. 2004).

Мы приведем несколько примеров профилактики грибковых заболеваний с помощью внесения кремния на листья или непосредственно на плоды. У груш значительно снизилась тяжесть заболеваний, вызываемых Penicillium expansum и Botrytis cinerea, что свидетельствует о положительном влиянии этого элемента на послеуборочное качество груш. (Корреа и др., 2017). Использование Si в качестве средства для обработки плодов персика до и после сбора урожая повысило устойчивость к поражению Monilinia fruticola и сопровождалось значительным увеличением общего синтеза полифенолов и плотности мякоти плодов. (Паванелло, 2016). В случае риса и винограда действие физического барьера против проникновения грибков, вызывающих фитофтороз и мучнистую росу, также наблюдалось в растениях, обработанных Si. (Боуэн и др., 1992 г.; Ким и др., 2002 г.). В другом исследовании, проведенном после сбора урожая, было показано, что использование Si повысило устойчивость к поражению мучнистой росой, вызываемой Podosphaera xanthii, а затем повысило плотность мякоти плодов дыни. (Круз, 2016).

При заболеваниях, вызванных бактериями, кремний также выполняет защитные функции. В растениях риса и банана, обработанных Si и инокулированных Xanthomonas oryzae и Xanthomonas wilt соответственно, было обнаружено увеличение активности PPO и PAL, связанное с уменьшением бактериоза, в дополнение к увеличению содержания фенольных соединений и лигнина в листьях риса. (Сонг и др., 2016 г.; Мбуру и др., 2016 г.). У дыни была обнаружена четкая устойчивость растений к поражению бактериальной пятнистостью при внесении Si. (Феррейра и др., 2015).

 

3. 2. 2. ВРЕДИТЕЛИ

 

«Да» может эффективно способствовать повысить устойчивость растений к атакам насекомых, поскольку многие защитные механизмы, вырабатываемые растениями, обогащенными Si, против болезней, работают аналогично тем, которые возникают при нападении на растение насекомых (Alhousari и Greger, 2018).

 

El Первый механизм основан на гипотезе физического барьера., так как Si откладывается в клетках тканей, включая эпидермис и кутикулу в клеточной стенке образуя жесткий двойной слой кремнезема, который влияет на важные процессы, в том числе препятствуют инфицированию и проникновению стилетов насекомых (Рейнольдс и др., 2009).

 

Второй предложенный механизм защиты заключается в том, что Si пополняется, когда растения подвергаются нападению насекомых, увеличить высвобождение защитных ферментов такие как POX, PPO и PAL, которые вызывают у растений Повышенная продукция вторичных метаболитов, участвующих в лигнификации и синтезе суберина, что увеличивает твердость и снижает усвояемость растительных тканей.. В результате они снижают предпочтение насекомых (Keeping and Kvedaras, 2008).

 

Помимо этого, Si также способствует увеличению синтеза производство летучих соединений, привлекающих естественных врагов насекомых а также участвует в дифференциальной регуляции генов, связанных с защитой растений (Thaler et al. 2002, Liu et al. 2017). По мнению Мэсси и Хартли (2006), повышенная жесткость листьев из-за осаждения Si снижает вкусовые качества и усвояемость как для позвоночных, так и для беспозвоночных травоядных. Это также может привести к износу ротового аппарата, что приведет к снижению эффективности питания и темпов роста, а также к смертности у этих травоядных.

 

С другой стороны, у растений томата, пораженных Тута абсолюта Никаких изменений в морфологии ротовых частей не обнаружено, но повреждение клеток кишечника гусениц, питавшихся листьями, получавшими Si, что было приписано синтез токсичных веществ связано с присутствием Si, что привело к снижению эффективности кормления и повышению смертности (Santos et al. 2015).

Использование Si в растениях риса повысило активность некоторых защитных ферментов растений, что позволило снизить дефолиацию растений, вызываемую гусеницами Cnaphalocrocis medinalis. (Хан и др., 2016). В ходе эксперимента с огурцами было отмечено, что в растениях, где применялся Si, наблюдалось увеличение синтеза защитных летучих химических соединений во время нападения огуречного жука Diabrotica balteata. (Каллис-Дюэль и др., 2017).

