Современные подходы и методы в защите растений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение 
высшего образования «Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б .Н . Ельцина»

СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ 
И МЕТОДЫ В ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

Материалы Всероссийской научно-практической конференции 
с международным участием 
12-14 ноября 2018 г. Екатеринбург

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2018

УДК 632/635(063) 
ББК 28.5я43 
С568

Редакционная коллегия:
Т. В. Глухарева, кандидат химических наук, доцент кафедры 
технологии органического синтеза УрФУ 
Ю. И. Нейн, кандидат химических наук, доцент кафедры 
технологии органического синтеза УрФУ

С568 
Современные подходы и методы в защите растений : материалы Всерос. 
науч.-практ. конф. с международ. участием 12-14 ноября 2018 г. Екатеринбург. -  Екатеринбург : Изд-во Урал, ун-та, 2018. -  224 с.

ISBN 978-5-7996-2278-7

В сборнике представлены материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные подходы и методы в защите растений».
Сборник представляет интерес для специалистов в области физиологии растений, агрономии, защиты растений, биотехнологии, сельского 
хозяйства, экологии, а также аспирантов и студентов химических и биологических специальностей вузов.
Публикации изложены с минимальными техническими правками.

Издание вышло в свет при финансовой поддержке 
Российского научного фонда.

Конференция организована при финансовой поддержке 
Российского научного фонда (проект № 16-16-04022).

УДК 632/635(063) 
ББК 28.5я43

ISBN 978-5-7996-2278-7
© Уральский федеральный университет, 2018

ПРЕДИСЛОВИЕ

Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Современные подходы и методы в защите растений» впервые прошла 
на базе Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, которому в 2020 году исполняется 100 лет со дня основания.

Целью конференции являлось создание площадки для научной дискуссии 
о глобальных и региональных тенденциях в области защиты растений. В мероприятии приняли участие ученые из 25 городов России и зарубежья: Китая, 
Польши, Беларуси, Украины, Монголии и Казахстана.

В рамках программы конференции рассмотрен целый спектр научных проблем, решение которых приведет к повышению продуктивности сельскохозяйственных культур. Предметом обсуждения стали методы защиты растений, последние достижения в области разработки новых фунгицидных, гербицидных 
и инсектицидных препаратов, механизмы повышения устойчивости растений 
к воздействию абиотических факторов и биопатогенов. Были рассмотрены 
инновационные технологии в селекции/семеноводстве и способы получения 
стресс-толерантных растений; обсуждались вопросы повышения продуктивности растений благодаря применению эффективных биопрепаратов нового 
поколения. На круглом столе, включенном в программу конференции, были 
представлены перспективы применения новых средств защиты растений и технологии их эффективного использования в сельском хозяйстве на территории 
Российской Федерации. В дискуссии принимали участие представители сельскохозяйственных предприятий, таких как ООО Сингента, ООО НПИ «Биопрепараты», ООО BASF, АО «Щелково Агрохим», ООО «Производственная 
компания КВАНТ», ООО «ССК Уральский картофель», ООО «НТП ТЕ- 
ТРА», ООО «Флора», ФГБУН «Ботанический сад УрО РАН», Уральский 
НИИСХ -  филиал ФГБНУ «УрФАНИЦ УрО РАН», сотрудники ФГБУ 
«Россельхозцентр», а также представители фундаментальной и прикладной 
науки, включая молодых исследователей. Наряду с реализацией научной программы, участникам была предоставлена возможность ознакомиться с историей и культурой Екатеринбурга и посетить Ботанический сад УрО РАН.

Материалы конференции представляют научный и практический интерес 
для специалистов в области физиологии растений, агрономии, защиты растений, биотехнологии, сельского хозяйства, экологии, а также студентов и аспирантов химических и биологических специальностей вузов.

Организационный комитет конференции, 
Т. В. Глухарева и Ю. И. Нейн

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

Zhi-Jin Fan, PhD

Professor, PhD Mentor (Ph.D . of Pesticide Science) of State 
Key Laboratory of Elemento-Organic Chemistry and College 
of Chemistry, Nankai University, Tianjin, People’s Republic 
of China.
Scientific interests: pesticide science, plant protection, 
novel pesticide development.
Presentation title: Systemic acquired resistance and its 
application in novel pesticide development.

Kazimierz Jan Strzalka, PhD, DSc

Professor of Biochemistry and Director of the Malopolska 
Centre of Biotechnology and Professor at the Faculty of Biochemistry, Biophysics and Biotechnology, Jagiellonian University, Krakow, Poland.
Scientific interest: photosynthesis, abiotic stress, natural 
and artificial membranes, extremophiles.
Presentation title: Involvement of xanthophyll cycle in 
protection of plants against oxidative stress.

