Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-физиологические эффекты предпосевной обработки семян Triticum aestivum природными регуляторами роста

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-физиологические эффекты предпосевной обработки семян Triticum aestivum природными регуляторами роста"

Ерофеева Елена Николаевна

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ТШТЮТМ АЕЭНУиМ ПРИРОДНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ РОСТА

03.02.08 - экология (биологические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Казань-2011

1 /> ДПР 2011

4843861

Работа выполнена на кафедре биологии, химии, технологии хранения и переработки продукции растениеводства агрономического факультета ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Костин Владимир Ильич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Хохлова Людмила Петровна

доктор биологических наук, профессор Ильина Наталья Анатольевна

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится «21» апреля 2011 года в1430часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.081.19 при Казанском (Приволжском) Федеральном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.

Факс: (843) 238-76-01; e-mail: attestat.otdel@ksu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) Федерального университета по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 35.

Автореферат разослан « »_2011 г.

Ученый секретарь J,

диссертационного Совета iO*

кандидат биологических наук, доцент f Р. М. Зелеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Продовольственная безопасность в 21 веке становится одной из наиболее острых экологических проблем. Всё возрастающее количество народонаселения планеты требует увеличения производства продуктов питания, а это, прежде всего, увеличение производства растениеводческой продукции.

В настоящее время обозначилась тенденция экологизации производства продуктов питания, которая потребовала применения альтернативных методов, с минимально возможным уровнем техногенного загрязнения окружающей среды (Яшутин, Дробышев, Хомчеико, 2008). В связи с токсичностью пестицидов, особое значение приобретают регуляторы роста природного происхождения. Наиболее безопасным и одновременно действенным способом борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями является применение универсальных биологических препаратов, обладающих стимулирующими, защитными свойствами и способствующих повышению устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам окружающей среды (Уса-нова, Тисленко, 2009; Иванов, Чернуха, 2010). Многие препараты способны усиливать метаболические процессы, продуцировать экзо- и эндотоксины, ингибирующие поступление тяжелых металлов (ТМ) в систему «почва - растения». Эффективность и экологическая безопасность биологических препаратов способствуют всё более широкому их внедрению при выращивании сельскохозяйственных растений для получения экологически чистой продукции.

В связи с возрастающей антропогенной нагрузкой на окружающую природную среду в настоящее время, имея в виду качество растениеводческой продукции, большое внимание уделяют содержанию в ней тяжелых металлов (Лукаткин, 2007; Фатхутдинова, 2008; Кошкин, 2010). Поступая в организм человека с продуктами питания, ТМ оказывают токсическое, канцерогенное, тератогенное,, мутагенное действие. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами. В связи с этим актуальным является поиск эффективных методов снижения поступления ТМ в растения.

Изложенное послужило основанием для выбора темы и поиска альтернатив в деле повышения урожайности и улучшения качества озимой пшеницы, основной продовольственной культуры. Как одну из них, можно рас-

сматривать предпосевную обработку семян регуляторами роста. Современной наукой отмечается, что применение регуляторов роста оказывает существенное влияние на равномерное появление всходов и энергию прорастания, что впоследствии отражается на общем состоянии посевов, росте и развитии растений в онтогенезе, на урожайность и качественные показатели зерна (Алексеева, Аникеева, 2009; Космынина, 2009; Иванов, Чернуха, 2010).

Исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами Министерства сельского хозяйства РФ (№ государственной регистрации 120.0600.149), а также по обычным программам и являлись составной частью плана научной работы Ульяновской ГСХА.

Цель и задачи. Целью исследований явились разработка и обоснование системы предпосевной обработки семян ТгШсит аеэйуит природными регуляторами роста (гуми, пектин, фитоспорин) для установления эколого-физиологических эффектов.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- изучить влияние предпосевной обработки семян природными регуляторами роста на показатели прорастания и посевные качества семян;

- исследовать роль предпосевной обработки семян в развитии адаптационных реакций растений при действии неблагоприятных факторов среды осенне-зимне-весеннего периода;

- оценить воздействие изучаемых факторов на продукционные процессы и качество продукции ТгШсит аезйуит;

- выявить влияние регуляторов роста на предотвращение аккумуляции тяжелых металлов в растениях ТгШсит аезЙУит;

- дать энергетическую и экономическую оценку применения предпосевной обработки семян ТгШсит аеБПч'ит регуляторами роста. Научная новизна. Впервые в почвенно-климатических условиях

Среднего Поволжья выполнены комплексные исследования по изучению и внедрению природных регуляторов роста в технологии возделывания озимой пшеницы для повышения устойчивости к неблагоприятным факторам среды, продуктивности и получения экологически чистого зерна.

