Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оптимизация минерального питания растений (хна, басма, лимонное сорго) в условиях гидропоники

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация минерального питания растений (хна, басма, лимонное сорго) в условиях гидропоники"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ ИНСТИТУТ БОТАНИКИ

на правах рукописи

ТАТЕВОСЯН АННА ОГАНЕСОВНА

ОПТИМИЗАЦИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ (ХНА, БАСМА, ЛИМОННОЕ СОРГО) В УСЛОВИЯХ ГИДРОПОНИКИ

03.00.05 - ботаника

03.00.12 - физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ереван - 1996

Работа выполнена в Институте проблем гидропоники HAH РА

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук С. X. Майрапетян

Официальные оппоненты

доктор биологических наук, член-корреспондент Армянской сельскохозяйственной академии, профессор К. С. Погосян кандидат биологических наук В. А. Давтян

Ведущая организация - кафедра физиологии и анатомии

растений биологического факультета Ереванского государственного университета

Защита диссертации состоится " . 1996 г.

в ^^ас. на заседании Специализированного совета 035 при Институте ботаники HAH РА по адресу: 375063, Ереван-63, Аван.,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ботаники HAH РА

Автореферат разослан "/sy/i,/,^ ? .7 J996г.

Ученый секретарь :

специализированного совета, ^ _ /7 j

кандидат биологических наук J/foA.A. Григорян

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.темы. Стрсмит^лыюи увеличение народонаселения кашей тюти поставило нелегкую задачу перед земледельцами - достигнут!, тойчивого роста продуктивности сельскохозяйственных культур. Решении» ой проблемы будет способствовать изыскание новых, промышленных юсобов интенсивного производства растений.

Одним из прогрессивных и весьма перспективных путей многократного шышения продуктивности растений и решения проблемы обеспечения ;ловечестна продуктам» питания является развитие ноной отрасли «»логической промышленности - биотехнологии бсспочпсннит,

|дустрнального производит сельскохозяйственных растений и условиях фавлясмого культивирования в искусственной среде (Майрапетмн, 1989).

Гидропоника представляет интерес не только с точки '¡рения пх'нсишюго производства растительного материала, но создает идеальные :ловня для изучения сложных вопросов корневого питания растений, еханизма поглощения питательных веществ,' поясненш; н уточнения шзцологнчеекой роли отдельных питательных элементов.

В беспочвенных условиях целесобразнее производить малотоннажные и енные культуры, поскольку сооружение гндропоиикумов требует крупных ервоначальных капиталовложений (Давтян, 1969). В этом аспекте выбор хны, ¡асмы и лнмонн^о сорго (л.сорго), как объектов исследований, не случаен, юскольку они дают ценное сырье для парфюмерно-косметической, пищевой I медицинской промышленности (Букин и др., 1985; Майуапетян, 1989). Зола да я собственным производством этого ценного сырья, наше независимое "осударство может открыть для себя еще один дополнительный путь к мировому рынку. Поэтому разработка оптимальных, условий и говершенствованне биотехнологии гидроп'онического культивирования хны, басмы и л.сорго соответствует требованиям времени и является актуальной задачей.

Цель я задача наследования. Целью настоящей работы является изучение влияния факторов внешней среды на гндропоннческое производство хны, басмы и л.сорго, оптимизация минерального питания зшх культур для повышения их продуктивности, сокращения количеств использованных питательных элементов, уменьшения загрязнения окружающей среды остатками питательных солей.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе

1 I

исследованы следующие вопросы: I

1. Влияние соотношения N. Р, К в питательном растворе иа рост, развитие и накопление хозяйственно-ценных веществ ¡хны, басмы и л.сорго и выявление оптимального соотношения N. Р, К и питательном растноре для этих культур.

2. Влияние соотношения N. Р, К п питательном растворе на накопление фотосинтезирующих пигментов листьями хны и л.сорго в течение вегетации. • !

3. Суточная динамика содержания красителя и накопления хлорофиллои, а также каротшюидов листьями хны и басмы.

4. Влияние диметилеульфоксида (ДМСО) на минеральное питание растений хны и басмы п выявление оптимальных концентраций питательных растворов с содержанием ДМСО.

5. Влияние ДМСО на рост, развитие и накопление красителей листьями хны, басмы н выявление .оптимальных доз ДМСО в питательном растворе.

6. Влияние ДМСО на накопление фотосинтезирующих пигментов листьями хны и басмы.

7. Влияние клубеньковых бактерий на продуктивность растений басмы. Цель работы заключается в повышении продуктивности листьев хны,

басмы и л.сорго, а также содержания в них хозяйственно-ценных веществ путем оптимизации минерального питания.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается анализом результатов экспериментальных и теоретических работ с использованием методов математической статистики, в частности дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов.

Научная новизна и практическая ценность исследований. В работе впервые изучено влияние соотношений 1Ч:Р:К в питательном растворе на показатели продуктивности и качества хны, басмы, и л. сорго в условиях беспочвенного выращивания. Определена математическая связь между соотношением N. Р, К в питательном растворе и листовой продуктивностью и качеством листьев. Выявлена зависимость интенсивности накопления фотосинтезирующих пигментов хны и сорго л. от соотношения N. Р, К в питательном растворе, изучена суточная динамика содержания красителя и накопления фотосинтезирующих пигментов в листьях хны и басмы. Выявлено влияние ДМСО на продуктивность листьев хны н басмы и содержание в них красителя и фотосинтезирующих пигментов. В опытах с басмой членистой

впервые установлена ноэможность симбиоза между басмой и клубеньковыми

л1

бактериями разных растении.

Ащюбащш__ЛЗабштл, Материалы диссертации докладывались на

расширенных заседаниях ученого совета ИАНиГ HAH РА (1987, 1988, 1989," 1992, 1993, 1994) н на конференции "Современные проблемы беспочвенного культивирования растений" (5-7 октября, 1994г).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 12 работ, в том. числе два авторских свидетельства.

