Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние селенита натрия на рост, фотосинтетические показатели, продуктивность яровой пшеницы и накопление в ней селена на черноземе бескарбонатном в Восточном Забайкалье

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние селенита натрия на рост, фотосинтетические показатели, продуктивность яровой пшеницы и накопление в ней селена на черноземе бескарбонатном в Восточном Забайкалье"

На правах рукописи

/СШ^'

Шубина Ольга Ивановна

ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНИТА НАТРИЯ НА РОСТ, ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И НАКОПЛЕНИЕ В НЕЙ СЕЛЕНА НА ЧЕРНОЗЕМЕ БЕСКАРБОНАТНОМ В ВОСТОЧНОМ ЗАБАЙКАЛЬЕ

06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Улан-Удэ-2013

005061743

Работа выполнена в лаборатории биогеохимии и экспериментальной агрохимии ФГБУН «Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН» и Забайкальском научно-исследовательском институте сельского хозяйства СО РАСХН

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Кашин Владимир Капсимович,

доктор биологических наук, главный научный сотрудник ФГБУН Института общей и экспериментальной биологии СО РАН

Чимитдоржиева Галина Доржиевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. лабораторией биохимии почв Института общей и экспериментальной биологии СО РАН

Бадмаев Андрей Борисович, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом растениеводства, механизации и современных технологий Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия

ФГБОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, кафедра почвоведения и агрохимии

Защита состоится 28 июня 2013 г. в 14-00 на заседании диссертационного Совета Д. 003.028.01 в ФГБУН Института общей и экспериментальной биологии Сибирского Отделения РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6; факс (3012) 433034; e-mail: ioeb@biol.bscnet.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского научного центра СО РАН.

Автореферат разослан 25 мая 2013 г. и размещен на официальном сайте института http://igaeb.bol.ru и в сети Интернет на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации http://vak2.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. биол. наук

J1.H. Болонева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач агрохимии микроэлементов является регулирование их круговорота в биогеохимических провинциях путем целенаправленной корректировки элементного состава сельскохозяйственной продукции до оптимального уровня. Эта проблема имеет не только очевидное практическое значение, обусловленное широким распространением различных микроэлементозов, но и важную научную значимость, связанную с исследованием физиологической роли микроэлементов, особенно малоизученных.

Селен - один из ключевых микроэлементов, необходимых для нормального функционирования организма человека и животных. Он привлекает особое внимание исследователей из-за наличия обширных территорий с недостатком элемента в объектах окружающей среды. При его дефиците установлено возникновение как специфических микроэлементозов, так и заболеваний неспецифической этиологии. В первую очередь, к заболеваниям человека, вызванным недостатком этого элемента, относят болезнь Кешана (патология сердца), а сельскохозяйственных животных - беломышечную дистрофию. Кроме того, при дефиците селена установлено снижение иммунитета и умственного развития детей и целый ряд других заболеваний (Ермаков, Ковальский, 1974; Авцын и др., 1991; Барабой, 2004). В связи с этим биологическая роль селена в организме человека и животных изучена довольно обстоятельно.

Забайкалье, наряду с некоторыми провинциями Китая, относится к одной из наиболее селенодефицитной биогеохимической провинции земного шара. Содержание селена в почвах Восточного Забайкалья колеблется от 12 до 197 мкг/кг, при кларке, принимаемом за экологическую норму, 400 мкг/кг. Суточный рацион питания человека содержит в среднем 22-50 мкг селена при норме 70 мкг. Концентрация селена в крови у 85% населения характеризуется недостаточностью, из них у 14% в острой форме. Поэтому здесь установлено наличие болезни кар-диомиопатии - наиболее тяжелого проявления дефицита селена (Во-щенко и др., 1996; Аникина, Никитина, 2002). Широкое распространение заболеваний, связанных с селеновой недостаточностью, отмечается у сельскохозяйственных животных и птицы, наносящих значительный экономический ущерб животноводству региона (Минина и др., 1991). Для лечения и профилактики селендефицитных заболеваний человека и животных широко используют неорганические соли селена, чаще всего селенит натрия (Вощенко, Дремина, 2002). Однако они обладают раз-

личными побочными действиями, а малые различия между физиологическими и токсическими дозами могут приводить к отрицательным последствиям. Поэтому наиболее перспективным направлением является обогащение продукции растениеводства селеном.

В отличие от человека и животных, биологическая роль селена в растениях изучена весьма слабо. В то же время подобные исследования важны, прежде всего, с точки зрения уровня обеспеченности их этим элементом и возможности обогащения им с целью лечения и профилактики заболеваний человека и животных, обусловленных селенодефици-том. Это определяется тем, что в растениях элементы присутствуют в органически связанной, т.е. в наиболее усвояемой форме. Органически связанный селен усваивается организмом человека и животных в 5-10 раз лучше, чем минеральный (Ловкова и др., 2008). Зерновые культуры, в особенности пшеница, являются одними из основных источников поступления селена в организм человека (Голубкина и др., 1990; Djuic и др., 2001). Однако о возможности регулирования содержания селена в растениях и его биологической роли мало данных, и они отсутствуют в условиях Восточного Забайкалья. В то же время выяснение этих вопросов имеет важное не только научное, но и практическое значение для сельского хозяйства и здравоохранения, что и определяет актуальность настоящей работы.

Цель исследований — изучение влияния селенита натрия на некоторые физиологические процессы, урожай яровой пшеницы и накопление в нем селена в условиях существенного дефицита его в Восточном Забайкалье.

Задачи исследований.

1. Выявить действие селена на ростовые процессы яровой пшеницы.

2. Изучить влияние селена на некоторые фотосинтетические параметры пшеницы.

3. Определить влияние селена на урожайность пшеницы и ее структуру.

4. Установить действие селена на качественный состав и накопление селена в органах растений яровой пшеницы.

5. Оценить экономическую эффективность применения селена в аг-роценозах пшеницы.

Научная новизна работы. Впервые в условиях значительного природного дефицита селена в почвах выявлено:

- положительное влияние предпосевной обработки семян селенитом на рост, формирование ассимиляционной поверхности, продукгив-

ность фотосинтеза, фотосинтетический потенциал яровой пшеницы и обосновано заключение о его физиологической активности в растениях пшеницы;

- существенное воздействие предпосевной обработки семян на продуктивность пшеницы и возможность обогащения зерна селеном путем некорневой обработки растений. Экспериментально обоснована эффективность совместного действия предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений пшеницы селенитом.

- Получены новые данные о накоплении и распределении элемента в генеративных и вегетативных надземных и подземных органах пшеницы, а также особенности его поступления при разных способах применения селенита.

- Впервые определены вынос и коэффициенты усвоения селена урожаем надземной массы пшеницы из селенита в полевых опытах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В растениях пшеницы селен проявляет себя как физиологически активный микроэлемент при предпосевной обработке семян оптимальными дозами селенита.