Разработана и обоснована система предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитоспорином. Установлено положительное влияние исследуемых регуляторов роста на адаптацию ТгШсит аеБЙуит к неблагопри-

ятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода, продуктивность и качество получаемой продукции, а также предотвращение загрязнения растений тяжелыми металлами.

Выявлено, что протравливание семян перед посевом пестицидом Рак-сон ингибирует некоторые важнейшие физиолог о-биохимические процессы, а также увеличивает вероятность аккумуляции тяжелых металлов в растениях.

Подтверждена эффективность природных регуляторов роста, показано, что их использование может способствовать снижению доз вносимых минеральных удобрений.

Практическая значимость. Результаты наших исследований, полученные в лабораторных и полевых опытах, показывают, что гуми, пектин и фитоспорин обладают полифункциоиалыюй физиологической активностью, повышают адаптацию растений к неблагоприятным факторам среды, продуктивность ТгШсит аезйуит, препятствуют поступлению тяжелых металлов в растения, способствуют формированию экологически чистого зерна более высокого качества.

Предложенная производству обработка семян озимой пшеницы препаратами гуми и пектином является экологически безопасной, малозатратной, повышает экономический и энергетический эффект.

Полученные данные используются в учебном процессе по курсам физиология и биохимия растений, экология на агрономическом и биотехиоло-гическом факультетах, а также представляют интерес для специалистов сельского хозяйства.

Основные положения, выносимые на защиту.

- в результате предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитое-порином интенсифицируются метаболические процессы при прорастании семян ТгШсит аеБЙуиш;

- предпосевная обработка семян природными регуляторами роста способствует формированию адаптивных реакций, оптимизации формирования листовой поверхности, накоплению биомассы растениями ТгШсит аеБ^уит, улучшению биохимических показателей качества зерна;

- регуляторы роста снижают поступление тяжелых металлов в растения ТгШсит аез^ушп;

- при применении регуляторов роста повышается энергетическая и экономическая эффективность возделывания озимой пшеницы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции посвященной памяти профессора А.Ф. Блиннохватова «Образование, наука, практика: инновационный аспект» (Пенза, 2008), на Международной научно-практической конференции посвященной 65-летию образования Волгоградской сельскохозяйственной академии (Волгоград, 2009), Международной научно-практической конференции «Инновации сегодня: образование, наука, производство» (Ульяновск, 2009), III Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз - Россия 2010» (Н.Новгород, 2010), Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2010), 3-й Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2010), II международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященный 50-летию РУДН «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010), Всероссийской школе молодых учёных и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (Ульяновск, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 122 страницах компьютерного текста, содержит 21 таблицу, 21 рисунок и 10 приложений. Список литературы включает 256 источников, в том числе 75 - зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты, методы и условия проведения опытов

Объектом изучения являлась озимая пшеница сорта Jlapc. В качестве регуляторов роста изучали следующие препараты: гиббереллин, гуми, пектин, фитоспорин, также использовали протравитель семян Раксон.

Гиббереллин - фитогормон. под его влиянием активируется деление клеток, способен снимать репрессию генов кодирующих репрессор. блокирующий активацию роста стебля. Обработка гиббереллином выводит семена и клубни некоторых растений из состояния покоя.

Гуми - универсальный препарат для стимуляции роста и развития, повышения устойчивости к болезням, вредителям, химическим пестицидным отравлениям, заморозкам, засухе и другим стрессам растений. Действующее вещество гуми - биоактивированные по молекулярному весу БМВ - соли гу-миновых кислот природного происхождения и важнейшие микроэлементы адаптогенной природы.

Пектин (0,05 % концентрации) выделенный из Amaranthus cruentus. По химической природе пектин представляет собой высокомолекулярный полисахарид, а для исследований был взят пектин с молекулярной массой 14002000 у.е. который растворим в воде и образует эмульсию в состав которой входит Д-галактуроновая кислота и нейтральные моносахариды - галактоза, ксилоза, арабиноза.

Фитоспорин-М - промышленный бактериальный препарат нового поколения, биофунгицид с широким спектром и длительным действием. Основа фитоспорина - это живая споровая бактериальная культура Bacillus subtilis 26Д, которая внутри растения (эндофит) подавляет своими продуктами жизнедеятельности размножение многих грибных и бактериальных болезней, обладает свойством повышения иммунитета и стимуляции роста у растений, что важно для повышения их продуктивности и уменьшения повторных заражений.

Раксон - системный фунгицид для предпосевной обработки семян зерновых и технических культур. Действующее вещество - тебуконазол. Обладая системным действием, раксон проникает в семя, обеззараживает его от инфекции.

