Эколого-физиологические эффекты предпосевной обработки семян triticum aestivum природными регуляторами роста
На правах рукописи
Ерофеева Елена Николаевна ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН TRITICUM AESTIVUM ПРИРОДНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ РОСТА 03.02.08 – экология (биологические наук
и)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань – 2011
Работа выполнена на кафедре биологии, химии, технологии хранения и переработки продукции растениеводства агрономического факультета ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Костин Владимир Ильич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Хохлова Людмила Петровна доктор биологических наук, профессор Ильина Наталья Анатольевна
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Пензенская государствен ная сельскохозяйственная академия»
Защита диссертации состоится «21» апреля 2011 года в1430часов на за седании диссертационного совета ДМ 212.081.19 при Казанском (Приволжском) Федеральном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.
Факс: (843) 238-76-01;
e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И.
Лобачевского Казанского (Приволжского) Федерального университета по ад ресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 35.
Автореферат разослан « 16 » марта 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат биологических наук, доцент Р. М. Зелеев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Продовольственная безопасность в 21 веке ста новится одной из наиболее острых экологических проблем. Всё возрастаю щее количество народонаселения планеты требует увеличения производства продуктов питания, а это, прежде всего, увеличение производства растение водческой продукции.
В настоящее время обозначилась тенденция экологизации производст ва продуктов питания, которая потребовала применения альтернативных ме тодов, с минимально возможным уровнем техногенного загрязнения окру жающей среды (Яшутин, Дробышев, Хомченко, 2008). В связи с токсично стью пестицидов, особое значение приобретают регуляторы роста природно го происхождения. Наиболее безопасным и одновременно действенным спо собом борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями является приме нение универсальных биологических препаратов, обладающих стимулирую щими, защитными свойствами и способствующих повышению устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам окружающей среды (Уса нова, Тисленко, 2009;
Иванов, Чернуха, 2010). Многие препараты способны усиливать метаболические процессы, продуцировать экзо- и эндотоксины, ингибирующие поступление тяжелых металлов (ТМ) в систему «почва – рас тения». Эффективность и экологическая безопасность биологических препа ратов способствуют всё более широкому их внедрению при выращивании сельскохозяйственных растений для получения экологически чистой продук ции.
В связи с возрастающей антропогенной нагрузкой на окружающую природную среду в настоящее время, имея в виду качество растениеводче ской продукции, большое внимание уделяют содержанию в ней тяжелых ме таллов (Лукаткин, 2007;
Фатхутдинова, 2008;
Кошкин, 2010). Поступая в ор ганизм человека с продуктами питания, ТМ оказывают токсическое, канце рогенное, тератогенное, мутагенное действие. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами. В связи с этим актуальным является поиск эффективных методов снижения поступления ТМ в растения.
Изложенное послужило основанием для выбора темы и поиска альтер натив в деле повышения урожайности и улучшения качества озимой пшени цы, основной продовольственной культуры. Как одну из них, можно рас сматривать предпосевную обработку семян регуляторами роста. Современ ной наукой отмечается, что применение регуляторов роста оказывает суще ственное влияние на равномерное появление всходов и энергию прорастания, что впоследствии отражается на общем состоянии посевов, росте и развитии растений в онтогенезе, на урожайность и качественные показатели зерна (Алексеева, Аникеева, 2009;
Космынина, 2009;
Иванов, Чернуха, 2010).
Исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами Министерства сельского хозяйства РФ (№ государственной ре гистрации 120.0600.149), а также по обычным программам и являлись со ставной частью плана научной работы Ульяновской ГСХА.
Цель и задачи. Целью исследований явились разработка и обоснова ние системы предпосевной обработки семян Triticum aestivum природными регуляторами роста (гуми, пектин, фитоспорин) для установления эколого физиологических эффектов.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
изучить влияние предпосевной обработки семян природными регуля торами роста на показатели прорастания и посевные качества семян;
исследовать роль предпосевной обработки семян в развитии адапта ционных реакций растений при действии неблагоприятных факторов среды осенне-зимне-весеннего периода;
оценить воздействие изучаемых факторов на продукционные процес сы и качество продукции Triticum aestivum;
выявить влияние регуляторов роста на предотвращение аккумуляции тяжелых металлов в растениях Triticum aestivum;
дать энергетическую и экономическую оценку применения предпо севной обработки семян Triticum aestivum регуляторами роста.
Научная новизна. Впервые в почвенно-климатических условиях Среднего Поволжья выполнены комплексные исследования по изучению и внедрению природных регуляторов роста в технологии возделывания озимой пшеницы для повышения устойчивости к неблагоприятным факторам среды, продуктивности и получения экологически чистого зерна.