2. Некорневая обработка сформированных растений пшеницы селенитом - способ преодоления корневых барьеров с целью обогащения продукции селеном.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные по влиянию селена на ростовые процессы, показатели фотосинтетической деятельности и продуктивность углубляют представления о биологической роли этого элемента в растениях. Результаты о повышении урожая пшеницы и его качества под влиянием предпосевной обработки семян и увеличении содержания селена в зерне и вегетативной массе при некорневом опрыскивании растений имеют практическую значимость и могут использоваться в растениеводстве с целью оптимизации селенового статуса человека и животных. Отдельные материалы работы использованы в методической разработке по применению селенового микроудобрения под зерновые, овощные и плодово-ягодные культуры.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на методической комиссии и Ученом совете Забайкальского НИИСХ СО РАСХН (2003-2005 гг.), в Министерстве сельского хозяйства Забайкальского края (Чита, 2005); на международных и региональных научных и научно-практических конференциях: «Проблемы образования, науки и воспитания студентов в аграрных учебных

заведениях (Чита, 2004, 2005); «Актуальные проблемы геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005); «Проблемы и перспективы ветеринарии в XXI веке» (Улан-Удэ, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах компьютерного набора, состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 31 таблицу, 13 рисунков. Список литературы включает 199 наименований, в том числе 38 зарубежных авторов.

Личный вклад соискателя. Автор диссертации лично осуществляла организацию и проведение полевых и лабораторных опытов, измерение роста и ассимилирующей поверхности, определение фотосинтетических показателей, химико-аналитические работы, математическую обработку данных, анализ полученных результатов. Формулирование цели, задач, выводов и обсуждение результатов проводилось совместно с научным руководителем.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Биогеохимия и биология селена (обзор литературы)

В главе на основе анализа литературных источников приводятся сведения об основных химических свойствах селена; его содержании в породах, почвах, водах, растениях; биологической роли элемента в организме человека, животных и растений; рассмотрено состояние исследований по селену в Забайкалье.

Глава 2. Природио-географические особенности района исследований

В главе рассмотрены особенности геологического строения, рельефа, климатических условий, почвенного покрова и растительности Восточного Забайкалья, обусловливающие дефицит селена в регионе. Основными причинами низкого содержания селена в компонентах ландшафтов региона являются: доминирование гранитоидов в качестве коренных пород (среднее содержание элемента в кислых породах 0.04, в основных 0.13 мг/кг), малогумусность и легкий гранулометрический состав почв, преобладание злаковой растительности в степных и луговых ценозах. Все это не способствует накоплению этого элемента в объектах биогеохимической пищевой цепи.

Глава 3. Объекты, условия и методика исследований

Полевые исследования проводили в 2003-2005 гг. на опытном поле ГНУ ЗабНИИСХ СО РАСХН, расположенном в Ингодинско-Читинской лесостепной подзоне Забайкальского края.

Объекты исследован™ - пшеница яровая (районированный в крае среднеспелый с вегетационным периодом 98-102 дня сорт Бурятская 79) и селенит натрия (№28е03) квалификации «х.ч.».

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, бескарбонатный, легкосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса - 3,5 %, слабо обеспечен подвижной формой азота, средне -фосфором и калием, рН в слое 0-20 см - 6.8, количество селена - 160 мкг/кг, при среднем в почвах мира 400 мкг/кг (Требования..., 2002).

Полевые опыты во все годы исследований размещали по чистому удобренному (Ы60Р60К60) пару. Закладку опытов проводили по методике полевого опыта (Доспехов, 1979). Повторность в опыте четырехкратная, расположение делянок последовательное. Общая площадь делянки 25 м2 (учетная 20 м2), норма высева из расчета 5,0 млн всхожих зерен на 1 га. Опыты закладывали в виде трех серий: 1) семена перед посевом обрабатывали 100 мл 0.025, 0.05 и 0.10%-ными растворами Ка28еОз; 2) растения в фазу колошения опрыскивали 0.0125, 0.025 и 0.05%-ными растворами Ка28е03; 3) осуществляли обработку семян перед посевом и опрыскивание растений растворами таких же концентраций ]Ча28еОз. Дозы селенита для предпосевной обработки семян и некорневого опрыскивания растений установлены на основе проведенных нами лабораторных опытов и с учетом опубликованных в литературе результатов. Расход раствора составлял 200 л на 1 га посева. Семена и растения контрольных вариантов обрабатывали водой. Обработку семян и растений осуществляли по методикам, приведенным в рекомендациях П.И.Анспока (1978); М.В. Ефимова, В.К.Кашина (1966).

Динамику роста определяли путем замера высоты растений, ассимиляционную поверхность, продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал - по методикам А.А.Ничипоровича (1967; 1972). Элементы структуры урожая оценивали у 10 растений каждого варианта, взятых с закрепленных площадок (Методика государственного сортоиспытания ..., 1985). Содержание селена в различных органах пшеницы определяли флуориметрическим методом (Ермаков, 1987) в лаборатории биохимии НИИ медицинской экологии при Читинской государственной медицинской академии, а химический состав зерна и соломы по Б.П. Плешкову (1968). Уборку урожая проводили в фазу вос-

ковой спелости зерна пшеницы комбайном «Сампо» сплошным весовым методом. Математическая обработка данных проведена с использованием методов дисперсионного и корреляционного анализов (Веде-няпин,1973; Доспехов, 1979).

В главе приводятся данные метеорологических условий за период проведения полевых опытов. Количество осадков за вегетационный сезон составляло в 2003 г. - 244 мм, в 2004 г. - 153 мм, в 2005 г. - 377 мм, при среднем многолетнем - 276 мм.

Глава 4. Влияние предпосевной обработки семян селеном на пшеницу 4.1. Влияние селена на ростовые процессы пшеницы. Применение селенита натрия при предпосевной обработке семян в концентрациях 0.025 и 0.05% стимулировало рост растений пшеницы в высоту (рис. 1). Наибольшее превышение высоты обработанных селенитом растений отмечалось в фазу выхода в трубку и составляло 14 % по сравнению с контролем.

см

90 1 80 70 60 50 40 -30 -20 10 -0

Всходы Кущение Выход в Колошение Молочная трубку спелость

Рис. 1. Влияние предпосевной обработки семян растворами селенита натрия на

сезонную динамику роста яровой пшеницы

Предпосевная обработка семян селеном сдерживала ростовые процессы растений в начальный период вегетации и усиливала их на поздних фазах. Различия между обработанными селенитом и контрольными растениями увеличивались к концу вегетационного периода. Это находится в прямой связи с показателями фотосинтетической деятельности, которые значительно стимулировались под влиянием селена на более поздних фазах вегетации. Обработка семян дозой селенита 0.10% подавляла рост пшеницы во все фазы развития.