Повторность опытов четырехкратная, учетная площадь делянки 15 м2. Фактор А - минеральные удобрения: ¡.Контроль (неудобренный фон). 2. N100 Р70 К70 (основное внесение N40 Р50 К70, при посеве Р2о- ранневесенняя подкормка N60). Фактор В - регуляторы роста 1. Гиббереллин (0,001%); 2. Гуми (4 %); 3. Пектин (0,05 %); 4. Фитоспорин (4 %); 5. Протравитель (0,01 %).

Обработку семян проводили перед посевом из расчета 2 литра раствора на I центнер семян. Агротехника выращивания озимой пшеницы в опыте соответствовала рекомендациям для Ульяновской области.

Полевые опыты проводили в 2007-2010 гг. на опытном поле Ульяновской ГСХА. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощ-ный среднесуглинистый. Содержание гумуса от 4.3 до 4,8%. Реакция среды в пахотном слое почвы слабокислая - рНсол - 5,8-6,5, содержание подвижного фосфора повышенное - 105-150 мг/кг, обменного калия - высокое 137-200 мг/кг. Степень насыщенности основаниями составляет 96,4-97,9%, сумма поглощенных оснований 25,5-27,8 мг.-экв./100 г почвы.

В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы:

Определение энергии прорастания и всхожести - ГОСТ 12038-84, ГОСТ 12041-82. Степень набухаемости - по У. Руге в изложении O.A. Вальтера и др., (1959). Накопление биомассы - путем взвешивания растительных проб по фазам развития растений (по Третьякову (1990). Определение ассимиляционной поверхности листьев - по H.H. Третьякову (1990). Определение густоты стояния и сохранности растений после перезимовки производили путем подсчета числа растений на трех учетных площадках делянки общей площадью 1 м2. Тяжелые металлы в зерне и почве - методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Содержание редуцирующих Сахаров в растениях - по Бертрану (Плешков, 1985). Количество клейковины - по ГОСТу 13586.1-68, качество клейковины - на приборе ИДК-1. Суммарный белок, аминокислотный состав - кислотным и щелочным гидролизом, далее -на амииоанализаторе LKB-4101. Содержание крахмала колориметрическим методом в изложении Б.П. Плешкова (1985). Учет урожая проводили методом сплошного обмолота зерна с каждой делянки комбайном «Сампо». Кли-мограммы рассчитывались по методу Н. Walter (1955). Оценка энергетической эффективности проводилась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции по Е.И. Базарову, Е.В. Глинки (1983). Экономическую оценку рассчитывали на основе технологических карт по системе натуральных и стоимостных экономических показателей с использованием нормативов иг расценок, принятых для производственных условий учхоза Ульяновской ГСХА. Данные результатов исследований подвергались математической обработке методами дисперсионного и корреляционно-

регрессионного анализов (Доспехов, 1985) на ПЭВМ с использованием программы Excel 2003 и 2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние предпосевной обработки семян регуляторами роста на начальные этапы онтогенеза ТпОсит ае$и\ит

Прорастание семени - это возобновление развития зародыша, связанного с репликацией генома, а также возобновление роста зародыша путем деления, увеличения размеров клеток и дифферепцировки, сопровождающиеся резким повышением интенсивности обмена, которое происходит тогда, когда семя попадает в теплую, влажную и аэробную среду. Воздействие в это время на семя различного рода факторами может усиливать процессы прорастания.

Обработка семян регуляторами роста положительно влияет на набу-хаемость семян озимой пшеницы. Наиболее резко возрастает степень набухания семян во временном интервале 6-12 часов, и составляет в среднем 47%. Через четыре часа после намачивания, степень набухаемости под влиянием пектина превышает контроль на 3,3 %. Применение протравителя на всех этапах после замачивания снижает поступление воды в развивающееся семя, наиболее сильно этот процесс проявляется через 6 часов и составляет 1,3 % по сравнению с контролем.

Исследуемые регуляторы роста повышают энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян, обработка протравителем, напротив, несколько снижает эти показатели. Наибольший эффект при этом наблюдается.на варианте с применением пектина, по сравнению с контролем энергия прорастания увеличивается на 4,62 %. что практически сравнимо с действием гибберел-лина. Лучший результат лабораторной всхожести (99%) наблюдается на варианте гуми.

Сила роста увеличивается при обработке пектином по сравнению с контрольным вариантом на 10,8%, гуми - на 9,4%. Учитывая морфофизиоло-гическую оценку проростков, наибольший эффект наблюдается на варианте с применением пектина, длина проростков здесь в среднем составляет 10,00 см, число зародышевых корешков - 3,9 шт., что выше контроля на 34,9% и

9

37,9% соответственно.