QGbeMjTaßory. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста н состоит из введения, 6 глав, ныводои, практических рекомендации, списка литературы и приложения. Работа содержит 35 таблиц и 9 рисунков.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

Опыты по беспочвенной культуре красильных н эфиромаеличных растений и исследование их физиолого-агрохимических л биохимических особенностей проводили в течение вегетационных сезонов 1987-1989гг. в Институте агрохимических проблем и гидропоники HAH РА, который находится в Араратской долине, на высоте около 850-900 м над уровнем моря.

Араратская долина отличается сухим континентальным климатом, со среднегодовой температурой И,0-П,8°С, относительной влажностью - 40% и среднегодовой суммой осадков - 200-300 мм, основная масса которых приходится на раннюю весну. Зима здесь холодная и малоснежная, лето - сухое и жаркое, максимальная температура 41°С, минимальная - 35"С (Асланян и Др., 1966).

Растения выращивали в малых вегетационных гидропоничеекпх сосудах с площадью питания 0,04 м2.

Для закладки опытов хны и сорго л. использовали сеянцы, выращенные в зимний период в геплнце. Басму выращивали с непосредственным высевом семян в открытый грунт.

В качестве наполнителя вегетационных сосудон использовали гравий диаметром частиц 3-5 мм. С целыо предохранения субстрата от засоления, каждые 12 дней проводили промывочные поливы артезианской водой.

В опытах применяли питательный раствор Г.С. Давтяна (1980), подача которого производилась 2 раза в день.

Площадь питания хны составляла 0,02 м2 (2 растения на сосуд), басмы

- 0,004 м (10 растений на сосуд), сорго л. - 0,04 м (одно растение на сосуд).

Поскольку в Институте агрохимических проблем и гидропоники HAH РА за предыдущие годи проводились исследования и j были найдены оптимальные концентрации питательных растворов для хны| басмы и сорго лимонного, нами была поставлена задача найти оптимальные соотношения N, Р, К при зтих оптимальных, абсолютных количествах N+P+K

Питательный раствор применялся в следующих оптимальных концентрациях: для хны - 0,5, для басмы - 1,5, для лимонного сорго - 0,75 НПРД (нормальный питательный раствор Давтяна). !

В первой серии опытов для выявления наилучших соотношений N,P,K внутри вышеупомянутых суммарных доз N+P+K, применяли метод "систематических вариантов" Омеса и метод "корреляционного зондирования" Вахмистрова. Абсолютное количество элементов (их содержание на 1 л. воды) выражали в миллиграмм-атомах, а их относительные уровни (доли в соотношении N, Р и К) в атомных процентах, т. е. в процентах к сумме трех элементов, выраженной н мнллнграмм-атомах.

Во второй серии опытов (1988-1989гг.) испытывали по два питательных раствора, различающихся соотношениями N, Р, К: 1) НПРД с оптимальной концентрацией для каждой культуры; 2) питательный раствор с теоретически рассчитанным оптимальным соотношением N, Р. и К для каждой культуры.

Для выявления влияния ДМСО на продуктивность хны и басмы растения выращивали на питательных растворах с пониженными концентрациями питательных солей (хна - НПРД-3/4 NPK и НПРД - 7/8 NPK, баема - Ш1РД - 1/4 NPK и НПРД - 5/8 NPK) с добавлением в питательный раствор 5-300 мг/л ДМСО.

При изучении влияния клубеньковых бактерий на продуктивность басмы растения выращивали на 1,5 НПРД с удаленим из него 80% N. Семена басмы до посева шшкулировалн штаммами клубеньковых бактерий сой и гороха.

В основных вариантах опытов по общепринятой методике проводили фенологические наблюдения и биометрические измерения.

В отдельных вариантах опытов в течение суток определены содержание фотосннтезнрующнх пигментов (хлорофилл "а" и "б", их легкоизвлекаемые и прочноевязанные фракции (Оснпова, 1947, Третьякова, 1990) и каротннонди (Wettstein, 1957) спектрофотометрически на СФ-26.

Краситель хны лавсон количественно выделяли по методике Машанова ( 1976) и определяли спектрофотометрически (Вартанян и др. 1986).

Краситель басмы количественно извлекали п определяли спектрофогометрнчески по методу, разработанному М'Г'рипстнном и др. (1986).

Лемонграссоное эфирное масло получали исрсгоако; - водяным пиром из свежеубранной листвы по методу Гинзберга (1932).

Иовторность опытов н анализов 3-5 кратная. Статно-' юскую обработку результатов проводили с помощью дисперсионного, ^.^.реляционного н регрессионного анализов (Доспехов, 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние соотношения питательных элементов на показатели продуктивности растений. Выявление оптимальных соотношений Г4,Р,К

Оптимизации минерального питания в беспочвенных условиях сводится к создании» оптимального минерального раствора, основными параметрами которого являются концентрация (т.е. абсолютное содержание) и соотношение (т.е. относительное содержание) питательных элементов в питательном растворе (Журбпцкнй, 1964; Вахмистров и др., 2986а).

Данные о продуктивности растений при выращивании пх на питательном растворе с различным« соотношениями 14,Р,К приводятся в таблице 1.

Как видно 114 таблицы (табл. 1), растения хны и басмы для обеспечения высокой листовой продуктивности особенно нуждаются в азоте и калии. Потребность в фосфоре не высока. Накоплению большого количества красителя в листьях хны способствует относительно шгхое содержание калия, в листьях басмы - относительно низкое содержание ат>та.

Для формирования максимального урожая листье;! лимонное сорго нуждается в высоких дозах азота (примерно 50 % от общем суммы N. V, К), а для наибольшего накопления эфирного масла растен'.зя должны быть обеспечены, в первую очередь, фосфором.