Разработана и обоснована система предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитоспорином. Установлено положительное влияние ис следуемых регуляторов роста на адаптацию Triticum aestivum к неблагопри ятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода, продуктивность и качество получаемой продукции, а также предотвращение загрязнения расте ний тяжелыми металлами.
Выявлено, что протравливание семян перед посевом пестицидом Рак сон ингибирует некоторые важнейшие физиолого-биохимические процессы, а также увеличивает вероятность аккумуляции тяжелых металлов в растени ях.
Подтверждена эффективность природных регуляторов роста, показа но, что их использование может способствовать снижению доз вносимых минеральных удобрений.
Практическая значимость. Результаты наших исследований, полу ченные в лабораторных и полевых опытах, показывают, что гуми, пектин и фитоспорин обладают полифункциональной физиологической активностью, повышают адаптацию растений к неблагоприятным факторам среды, продук тивность Triticum aestivum, препятствуют поступлению тяжелых металлов в растения, способствуют формированию экологически чистого зерна более высокого качества.
Предложенная производству обработка семян озимой пшеницы препа ратами гуми и пектином является экологически безопасной, малозатратной, повышает экономический и энергетический эффект.
Полученные данные используются в учебном процессе по курсам фи зиология и биохимия растений, экология на агрономическом и биотехноло гическом факультетах, а также представляют интерес для специалистов сель ского хозяйства.
Основные положения, выносимые на защиту.
в результате предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитос порином интенсифицируются метаболические процессы при прораста нии семян Triticum aestivum;
предпосевная обработка семян природными регуляторами роста спо собствует формированию адаптивных реакций, оптимизации формиро вания листовой поверхности, накоплению биомассы растениями Triti cum aestivum, улучшению биохимических показателей качества зерна;
регуляторы роста снижают поступление тяжелых металлов в растения Triticum aestivum;
при применении регуляторов роста повышается энергетическая и эко номическая эффективность возделывания озимой пшеницы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции по священной памяти профессора А.Ф. Блиннохватова «Образование, наука, практика: инновационный аспект» (Пенза, 2008), на Международной научно практической конференции посвященной 65-летию образования Волгоград ской сельскохозяйственной академии (Волгоград, 2009), Международной на учно-практической конференции «Инновации сегодня: образование, наука, производство» (Ульяновск, 2009), III Всероссийском с международным уча стием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз – Россия 2010» (Н.Новгород, 2010), Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2010), 3-й Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промыш ленной экологии» (Ульяновск, 2010), II международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, по священный 50-летию РУДН «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010), Всероссийской школе молодых учёных и специалистов «Перспектив ные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (Ульяновск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 122 стра ницах компьютерного текста, содержит 21 таблицу, 21 рисунок и 10 прило жений. Список литературы включает 256 источников, в том числе 75 - зару бежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Объекты, методы и условия проведения опытов Объектом изучения являлась озимая пшеница сорта Ларс. В качестве регуляторов роста изучали следующие препараты: гиббереллин, гуми, пек тин, фитоспорин, также использовали протравитель семян Раксон.
Гиббереллин – фитогормон, под его влиянием активируется деление клеток, способен снимать репрессию генов кодирующих репрессор, блоки рующий активацию роста стебля. Обработка гиббереллином выводит семена и клубни некоторых растений из состояния покоя.
Гуми – универсальный препарат для стимуляции роста и развития, по вышения устойчивости к болезням, вредителям, химическим пестицидным отравлениям, заморозкам, засухе и другим стрессам растений. Действующее вещество гуми – биоактивированные по молекулярному весу БМВ – соли гу миновых кислот природного происхождения и важнейшие микроэлементы адаптогенной природы.
Пектин (0,05 % концентрации) выделенный из Amaranthus cruentus. По химической природе пектин представляет собой высокомолекулярный поли сахарид, а для исследований был взят пектин с молекулярной массой 1400 2000 у.е. который растворим в воде и образует эмульсию в состав которой входит Д-галактуроновая кислота и нейтральные моносахариды – галактоза, ксилоза, арабиноза.
Фитоспорин-М – промышленный бактериальный препарат нового по коления, биофунгицид с широким спектром и длительным действием. Осно ва фитоспорина – это живая споровая бактериальная культура Bacillus subtilis 26Д, которая внутри растения (эндофит) подавляет своими продуктами жиз недеятельности размножение многих грибных и бактериальных болезней, обладает свойством повышения иммунитета и стимуляции роста у растений, что важно для повышения их продуктивности и уменьшения повторных за ражений.
Раксон – системный фунгицид для предпосевной обработки семян зер новых и технических культур. Действующее вещество – тебуконазол. Обла дая системным действием, раксон проникает в семя, обеззараживает его от инфекции.
Повторность опытов четырехкратная, учетная площадь делянки 15 м2.
Фактор А – минеральные удобрения: 1. Контроль (неудобренный фон).