Полевая всхожесть на опытных вариантах в среднем по годам исследований превышает контроль на 5,08% на неудобренном фоне и на 4,65% на вариантах с внесением минеральных удобрений. Так же как и в лабораторных условиях, протравитель оказывает несколько угнетающее действие на полевую всхожесть, в среднем по годам она снижается на 0,09 - 0,94%.

Адаптация ТгШсит аевйуит к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода при действии регуляторов роста

В природе не существует постоянных условий. Смена сезонов года, перепады температур, освещенности и влажности - все это создает нестабильную среду, в которой живут растительные организмы. Устойчивость растений к перезимовке обуславливается успешным закаливанием растений в осенний период (Туманов 1940, 1960). Оценку адаптации растений к неблагоприятным условиям осенне-зимне-весеннего периода мы проводили по способности их накапливать криозащитные осмолиты, такие как - редуцирующие сахара, свободные аминокислоты, пролин. Применение регуляторов роста способствует усилению накопления криопротекторов.

По мере снижения температуры в осенний период по годам исследований наблюдается увеличение в растениях количества редуцирующих Сахаров (рис. 1.).

Протрзвптель+Г^РК .....

фшоспорш+ МРК

Г)*МН — КРК ; *

Пскп 1Н '" '

Гпббереллнн* ИРК.

К ОНТр ОЛЬ + МРК

ГТр ОТрав! ггел ь дакая« ®ваавЩяяшюбШ Фитоспорлн

ПеКТКН

Гпббереплш «ШЖЗШдвШ^ШШ^

К ОНТрОЛЬ

0,00 5,00 10,00 15,00 20.00 Содержа йкр редуцирующих сахпров. % от сухого вещества

Рисунок 1. Содержание редуцирующих Сахаров в растениях ТгШсит аез1пуит в зависимости от исследуемых факторов в период закаливания (среднее за 2007-2009 гг.)

2 фаза «1 фача

D первую фазу закалки происходит увеличение содержания углеводов - с 13,20 до 17,73%, во вторую фазу - с 14,57 до 20,40%. Наиболее эффективными регуляторами роста, являются гуми и пекттг, они вызывают положительные сдвиги в метаболизме растительного организма, что в итоге приводит к увеличению экологической пластичности Triticum aeslivum. В первую фазу закалки, без внесения минеральных удобрений, на этих вариантах повышается содержание углеводов на 2,54 и 2,26%, с внесением удобрений - на 3,09 и 2,00%, во вторую фазу закалки - без внесения удобрений, гуми и пектин повышают содержание углеводов на 3,25 и 2,56%, с внесением удобрений - на 3,52 и 2,81%.

К криопротекторам относятся также аминокислоты, пролин. Вл.В. Кузнецов (2001) отмечает, что аминокислоты оказывают протекторный, осморе-гуляторный и антиоксидантный эффекты. Пролин является основной органической молекулой, накапливающейся при различных стрессах (Naidu, Paleg, Aspinall, Jennings, Jones, 1991; Demirai, Turkan, 2005; Джавадиан, Каримзаде, Мафузи, Ганати, 2010). Он защищает ферменты от денатурации, взаимодействует с мембранными системами, регулирует pH цитозоля, поддерживает скорость реакции НАД/НАД+ в качестве источника энергии и помогает растению обезвреживать АФ1-С (Konstantinova, Parvanova, Atanassor, Djilianov, 2002). В наших исследованиях в первую фазу закалки происходит увеличение содержания свободных аминокислот с 10,58 до 13,72%, лролина с 0,038 до 0,089%; во вторую фазу закалки - свободных аминокислот с 10,93 до 14,79, пролина с 0,046 до 0,102%. Наибольшее содержание свободных аминокислот и пролина отмечено на вариантах гуми и пектин.

Наибольшее влияние при действии стрессового фактора оказывают цистин и другие соединения, содержащие сульфгидрильные группы. Накопление цистина оказывает стимулирующее действие на протеолитические ферменты (Molhes, 1933). По нашим данным содержание серосодержащих аминокислот увеличивается по фазам закаливания. Так. в среднем за годы исследований, содержание в сумме цистина и метионина при действии регуляторов роста увеличивается ко второй фазе закаливания на 0,08% (Рис. 2).

Более интенсивное накопление в 2007 - 2008 гг. криопротекторов растениями озимой пшеницы под воздействием исследуемых регуляторов роста, способствовало увеличению числа сохранившихся после перезимовки растений на 6,9 - 9.9%.

Протравитель + НРк Ф1Ггоспор1И+ №К Гумн+ЫРК Пектин + ЫРК Гибберелднн1 КРК Контроль + ОТК Протравшель Фитоспорин Г> г.П1 Пекли Гнбберешшн Контроль

0,00 0.20 0,40 0,60 0,80 1,00 Суммарноесодержание цисгннл имегнонниа, % от сухого вещества

Рисунок 2. Суммарное содержание цистина и метионина в растениях ТгШсит аеэиуит в зависимости от исследуемых факторов в период закаливания (среднее за 2007 - 2009 гг.)