Используя систему формул, предложенную проф. С г/ . сом, нами были рассчитаны оптимальные соотношения N. Р, К а шгтател<' ом растворе для листовой продуктивности и качества листьев хны, басмы ' сорго лимонного (табл.2).

Таблица

Влияние различных соотношений М,Р,К на продуктивность и качество листьев* растений /средние данные за 1987-1989 гг./

Соотношение

1^,Р,К в Содержание в листьях лавсон

Культура питательном Урожайность, (хна), индиготина (басма)

растворе, г/растенне эфирного масла (л.сорго), %

атом %

Хна 70:15:15 3,27 2,89

15:70:15 2,98 2,78

15:15:70 3,29 2,69

Баема 70:15:15 0,38 0,75

15:70:15 0,29 0,84

15:15:70 0,34 0,93

Сорго 70:15:15 132 0,33

лимонное 15:70:15 105 0,42

15:15:70 66 0,37

Для выявления формы связи был проведен регрессионш анализ данных, определена форма корреляционной зависимости, т. рассчитаны уравнения линейной регрессии У (урожаи, г/растение ш содержание хозяйственно-ценных веществ в листьях, %) по X (полусум» отклонении соотношении N. Р, К от оптимального),: которые имен следующий вид: |

Для листовой продуктивности |

у = 4,54 - 0,037 X (I) I

У = 0,52 - 0,005 X (2) У = 170,3 - 1,9 X (3),

♦ Расчеты для хны и басмы проводились на сухой вес, - на сырой вес листьев.

а для лимонного сор]

Для качества листьев У =3,82 -0,028 X (1*) У = 1.24 -0,011 X (2} У = 0,550 - 0,005 X (3} где У - урожай листьев (г/растение) хны (I), басмы (2) сорго л. (3), или содержание (%) лавсоиа (1/), инднготина (2'), и эфирного масла (3/) в листьях растений, X - полусумма отклонений долей и опытных вариантах от

долей в соотношении, оптимальном для каждой культуры, атом %.

Таблица 2

Оптимальные соотношения 1^,Р,К (атом %) п питательном растворе н коэффициенты корреляции (между показателям)! ;;<;0духтншшс'ш и соотношением ц питательном растворе) дл-.: продуктивности

и качества лисгьен хны, басмы и сорго л.

/средние данные за 1987-1989гг./

Оптимальные соотношения М,Р,К (1) и коэффициент

корреляции (2)

Культура для лист овой продуктивности для качества листьев

1 2 1 2

Хна 36:28:36 - 0,998 37:33:30 - 0,998

Басма 43:23:34 -1,000 25:33:42 - 0,999

Сорго л. 50:35:15 - 1,000 25:43:32 - 0,999

Когда X = О, т.е. выбрано действительно оптимальное соотношение N. Р, К, то теоретические максимальные уровни урожаев листьев хны, басмы и сорго л. равняются 4,54, 0,52 и 170,3 г/растение соответственно, а содержание хозяйственно-ценных веществ в листьях - 3,82, 1,24 п 0,559 %, соответственно.

Коэффициенты регрессии 0,037(1), 0,005(2), 1,9 (3), 0,028 (I), 0,011 (2^, 0.005 (3^ указывают на то, что при отклонении от оптимального соотношения N. Р, К на I атом %, урожаи листьев хны, басмы и сорго л. снижаются в среднем на 0,037, 0,005 и 1,9 г/растение соответственно, а содержание лавсоиа, ннднготнна и эфирного масла на 0,023 , 0,011 , 0,005 %, соответственно.

Одним из главных критериев выращивания ценных культур являете: выход хозяйственно-ценных веществ, который включает в себя и количеств! и качество урожая.

Максимальный выход лавеона отмечен, когда соотношение 14,Р, К ! питательном растворе равно 70:15:15 атом %. Здесь наблюдается и высоки: урожай сухих листьев и самое высокое содержание лавеона (таблица 1] Высокий уровень выхода нндиготина отмечался в третьем варианте, в которм урожаи листьев баемы несколько уступал урожаю листьев в первом варианте Диалогичная картина наблюдалась у л. сорго: несмотря на то, что во второ» варианте листовая продуктивность растений была и 1,26 раза ниже, чем первом, выход эфирного масла в обоих вариантах почти одинаков (444 и 44 мг/растеиие, соответственно) за счет высокого содержания эфирного масла в втором варианте (табл. 1).

С помощью уравнений 1, Г, 2, 2' и 3, З1 мы теоретически вычислил максимальные урожаи листьев растеши!, а также содержание красителя эфирного масла.

Исходя из результатов расчетов установлено, что при гидропоническо: выращивании хны, басмы и сорго л. целесообразно использовать питательны рчетвор с оптимальным соотношением 14, Р, К для урожая листьев, поскольк именно и этом случае наблюдается самый высокий выход хозяйственно-ценны веществ.

В течение вегетации велись систематические наблюдения за росто растений. Наибольшего роста достигли растения, выращенные на питательно растворе с преобладанием относительного количества калия, самыми низким - растения, выращиваемые в растворе с преобладанием азота. Закономерной соблюдалась для всех изучаемых культур.

Минеральное питание отразилось также на доле листьев в общей сухс биомассе. 11о всем трем культурам доля листьев была максимальной варианте с преобладанием относительного количества азота. В этом вариан': соотношение лист/стебель и лист/корень также было самым высоким, растений хнь: и басмы наибольшее количество плодов образовалось в варнак с преобладанием калия.

Достоверность теоретически рассчитанных оптимальных соотношеш !^,Р,К для продуктивности хны и сорго л., в последующие годы бы; подтверждена экспериментально. В качестве контроля было использова) соотношение N. Р, К в атом % питательного раствора Давтяна, котор< составляло 55:11:34 атом %. Полученные данные показали, что растения хны

сорго л., выращенные ни питательном расчзоре с оптимальными соотношениями N. 1\ К, находились ц более благоприятном состоянии, а по урошно накопления зеленой биомассы превосходили кадгрольный вариант, что и обуслонило высокий выход хозянетг.еш;о-чснню; веществ в этих вариантах.