8

-•-Контроль

---•--. Ма2ве03 - 0.025 %

- ---№25еОЗ- 0.06%

- - магзеоз - 0.10%

4.2. Влияние селена на фотосинтетические показатели. Одним из важнейших показателей ростовых процессов, тесно коррелирующих с конечной продуктивностью растений, является размер ассимиляционной поверхности. По нашим данным, листовая поверхность пшеницы под влиянием дозы селена 0.05% увеличивалась на 27 % по сравнению с растениями контрольного варианта. Наибольшее превышение листовой поверхности растений, обработанных селенитом, отмечалось в фазу колошения. В фазу молочной спелости на всех вариантах наблюдалось уменьшение площади листьев пшеницы за счет отмирания нижних листьев (рис.2). В условиях Забайкалья индекс листовой поверхности пшеницы в контрольном варианте достигал всего лишь 2,2 м2/м2 (рис.3), что в 1.8-2.3 раза ниже оптимальной величины, равной по А. Гэлстон и др. (1983) 4—5 м2/м2, в связи с низкой влагообеспеченностью. Вследствие этого урожай зерна пшеницы в контроле составил всего 1,1 т/га.

30

О-----V ' ■ :.: ." ;. ' ■;.';"-\ \ .. -—--. .::;: . .-——'■

Кущение ВыюД и Колошей«!' . Мплочиш

«рубку -е««!ЛйСП> 1

Рис. 2. Влияние предпосевной обработки семян селенитом на динамику площади листьев пшеницы

Важным параметром продукционной деятельности, характеризующим способность растений синтезировать и накапливать органическое вещество урожая, является чистая продуктивность фотосинтеза. В среднем за вегетацию продуктивность фотосинтеза пшеницы под влиянием предпосевной обработки семян селенитом в дозах 0.025 и 0.05% увеличивалась на 8.7-13.0 % по сравнению с контролем, а доза 0.10% снижала ее на 10 % (табл.1).

м3/и3 З

2,5 2 1,5 і; 0,5 : О

Кущение

Выход в трубку

-Контроль

Колошение

Молочная спелость

---»•-• Ма2 08 - 0.02 5 % .:. ■ --*---На25ЮЗ-0.05% --»--N325*08-0.10% Рис. 3. Влияние предпосевной обработки семян селенитом на индекс листовой поверхности пшеницы

Таблица 1. Влияние предпосевной обработки семян растворами селенита на динамику продуктивности фотосинтеза пшеницы___

Вариант опыта Продуктивность фотосинтеза, г/м2 в сутки Среднее за вегетацию

кущение-выход в трубку выход в трубку - колошение колошение -молочная спелость

Контроль 4,4+0,21 1,7±0,08 7,7±0,41 4,6±6,23

Ка2Зе03 - 0.025% 41,1±0,19 1,9±0,09 8,9±0,46 5,0±0,25

Ыа28е03 - 0.05% 4:2±0,22 2,1±0,11 9,3±0,43 5,2±0,25

№25еОз- 0.10% ЗІ9±0,18 1,5±0,07 7Д±0,34 4,2±0,20

Увеличение размера листовой поверхности под влиянием селена, соответственно, вызывало и повышение фотосинтетического потенциала (ФП) посевов пшеницы - суммарного показателя, определяющего продуктивность растений. Хорошими посевами считают такие, ФП которых соответствуют; не менее чем 2 млн м2'дней/га (Фотосинтезирую-щие системы ..., 1986).В вариантах с обработкой семян 0.025 и 0.05%-ными растворами селенита ФП составлял 1.273-1.451, а в контроле 1.118 млн. м2 дней/га. Доза 0.10% несколько снижала ФП (рис.4).

Таким образом, показатели фотосинтетической деятельности растений пшеницы с обработкой семян дозами 0.025% и 0.05% селенита натрия были значительно выше контрольных. Угнетающее действие на рост и фотосинтетические параметры пшеницы оказывала доза селенита 0.10%.

млн. м2 дней/ га і,є -і

Контроль №28еОЗ- Ыа2БвОЗ- МагвеОЗ -0.026 % 0.06 % 0.10 %

Рис. 4. Влияние предпосевной обработки семян растворами селенита на фотосинтетический потенциал пшеницы

4.3. Влияние селена на урожайность пшеницы и ее структуру.

Положительное влияние предпосевной обработки семян селеном на ростовые процессы и фотосинтетические показатели создавало лучшие условия для реализации потенциала продуктивности пшеницы. Между ФП и урожайностью пшеницы выявлена тесная корреляционная связь (г = 0.95).

Предпосевная обработка семян растворами селенита 0.025 и 0.05% достоверно (на уровне значимости 5 %) повышала урожайность зерна в среднем за три года на 8.7-12.6 % по сравнению с контролем (табл. 2).

Таблица 2. Влияние предпосевной обработки семян растворами селенита на урожайность зерна пшеницы в разные по влагообеспеченности годы _

Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г. Среднее за

опыта Осадки - 244 Осадки-153 Осадки- 377 2003-2005 гг.

мм мм мм

кг/ % кг/ % кг/ % кг/ %

20м2 20м2 20м2 20м2

Контроль 4.20 100 2.22 100 7.38 100 4.60 100

ИагвеО,-0.025% 4.60 109.5 2.48 111.7 7.88 106.7 5.00 108.7

№^е0,-0.05% 4.76 113.3 2.60 117.1 8.14 110.3 5.18 112.6

Ыа28еОз- 0.10% 4.08 97.1 2.14 6.4 7.00 94.8 4.42 96.1

НСР 05 0.32 0.24 0.45 0.34

Влияние оптимальных доз селенита эффективнее проявлялось в неблагоприятные по влагообеспеченности годы. Так в 2004 г., самом малообеспеченном по осадкам за вегетационный период, урожайность зерна под влиянием предпосевной обработки семян растворами селенита повышалась в варианте 0.025% на 11.7 %, 0.05% - на 17.1 %, тогда

11

как в самый благоприятный по осадкам 2005 г. соответственно на 6.7 и 10.3 % по сравнению с контролем. В 2003 г., среднем по влагообеспе-ченности, урожайность зерна пшеницы под влиянием селена в вариантах 0.025 и 0.05% увеличилась на 10-13%. В экспериментах с созданием засухи в фазу выхода в трубку-начало колошения пшеницы было установлено, что селен способствовал увеличению оводненности тканей листьев и, тем самым, повышению устойчивости растений при засухе (Кузнецов и др., 2003). Доза селенита 0.10% во все годы проведения опытов вызывала снижение урожайности зерна пшеницы на 4-6%. Тем не менее, действие этой дозы не достигало фитотоксического уровня (уменьшение > 10%).