Игорь Владимирович Максимов, д.б.н ., профессор

Заведующий лабораторией биохимии иммунитета растений 
Института биохимии и генетики -  обособленного структурного подразделения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук, г. Уфа, Россия. 

Н а у ч н ы е  и н т ер есы : физиология растений, защита растений, фитоиммунитет.

Н а з в а н и е  д о к л а д а : Эндофитные микроорганизмы в комплексной защите растений от патогенов и вредителей.

Геннадий Леонидович Бурыгин, к.б.н ., доцент

Старший научный сотрудник лаборатории иммунохимии 
Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН и доцент кафедры растениеводства, селекции 
и генетики агрономического факультета Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова, 
г. Саратов, Россия.

Н а у ч н ы е  и н т ер есы : растениеводство, ризосферные бактерии, фитоиммунитет, биоудобрения и прочее.

Н а з в а н и е  д о к л а д а : Физиолого-биохимические основы 
защиты растений ризосферными бактериями.

Zhijin Fan1, Nailou Zhang1, Xiaofeng Guo1, 
Qifan W u1, Bin Yu1, Shuang Zhou1, Bin Zhao1, Dongyan Yang, 
Tatiana Kalinina2 and Tatiana Glukhareva2

1State K ey Laboratory ofElemento-Organic Chemistry,College of Chemistry, 
N ankai U niversity,No. 94,W eijin Road,N ankai District,
Tianjin 300071,P .R . China 
fanzj@ nankai.edu.cn
2The Ural Federal U niversity Named after the First President of
Russia B. N. Yeltsin, 
19 M ira Str.,Ekaterinburg 620002,Russia 
taniagluhareva@ yandex.ru

SYSTEMIC ACQUIRED RESISTANCE AND ITS APPLICATION 
IN NOVEL PESTICIDE DEVELOPMENT

Plant elicitor with systemic acquired resistance is a novel green chemical 
method for plant protection of tis survival strategy in environmental adversity 
by stimulating their innate defence systems. This abstract introduced the 
establishment of the screening system and development of plant elicitor by 
combination of the findings in our group for the development of methidinil, 
discovery of the isothiazole based novel plant elicitor candidate, systemic acquired 
resistance based novel fungicide, insecticide and antiviral agent lead optimization, 
their novel mode of action or target identification.

This study was supported in part by the National K ey Research & Development 
Program of China (2017YFD0200900),the National N atural Science Foundation 
o f China (31872007, 31571991) and the Tianjin N atural Science Foundation 
(18JCZDJC33500).

Reference
1. Gozzo F. J. / /  Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2003. Vol. 51(16). 
P. 4487-4503.
2. Yasuda M .,Kusajim a M .,N akajim a M . et al. / / Journal of Pesticide Science. 
2006. Vol. 31(3). P. 329-334.
3. T hinesB .,K atsirL .,M elotto M. et al. / /  Nature. 2007. Vol. 448. P. 661-665.
4. Fan Z. J .,S h i Z. G .,Zhang H .K . et al. / /  Journal of Agricultural and Food 
Chemistry. 2009. Vol. 57(10). P. 4279-4286.
5. Fan Z. J., Y a n g Z .K .,Z h a n g ,H . K. et al. / /  Journal of Agricultural and 
Food Chemistry. 2010. Vol. 58(5) P. 2630-2636.
6 . W ang H., Yang Z.-K .,F an Z.-J. et al. / /  Journal of Agricultural and Food 
Chemistry. 2011. Vol. 59(2) P. 628-634.
7. Rodriguez-Salus M . S.,B ektas Y.,Schroeder M . et al. / / P l a n t  Physiol. 2016. 
Vol. 170 P. 444-458.
8 . Lai Chen,Yu-Jie Zhu,Zhi-Jin Fan et al. / /  Journal of Agricultural and Food 
Chemistry. 2017. Vol. 65(4) P. 745-751.
9. Yu-Jie Zhu, Qi-Fan Wu, Zhi-Jin Fan et al. / /  Pest Management Science. 
2018, in print

© Zhijin Fanl, Nailou Zhang, Xiaofeng Guo, Qifan Wu, Bin Yu, Shuang Zhou, Bin Zhao, Dongyan 
Yang, Tatiana Kalinina and Tatiana Glukhareva, 2018