Влияние соотношении ЫД'.К в питательном рас пюре на накопление фотосннтезнрующих пигментов.

В зеленых листьях растении в течение всего вегетационного периода совершаются процессы разрушения и новообразования пигментов. Ьиосиигсз пигментов очень сложный процесс, зависящий от целого ряда внешних факторов: температуры, света, минерального питания и др.

Впервые в опытах беспочвенного культивирования хны неколючей и сорго лимонного изучалась дневная и сезонная дизлмика накопления фотоентезирующих пигментов под влиянием различных соотношении питательных элементов.

Но отношению накопления хлорофилле» "л" и ""' и каропшоидов, реакция растений 1-ого (70:15:15 атом %) и 3-его (15:15:70 цтом %) вариантов почти одинакова. В течение вегетации содержание хдорофчллов "а" и "б" в листьях хны постепенно снижалось, в количестве каролшоидов к концу вегетации наблюдался небольшой прирост.

В растениях, выращенных на питательном растворе с преобладанием относительного количества фосфора, максимальное накопление хлорофиллом "а" и "б" в фазе плодоношения объясняется ш.!со:;::м содержанием хлорофилла "б", которое и течение вегетации ностепе::- ч возрастало и в фа:>е плодоношения приобрело максимальное значение.

У лимонного сорго максимальное накопление хлорофнллон "а", "б" и "а + б" наблюдалось в середине вегетационного периода, т.е. ."римерно в начале сентября, после чего отмечалось некоторое снижение. В те - еине дня в начале и в конце вегетации во всех вариантах самое высокое содеркгдие хлорофилла "а" и "б" наблюдалось в 16.00. Это относится и к каротн'.чмщам для всего вегетационного периода.

Как в начале, так п к концу вегетации по максимальному содержанию хлорофилла "а", "б" существенно отличались растения 1-оп> (70:15:15 атом %) варианта, а листья растений 3-его (15:15:70 атом ')<>) варианта отличались

минимальным накопленном хлорофилла. В конце вегетации подобна картина наблюдалась и у растений хны.

Связь хлорофилла с липопротеидами у лимонного сорго почти вдвс ' более прочная, чем у хны.

В начале вегетации у растений хны (в вариантах фосфора и калия) сорго (во всех вариантах) слабосвязанная форма хлорофилла "( отсутствовала.

Обращает на себя внимание то, что и растениях хны и сорго л. середине и и конце вегетации долч хлорофилла "б", перешедшего в воднь ацетон, почти всегда больше доли хлорофилла "а". Такой фав констатирован Власеноком н соавтр. (1970) для тех растений, у когорь извлечение хлорофилла "а" водным ацетоном меньше 30%. В остальнм случаях процент извлекаемое™ хлорофилла "а" водным ацетоном все г;: болтьше^чем хлорофилла "б".

В середине вегетационного периода у растений хны и сорго . наблюдалось ослабление связи хлорофилла "б" с носителем, исключением этом отношении являлись растения л. сорго, выращенные | на питательно растворе с преобладанием калия, у которых самое высокое содержат слабосвязанной формы хлорофилла "а" и "б" отмечено в конце вегетации.

Вообще можно констатировать, что в начале вегетации изменен] прочности связи хлорофилла в комплексе незначительны/ Эти изменен) более заметны к концу вегетации, когда растение завершает свое развитие, ход физиологических и биохимических процессов замедляется.

Накопление фотосингезнрующих пигментов нами исследовано такж( раетешш, выращенных и последующие годы на питательных растворах теоретическими оптимальными соотношениями 1Ч,Р,К. |

Результаты показали, что динамика сезонного накоплег хлорофилла и каротиноидов растений хны и сорго л. одинакова.

В среднем у растении хны контрольного варианта (55:11:34 атом % течение вегетации 60% водным ацетоном извлекалось все больше хлорофил а у растении оптимального варианта содержание слабосвязанной фор хлорофилла возвраетало в фазе цветения, а к концу вегетации в какой-то степени снижалось.

Обратная картина наблюдалась у растений лимонного со] Увеличение доли слабосвязанной формы хлорофилла к концу вегетаци растений оптимального варианта происходило преимущественно за с возрастания легконзвлекаемой части хлорофилла "б".

Суточная динамика содержания красителей н накоплении фотоенптезирующнх пигментов » листьях. Ритмичность процессов жизнедеятельности растении является одним из ею эндогенных проявлений. Известно, что суточная периодичность внешних факторов индуцирует периодичность синтетических процессов у растений.

Для выяснения связи между биосинтезом красителей хны и басмы и накоплением фотосшпетнчеекпх пигментов, нами была изучена суточная динамика содержания красителей и листьях хньг и басмы с параллельным определением накопления фотосингезируннцнх пигментов. Результаты показали, что содержание сухого вещества у обоих растении несколько увеличивалось в дневные часы, что можно обьяснпть высокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха.

На рис. I изображена динамика содержания лансона в листьях хны и индиготпни в листьях басмы в течение суток.

У растений хны четко выражен нлатообразиый максимум накопления лансона в дневные часы (12 и 16 часов), после чего биосинтез лансона постепенно замедлялся, но к полуночи наблюдалось некоторое увеличение его содержания в листьях, что свидетельствует о сложности механизмов регулирующих суточную динамику.

Содержание индпгопша в листьях басмы максимально к 12 часам. Минимальное содержание красителя наблюдается в ночное время. С точки зрения накопления фотосинтезирующих пигментов растения хны и басмы проявляют себя по разному (рис. 2).

H листьях хны после определенного спада в 12.00 часов (1,588 мг/г) фотосиптезируюнше пигменты накапливались все интенсивнее, достигая максимума в 4.00 часа ночи (2,254 мг/г).