В контрольных вариантах (N60P60K60) урожайность зерна пшеницы в зависимости от осадков за вегетационный период в пересчете в т на 1 га составила: в 2003 г. -2.1, в 2004 г. - 1.1, в 2005 г.-3.7. Это свидетельствует, что в Восточном Забайкалье главным лимитирующем фактором урожайности растений, в частности яровой пшеницы, является влагообеспеченность вегетационного периода.

В увеличении урожая растений пшеницы, обработанных селенитом, значительную роль обеспечили количество продуктивных стеблей 265270 шт/м2 (контроль - 251), масса зерна с одного колоса 1.12-1.13 г (контроль - 1.10) и в меньшей степени - число зерен в колосе 28-29 шт.

Таким образом, предпосевная обработка семян яровой пшеницы растворами селенита оказала положительное влияние на ростовые процессы, показатели фотосинтетической деятельности и продуктивность. Следовательно, селен в растениях пшеницы проявляет себя как физиологически активный микроэлемент. Оптимальные концентрации растворов селенита для обработки семян в наших опытах - 0.025 и 0.05%.

4.5. Влияние селена на физические и посевные свойства зерна пшеницы. Из физических качеств наибольшее значение имеют натура зерна и масса 1000 зерен. По нашим данным, в среднем за три года натура зерна на вариантах с предпосевной обработкой семян составила: в варианте Na2Se03 0.025% - 776, 0.05% - 795, 0.10% - 765, в контроле -777 г/л. На массу 1000 зерен селен положительного влияния не оказал. Однако, зерно с применением селенового микроудобрения в оптимальных дозах - 0.025 и 0.05%, характеризовалось выравненностью и крупностью. Менее выполненным и легковеснее оказалось зерно на вариантах с дозой селенита натрия 0.10%. Такая тенденция прослеживалась во все годы исследований. На энергию прорастания и всхожесть семян пшеницы селен влияния не оказал.

4.6. Влияние селена на химический состав урожая. Применение селенита натрия в дозах 0.025 и 0.05% для обработки семян увеличивало содержание протеина в зерне пшеницы на 1.1-1.6% (в контроле 14.2%), а в соломе на 0.4-0.7% (в контроле 5.1%). Повышение содержания азотистых соединений, обладающих высокими гидрофильными свойствами, по-видимому, и способствует усилению устойчивости обработанных селеном растений при засухе.

Кроме того, в зерне под влиянием селена повышалось содержание фосфора, количество же калия практически не изменилось. В соломе, напротив, содержание фосфора несколько снижалось, а калия - повышалось.

На основании анализа распределения селена по органам яровой пшеницы (рис. 5) выявлено, что орган, который в наибольшей степени контактирует с вносимым при подкормке селеном, накапливает его в относительно большем количестве по сравнению с другими частями растений. Например, при внесении селена с семенами, прежде всего он поступает в корни и они аккумулируют его в 6.2-12.6 раза больше, чем листья (3.1-8.2 раза), зерно (3.6-6.3) и стебли (3.5-5.9). Селен, поступивший в надземную часть растений, частично улетучивается в процессе жизнедеятельности или разбавляется в листьях и зерне, мкг/кг

500 454 437

0 Контроль Е №>2ве 03 -0.025 % О №2БеОЗ - 0.05 % О ЫагЭеОЗ- 0.10 %

Корни Листья Стебли Зерно Рис. 5. Влияние предпосевной обработки растворами селенита на содержание селена в органах пшеницы

Коэффициент усвоения или использования селена урожаем пшеницы из селенита натрия рассчитывался разностным способом. Вынос селена на контроле незначителен - 172 мг/га, главным образом в связи с низким содержанием его в зерне и соломе (табл.3).

На вариантах с обработкой семян селенитом натрия вынос селена зерном и соломой повышался в 3.9, 5.0 и 5.8 раза за счет увеличения в них концентрации элемента, поскольку урожайность зерна и соломы различалась от контроля незначительно. С увеличением дозы селенита

коэффициент использования селена урожаем пшеницы снижался по сравнению с первоначальной дозой в 1.4-2.4 раза. Это можно объяснить тем, что основное количество элемента при гаком способе обработки накапливается в семенных покровах и остается с ними в почве (не усваивается растущими растениями). В экспериментах Е.З. Усубо-вой (2012), с намачиванием семян разных сортов фасоли в растворах различных солей селена выявлено, что он в большей степени аккумулировался в семенных покровах.

Таблица 3. Коэффициент усвоения селена (КУ) из селенита натрия урожаем зерна и соломы при предпосевной обработке семян пшеницы (среднее за 2003-2005 гг.)

Вариант опыта Внесено селена, мг/га Урожайность, кг/га Содержание селена, мкг/кг Вынос селена с урожаем, мг/га КУ селена, % от внесенного

зерно солома зерно солома

Контроль 0 2300 2530 31 40 172 -

Ка28е03 -0.025% 5000 2500 2750 112 140 665 9.9

ТЧа25е03 -0.05% 10000 2590 2860 145 170 862 6.9

1Ча28е03 -0.10% 20000 2210 2420 195 235 999 4.1

Глава 5. Влияние некорневой обработки селеном растений пшеницы

5.1. Влияние селена на урожайность пшеницы. Некорневая обработка растений пшеницы растворами селенита натрия (0.0125 и 0.025%) на поздней фазе вегетации (колошение) не давала достоверных прибавок урожая, а доза 0.05% несколько снижала урожай зерна.

5.2. Влияние селена на накопление его в растениях пшеницы. При некорневой обработке растений пшеницы селенитом были выявлены значительные различия в накоплении селена в разных органах (рис.6).

мкг/кг

Корни Листья Стебли Зерно Рис. 6. Влияние некорневой обработки растений растворами селенита на содержание селена в разных органах пшеницы

Содержание селена в генеративных (зерно) и в вегетативных органах (листья и стебли) в контрольном варианте было практически одинаковым. Это свидетельствует о безбарьерности его поступления в генеративные органы, что отличает селен от большинства микроэлементов (кроме цинка и меди), которые накапливаются в зерне злаковых культур по барьерному типу: их концентрация в зерне значительно меньше, чем в соломе (Кашин, Убугунов, 2009).

Анализ полученных данных показал, что при некорневой обработке посевов растворами селенита натрия, накопление и распределение селена в вегетативных и генеративных органах неодинаково. Это связано, прежде всего, с тем, что основным сорбентом и аккумулятором элемента при некорневых подкормках является листовая поверхность растений. В листьях, обработанных селенитом растений, количество селена составило 250-603 мкг/кг, что в 3.5-8.4 раза выше, чем в контрольных (72 мкг/кг). В стеблях селенит повышал содержание селена до 242—455 мкг или в 6.4-11.9 раза больше по сравнению с контролем (38 мкг/кг). В зерне концентрация селена составляла 249-360 мкг/кг, что в 6.9-10 раз выше контроля (36 мкг/кг). В корнях в варианте 0.0125% количество селена практически не изменялось. В вариантах же селенита 0.025 и 0.05% оно увеличивалось в 4.6-6.1 раза в сравнении с контролем. Для повышения содержания селена в зерне пшеницы в Забайкалье лучше всего применять некорневую обработку дозами селенита 0.0125-0.05%.