K .J. Strzalka

Jagiellonian University,M alopolska Centre ofBiotechnology and Faculty of
Biochemistry,Biophysics and Biotechnology, 
Gronostajowa Str. 7A,30~387 Krakow,Poland 
kazimierzstrzalka@gmail.com

INVOLVEMENT OF XANTHOPHYLL CYCLE IN PROTECTION 
OF PLANTS AGAINST OXIDATIVE STRESS

Key words: photoprotection, xanthophyll cycle, violaxanthin, zeaxanthin

Light is one of the most important environmental factors affecting plant life. 
Both excess and shortage of light have a harmful effect on plant growth and 
productivity. D uring evolution plants developed several mechanisms on different 
level of complexity which optimise amount of light reaching the photosynthetic 
apparatus. The most important mechanism functioning on the molecular level 
is xanthophyll cycle which is present in all vascular plants, ferns, mosses and 
several groups of algae [1, 2]. Several types of the xanthophyll cycle exists of 
which the most common are the violaxanthin cycle occuring in higher plants 
and diadinoxanthin cycle present in diatoms. Higher plants in dark accumulate 
di-epoxy xanthophyll, violaxanthin, which acts as antena harvesting additional 
photons not absorbed by chlorophylls, whereas in strong light an enzyme -  
violaxanthin de-epoxidase is activated, converting violaxanthin first to monoepoxy xanthophyll antheraxanthin and in the next step to zeaxanthin, an epoxide 
free xanthophyll. Zeaxanthin dissipates the excess of excitation energy protecting 
the photosynthetic apparatus from oxidative stress and photodamage. After 
change from strong light to darkness, reverse reaction catalysed by zeaxanthin 
epoxidase takes place and results in conversion of zeaxanthin via antheraxanthin 
back to violaxanthin.
In diatoms a simplified cycle, called diadinoxanthin cycle is functioning. In 
this cycle mono-epoxide diadinoxanthin, accumulated in low light or darkness, 
is converted to epoxy-free xanthophyll, diatoxanthin, by diadinoxanthin de- 
epoxidase in high light conditions. Although diadinoxanthin cycle is the main 
photoprotective mechanism in diatoms, in severe 
light stress additionally 
violaxanthin cycle is induced [3].
Both de-epoxidases involved in the violaxanthin and diadinoxanthin cycles 
belong to lipocalin family [4] and are active only in presence of non-bilayer 
lipid, monogalactosyldiacylglycerol. This lipid creates special environment which 
facilitates both enzyme binding and substrate solubilisation. Molecular mechanism 
of the xanthophyll cycle and involvement of the non-bilayers lipids will be 
presented in model systems and also in native photosynthetic membranes [5-7].

The Faculty of Biochemistry, Biophysics and Biotechnology of Jagiellonian 
U niversity is a partner of the Leading National Research Center (K N O W ) 
supported by the M inistry ofScience and Higher Education.

References
1. Latowski D., G rzybD . J., Strza lka K . The xanthophyll cycle -  molecular 
mechanism and physiological significance / /  Acta Physiologiae Plantarum. 
2004. Vol. 26. P. 197-212.
2. Jahns P., Latowski D., Strzalka K. 
Mechanism and Regulation of the 
Violaxanthin 
Cycle: 
The 
Role 
of Antenna 
Proteins 
and 
Membrane 
Lipids / /  Biochimica et Biophysica Acta. 2009. Vol. 17. P. 3-14.
3. Kuczynska P.Jem iola-Rzem inska M .,Strzalka K. Photosynthetic pigments in 
diatoms / /  Marine Drugs. 2015. Vol. 13. P. 5847-5881.
4. Grzyb J., Latowski D., S trzalkaK . Lipocalins - a  family portrait / /  J. of 
Plant Physiology. 2006. Ѵ 0І . І 6З .Р . 895-915.
5. Kinetic of violaxanthin de-epoxidation by violaxanthin de-epoxidase, a 
xanthophyll cycle enzyme, is regulated by membrane fluidity in model lipid 
bilayers /  D. Latowski, J. Kruk, K. Burda et al. / /  European Journal of 
Biochemistry. 2002. Vol. 269. P. 4656-4665.
6. Latowski D., Akerlund H .E ., Strzalka K. Violaxanthin de-epoxidase, the 
xanthophyll cycle enzyme, requires lipid inverted hexagonal structures for its 
activity / /  Biochemistry. 2004. Vol. 43. P. 4417-4420.
7. The main thylakoid membrane lipid monogalactosyldiacylglycerol (M GDG) 
promotes the 
de-epoxidation of violaxanthin associated with the 
light- 
harvesting complex of photosystem II (LH CII) /  S. Schaller, D. Latowski, 
M. Jemiola-Rzeminska et al. / /  Biochimica et Biophysica Acta. 2010. 
Vol. 1797. P. 414-424.