H листьях басмы биосинтез фотоспнтезирующих пигментов активизировался и 16.00 (3,715 мг/г), затем наблюдался ¡.-¡тын спад в 24.(X) (1,367 мг/г) с последующим увеличением содержания пнг: :снтои в листьях в 4.00(3,041 м,-/г).

Прочность связи хлорофилла с лнпопротепдамн у нбоих растений в течение суток изменялась почти одинаково, несмотря на то, что в листьях басмы зта связь почти в 5 раз прочнее, чем у хш>(. Ослабление связи хлорофилла с носителем отмечено в 16.00 и 24.00.

Соотношение хлорофилла а/б у хны и басмы высокое и течение светового дня.

H листьях хны зеленые пигменты составляют почти 2/3

I

8 12 16 20 24 4 Время суток Рис. 1. Динамика содержания лавсона и инднготина в листьях хны и басмы в течение суток - хна ------- басма

3,4 -3,2 -

3,0 -

2,8 -

2,6 -

2,4 ~

2,2 -2,0 1,8

1,6 -

1,4 -

1.2 " 1,0 -

Количество хлорофилла, мг/г

Количество каротлноидов, £ мг/г

0,8 -0,7 -0,6 -0.5 -0.4 -0,3 0,2 -0,1 -

. 00

12 00

16. 00

20. 00

24. 00

4. 00

Время

Рис. 2. Суточная динамика накопления хлорофилла и каротинондов в листьях хны и басмы

- хлорофилл ( хна - 1, басма - 2 )

------- каротиноиды ( хна - 1. басма -2 )

фотоеинтсзирующих пигментов; растения басмы накапливают н 4 раза больше хлорофилла, чем каротнноидов.

Влияние водных растворов диметилсульфокснда па показатели продуктивности и качества лнстьсн хны и басмы

Сущность питания растении состоит в поглощении и включении в метаболизм минеральных элементов в результате обмена веществ между организмом и средой. В свою очередь поглотительная способность растении в значительной мере зависит от проницаемости мембран клеток корня, поэтому представляет интерес применение мембранно-актнвных соединений, обладающих способностью селективно увеличивать проницаемость биологических мембран. ДМСО является одним из представителей этих соединений.

Впервые в опытах беспочвенного культивирования хны и басмы изучалось влияние водных растворов ДМСО (5-500 мг/л) на показатели продуктивности хны и басмы при низких, по сравнению со стандартным раствором, концентрациях макро- и микроэлементов.

Результаты первых опытов показали, что ДМСО оказывал положительный эффект на развитие корневой системы растений, но при очень низких концентрациях питательного раствора (в 5 раз ниже, чем в контрольном) интенсивность накопления органических веществ замедлялась из-за недостатки питательных элементов. В то же время, высокие концентрации ДМСО (500 мг/л п выше) приводили к появлению ожогов на листьях п снижению листовой продуктивности растений. В последующих опытах были выбраны относительно высокие концентрации питательных элементов.

Для хны дозы ДМСО 5-300 мг/л испытивались на фоне вдвое (НПРД -3/4 NPK) и вчетверо (НПРД - 7/8 NPK) пониженных общих концентраций питательных солей по сравнению с оптимальным питательным раствором (ПНРД - 1/2 NPK). Для басмы на фонах ИНРД -1/4 NPK и НПРД - 5/8 NPJC экспернментировалнсь 5-100 мг/л дозы ДМСО (для басмы оптимальная концентрация питательного раствора НПРД + 1/2 NPK).

Результаты показали, что с возрастанием доз ДМСО от 5 до 100 мг/л высота растений хны постепенно увеличивалась, достигая максимума при дозе

100 мг/л. Дальнейшее увеличение доз (200-300 м г/л) отрицательно сказывалось на росте растений и высоту. Растения басмы/достигали предел!,ной высоты при 25 мг/л ДМСО. В вариантах с прнбаплеЖем к питательному раствору ДМСО высота растений превышала контрольный вариант для хны на 20-80 (НИРД - 3/4 NPK), для басмы на 30-100% (НИРД - 1/4 NPK).

Из данных таблицы 3 следует, что с прибавлением к питательному раствору (НИРД - 3/4 NPK) 10-100 мг/л ДМСО, общая продуктивность хны увеличивалась почти на 80-100%, при этом сбор сухих листьев был в 1,5-2 раза больше, чем в контрольном варианте. Для баемы зги показатели ооставляли, соответственно, 200% н 3,5 раза (при 25-50 мг/л ДМСО). При снижении или увеличении доз ДМСО. продуктивность растений изменялась л iionr,- vt-hv пределах, 4

При применении ДМСО наблюдалось увеличение процентного содержания листьев в общей сухой биомассе и увеличение объема корней. Влияние ДМСО на содержание красителя и сухих листьях хны и басмы одинаково. В шриантЛх с применением ДМСО (50-100 мг/л) содержание красителя в листьях хны (НПРД - 3/4 NPK) повышалось почти на 15%, басмы (НГ1РД-1/4 NPK +50 мг/л ДМСО) - на 22 %.

При использовании ДМСО в количестве 50-100 мг/л выход лавеона (рис. 3) из листьев хны увеличился в 1,9-2,3 раза (НПРД-3/4 NPK), выход индиготииа (рис. 4) из листьев басмы в 4 раза (25-50 мг/л ДМСО).

С помощью метода ЯМР IH была изучена динамика изменения концентрации ДМСО в питательном растворе в течение 10 дней. В течение 6-н дней наблюдается активный процесс поступления молекул ДМСО в растение, которое сопровождается одновременным поступлением макро- и микроэлементов из питательного раствора.

Произведенный спектральный анализ золы листьев хны и басмы показал, что с применением ДМСО увеличивается проникновение железа н микроэлементов Со, Мо н Си из питательного раствора в растение, что объясняется образованием комплексов Ме-ДМСО.