Некорневой способ применения селена в целях обогащения пшеницы этим элементом является эффективным средством преодоления корневых физиологических барьеров, которые ограничивают поглощение элемента из почвы.

Коэффициент использования селена из селенита натрия при некорневой обработке растений составил 1.7-4.1%, что значительно ниже, чем при предпосевной обработке семян (табл.4). Вынос селена урожаем зерна и соломы пшеницы под влиянием селенита натрия повышался при дозе 0.0125% в 6.6, 0.025% - в 8.9 и 0.05% - в 10.9 раза по сравнению с контрольным вариантом.

Значительное снижение коэффициента использования селена при некорневой обработке растений по сравнению с предпосевной обработкой семян, по-видимому, обусловлено улетучиванием элемента в атмосферу во время обработки и, частично, с поверхности листьев. Снижение же коэффициента использования селена при увеличении дозы селенита с

0.0125 до 0.05% при некорневой обработке растений пшеницы можно объяснить «эффектом насыщения» тканей растений этим элементом.

Таблица 4. Коэффициент усвоения (КУ) селена из селенита натрия при некорневой обработке растений пшеницы (среднее за 2003-2005 гг.)___

Вариант опыта Внесено селена, мг/га Урожайность, кг/га Содержание селена, мкг/кг Вынос селена с урожаем, мг/га КУ селена, % от внесенного

зерно солома зерно солома

Контроль 0 2320 2530 36 38 179 -

ИагБеОз-0.0125% 25000 2340 2530 249 242 1194 4.1

Ка^еОз -0.025% 50000 2430 2640 295 331 1590 2.8

№28е03-0.05% 100000 2270 2530 360 455 1968 1.7

Глава 6. Совместное действие селена при предпосевной обработке семян и некорневой обработке растений яровой пшеницы 6.1. Влияние селена при предпосевной обработке семян и некорневой обработке растений на урожайность пшеницы. Применение селенита натрия для предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений оптимальными дозами повышало урожайность пшеницы, а также накопление селена в продукции. Прибавки урожая зерна от селена в среднем за три года исследований составили 8.4— 13.2% (табл.5).

Таблица 5. Влияние предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений растворами селенита на урожайность зерна пшеницы__

Вариант опыта 2003 г. 2004 г. 2005 г. Среднее за 2003-2005 гг.

КГ/20М2 % КГ/20М2 % кг/20м2 % кг/20м %

Контроль 4.26 100 2.24 100 7.32 100 4.61 100

Иа^еОз-0.025% + 0.0125% 4.62 108.5 2.52 112.5 7.84 107.1 5.00 108.4

Ка^сОз -0.05% + 0.025% 4.82 113.1 2.60 116.1 8.24 112.5 5.22 113.2

№2БеОз-О.Ю% + 0.05% 4.12 96.7 2.10 93.7 6.70 91.5 4.30 92.7

НСР 05 0.32 0.24 0.45 0.34

На этих же вариантах происходило повышение количества продуктивных стеблей, числа зерен в колосе, натуры зерна и его выравненно-

сти. Дозы селенита натрия 0.10% для обработки семян и 0.05% для опрыскивания растений снижали основные параметры структуры урожая, качество семян и урожайность яровой пшеницы.

6.2. Влияние предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений селенитом на накопление селена в пшенице. Совместное использование селенита натрия повышало содержание селена в зерне пшеницы до 361-538 мкг или в 10, 12.2 и 14.9 раза по сравнению с контролем (36 мкг/кг). В листьях растений количество элемента составило 321-900 мкг/кг, что в 5.1-14.3 раза выше контроля (63 мкг/кг). В стеблях селенит натрия способствовал возрастанию содержания селена до 382-600 мкг или в 10-15 раз больше, чем в конгроле (38 мкг/кг). В корнях все дозы селенита увеличивали количество селена в 10.1-21.4 раза в сравнении с контролем (рис.7).

шКонтроль

В N3256 03-0.025 %+ 0.0125 %

П Иа28еОЗ - 0.05 %+ 0.025 %

0 НагввОЗ - 0.10 %+ 0.05 % Корни Листья Стебли Зерно Рис 7. Влияние обработки семян и растений растворами селенита на содержание и распределение селена по органам пшеницы

Предпосевная обработка семян и некорневая обработка растений селенитом позволяет повысить содержание селена в зерне пшеницы до уровня его стандартов, принятых в Канаде, США и Австралии (230-570 мкг/кг), в которых не отмечается заболеваний, связанных с дефицитом этого элемента (Голубкина и др., 1990). Физиологическая суточная потребность взрослого человека в селене составляет 70 мкг (Методические рекомендации ..., 2004).

Следовательно, обогащенное селеном зерно пшеницы может в значительной степени обеспечить суточную потребность человека в этом элементе. Важно то, что селен в растениях находится в органически связанной форме: в белковых соединениях в составе аминокислот, в том числе селенометионина, который необходим для организма человека, но в нем не синтезируется (Серегина, 2002; Голубкина, 2006).

Совместное применение обработки семян и растений селенитом интенсифицировало вынос селена до 1.9, 2.58, 2.61 г/га (в контроле 179 мг/га), что обусловлено высоким содержанием элемента в зерне и соломе. Коэффициент использования селена из селенита натрия составлял 5.9, 4.0,2.0 % (табл. 6).

Таблица 6. Коэффициент усвоения (КУ) селена урожаем зерна и соломы из селенита натрия при обработке семян и растений пшеницы __

Вариант опыта Внесено селена, мг/га Урожайность, кг/га Содер селена жание мкг/кг Вынос селена с урожаем, мг/га КУ селена,% от внесенного

зерно солома зерно солома

Контроль 0 2305 2530 36 38 179 -

ИагБеОз-0.025% + 0.0125% 30000 2500 2750 361 382 1953 5.9

Ыа28еОз -0.05% + 0.025% 60000 2610 2860 440 501 2581 4.0

№28е03 -0.10% + 0.05% 120000 2150 2420 538 600 2608 2.0

Глава 7. Экономическая эффективность применения селена под яровую пшеницу в Забайкалье

Экономически рентабельное количество дополнительной продукции было получено при предпосевной обработке семян растворами селенита 0.025 и 0.05%. Стоимость дополнительной продукции составила в зависимости от доз и способов применения селенита 0.077-2.156 тыс. руб/га. Затраты на возделывание пшеницы на контрольных вариантах равны 10.26, 10.43 и 10.50 тыс. руб/га.