2. N100 Р70 К70 (основное внесение N40 Р50 К70, при посеве Р20, ранневесенняя подкормка N60). Фактор В – регуляторы роста 1. Гиббереллин (0,001 %);
2. Гуми (4 %);
3. Пектин (0,05 %);
4. Фитоспорин (4 %);
5. Протравитель (0,01 %).
Обработку семян проводили перед посевом из расчета 2 литра раствора на 1 центнер семян. Агротехника выращивания озимой пшеницы в опыте со ответствовала рекомендациям для Ульяновской области.
Полевые опыты проводили в 2007-2010 гг. на опытном поле Ульянов ской ГСХА. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднемощ ный среднесуглинистый. Содержание гумуса от 4,3 до 4,8%. Реакция среды в пахотном слое почвы слабокислая – рНсол. – 5,8-6,5, содержание подвижного фосфора повышенное – 105-150 мг/кг, обменного калия – высокое 137- мг/кг. Степень насыщенности основаниями составляет 96,4-97,9%, сумма по глощенных оснований 25,5-27,8 мг.-экв./100 г почвы.
В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы:
Определение энергии прорастания и всхожести - ГОСТ 12038-84, ГОСТ 12041-82. Степень набухаемости - по У. Руге в изложении О.А. Валь тера и др., (1959). Накопление биомассы - путем взвешивания растительных проб по фазам развития растений (по Третьякову (1990). Определение асси миляционной поверхности листьев - по Н.Н. Третьякову (1990). Определение густоты стояния и сохранности растений после перезимовки производили путем подсчета числа растений на трех учетных площадках делянки общей площадью 1 м2. Тяжелые металлы в зерне и почве – методом атомно абсорбционной спектрофотометрии. Содержание редуцирующих сахаров в растениях - по Бертрану (Плешков, 1985). Количество клейковины – по ГОСТу 13586.1-68, качество клейковины - на приборе ИДК-1. Суммарный белок, аминокислотный состав – кислотным и щелочным гидролизом, далее – на аминоанализаторе LKB-4101. Содержание крахмала колориметрическим методом в изложении Б.П. Плешкова (1985). Учет урожая проводили мето дом сплошного обмолота зерна с каждой делянки комбайном «Сампо». Кли мограммы рассчитывались по методу H. Walter (1955). Оценка энергетиче ской эффективности проводилась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае ос новной и побочной продукции по Е.И. Базарову, Е.В. Глинки (1983). Эконо мическую оценку рассчитывали на основе технологических карт по системе натуральных и стоимостных экономических показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий учхоза Ульяновской ГСХА. Данные результатов исследований подвергались мате матической обработке методами дисперсионного и корреляционно регрессионного анализов (Доспехов, 1985) на ПЭВМ с использованием про граммы Excel 2003 и 2007.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Влияние предпосевной обработки семян регуляторами роста на начальные этапы онтогенеза Triticum aestivum Прорастание семени – это возобновление развития зародыша, связан ного с репликацией генома, а также возобновление роста зародыша путем деления, увеличения размеров клеток и дифференцировки, сопровождаю щиеся резким повышением интенсивности обмена, которое происходит то гда, когда семя попадает в теплую, влажную и аэробную среду. Воздействие в это время на семя различного рода факторами может усиливать процессы прорастания.
Обработка семян регуляторами роста положительно влияет на набу хаемость семян озимой пшеницы. Наиболее резко возрастает степень набу хания семян во временном интервале 6 – 12 часов, и составляет в среднем 47%. Через четыре часа после намачивания, степень набухаемости под влия нием пектина превышает контроль на 3,3 %. Применение протравителя на всех этапах после замачивания снижает поступление воды в развивающееся семя, наиболее сильно этот процесс проявляется через 6 часов и составляет 1,3 % по сравнению с контролем.
Исследуемые регуляторы роста повышают энергию прорастания и ла бораторную всхожесть семян, обработка протравителем, напротив, несколько снижает эти показатели. Наибольший эффект при этом наблюдается на вари анте с применением пектина, по сравнению с контролем энергия прорастания увеличивается на 4,62 %, что практически сравнимо с действием гибберел лина. Лучший результат лабораторной всхожести (99%) наблюдается на ва рианте гуми.
Сила роста увеличивается при обработке пектином по сравнению с контрольным вариантом на 10,8%, гуми – на 9,4%. Учитывая морфофизиоло гическую оценку проростков, наибольший эффект наблюдается на варианте с применением пектина, длина проростков здесь в среднем составляет 10, см, число зародышевых корешков – 3,9 шт., что выше контроля на 34,9% и 37,9% соответственно.