Поскольку продуктивность растений в конечном итоге зависит от фотосинтетнческой деятельности листьев, а последняя,^ обуславливается состоянием пигментной системы, нами было исследовано также количественное накопление зеленых пигментов и каротиншэдов в зависимости от влияния ДМСО.

С повышением продуктивности хны и баемы под влиянием ДМСО, увеличивалось общее количество фотосинтезирующих пигментов: при

Влиянии ДМСО на продуктивность и качество листьев хны и басмы

Питательный Содержание Сухой вес, Сухой все Содержание

раствор ДМСО, г/растение листьев, красителя,

мг/л г/растение %

Нормальный

питательный Хна

раетшр Давтяна

НПРД - 3/4 №К (контроль) • 11,74 4,11 2,29

10 20,99 6,54 2,47

50 21,54 6,95 2,61

------------- 100 23,27 8,28 2,63

НСРо5 Басма 1,98 0,25

НПРД -1/4 ИРК

(контроль) 0,35 0,09 0,60

25 1,08 0,32 0,67

50 1,00 0,30 0,73

НСР 05 0,17 0,085

применении 10-50 мг/л ДМСО накопление пигментов в листьях хны повышалось на 28-30, басмы - 22-42 %.

Водные растворы ДМСО нлняют также на прочность связи хлорофилла в хлорофнлло-белково-липондном комплексе. С повышением доз ДМСО в листьях хны снижалось относительное содержание легконзвлекаемоп формы хлорофилла.

Поскольку в листьях басмы связь хлорофилла в комплексе примерно 23 раза прочнее, чем у хны, влияние ДМСО на прочность этой связи обнаружить не удалось.

Результаты опыта показали, что ДМСО положительно влияет на накопление каротшюидов. Под воздействием ДМСО общее количество каротиноидои возрастало в листьях хны в 1.2, басмы - в 1.2-1.4 раза.

Выход лавсона, мг/растенне

200

100 -

НЧРД-3/4№К (коь'.роль)

НПРД - 3/4 ЫРК+ +10 мг/л ДМСО

ННРД - 3/4 +50 мг/л ДМСО

ЧПРД - 3/4 ЫРК+ + 1«) мг/л ДМСО

Рис. 3. Влияние водных растворов ДМСО на выход лавеона из сухих листьев хны НСР05 = 69,84 мг/растение

Выход индиго, мг/расгение

2 -

1 -

□

НПРД-1/4 ОТК

(контроль)

НПРД - 1/4 №К+ +25 мг/л ДМСО

НПРД - 1/4 ОТК+ +50 мг/л ДМСО

Рис. 4. Влияние водных растворов ДМСО на выход шдиго из сухих листьев басмы НСР05 = 0,45 мг/растение

Нот,мнение продуктивности басмы членистой в связи с фиксацией биологического азота.

Проблема азота - одна из самых важных проблем биологии, агрохимии, земледелия, экологии и т.д. В этой связи значение биологического азотг трудно переоценить.

Поскольку басма членистая принадлежит к семейству бобовых, нам! была сделана попытка установить возможность азотифнксации растениям! басмы членистой в условиях открытой гидропоники.

С это/! целью семена басмы перед посевом были инокулировань клонами клубеньковых бактерий сои и гороха.

В контрольных вариантах применялся НПРД с увеличенной 1,5 раза до: К+Р+К, а в вариантах с шюкулированными растениями из пнтательноп раствора исключили азот на 80%.

Результаты опытов показали, что симбиоз между клубеньковым! бактериями, выделенными из корней гороха и басмой, оказался самыл эффективным. В этом случае получено почти в 3 раза больше массы сухи: листьев, чем в контрольном варианте.

Содержание индиготина, н свою очередь, также превосходил! контрольный вариант примерно на 37%. Выход индиготина почти в 4 раз больше, чем в контрольном варианте.

ВЫВОДЫ

1. При выращивании растений хны, басмы и лимонного сорго в условия гидропоники соотношение N. Р и К в питательном растворе влияет н продуктивность листьев растений. Преобладание в питательном раствор относительного количества азота (ат.%) обусловливает формированн максимального урожая листьев, а также высокое их процентное содержани (соотношение лист/стебель, лист/корень).

2. Оптимальными соотношениями N. Р и К в питательном растворе дл листовой продуктивности хны, басмы и сорго, а также выхода красителя эфирного масла можно считать 36:28:36, 43:23:34, 50:35:15 атом И соответственно. При отклонении от оптимального соотношения IV,Р н К и один атом %, урожаи листьев хны, басмы и л. сорго снижается в среднем и 0,037, 0,005 и 1,89 г/растенне, соответственно. |

3. Соотношение 14, Р, К н питательном растворе влияет также н

1У

качественные показатели листьев хны, басмы и сорго. Для обеспечения высокого содержания лавсона и листьях хны требуются почти ранние относительные количества N. Р, К, отдания незначительное предпочтение азоту. Растения басмы и л. сорго и этом отношении нетребовательны к азоту.

Для обеспечения нысокого качества листьев хны, басмы и л. сорго растениям требуются следующие оптимальные соотношения 1Ч,Р и К в питательном растворе: 37:33:30, 25:33:42 и 25:43:32 атом соответственно.

Установлено, что при отклонении от оптимального соотношения N,1* и К на один атом %, содержание лавсона, нндиготина и эфирного масла в листьях хны, басмы и л. сорго снижается в среднем на 0,028, 0,011 н 0,005%, соответственно.

4. При нормальном соотношении N. Р и К (55:11:34 атом %) в питательном растворе в листьях хны минимальное содержание фотосинтезпрующнх пигментов отмечено в начале вегетации, в дальнейшем биосинтез пигментов усиливается. В листьях л. сорго в течение вегетации наблюдается постепенное снижение содержания фотосинтезпрующнх пигментов.

Соотношение IV, Р н К в питательном растворе не влпясг на дневную динамику накопления фотосинтезпрующнх пигментов.