Предпосевная обработка семян оптимальными дозами селенита натрия 0.025 и 0.05% является наиболее выгодным способом: затраты, включая стоимость соли селена, составили 1.22-1.31 тыс. руб/га, уровень рентабельности — 26-65%. При некорневой обработке растений дополнительные затраты составили 1.27, 1.47, 2.37 тыс. руб/га. Кроме того, для проведения опрыскивания посевов необходима специальная техника.

При комплексной обработке семян селенитом дозами 0.025 и 0.05% и растений пшеницы - 0.0125, 0.025% затраты на ее выращивание были выше, но стоимость дополнительной продукции позволила обеспечить уровень рентабельности 29-48%. Кроме того, обогащение зерна и соломы пшеницы селеном до оптимального уровня должно оказать положительное влияние на состояние здоровья населения или продуктив-

ность сельскохозяйственных животных, что не учитывалось при расчете экономической рентабельности.

Выводы

1. В условиях Восточного Забайкалья селен проявляет себя как физиологически активный микроэлемент в растениях яровой пшеницы, выращиваемой на почве с дефицитом этого элемента. Оптимальные концентрации селена при предпосевной обработке семян оказали положительное воздействие на ростовые процессы, показатели фотосинтетической деятельности и продуктивность пшеницы.

2. Предпосевная обработка семян растворами оптимальных концентраций селенита натрия (0.025 и 0.05%) повышала урожайность зерна пшеницы (в среднем за три года прибавка - 8.7 и 12.6%) и улучшала его качество за счет увеличения содержания сырого протеина и фосфора. Положительное действие селена сильнее проявлялось в неблагоприятных по влагообеспеченности условиях.

3. Некорневая обработка посевов растворами селенита натрия обогащает зерно пшеницы селеном (250-540 мкг/кг). За счет этого можно удовлетворить суточную потребность организма человека в селене. При предпосевной обработке семян пшеницы оптимальной дозой селенита (0.05%) содержание селена в зерне урожая повышалось по сравнению с контролем (31-36 мкг/кг) в 4.7 раза, при некорневом опрыскивании растений (0.025%) - в 8.2 раза, при совместном действии этих способов - в 12.2 раза.

4. Специфика действия предпосевной обработки семян и некорневой обработки посевов селеновым микроудобрением на продуктивность и аккумуляцию селена определяется их разной степенью воздействия и зависит как от продолжительности влияния на растения, так и от количества микроудобрения в расчете на гектар посева.

5. Коэффициент использования селена из селенита натрия урожаем зерна и соломы пшеницы при предпосевной обработке семян растворами возрастающих концентраций составил соответственно 9.9, 6.9 и 4.1 %, при некорневой опрыскивании растений - 4.1, 2.8 и 1.7 %, при совместном применении этих способов - 5.9, 4.0 и 2.0 %.

6. Предпосевная обработка семян пшеницы оптимальными дозами селенита натрия в условиях Забайкалья обеспечивала уровень рентабельности 26-65%, окупала затраты на микроудобрение и другие приемы, связанные с ее использованием.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Шубина О.И., Кашин В.К. Влияние селена на продуктивные характеристики яровой пшеницы // Сибирский вестник с.-х. науки. 2011. № 1. С. 26-31.

2. Кашин В.К., Шубина О.И. Биологическое действие и накопление селена в пшенице в условиях селенодефицитной биогеохимической провинции // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. Т. 19. №2. С. 151-156.

3. Шубина О.И, Кашин В.К. Влияние селена на яровую пшеницу в условиях селенодефицитной биогеохимической провинции // Агрохимия. 2012. № 5. С. 45-51.

4. Алферова П.А., Шубина О.И. Действие селена на рост урожай и накопление его яровой пшеницей // Проблемы образования, науки и воспитания студентов в аграрных учебных заведениях: Мат. междунар. научн. конф. Чита,

2004. С. 142- 144.

5. Зубкова Л.Л., Прудеева Е.Б., Войтенко Л.Г., Мирхаев М.Н., Шубина О.И. Дефицит селена в почве, воде и растениях Восточного Забайкалья -этиопатогенетический фактор болезней селеновой недостаточности животных и человека // Проблемы и перспективы ветеринарии в 21 веке: Мат. междунар. научн. конф. Улан-Удэ, 2005. - С.81-82.

6. Вощенко A.B., Шубина О.И. Влияние селенового микроудобрения на посевные качества семян яровой пшеницы //Актуальные проблемы геохимической экологии. Мат. междунар. биогеохимической школы. Семипалатинск,

2005. - С. 404-405 .

7. Шубина О.И., Дремина Г.Д., Прудеева Е.Б. Селеновое микроудобрение Вощенко - коррекция селена в растениях, у животных и человека // Методические рекомендации по применению селенового микроудобрения. Чита, 2006. 8 с.

8. Шубина О.И., Кашин В.К. Биологическая роль селена в растениях яровой пшеницы//Вестник науки ЗабАИ. Чита, 2011. №1. С. 38 -40.

Подписано в печать 24.05.2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100. Заказ № 27.

Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО РАН 670047 г. Улан-Удэ ул. Сахьяновой, 6.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Шубина, Ольга Ивановна, Улан-Удэ

Российская академия наук Сибирское отделение Институт общей и экспериментальной биологии

На правах рукописи

Шубина Ольга Ивановна

ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНИТА НАТРИЯ НА РОСТ, ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И НАКОПЛЕНИЕ В НЕЙ СЕЛЕНА НА ЧЕРНОЗЕМЕ БЕСКАРБОНАТНОМ В

ВОСТОЧНОМ ЗАБАЙКАЛЬЕ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Кашин Владимир Капсимович доктор биологических наук

Улан-Удэ - 2013

Содержание

стр.

Введение.......................................................................................4

Глава 1. Биогеохимия и биология селена (обзор литературы)

1.1. Биогеохимия селена.....................................................................9

1.1.1. Физико-химические свойства селена.......................................9

1.1.2. Содержание селена в горных породах..................................11

1.1.3. Содержание селена в почвах................................................14

1.1.4. Содержание селена в природных водах..................................18

1.1.5. Содержание селена в растениях............................................20

1.2.Биология селена..........................................................................24

1.2.1. Биологическая роль селена в организме человека и животных.....24

1.2.2. Биологическое значение селена для растений..........................28

1.2.3. Состояние исследований по селену в Забайкалье......................33

Глава 2. Природно-географические особенности района исследований

2.1. Геология..............................................................................40

2.2. Орография............................................................................42

2.3. Климат.................................................................................43

2.4. Почвенный покров.................................................................46

2.5. Растительность......................................................................48

Глава 3. Объекты, условия и методы исследований

3.1. Объекты...............................................................................52

3.2. Условия проведения опытов......................................................54

3.3. Методика исследований...........................................................59