Полевая всхожесть на опытных вариантах в среднем по годам исследо ваний превышает контроль на 5,08% на неудобренном фоне и на 4,65% на вариантах с внесением минеральных удобрений. Так же как и в лаборатор ных условиях, протравитель оказывает несколько угнетающее действие на полевую всхожесть, в среднем по годам она снижается на 0,09 – 0,94%.
Адаптация Triticum aestivum к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода при действии регуляторов роста В природе не существует постоянных условий. Смена сезонов года, пе репады температур, освещенности и влажности – все это создает нестабиль ную среду, в которой живут растительные организмы. Устойчивость расте ний к перезимовке обуславливается успешным закаливанием растений в осенний период (Туманов 1940, 1960). Оценку адаптации растений к небла гоприятным условиям осенне-зимне-весеннего периода мы проводили по способности их накапливать криозащитные осмолиты, такие как – редуци рующие сахара, свободные аминокислоты, пролин. Применение регуляторов роста способствует усилению накопления криопротекторов.
По мере снижения температуры в осенний период по годам исследо ваний наблюдается увеличение в растениях количества редуцирующих саха ров (рис. 1.).
Рисунок 1. Содержание редуцирующих сахаров в растениях Triticum aestivum в зависимости от исследуемых факторов в период закаливания (среднее за 2007 – 2009 гг.) В первую фазу закалки происходит увеличение содержания углеводов – с 13,20 до 17,73%, во вторую фазу - с 14,57 до 20,40%. Наиболее эффектив ными регуляторами роста, являются гуми и пектин, они вызывают положи тельные сдвиги в метаболизме растительного организма, что в итоге приво дит к увеличению экологической пластичности Triticum aestivum. В первую фазу закалки, без внесения минеральных удобрений, на этих вариантах по вышается содержание углеводов на 2,54 и 2,26%, с внесением удобрений – на 3,09 и 2,00%, во вторую фазу закалки - без внесения удобрений, гуми и пек тин повышают содержание углеводов на 3,25 и 2,56%, с внесением удобре ний - на 3,52 и 2,81%.
К криопротекторам относятся также аминокислоты, пролин. Вл.В. Куз нецов (2001) отмечает, что аминокислоты оказывают протекторный, осморе гуляторный и антиоксидантный эффекты. Пролин является основной органи ческой молекулой, накапливающейся при различных стрессах (Naidu, Paleg, Aspinall, Jennings, Jones, 1991;
Demiral, Turkan, 2005;
Джавадиан, Каримзаде, Мафузи, Ганати, 2010). Он защищает ферменты от денатурации, взаимодей ствует с мембранными системами, регулирует рН цитозоля, поддерживает скорость реакции НАД/НАД+ в качестве источника энергии и помогает рас тению обезвреживать АФК (Konstantinova, Parvanova, Atanassor, Djilianov, 2002). В наших исследованиях в первую фазу закалки происходит увеличе ние содержания свободных аминокислот с 10,58 до 13,72%, пролина с 0, до 0,089%;
во вторую фазу закалки – свободных аминокислот с 10,93 до 14,79, пролина с 0,046 до 0,102%. Наибольшее содержание свободных ами нокислот и пролина отмечено на вариантах гуми и пектин.
Наибольшее влияние при действии стрессового фактора оказывают цистин и другие соединения, содержащие сульфгидрильные группы. Накоп ление цистина оказывает стимулирующее действие на протеолитические ферменты (Mothes, 1933). По нашим данным содержание серосодержащих аминокислот увеличивается по фазам закаливания. Так, в среднем за годы исследований, содержание в сумме цистина и метионина при действии регу ляторов роста увеличивается ко второй фазе закаливания на 0,08% (Рис. 2).
Более интенсивное накопление в 2007 – 2008 гг. криопротекторов рас тениями озимой пшеницы под воздействием исследуемых регуляторов роста, способствовало увеличению числа сохранившихся после перезимовки расте ний на 6,9 – 9,9%.
Рисунок 2. Суммарное содержание цистина и метионина в растениях Triticum aestivum в зависимости от исследуемых факторов в период закали вания (среднее за 2007 – 2009 гг.) Экстремальные условия осени 2009 года, характеризующиеся осенней засухой, затянутой осенней вегетацией, долгим отсутствием снежного покро ва и низкими температурами до –20оС в этот период, привели к низкому со держанию криозащитных соединений в растениях, практически отсутствию второй фазы закалки и, как следствие, всё это способствовало полной гибели Triticum aestivum. Следует отметить, что на делянках, с применением иссле дуемых факторов, мы наблюдали единичные выжившие растения Triticum aestivum.