5. Оптимальные количества (атом %) элементов минерального питания по их действию на уровень накопления фотосинтезпрующнх пигментов можно расположить в следующем нисходящем порядке: азот, фосфор, калий.

6. У басмы отмечена самая прочная связь хлорофилла е липопротендным комплексом, аул. сорго она примерно вдвое прочнее, чем у хны.

В листьях хны хлорофилл составляет почти 213 флтосинтезнрующнх пигментов, растения басмы н л. сорго накапливают 4 раза больше хлорофилла, чем каротинондов.

7. Установлена возможность связи между накоплением фотосинтезпрующнх пигментов и содержанием красителей в листьях хны и басмы. В дневные часы суток в листьях наблюдается максимальное содержание красителей и минимальное накопление фотосинтезпрующнх пигментов.

8. Установлено, что добавка ДМСО в питательный раствор позволяет снизить оптимальную концентрацию питательных солгй и способствует проникновению микроэлементов из питательного раствора в растение,

увеличению общего количества фотосинтезирующнх пигментов в листьях, и наконец, повышению продуктивности и качества листьев хны и басмы. Это проявляется при концентрации питательных элементов НПРД - 3/4 ИРК для хны и НПРД - 1/4 К1'К для баемы и при концентрации ДМСО в питательном растворе 100 мг/л для хны и 25:50 мг/л для басмы. В этом случае сбор сухих листьев увеличивавши для хны примерно в 2, для басмы - почти в 3,5 раза Содержание красителя в листьях хны и басмы повышается в среднем на 15 ) 12-22%, соответственно, выход лавсона - в 2,3, выход инднготина - в 4 раза.

9. Установлена возможность симбиоза между растениями баемь членистой и клубеньковыми бактериями гороха. Предпосевная обрцботк; семян басмы клубеньковыми бактериями гороха, при исключении и: питательного раствора НО %-ов общего количества азота, способствовал! повышению показателей продуктивности и качества листьев басмы.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для беспочвенного культивирования хны, басмы и л. сорг необходимо применять питательные растворы с соотношением 14,Р,] 36:28:36, 43:23:34, 50:35:15 атом %, соответственно.

2. При прибавлении к питательному раствору ДМСО, общу| концентрацию питательных солеи для хны и басмы следует понизить вдвд прибавляя к питательному раствору 100 н 25 мг/л ДМСО, соответственно.

3. При беспочвенном культивировании басмы членистой, необходим проводить предпосевную обработку семян клубеньковыми бактериями горох при этом количество азота в питательном растворе сократить на 80%.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Маркарян Ш.А., Вартанян М.К., Татевосян А.О. и др. Питательный расти для гидропонного выращивания басмы//А.С. 1711732 СССР. МКИ А N31/00. Опубл. 15.10.1991 г.

2. Маркарян Ш.А., Вартанян М.К., Татевосян А.О. и др. Питательный расти для гидропонного выращивания хны/А. С. 1711733 СССР. МКИ А01 N 31/< Опубл. 15.10.1991 г.

3. Маркарян Ш.Л., Вартанян М.К., Татевосяи Л.О. и др. Влияние диметилсульфоксида на продуктивность хны и Пасмы при беспочвенном культивировании II Физиология и биохимия культурных растений.- Кие», 1992,-т. 24, N2.-с. 169-171.

4. Алексанян Дж.С., Сгспанян Б.Т., Татевосяи А.О. и др. Влияние оптимизации соотношения N:P:K в питательном растворе на продуктивность и некоторые физиолого-биохимическис показатели мяил перечной в условиях гидропоники // "Современные проблемы беспочвенного культивирования растений": тезисы докладов конф.- Ереван, 1994,- с. 21.

5. Майрапетян С.Х., Вартанян М.К., Татевосяи А.О. Оптимизация соотношения N:P:K в питательном растворе для некоторых культур и условиях открытой гидропоники. - Там же.- с. 39.

6. Татевосяи А.О. и др. Суточная динамика содержания красителей и фотосинтезирующих пигментов в листьях хны и басмы в условиях откры той гидропоники. - Там же,- с. 55.

7. Татевосяи А.О. и др. Влияние клубеньковых бактерий на повышение продуктивности басмы членистой в условиях открытой гидропоники. - Там же.- с. 56.

8. Татевосяи А.О. и др. Оптимизация соотношения N:P:K в питательной смеси для гидропонной культуры мяты перечной. - Там же - с. 5'>.

9. Татевосяи А.О. и др. Влияние минерального пша.д'.ч на содержание фотосинтезирующих пигментов в листьях хны // "Соьг менные проблемы фитотерапии и традиционной медицины": тезисы дою конференции.-Ереван, 1995,- с. 56-57.

Ю.Татевосян А.О. и др. Влияние соотношения N:P:K в питательном растворе на содержание фотосинтезирующих пигментов в листьях лимонного сорго. -Там же.- с. 57-58.

11.Alexanyan J.S., Mairapctyan S.Kh., Stepanyan B.T., Tadevosyan A.H. Optimisation of the N:P:K ratio in the nutrient solution of mint under hydroponic conditions // 9th Intern. Congr. on soilless culture (is in the press).

12.Tadevosyan A.H. et. al. The mathematical modeling of productivity of Lawsonia inermis. L. and Indigofera articulata Gouan in the open-air hydroponic conditions // 9th Intern. Congr. on soilless calture (is in the press).