Глава 4. Влияние предпосевной обработки семян селеном на яровую пшеницу

4.1. Влияние предпосевной обработки семян селеном на проростки яровой пшеницы в лабораторных опытах.................... ................................65

4.2. Влияние предпосевной обработки семян селеном на яровую пшеницу в

полевых опытах...........................................................................75

4.2.1. Влияние селена на ростовые процессы пшеницы..........................75

4.2.2. Влияние селена на фотосинтетические показатели....................78

4.2.3. Влияние селена на урожайность яровой пшеницы и ее структуру...............................................................................81

4.2.4. Влияние селена на посевные и физические свойства

зерна пшеницы..........................................................................85

4.2.5. Влияние селена на химический состав зерна и вегетативных органов пшеницы....................................................................88

Глава 5. Влияние некорневой обработки растений яровой пшеницы селеном

5.1. Влияние селена на урожайность яровой пшеницы..........................94

5.2. Влияние селенита на накопление селена в растении яровой пшеницы...................................................................................98

Глава 6. Совместное действие селена при предпосевной обработке семян и некорневой обработке растений яровой пшеницы...................................101

6.1. Совместное действие предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений на урожайность яровой пшеницы..........................101

6.2. Совместное действие предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений селенитом на накопление селена в яровой пшенице... 104

Глава 7. Экономическая эффективность применения селена под яровую

пшеницу в Забайкалье.....................................................................108

Выводы.......................................................................................111

Литература..................................................................................113

Введение

Актуальность темы. Одной из важнейших задач агрохимии микроэлементов является регулирование их круговорота в биогеохимических провинциях путем целенаправленной корректировки элементного состава сельскохозяйственной продукции до оптимальных значений. Эта проблема имеет не только очевидное практическое значение, обусловленное широким распространением различных микроэлементозов, но и важное научное значение, связанное с исследованием физиологической роли микроэлементов, особенно малоизученных.

Селен - один из ключевых микроэлементов, необходимых для нормального функционирования организма человека и животных. Он привлекает особое внимание исследователей из-за наличия обширных территорий с недостатком элемента в объектах окружающей среды. При его дефиците установлено возникновение как специфических микроэлементозов, так и заболеваний неспецифической этиологии. В первую очередь, к заболеваниям человека, вызванным недостатком этого элемента, относят кардиомиопатию (болезнь Кешана), а сельскохозяйственных животных -беломышечную дистрофию. Кроме того, при дефиците селена установлено снижение иммунитета и умственного развития детей и целый ряд других заболеваний (Ермаков, Ковальский, 1974; Авцын и др., 1991; Барабой, 2004). Поэтому биологическая роль селена в организме человека и животных изучена довольно обстоятельно.

Забайкалье, наряду с некоторыми провинциями Китая, относится к одной из наиболее селенодефицитной биогеохимической провинции земного шара. Содержание селена в почвах Восточного Забайкалья колеблется от 12 до 197 мкг/кг, при кларке, принимаемом за экологическую норму, 400 мкг/кг. Суточный рацион питания человека содержит в среднем 22-50 мкг селена при норме 70 мкг. Концентрация селена в крови у 85% населения характеризуется

недостаточностью, из них у 14% в острой форме. Поэтому здесь установлено наличие болезни кардиомиопатии - наиболее тяжелого проявления дефицита селена (Вощенко и др., 1996; Аникина, Никитина, 2002). Широкое распространение заболеваний, связанных с селеновой недостаточностью, отмечается у сельскохозяйственных животных и птицы, наносящих значительный экономический ущерб животноводству региона (Минина и др., 1991). Для лечения и профилактики селендефицитных заболеваний человека и животных широко используют неорганические соли селена, чаще всего селенит натрия (Вощенко, Дремина, 2002). Однако они обладают различными побочными действиями, а малые различия между физиологическими и токсическими дозами могут приводить к отрицательным последствиям. Поэтому наиболее перспективным направлением является обогащение продукции растениеводства селеном.

В отличие от человека и животных, биологическая роль селена в растениях изучена весьма слабо. В то же время исследование его в растениях важно, прежде всего, с точки зрения уровня обеспеченности их этим элементом и возможности обогащения им с целью лечения и профилактики заболеваний человека и животных, обусловленных селенодефицитом. Это определяется тем, что в растениях элементы присутствуют в органически связанной, т.е. в наиболее усвояемой форме. Органически связанный селен усваивается организмом человека и животных в 5-10 раз лучше, чем минеральный (Ловкова и др., 2008). Зерновые культуры, в особенности пшеница, являются одними из основных источников поступления селена в организм человека (Голубкина и др., 1990; Ц^ю и др., 2001). Однако о возможности регулирования содержания селена в растениях и его биологической роли мало данных, и они отсутствуют в условиях Восточного Забайкалья. В то же время выяснение этих вопросов имеет важное не только научное, но и практическое значение для сельского

хозяйства и здравоохранения, что и определяет актуальность настоящей работы.

Цель и задачи исследования. Целью работы было - изучение влияния селенита натрия на некоторые физиологические процессы, урожай яровой пшеницы и накопление в нем селена в условиях существенного дефицита его в Восточном Забайкалье.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить действие селена на ростовые процессы пшеницы.

2. Изучить влияние селена на некоторые фотосинтетические параметры пшеницы.

3. Определить влияние селена на урожайность пшеницы и ее структуру.

4. Установить действие селена на качественный состав и накопление селена в органах яровой пшеницы.

5. Оценить экономическую эффективность применения селена в агроценозах пшеницы.

Научная новизна работы. Впервые в условиях значительного природного дефицита селена в почвах выявлено:

- положительное влияние предпосевной обработки семян селенитом на рост, формирование ассимиляционной поверхности, продуктивность фотосинтеза, фотосинтетический потенциал яровой пшеницы и обосновано заключение о его физиологической активности в растениях пшеницы;

- существенное воздействие предпосевной обработки семян на продуктивность пшеницы и возможность обогащения зерна селеном путем некорневой обработки растений. Экспериментально обоснована эффективность совместного действия предпосевной обработки семян и некорневой обработки растений пшеницы селенитом.

Получены новые данные о накоплении и распределении элемента в генеративных и вегетативных надземных и подземных органах пшеницы, а

также особенности его поступления при разных способах применения селенита. Впервые определены вынос и коэффициенты усвоения селена урожаем надземной массы пшеницы из селенита в полевых опытах. Основные защищаемые положения.

1. В растениях пшеницы селен проявляет себя как физиологически активный микроэлемент при предпосевной обработке семян оптимальными дозами селенита.

2. Некорневая обработка сформированных растений пшеницы селенитом -способ преодоления корневых барьеров с целью обогащения продукции селеном.