Недавно Холл и др. (2019) показывают, что эффективность Si против атак насекомых обусловлена ​​наличием элемента стимулирует увеличение синтеза жасмоновой кислоты в растениях, который является эндогенным фитогормоном, регулирующим рост растений, но также может вырабатываться ими после повреждения, нанесенного насекомым, что приводит к повышенное производство резистентных соединений.

 

3. 2. 3. ВИРУС

 

Информация в литературе по-прежнему крайне скудна в отношении влияния Si на смягчение или предотвращение вредного воздействия на растения, вызванного вирусными патогенами, по сравнению с информацией, имеющейся для других патогенных агентов (Сакр, 2016).

 

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕМНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ 

 

В современном сельском хозяйстве доказано, что кремний полезен для ряда видов. Положительное влияние элемента на сельскохозяйственные культуры известно с тех пор, как в 1840 году Юстиус фон Лейбиг опубликовал работы о пользе кремния с точки зрения минерального питания растений. С тех пор они развились Лабораторные, тепличные и полевые испытания показали пользу внесения кремниевых удобрений для продуктивности, развития и устойчивости к различным стрессам. в травянистых культурах, таких как рис, кукуруза, пшеница, ячмень, сахарный тростник, тыква, а также в древесных культурах, таких как цитрусовые, авокадо, каштан, слива, манго, яблоко, персик, фисташка и виноградная лоза, среди прочих (Bertling et al. 2009; Carneiro-Carvalho et al. 2020; Ferreira et al. 2013; Ramírez-Godoy et al. 2018; Ghoreishi et al. 2019; Valdebenito et al. 2018; Kadlecová et al. 2020; Cetinkaya and Kulak, 2019; Schabi et al. 2020).

Древесные культуры характеризуются наличием одревесневшей ткани, обеспечивающей жесткость клеточной стенки, медленным ростом и длительным вегетационным циклом. Они представляют собой группу, представляющую большой экономический интерес, в пределах которой встречаются лесные и плодовые виды (Гарднер и др., 2017). В случае плодовых деревьев, характеризующихся как некремниевые аккумуляторы, присутствие в них этого элемента очень низкое. Однако, Он может активно участвовать в этих древесных породах, снижая различные виды стресса абиотического и биотического характера., особенно в органическом земледелии, где внесение кремниевых удобрений может проложить путь к минимальному использованию синтетических удобрений и пестицидов (Патил и др., 2017).

 

На рынке имеется ряд твердых и жидких источников Si, которые используются в качестве почвенных добавок или удобрений, такие как диатомит, силикат кальция, метасиликат натрия, силикат калия, силикат магния, ортокремниевая кислота, гидратированный диоксид кремния и метасиликат кальция (Ferreira, 2017). Наиболее часто используемым соединением для обеспечения растений Si являются силикаты.. С химической точки зрения силикаты представляют собой соли кремниевой кислоты, образованные из двух общих элементов: Si и O, а также имеют дополнительные элементы, которые придают им различные характеристики (Demattê et al. 2011). Силикаты, связанные с катионом, обладают большей растворимостью и доступностью Si, причем наиболее растворимыми источниками являются силикаты с одновалентными катионами (силикат натрия и силикат калия) (Korndörfer и Pereira, 2013).

 

5. РЕКОМЕНДАЦИЯ 

En Культиватор У нас есть продукт, созданный на основе кремния, КультисилК, Это Раствор калия (10%) с кремнием (22,5%) и аминокислотами (2,5%). Как источник калия и кремния, Улучшает рост растений и усиливает их устойчивость к факторам окружающей среды, усиливая самозащиту.. Кремний — структурный элемент, который укрепляет клеточную стенку, усиливая физическую опору растения и защищая его от воздействия внешних факторов. Кроме того, он имеет sinergias с кальцием, магнием и калий, улучшение его усвоения и транспортировки в растении. Он особенно показан для предотвращения полегания зерновых культур, грибковых заболеваний всех видов растений, атак сосущих насекомых и общего улучшения механических свойств, позволяющих противостоять ветру, проливным дождям и другим видам физических и химических стрессов (среди прочего, засолению и недостатку воды).

Наш технический отдел рекомендует вам Превентивное применение до наступления моментов, подверженных атакам патогенов, или до наступления предсказуемых ситуаций абиотического стресса., повторяя процедуры 2 или 3 раза в течение этих критических периодов.

Чтобы запросить рекомендации, отправьте электронное письмо на адрес info@cultifort.com