Экстремальные условия осени 2009 года, характеризующиеся осенней засухой, затянутой осенней вегетацией, долгим отсутствием снежного покрова и низкими температурами до -20°С в этот период, привели к низкому содержанию криозащитных соединений в растениях, практически отсутствию второй фазы закалки и, как следствие, всё это способствовало полной гибели ТгШсит аеяйуит. Следует отметить, что на делянках, с применением исследуемых факторов, мы наблюдали единичные выжившие растения ТгШсит аезНуит.

Анализ линейной множественной корреляции показывает различную зависимость выживаемости растений ТгШсит аевйуит от содержания сахара, свободных аминокислот и серосодержащих аминокислот - метионина и цистина:

Первая фаза закаливания:

1. 2007-2008 - У = 25,78+2,76Х,+0,39Х2+10,81Х3; (Я =0,93; О = 85,83);

2. 2008-2009 -У = 21,61+1,87Х,+1,06Х2+11,64Х3; (Я -0,93; О = 87,15);

Вторая фаза закаливания:

1. 2007-2008 - У = 28.61+1,99Х,+1,19Х2+2,14Х3; (Я = 0,91; О = 82,39):

2. 2008-2009 - У = 31,59+0,86Х,+0,44Х,+27,69Х3; (11= 0,96; 0= 91,91);

где У - сохранность растений после перезимовки, %; X, - содержание редуцирующих Сахаров. %; Х2 - содержание свободных аминокислот, %;

Ш 2 фгг?а » I фаза

Х3 -- содержание серосодержащих аминокислот - мстионина и цистина, %;

Анализ полученных данных по годам исследований показывает различные результаты. Так, в более благоприятный период 2007 - 2008 гг., на / процесс выживаемости растений 'ГгШсит аеБ^ит в первую фазу закалки наибольшее влияние оказали редуцирующие сахара - 55,71%. В 2008 - 2009 году погодные условия были менее благоприятны и наблюдается возрастание влияния на выживаемость растений Тгшсит аеБ^уит серосодержащих аминокислот, их влияние составило 44,04%, тогда как содержание редуцирующих Сахаров повлияло на выживаемость на 37,2%.

Подводя итог, можно сделать вывод, что исследуемые факторы повышают терморезистентность и адаптационные свойства ТгШсит аезйуит, но не способны повышать экологическую пластичность при действии экстремальных неблагоприятных факторов среды.

Оптимизация продукционного процесса обработанных регуляторами роста растений ТгШсит аеэйуит

Ведущая роль в получении высоких урожаев принадлежит продуктивности фотосинтеза. Поэтому продуктивность растений, прежде всего, определяется размерами листьев, их числом и интенсивностью работы фотосинтетического аппарата (Ничилорович, 1956, 1963.1972; Устенко, 1963).

В среднем за годы исследований регуляторы роста оказывают положительное влияние па формирование ассимиляционного аппарата в течение всего онтогенеза. Максимальная площадь листьев формируется при использовании гуми и пектина. Без внесения минеральных удобрений в фазу колошения она составляет 27,1 (пектин) и 28,4 (гуми) тыс.м2/га, на фоне внесения минеральных удобрений 33,2 (пектин) и 34,3 (гуми) тыс.м2/га.

Одним из показателей продуктивности растений является накопление сухой массы растительным организмом, что является результатом генерирования энергии солнца в процессе фотосинтеза. Под влиянием используемых регуляторов роста прослеживается закономерность усиления накопления биомассы растений. Наиболее интенсивное накопление сухой массы наблюдается с фазы выхода в трубку, по всем фазам более интенсивный прирост отмечается на вариантах гуми и пектин, где составляет: в фазу кушение - 2,6 г на обоих вариантах, выход в трубку - 4,9 - 5,0 г, колошение - 38,1 и 37,7 г,

13

молочная спелость - 58.] и 57,5 г без удобрений; с внесением удобрений - в фазу кущение -2,9 г на обоих вариантах, выход в трубку - 7,1 и 6,9 г, колошение - 53,7 и 50,9 г, молочная спелость -82,8 и 79,6 г. Применение протравителя не оказывает положительного влияния на прирост биомассы, значения данного показателя находятся на одном уровне с контрольным вариантом.

Основным показателем фотосинтетической деятельности растений является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧИФ). Максимальные показатели ЧИФ приходятся на период выход в трубку - колошение (рис. 3,4).