Практическая значимость. Полученные данные по влиянию селена на ростовые процессы, показатели фотосинтетической деятельности и продуктивность углубляют представления о биологической роли этого элемента в растениях. Результаты о повышении урожая пшеницы и его качества под влиянием предпосевной обработки семян и увеличении содержания селена в зерне и вегетативной массе при некорневом опрыскивании растений имеют практическую значимость и могут использоваться в растениеводстве с целью оптимизации селенового статуса человека и животных. Отдельные материалы работы использованы в методической разработке по применению селенового микроудобрения под зерновые, овощные и плодово-ягодные культуры (Шубина и др., 2006).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на методической комиссии и Ученом совете Забайкальского научно-исследовательского института сельского хозяйства СО РАСХН (20032005 гг.), в Министерстве сельского хозяйства Забайкальского края (Чита, 2005); на международных и региональных научных и научно-практических конференциях: «Проблемы образования, науки и воспитания студентов в аграрных учебных заведениях (Чита, 2004, 2005); «Актуальные проблемы

геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005); «Проблемы и перспективы ветеринарии в XXI веке» (Улан - Удэ, 2005).

Личный вклад соискателя. Автор диссертации лично осуществляла организацию и проведение полевых и лабораторных опытов, измерение роста и ассимилирующей поверхности, определение фотосинтетических показателей, химико-аналитические работы, математическую обработку данных, анализ полученных результатов. Формулирование цели, задач, выводов и обсуждение результатов проводилось совместно с научным руководителем.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.б.н. В.К. Кашину, профессору, д.с.-х.н. П.А. Алферовой, к.в.н. В.М. Усольцеву, профессору A.B. Вощенко, к. б. н. JI. А. Мининой, сотрудникам лаборатории НИИ медицинской экологии Читинской государственной медицинской академии за ценные советы, замечания и содействия в выполнении работы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 132 страницах компьютерного набора, состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 31 таблицу, 13 рисунков. Список литературы включает 202 наименований, в том числе 39 зарубежных авторов.

Глава 1. Биогеохимия и биология селена (обзор литературы) 1.1. Биогеохимия селена 1.1.1. Физико-химические свойства селена

Селен - химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева, открыт Я. Берцелиусом в 1817 г. По строению атома он подобен сере. На последнем электронном уровне у него имеется шесть электронов (4б 4р4), до завершения которого не хватает двух электронов, поэтому селен, как и сера, проявляет неметаллические свойства. Однако в отличие от серы у селена имеется дополнительный энергетический уровень, вследствие чего увеличивается его атомный и ионный радиус, снижаются потенциалы ионизации и относительная электроотрицательность (табл. 1).

Таблица 1

Некоторые физико-химические свойства серы и селена (Ершов и др., 2007)

Параметры Сера Селен

Валентные электроны Зр4 4з2 4р4

Радиус атома, нм 102 117

Кристаллический радиус иона, нм 26 42

Потенциал ионизации, кДж/ моль 1000 941

Относительная электроотрицательность 2.6 2.5

В зависимости от состояния электронной оболочки 8е проявляет разные степени окисления: в соединении с водородом - 2, с кислородом и неметаллами + 4 и + 6, в некоторых соединениях + 2 (Ершов и др., 2007).

Соединения селена, подобно соединениям мышьяка, сильно ядовиты. Селеноводород даже при большом разбавлении вызывает головную боль и тошноту. При высоких концентрациях и небольшие количества его сильно раздражают слизистую оболочку. При попадании на кожу соединения селена вызывают болезненные ожоги.

Наиболее устойчивым оксидом селена является 8еОг. Оксид селена (VI)

получается с трудом. Диоксид селена легко соединяется с водой, образуя селенистую кислоту, соли которой называются селенитами. Селенистая кислота и ее соли селениты, например, Ыаг8еОз - окислители средней силы.

Селенистая кислота - слабая двухосновная кислота. Она образует два ряда солей: кислые (гидроселениты) и нейтральные (селениты). Все селениты бесцветны. Водные растворы селенитов вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию. Так, в водных растворах они восстанавливаются до селена такими восстановителями, как 802, Н28, Ш и др.: Н28е02 + 2802+ Н20 = 8е +2Н2804

Селенит-ионы в воде, по-видимому, образуют комплексные гидроксоионы.

Селенистая кислота легко восстанавливается до элементного селена. Такое восстановление вызывается, например, диоксидом серы, но количественно оно обычно идет только в присутствии соляной кислоты.

Иначе происходит образование селенополитионовых кислот, в которых сера частично замещена на селен. Соляная кислота разрушает эти кислоты с осаждением селена. Элементный селен осаждается и другими восстановителями, например, дитионитом натрия (гипосульфитом натрия), солями гидразина и гидроксиламина. С иодоводородом селенистая кислота реагирует по уравнению:

Н28е03 + 4Ш = 8е + 212 + 2Н20

При действии сероводорода выпадет красновато-желтый осадок, состоящий из смеси селена и серы:

Н28е03 + 4Н28 = 8е + 28 + ЗН20

Очевидно, что легкость восстановления селенитов до элементного состояния обусловливает образование в организме биологически активных селеносодержащих соединений, например, селеноцистеина и др. (Ермаков, Ковальский, 1974; Ершов и др., 2007; Орлов и др., 2002; Реми, 1963).

Селеновую кислоту получают при обработке селенистой кислоты сильными окислителями. Ее соли - селенаты проще всего получаются сплавлением селена, селенидов или диоксида селена с селитрой, или обработкой растворенных в воде селенитов хлором: БеОз2" + С\2 + Н20 = БеО/" + 2Н+ + 2СГ Или электролитическим окислением селенитов: БеОз2" + 20Н" - 2е = 8е042" + Н2

С водородом селен образует аналогичный сероводороду очень ядовитый газ селеноводород, который является сильным восстановителем.

Растворимость в воде селено- и сероводорода примерно одинакова. Но сероводород более устойчив. Селеноводород распадается уже при 150°С. В природных условиях селеноводород образуется в результате вулканических извержений, а также при гниении растительных остатков, содержащих селен (Бандман, 1989; Санькова, 2001).

Таким образом, селен обладает такими химическими свойствами, которые позволяют ему принимать активное участие в биологических процессах. Сходство физико-химических свойств селена и серы обуславливает взаимозамещаемость их в соединениях. В частности, селен может замещать серу в активных центрах ферментов.

1.1.2. Содержание селена в горных породах

Согласно геохимической классификации элементов по Гольдшмидту, селен обладает халькофильными и сидерофильными свойствами. Эти свойства определяют сложное поведение его в геохимических процессах. Так, в эпитермальных месторождениях, селен ассоциируется с соединениями золота и серебра, а также с некоторыми другими эпитермальными рудами. В гидротермальных месторождениях, селен отделен от серы, так как сера

л

окисляется легче селена и отделяется в виде иона SO4 " с более высоким значением потенциала; се