Анализ линейной множественной корреляции показывает различную зависимость выживаемости растений Triticum aestivum от содержания сахара, свободных аминокислот и серосодержащих аминокислот – метионина и цис тина:
Первая фаза закаливания:
1. 2007-2008 – У = 25,78+2,76Х1+0,39Х2+10,81Х3;
(R =0,93;
D = 85,83);
2. 2008-2009 – У = 21,61+1,87Х1+1,06Х2+11,64Х3;
(R =0,93;
D = 87,15);
Вторая фаза закаливания:
1. 2007-2008 – У = 28,61+1,99Х1+1,19Х2+2,14Х3;
(R = 0,91;
D = 82,39);
2. 2008-2009 – У = 31,59+0,86Х1+0,44Х2+27,69Х3;
(R= 0,96;
D= 91,91);
где У – сохранность растений после перезимовки, %;
Х1 – содержание редуцирующих сахаров, %;
Х2 – содержание свободных аминокислот, %;
Х3 – содержание серосодержащих аминокислот – метионина и цистина, %;
Анализ полученных данных по годам исследований показывает раз личные результаты. Так, в более благоприятный период 2007 - 2008 гг., на процесс выживаемости растений Triticum aestivum в первую фазу закалки наибольшее влияние оказали редуцирующие сахара – 55,71%. В 2008 – году погодные условия были менее благоприятны и наблюдается возрастание влияния на выживаемость растений Triticum aestivum серосодержащих ами нокислот, их влияние составило 44,04%, тогда как содержание редуцирую щих сахаров повлияло на выживаемость на 37,2%.
Подводя итог, можно сделать вывод, что исследуемые факторы по вышают терморезистентность и адаптационные свойства Triticum aestivum, но не способны повышать экологическую пластичность при действии экс тремальных неблагоприятных факторов среды.
Оптимизация продукционного процесса обработанных регулято рами роста растений Triticum aestivum Ведущая роль в получении высоких урожаев принадлежит продуктив ности фотосинтеза. Поэтому продуктивность растений, прежде всего, опре деляется размерами листьев, их числом и интенсивностью работы фотосин тетического аппарата (Ничипорович, 1956, 1963, 1972;
Устенко, 1963).
В среднем за годы исследований регуляторы роста оказывают положи тельное влияние на формирование ассимиляционного аппарата в течение всего онтогенеза. Максимальная площадь листьев формируется при исполь зовании гуми и пектина. Без внесения минеральных удобрений в фазу коло шения она составляет 27,1 (пектин) и 28,4 (гуми) тыс.м2/га, на фоне внесения минеральных удобрений 33,2 (пектин) и 34,3 (гуми) тыс.м2/га.
Одним из показателей продуктивности растений является накопление сухой массы растительным организмом, что является результатом генериро вания энергии солнца в процессе фотосинтеза. Под влиянием используемых регуляторов роста прослеживается закономерность усиления накопления биомассы растений. Наиболее интенсивное накопление сухой массы наблю дается с фазы выхода в трубку, по всем фазам более интенсивный прирост отмечается на вариантах гуми и пектин, где составляет: в фазу кущение – 2, г на обоих вариантах, выход в трубку – 4,9 – 5,0 г, колошение – 38,1 и 37,7 г, молочная спелость – 58,1 и 57,5 г без удобрений;
с внесением удобрений – в фазу кущение –2,9 г на обоих вариантах, выход в трубку – 7,1 и 6,9 г, коло шение – 53,7 и 50,9 г, молочная спелость –82,8 и 79,6 г. Применение протра вителя не оказывает положительного влияния на прирост биомассы, значения данного показателя находятся на одном уровне с контрольным вариантом.
Основным показателем фотосинтетической деятельности растений яв ляется чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Максимальные показате ли ЧПФ приходятся на период выход в трубку – колошение (рис. 3,4).
Рис. 3. Чистая продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы на не удобренном фоне (среднее за годы исследований) Рис. 4. Чистая продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы на удоб ренном фоне (среднее за годы исследований) В среднем за годы исследований при применении регуляторов роста происходит увеличение ЧПФ. Так, по сравнению с контрольным вариантом, чистая продуктивность фотосинтеза на вариантах гуми и пектин без внесения удобрений в период кущение-трубкование возрастает на 17%, выход в труб ку-колошение – 39%, колошение – молочная спелость – 9%. Аналогичная за кономерность прослеживается и при совместном использовании регуляторов роста и удобрений. Протравитель не способствует увеличению нетто ассими ляции.
Предпосевная обработка семян регуляторами роста обеспечивает по вышение продуктивности Triticum aestivum. В среднем за годы исследований урожайность на опытных вариантах без внесения удобрений увеличивается на 0,12 – 0,41 т/га, и на 0,11 – 0,60 т/га на вариантах с их использованием.
Наибольшую прибавку 27,07% обеспечивает применение гуми совместно с внесением минеральных удобрений. Протравитель, напротив, снижает уро жайность на 3,62 – 6,77%.
В настоящее время качеству зерна пшеницы уделяют большое внима ние. В наших исследованиях при воздействии регуляторов роста и минераль ных удобрений улучшается качество зерна Triticum aestivum.