кущение-выход в выход в тру оку-тр у оку кол о ш ен! *е

колошение-молочная спелость

- контр оль

- гуми

птббср елл пи фмто спорил

I-пектин

протравитель

Рис. 3. Чистая продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы на неудобренном фоне (среднее за годы исследований)

кущение-выход в тру оку

выход в тру оку-колошение

колошею 1е-мол очная

спелость

— - контр оль

гибберешшн

фптоспорин

- пектин

- гд) отравитель

Рис, 4. Чистая продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы на удобренном фоне (среднее за годы исследований)

В среднем за годы исследований при применении регуляторов роста происходит увеличение ЧПФ. Так, по сравнению с контрольным вариантом, чистая продуктивность фотосинтеза на вариантах гуми и пектин без внесения удобрений в период кущение-трубкование возрастает на 17%, выход в трубку-колошение - 39%, колошение - молочная спелость - 9%. Аналогичная закономерность прослеживается и при совместном использовании регуляторов роста и удобрений. Протравитель не способствует увеличению нетто ассимиляции.

Предпосевная обработка семян регуляторами роста обеспечивает повышение продуктивности ТгШсит аеБ^Ушп. В среднем за годы исследований урожайность на опытных вариантах без внесения удобрений увеличивается на 0,12 - 0,41 т/га, и на 0,11 - 0,60 т/га на вариантах с их использованием. Наибольшую прибавку 27,07% обеспечивает применение гуми совместно с внесением минеральных удобрений. Протравитель, напротив, снижает урожайность на 3,62 - 6,77%.

В настоящее время качеству зерна пшеницы уделяют большое внимание. В наших исследованиях при воздействии регуляторов роста и минеральных удобрений улучшается качество зерна 'ГгШсит аезНуит.

Регуляторы роста способствуют более интенсивному биосинтезу и накоплению белка в зерне. Так, по сравнению с контролем, на вариантах с регуляторами роста увеличивается содержания белка до 12,68% на варианте гуми и с совместным внесением удобрений, до 13,42% на варианте пектин, а под влиянием протравителя снижается на 0,13%.

Отмечается также изменение соотношения фракций в суммарном белке. Происходит увеличение доли содержания клейковиновых фракций -проламинов и глютелинов, гуми совместно с внесением удобрений увеличивает их содержание на 1,15 мг/г и 6,55 мг/г соответственно.

Биологическую ценность белка характеризует количественное содержание и качественный состав незаменимых аминокислот. Регуляторы роста увеличивают содержание незаменимых аминокислот. Наибольшее значение отмечено на варианте пектин с внесением удобрений, где составляет 36,9 мг/г, что на 2,9% выше контроля. Расчет аминокислотного скора (табл. 1), показывает, что природные регуляторы роста повышают содержание незаменимых аминокислот, а лимитирующей аминокислотой является лизин.

Предпосевная обработка семян регуляторами роста способствует увеличению массовой доли клейковины в зерне до 24,9 %. Улучшается и индекс деформации клейковины: на вариантах, с использованием регуляторов роста и внесением минеральных удобрений он лучше по сравнению с контролем, группа качества клейковины - первая. Содержание крахмала в среднем за г оды исследований повышается до 53,6% без внесения удобрений, на удобренном фоне до 55,8% относительно контроля.

Таблица I - Аминокислотный скор, % (среднее за годы исследований)

Вариант Лизин Метио- | НИН+ цистнн Триптофан 1 i Лейцин I 1 ■ Изолейцин Треонин £ Е П ГС СО «3 о 5 1 © X

¡я Контроль 5,64 6,31 11,70 12,14 9,75 8,75 10,30 15,83

X Гиббереллин 5,85 6,66 12,30 12,46 10,06^ 9,05 10,53 16,23

а. ю Пектин 6,27 ^ 7,26 14,00 13.00 10,63 9,50 11.10 17,08

о ч Гуми 6,27 7,36 14,25 12,93 9,41 11,05 Г1М61

п о ш Фитоспорин 5,92 6,81 12.70 12,50 10,15 9,03 10,70 16,47

Протравитель 5,55 6,14 11,50 12,00 9,50 8,63 10,10 16,17

X Контроль 5,91 6,86 43,00 12,57 10,13 9,00 10,70 16,42

к 5 Гиббереллин 6,45 7,80 15.25 13,25 10,90 9,79 11.40 17,53

I и Пектин 6,55 7,93 15,50 13,36 11.00 10,00 11,60 17,75

О, «О Гуми 6,45 7,86 15.50 13,29 10,63 9,88 11,50 17,58

ч Фитоспорин 6,39 7,74 15.05 13,21 10,75 9,75 11,33 17.38

и Протравитель 5,91 6,57 12,50 12,57 10,13 9,00 10,70 16,42_,

Таким образом, предпосевная обработка семян ТгШсигп аезЦуит регуляторами роста, в отличие от применения протравителя, активизирует ростовые процессы, что в конечном итоге приводит к повышению продуктивности и улучшению качества зерна.