:dqBdmy lim ti md)i r¡mt

■«huthqjimrpuftidm ijfmpnmd üqiuieliuGqtihm t|dqt}mi|dqihfimdmdmlmln iJdqnfiudmlimZp Jqddmdi 'md|i rjmpBmdçdmd íimfehudiq]imrpuíljdm iu i}mp6iurçn Qi|Imdimpdm t|Tmpnmd lu i|tmrçijy GrjiufihuBqlilim i^ii|n!$o<fcliunlilelqpi]b «hulrç Jii|ihh]mmeir}mljmel rçq lqfidiuh -mihq^ :md|i r¡mpl|mdriuli i|dq«hufrçmijiub lnjihqelrji|nuihu<fc p-iudqrçT|dqdi T|mrç nqfri?r}i| ijdqrçZiJrçmB-iuB tjmtdiuihq]imtjiu(Udm T) ijmpBmbdrnh 'rçmpjm ijtubdun iji]imi)uddu|l] iu ijlmpnmd 'i|îmrçi|y Orjiuid-iuBqiihrn ijdqqi}nilehu61\mdqdmümy dqddmdi i|-» iu d 'N jnuel -liuQiulmijrjrjn riq lq|idi|nmr)piurnu dmpmy lulqrjnmy r)i]l]mihmfotj di^lmpmy nîf|

:Ог2трЪт|1Г] lulqihuihljm JiudqrçliduBmrjp Brjmdli Qdfm}im3i|p mh|mSdZ fiulqdinmhirj h\ni4 jiurçmdtj ,Odqrjtimqmd ijüq'limmiiqrjn bujiqdubmihbo lqihmjdti T|mrj nqhrTîrçd 'dmpmy lulqfiuymlnm lq rçiiubmlq|imum i|dqel -lull} dujimdqpdm nqhimnqihrçih iu ijqmtibijm'h rji|imT|dqih .fldqrçlqliup r¡mt]ml]^ihmpqel -mp rjmpBmdçdmd rçmïihuihqlnmrjuiHjdm i|dqnfiudmlimZp Um lq6-iuuml| 'md|i qmieliuih -qJimrç-tuHjdm i]iubdun rji]imrjudihi|li iu i|impnmd 'ijimtji]y Ъи^тЗр piudqrçrjmpimln lnjrj -utnudliL|y Ür}iut«liu6qii'hm rjmfihuumliqrjn rçijfmiirjmy 'nqhimdu|imrjnmp 'i|dqt)rçuqdub ijd -trnjimSilp rçi|dmihdm lqdi|nmt}p"iumu ¡) rj^müimhirj i|îlrçmihmn|Zm \iu|iBmímlidq<-i,

cmlpuZ rçijîmydmn|

-Zmpmy ijtíiqíi ifliiu 7i)6"iu6mdl t^qp ПТ| iJndvbfi Tiïïm 'ûSrçmymhi r¡i|ddqrj di] Iqdmdmjimd ijímijp Tu 1} liudmlj ûrpuîehuihqhi nJmljijmduij dqp 'rçiuMiudbmdidm rjml)mijiqn ijdpiuy dujinndqpdm i|ni|tnljím Jiulqçliqihfi :dmpmy rjmfdiuliZpd T| rjmtehudqdmqiuHjdm ijbqrjn 't|diJlqnmQ0 nijlmih r¡q dpiuy dufimdqpdm ûdqniiudmlimZp nlm du i|rçmcJ '!]? rjmlimy -mihmhi 'di^qido rçmfehudijnmqpiumu nqlndu 'flrpuTdiudihrjO [Jlubdun rçtjîmrçuddiijli iu i|ímpnmd 'Ljtmqijy dqnhud luihmliqli T| -luihmlnulmdqelq 'luihmtidqq dqpdml|tjmçj

:t]mhi|aulrudliijy ,£l«lfiu^mZp Ijuyrçm ijdqnhud nijlmih ^ rçiuithudujimdmrçy rçhub -ггфт! dmpmy lulqdqd difmy ij ûdqrjrjuçdub rjmpBmdjdmd rjmieltuihqfimrç-iuîUdm Btjmdq Timi} nqhtïîrjiJ 'lulqrjmdmhdmhi lu lulqihZj Qdqti г]тЬ|гт|Ьи1ифи|ф T) GpVii|rjmn|qp rçmp -rçmll| ijdqddmdimlirçrçn 'Odqtjdi|ljr¡n| íidmd Tjmiehuumlirjrçn rçi]imîjrçmy ildqniiujj

Л Ф U Ф Л T1

p-rudqrjrjfnpTmbi iJImfii]rjulnudlu|y ûpiu6mlmpL|ihhno rçmiehuumbrçrçn rçijimdrjmy (ubdun r¡i¡ímqudihi|li 'mpnmd 'mrçijy) ijdqnhuj

iJnqrjrjmyjiu^ mrjryn rjmínuTilimy

ZI

:dmlnm<¡b б iu ^mmuflim

SC jiiuumüqr¡ OdrjmihmnJZj-) :6i|<}mjilqjimy iu 6ijlirjm6 rjmWiuijmhmüb çmti(}dubmihbo '6i|Jqrjr)iur«liuJu|imn|Zmdq rjmlimrjQÜub '6iJüqf}t}"iufeliuT]iJiqy 'Bt|Uqrjr\|iulb 9 'ßiJrjTui -«Jiuçmdqrj ^ çm6mh)bmd 'mdji ijS!) di|bmtjqiqp 6EI çm|idbmdm2 ürjiulihununjmrjqihn rijrjrmhmnjZm rjmi|rmhi|b zi Ц qmfidbmhiih fiulmpqíl f¡m1ehunun|mr¡qihn '■IÏ661I jnuJiuljupmihiJb ijmtimihqhimilrjmy „Gdqr]di]liqn|mrjpiJy 6i|^mlimr]mj)mp rjrnp -hm2p liuyqm ijdqnhud,, iu /<,661- '£661 '266V '6961*9861 '¿86W piuüqihni|t) <}m]ii}lmUii}il i|iidydun| rjmfimihijb i]diiuihi|ihnrji| ijdqrjjiqldudhi ijlmliijr}uhnuüin)y rjmJiijm u|rjmi«I"|irn'L> TVb nul]i|¡iqíimhm tinto » 14 lqJiBiu^qh Qüq«liulq t}mJ«hunur\|mrjqihn

El