Регуляторы роста способствуют более интенсивному биосинтезу и накоплению белка в зерне. Так, по сравнению с контролем, на вариантах с регуляторами роста увеличивается содержания белка до 12,68% на варианте гуми и с совместным внесением удобрений, до 13,42% на варианте пектин, а под влиянием протравителя снижается на 0,13%.
Отмечается также изменение соотношения фракций в суммарном белке. Происходит увеличение доли содержания клейковиновых фракций – проламинов и глютелинов, гуми совместно с внесением удобрений увеличи вает их содержание на 1,15 мг/г и 6,55 мг/г соответственно.
Биологическую ценность белка характеризует количественное содер жание и качественный состав незаменимых аминокислот. Регуляторы роста увеличивают содержание незаменимых аминокислот. Наибольшее значение отмечено на варианте пектин с внесением удобрений, где составляет 36, мг/г, что на 2,9% выше контроля. Расчет аминокислотного скора (табл. 1), показывает, что природные регуляторы роста повышают содержание незаме нимых аминокислот, а лимитирующей аминокислотой является лизин.
Предпосевная обработка семян регуляторами роста способствует уве личению массовой доли клейковины в зерне до 24,9 %. Улучшается и индекс деформации клейковины: на вариантах, с использованием регуляторов роста и внесением минеральных удобрений он лучше по сравнению с контролем, группа качества клейковины – первая. Содержание крахмала в среднем за го ды исследований повышается до 53,6% без внесения удобрений, на удобрен ном фоне до 55,8% относительно контроля.
Таблица 1 – Аминокислотный скор, % (среднее за годы исследований) Триптофан Изолейцин нин+тироз Фенилала Треонин Лейцин Метио цистин Лизин Валин нин+ Вариант ин Контроль 5,64 6,31 11,70 12,14 9,75 8,75 10,30 15, С удобрениями Без удобрений Гиббереллин 5,85 6,66 12,30 12,46 10,06 9,05 10,53 16, Пектин 6,27 7,26 14,00 13,00 10,63 9,50 11,10 17, Гуми 6,27 7,36 14,25 12,93 10,55 9,41 11,05 16, Фитоспорин 5,92 6,81 12,70 12,50 10,15 9,03 10,70 16, Протравитель 5,55 6,14 11,50 12,00 9,50 8,63 10,10 16, Контроль 5,91 6,86 13,00 12,57 10,13 9,00 10,70 16, Гиббереллин 6,45 7,80 15,25 13,25 10,90 9,79 11,40 17, Пектин 6,55 7,93 15,50 13,36 11,00 10,00 11,60 17, Гуми 6,45 7,86 15,50 13,29 10,63 9,88 11,50 17, Фитоспорин 6,39 7,74 15,05 13,21 10,75 9,75 11,33 17, Протравитель 5,91 6,57 12,50 12,57 10,13 9,00 10,70 16, Таким образом, предпосевная обработка семян Triticum aestivum регу ляторами роста, в отличие от применения протравителя, активизирует росто вые процессы, что в конечном итоге приводит к повышению продуктивности и улучшению качества зерна.
Детоксикация тяжелых металлов в растениях Triticum aestivum при действии регуляторов роста Избыточное влияние тяжелых металлов на живые организмы, как од ного из многих загрязнителей, вызывает анатомические и морфологические изменения, нарушения физиологических и биохимических процессов. Имен но проблемы загрязнения окружающей среды вызвали усиленный интерес к изучению тяжелых металлов как стрессового фактора, выявлению механиз мов защиты организмов от их токсического действия.
В вегетационном опыте нами установлено, что при выращивании ози мой пшеницы на песчаной культуре с введенными растворами солей ТМ при предпосевной обработке семян регуляторами роста мобилизуются защитные реакции растительного организма к воздействию данного стрессора. На вари антах с исследуемыми регуляторами роста происходит увеличение сухой массы (до 1,65 г на варианте фитоспорин), снижение содержания ТМ (Pb до 62,5 %, Cr до 87,5 %, Cd до 63,2 %, Hg до 67,6 % по сравнению с введением ТМ) и увеличивается содержание белка в растениях (до 17,53% на варианте пектин). Отмечается закономерность увеличения аккумуляции тяжелых ме таллов на вариантах с протравителем и ТМ. Причем, при совместном исполь зовании протравителя и исследуемых регуляторов роста снижается аккуму ляция тяжелых металлов в растениях. Так на вариантах пектин+протравитель и гуми+протравитель в среднем снижается поступление свинца – на 20%, хрома – на 12%, кадмия – на 12% и ртути на 27%. Аналогичная картина воз никает и при внесении тяжелых металлов – регуляторы роста гуми и пектин способствуют снижению поступления ТМ в растения.