Детоксикация тяжелых металлов в растениях ТгШсит аевИуит при действии регуляторов роста

Избыточное влияние тяжелых металлов на живые организмы, как одного из многих загрязнителей, вызывает анатомические и морфологические изменения, нарушения физиологических и биохимических процессов. Именно проблемы загрязнения окружающей среды вызвали усиленный интерес к

изучению тяжелых металлов как стрессового фактора, выявлению механизмов защиты организмов от их токсического действия.

В вегетационном опыте нами установлено, что при выращивании озимой пшеницы на песчаной культуре с введенными растворами солей ТМ при предпосевной обработке семян регуляторами роста мобилизуются защитные реакции растительного организма к воздействию данного стрессора. Па вариантах с исследуемыми регуляторами роста происходит увеличение сухой массы (до 1,65 г на варианте фитослорин), снижение содержания ТМ (РЬ до 62,5 %, Сг до 87,5 %, Сс1 до 63,2 %, до 67,6 % по сравнению с введением ТМ) и увеличивается содержание белка в растениях (до 17,53% на варианте пектин). Отмечается закономерность увеличения аккумуляции тяжелых металлов на вариантах с протравителем и ТМ. Причем, при совместном использовании протравителя и исследуемых регуляторов роста снижается аккумуляция тяжелых металлов в растениях. Так на вариантах пектин+протравитель и гуми+протравитель в среднем снижается поступление свинца - на 20%. хрома - на 12%, кадмия - на 12% и ртути на 27%. Аналогичная картина возникает и при внесении тяжелых металлов - регуляторы роста гуми и пектин способствуют снижению поступления ТМ в растения.

Следует отметить, что самым результативным по негативному влиянию на растения оказался вариант с совместным использованием протравителя и тяжелых металлов, здесь отмечается не только самое высокое содержание ТМ (РЬ 0,49 мг/кг, Сг 0,168 мг/кг, Сс1 0,234 мг/кг, ^ 0,0038 мг/кг) в растениях ТгШсшп аег^ушп, но и самые низкие показатели накопления белка (15,33%) и минимальная сухая масса растений (1,26 г).

Биологическая опасность тяжелых металлов основана на кумулятивном действии в трофических цепях. Поэтому важно сведение к минимуму поступления ТМ в сельскохозяйственную продукцию.

Содержание тяжелых металлов в зерне не превышает предельно допустимые концентрации, однако наблюдается закономерность к снижению содержания их под действием регуляторов роста (7,п на 12,8 - 27,5%, Си на 25,0 - 28,9%, РЬ на 51,1 - 63,0%, СсЗ на 46,6 - 77,1%) и увеличению при применении протравителя, где более интенсивное их накопление. Содержание кадмия увеличивается по сравнению с контрольным вариантом при внесении удобрений с 0,0450 до 0,0965 мг/кг, что близко к предельно допустимой концентрации. Регуляторы роста гуми и пектин без внесения удобрений дают воз! 7

можность снизить поступление кадмия в зерно по сравнению с контролем на 33.3 и 53,3% соответственно. Аналогичная картина наблюдаются и по другим элементам. В зерне озимой пшеницы под влиянием регуляторов роста происходит ингибирование процесса аккумуляции тяжелых металлов.

Интенсивность накопления тяжелых металлов растениями можно оценить используя коэффициенты биологического поглощения (КБП) (табл. 2).

Таблица 2 - Коэффициенты биологического поглощения тяжелых ме-

таллов растениями озимой пшеницы (среднее за годы исследований)

Вариант Цинк Медь Свинец Кадмий Никель ! Хром

Без удобрений Контроль 0,3856 0,2192 0,0042 0,0300 0,0017 0,0012

Гиббереллин 0,3649 0,2094 0,0039 0,0277 0,0016 0,0011

Гуми 0,3363 0,1700 0,0028 0,0140 0,0013 0,0008

Пектин 0,3452 0,1773 0,0031 0,0200 0,0013 0,0009

Фитоспорин 0,3728 0,1946 0,0035 0,0260 0,0015 0,0010

Протравитель 0,4014 0,2291 0,0044 0,0353 0,0019 0,0014

С удобрениями Контроль 0,4379 0,2833 0,0074 0,0510 0,0023 0,0019

Гиббереллии 0,3984 0,2611 0,0060 0,0433 0,0021 0,0017

Гуми 0,3432 0,2315 0,0045 0,0393 0,0019 0,0014

Пектин 0,3600 0,2266 0,0048 0,0393 0,0019 0,0015

Фитоспорин 0,3925 0,2438 0,0057 0,0440 0,0021 0,0016

Протравитель 0Д5ГГ1 0,3030 0,0083 0,0643 0,0029 0,0026

Уменьшение КБП под действием обработки семян регуляторами роста имеет чрезвычайно важное значение, как фактор, ограничивающий поступление тяжелых металлов в растительный организм.