УДК 579.64:57.017.3:57.047:632.93 
И .В . Максимов

Институт биохимии и генетики -  обособленное структурное подразделение Ф ГБН У  'Уфимского федерального исследовательского центра РАН,
450054, Россия, г. 'Уфа, пр. Октября, 71 
igor.mak2011@yandex.ru

ЭНДОФИТНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ В КОМПЛЕКСНОЙ 
ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ ОТ ПАТОГЕНОВ И ВРЕДИТЕЛЕЙ*

Ключевые слова: защита растений, эндофитные микроорганизмы.

Получение высококачественной сельхозпродукции немыслимо без защиты 
растений, в основном с использованием химических средств. Хотя эффективность таких средств защиты растений (С ЗР) достаточно высока, существуют 
проблемы с их экологической составляющей, которую можно улучшить путем 
применения безопасных препаратов на основе природных соединений, а также 
СЗР с использованием созданных на базе технологий РНК -  интерференции 
и активного редактирования геномов. Вопрос об экономичности разработок

‘Работа выполнена в рамках научного проекта РФ Ф И № 17-29-08014 (2018).
© Максимов И. В., 2018

СЗР предполагает, что доля химических будет со временем снижаться, за счет 
их замены биологическими. Однако, согласно имеющейся во Всемирной сети 
Интернет информации, к 2016 г. в России биологические СЗР в общем рынке 
пестицидов занимают не более 3 %.
Уникальной активной составляющей биологических СЗР могут стать эндофиты, определяемые как способные жить в тканях растений, не вызывая 
у них болезней, некоторые из которых, являясь важной интегративной частью 
фитобиома, проявляют комплекс хозяйственно полезных признаков, таких как 
антагонизм к патогенам и /и л и  инсектицидность, способность к мобилизации 
и /и л и  фиксации элементов минерального питания растений (фосфор и азот), 
деградировать токсины, негативное влиять на эндосимбионтов вредителей, индуцировать устойчивость к абиотическим стрессовым факторам и загрязнению 
среды, стимулировать рост растений и фитоиммунитет.
Один из первых экспериментов по исследованию защитных свойств эндо- 
фитов касался изучения антагонизма бактерии Pseudomonas syringe к грибу 
Ceratocystys ulmi в тканях ясеня американского [1]. Вскоре после этого способность к биоконтролю патогенов была обнаружена у эндофитных штаммов 
Bacillus spp., Enterobacter spp., Burkholderia spp. На современном этапе опубликовано много работ, посвященных защитному действию ризосферных и эндофитных бактерий.
Более высокая, в сравнении с ризосферной микрофлорой, устойчивость 
эндофитов к воздействию окружающей среды, вследствие тесных взаимоотношений с растением-хозяином и интегрированностью их в фитобиом, предполагает не только их активное влияние на фитофизиологические характеристики. 
Комплексная продукция растениями под влиянием эндофитов различных биологически активных веществ, включая антибиотики, антиканцерогенные и ан- 
тиоксидантные вещества, летучие органические соединения, антифунгальные, 
антивирусные, инсектицидные, иммуномодулирующие агенты, биопластики 
и др. позволяет говорить и о других направлениях их хозяйственного назначения. Так, способность эндофитов к биоконверсии пестицидов и снижению 
токсического действия поллютантов открывает возможности использования их 
в практике биоремедиации загрязненных территорий и снижения их содержания в продуктах питания [2]. Выработка биологически активных соединений 
позволит в перспективе использовать такие штаммы не только для защиты растений от вредных организмов, а даже в качестве пробиотиков, интегрированных в растениеводческую продукцию, для профилактической защиты животных и человека от заболеваний инфекционного характера.
Прописаны критерии распознавания «истинных» эндофитов: а) изоляция 
из поверхностно-дезинфицированных тканей; б) молекулярное обнаружение 
ДНК в тканях растений; в) способность выделенных колоний заселять ткани хозяина и /и л и  других видов растений не вызывая у них патологических 
изменений. Интересно, что в ряде геномов штаммов обнаружены последовательности ДНК, ответственные за кодирование доменов белков, связанных 
с азотфиксацией и показано, что некоторые из них способны к такой функции. 
Так, бактерия Herbaspirillum sp., обладающая вирулентностью к растениям 
кукурузы, риса и сахарного тростника, фиксировала азот и экспрессировала 
nif-гены при взаимодействии с проростками дикого риса [3]. Отмечено, что