Следует отметить, что самым результативным по негативному влия нию на растения оказался вариант с совместным использованием протрави теля и тяжелых металлов, здесь отмечается не только самое высокое содер жание ТМ (Pb 0,49 мг/кг, Cr 0,168 мг/кг, Cd 0,234 мг/кг, Hg 0,0038 мг/кг) в растениях Triticum aestivum, но и самые низкие показатели накопления белка (15,33%) и минимальная сухая масса растений (1,26 г).
Биологическая опасность тяжелых металлов основана на кумулятивном действии в трофических цепях. Поэтому важно сведение к минимуму посту пления ТМ в сельскохозяйственную продукцию.
Содержание тяжелых металлов в зерне не превышает предельно допус тимые концентрации, однако наблюдается закономерность к снижению со держания их под действием регуляторов роста (Zn на 12,8 – 27,5%, Cu на 25, – 28,9%, Pb на 51,1 – 63,0%, Cd на 46,6 – 77,1%) и увеличению при примене нии протравителя, где более интенсивное их накопление. Содержание кадмия увеличивается по сравнению с контрольным вариантом при внесении удоб рений с 0,0450 до 0,0965 мг/кг, что близко к предельно допустимой концен трации. Регуляторы роста гуми и пектин без внесения удобрений дают воз можность снизить поступление кадмия в зерно по сравнению с контролем на 33,3 и 53,3% соответственно. Аналогичная картина наблюдаются и по другим элементам. В зерне озимой пшеницы под влиянием регуляторов роста проис ходит ингибирование процесса аккумуляции тяжелых металлов.
Интенсивность накопления тяжелых металлов растениями можно оце нить используя коэффициенты биологического поглощения (КБП) (табл. 2).
Таблица 2 – Коэффициенты биологического поглощения тяжелых ме таллов растениями озимой пшеницы (среднее за годы исследований) Вариант Цинк Медь Свинец Кадмий Никель Хром Контроль 0,3856 0,2192 0,0042 0,0300 0,0017 0, С удобрениями Без удобрений Гиббереллин 0,3649 0,2094 0,0039 0,0277 0,0016 0, Гуми 0,3363 0,1700 0,0028 0,0140 0,0013 0, Пектин 0,3452 0,1773 0,0031 0,0200 0,0013 0, Фитоспорин 0,3728 0,1946 0,0035 0,0260 0,0015 0, Протравитель 0,4014 0,2291 0,0044 0,0353 0,0019 0, Контроль 0,4379 0,2833 0,0074 0,0510 0,0023 0, Гиббереллин 0,3984 0,2611 0,0060 0,0433 0,0021 0, Гуми 0,3432 0,2315 0,0045 0,0393 0,0019 0, Пектин 0,3600 0,2266 0,0048 0,0393 0,0019 0, Фитоспорин 0,3925 0,2438 0,0057 0,0440 0,0021 0, Протравитель 0,4517 0,3030 0,0083 0,0643 0,0029 0, Уменьшение КБП под действием обработки семян регуляторами роста имеет чрезвычайно важное значение, как фактор, ограничивающий поступ ление тяжелых металлов в растительный организм.
Энергетическая и экономическая эффективность применения регулято ров роста в агрофитоценозах Triticum aestivum Применение регуляторов роста способствовало увеличению количе ства энергии, накопленной в продукции, на неудобренном фоне в 1,09-1, раза по отношению к контролю, на фоне минеральных удобрений в 1,02-1, раза и снижению её при применении протравителя в среднем в 1,02 раза.
Наибольший коэффициент энергетической эффективности в варианте гуми и пектин, где составляет на фоне естественного плодородия 1,84-1,74, на удоб ренном фоне 1,65-1,78, что является наиболее энергетически выгодным приемом.
Расчет экономической эффективности показывает, что применение предпосевной обработки семян озимой пшеницы регуляторами роста эконо мически выгодно. Данный прием способствует повышению уровня рента бельности без применения удобрений на 9,8-34,3%, с внесением минераль ных удобрений на 4,5-25,6%. Наиболее рентабельной является обработка се мян гуми и пектином, на обоих фонах выращивания.
Выводы 1. Предпосевная обработка семян Triticum aestivum природными регулято рами роста – гуми, пектином, фитоспорином повышает полевую всхо жесть семян (на 5%) и усиливает ростовые процессы на начальных этапах онтогенеза.
2. Применение гуми и пектина обеспечивает более интенсивный синтез криозащитных соединений в период закаливания и увеличивает выживае мость растений (на 10%), что свидетельствует о лучшей адаптации расте ний к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода.
3. Обработка семян гуми и пектином повышает урожайность растений (из меняются показатели площади ассимиляционной поверхности, чистой продуктивности фотосинтеза). Наибольшая прибавка урожая – 27% отме чена для растений варианта гуми с внесением минеральных удобрений.
4. Изучаемые регуляторы роста способствуют улучшению качества полу чаемой продукции: в среднем увеличивается содержание белка в зерне на 0,6%, массовой доли клейковины на 3,3%;
незаменимых аминокислот на 3,3%, проламиновой фракции белка на 7,3%;
улучшается группа качества клейковины.
5. Выявлено, что регуляторы роста являются фактором, ограничивающим аккумуляцию тяжелых металлов в растениях. Под воздействием гуми и пектина происходит снижение содержания тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Cr) в зерне озимой пшеницы в пределах 20 – 50%. Уменьшаются коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов растения ми.
6. Протравливание семян перед посевом пестицидом Раксон не оказывает положительного влияния на растения, а по некоторым показателям на блюдается ингибирующие его действие на важнейшие физиолого биохимические процессы, увеличивается вероятность накопления ТМ в растениях.
7. Показано, что предпосевная обработка семян гуми и пектином по сравне нию с протравливанием Раксоном является энергетически и экономически более выгодной (коэффициент энергетической эффективности – 1,65 – 1,84), а также может быть использована в качестве приёма, способствую щего снижению доз вносимых минеральных удобрений.
Предложения производству 1. С целью повышения адаптационных свойств, продуктивности и улучше ния качества продукции, снижения поступления поллютантов в растения Triticum aestivum рекомендуется обрабатывать семена озимой пшеницы перед посевом препаратами гуми с концентрацией 4% и пектином – 0,05% из расчета 1 – 1,5 л рабочего раствора на 1 ц семян;
2. Для снятия пестицидной нагрузки совмещать обработку протравителем и препаратами гуми или пектин из расчета 1:1, либо исключить процедуру протравливания.
Статьи в изданиях, включенных в «Перечень научных изданий и журналов, рекомендуемых ВАК РФ»:
1. Костин В.И. Адаптация популяции озимой пшеницы к абиотическим факторам среды в осенне-зимне-весенний период под действием при родных регуляторов роста / В.И. Костин, Е.Н. Ерофеева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 6 (68), 2010. – С. 9 – 13.
2. Костин В.И. Экологическая эффективность применения регуляторов роста в популяции озимой пшеницы / В.И. Костин, Е.Н. Ерофеева // Вестник Казанского государственного аграрного университета № (16), 2010. – С. 127 – 130.
Другие публикации:
3. Костин В.И. Перспективы использования регуляторов роста в техноло гии возделывания озимой пшеницы / В.И. Костин, Е.Н. Ерофеева // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Пенза – 2008. – С. 130 – 132.
4. Ерофеева Е.Н. Качество зерна в агрофитоценозе озимой пшеницы в зависимости от применения природных росторегуляторов / Е.Н. Еро феева // Материалы международной научно-практической конферен ции «Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях», Волгоград – 2009. – С. 28 – 31.
5. Ерофеева Е.Н. Влияние предпосевной обработки семян регуляторами роста на показатели их прорастания / Е.Н. Ерофеева // Материалы меж дународной научно-практической конференции «Инновации сегодня:
образование, наука, производство», Ульяновск – 2009. – С. 51 – 53.
6. Ерофеева Е.Н. Повышение экологической пластичности популяции озимой пшеницы под действием регуляторов роста / Е.Н. Ерофеева, В.И. Костин // Сборник тезисов III Всероссийского с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз – Рос сия 2010». – Н.Новгород, 2010. С. – 14 – 15.
7. Ерофеева Е.Н. Снижение трансформации ТМ в зерно озимой пшеницы под действием регуляторов роста / Е.Н. Ерофеева, Н.А. Кармайкина // Инновационные процессы в АПК: сборник статей II международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященный 50-летию РУДН / под ред. В.Г.
Плющикова. – М.:РУДН, 2010. – С. 374-377.
8. Костин В.И. Содержание белка в зерне озимой пшеницы в зависимости от применения регуляторов роста / В.И. Костин, Е.Н. Ерофеева // На учное обеспечение агропромышленного производства (материалы ме ждународной научно-практической конференции, 20-22 января 2010 г., г. Курск, ч.3). – Курск: Издательство Курской гос. с.-х. ак., 2010. – С.
179 – 181.
9. Ерофеева Е.Н. Экологические основы применения регуляторов роста в АПК / Е.Н. Ерофеева, В.И. Костин // Проблемы безопасности жизне деятельности и промышленной экологии: Материалы 3-й Междуна родной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – С. 51 – 54.
10. Ерофеева Е.Н. Зимостойкость озимой пшеницы при применении при родных регуляторов роста / Е.Н. Ерофеева // Материалы Всероссийской школы молодых учёных и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства». Ульяновск. – 2010. – С. 84 – 87.