Энергетическая и экономическая эффективность применения регуляторов роста в агрофитоценозах Тгйкит ае$иуит

Применение регуляторов роста способствовало увеличению количества энергии, накопленной в продукции, на неудобренном фоне в 1,09-1,31 раза по отношению к контролю, на фоне минеральных удобрений в 1,02-1,27 раза и снижению её при применении протравителя в среднем в 1,02 раза. Наибольший коэффициент энергетической эффективности в варианте гуми и пектин, где составляет на фоне естественного плодородия 1.84-1,74, на удоб-

репном фоне 1,65-1,78, что является наиболее энергетически выгодным приемом.

Расчет экономической эффективности показывает, что применение предпосевной обработки семян озимой пшеницы регуляторами роста экономически выгодно. Данный прием способствует повышению уровня рентабельности без применения удобрений на 9,8-34,3%, с внесением минеральных удобрений на 4,5-25,6%. Наиболее рентабельной является обработка семян гуми и пектином, на обоих фонах выращивания.

Выводы

1. Предпосевная обработка семян "Гласит аез^уит природными регуляторами роста - гуми, пектином, фитоспорином повышает полевую всхожесть семян (на 5%) и усиливает ростовые процессы на начальных этапах онтогенеза.

2. Применение гуми и пектина обеспечивает более интенсивный синтез криозащитных соединений в период закаливания и увеличивает выживаемость растений (на 10%), что свидетельствует о лучшей адаптации растений к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода.

3. Обработка семян гуми и пектином повышает урожайность растений (изменяются показатели площади ассимиляционной поверхности, чистой продуктивности фотосинтеза). Наибольшая прибавка урожая - 27% отмечена для растений варианта гуми с внесением минеральных удобрений.

4. Изучаемые регуляторы роста способствуют улучшению качества получаемой продукции: в среднем увеличивается содержание белка в зерне на 0,6%, массовой доли клейковины на 3,3%; незаменимых аминокислот на 3,3%, проламиновой фракции белка на 7,3%; улучшается группа качества клейковины.

5. Выявлено, что регуляторы роста являются фактором, ограничивающим аккумуляцию тяжелых металлов в растениях. Под воздействием гуми и пектина происходит снижение содержания тяжелых металлов (¿п, Си, РЬ, Сс1, Сг) в зерне озимой пшеницы в пределах 20 - 50%). Уменьшаются коэффициенты биологического поглощения тяжелых мет&члов растениями.

6. Протравливание семян перед посевом пестицидом Раксон не оказывает положительного влияния на растения, а по некоторым показателям наблюдается ингибирующие его действие на важнейшие физиолого-биохимические процессы, увеличивается вероятность накопления TM' в растениях.

7. Показано, что предпосевная обработка семян гуми и пектином по сравнению с протравливанием Раксоном является энергетически и экономически более выгодной (коэффициент энергетической эффективности - 1,65 -1,84), а также может быть использована в качестве приёма, способствующего снижению доз вносимых минеральных удобрений.

Предложения производству

1. С целью повышения адаптационных свойств, продуктивности и улучшения качества продукции, снижения поступления поллютантов в растения Triticum aestivum рекомендуется обрабатывать семена озимой пшеницы перед посевом препаратами гуми с концентрацией 4% и пектином - 0,05% из расчета 1 - 1,5 л рабочего раствора на 1 ц семян;

2. Для снятия пестицидной нагрузки совмещать обработку протравителем и препаратами гуми или пектин из расчета 1:1, либо исключить процедуру протравливания.

Статьи в изданиях, включенных в «Перечень научных изданий и журналов, рекомендуемых ВАК РФ»:

1. Костин В.И. Адаптация популяции озимой пшеницы к абиотическим факторам среды в осенне-зимне-весенний период под действием природных регуляторов роста / В.И. Костин, E.H. Ерофеева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 6 (68), 2010. -С. 9- 13.

2. Костин В.И. Экологическая эффективность применения регуляторов роста в популяции озимой пшеницы / В.И. Костин, E.H. Ерофеева // Вестник Казанского государственного аграрного университета № 2 (16), 2010.-С. 127 - 130.

Другие публикации:

3. Костин В.И. Перспективы использования регуляторов роста в технологии возделывания озимой пшеницы / В.И. Костин, E.H. Ерофеева // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Пенза -2008.-С. 130- 132.

4. Ерофеева E.H. Качество зерна в агрофитоценозе озимой пшеницы в зависимости от применения природных росторегуляторов / E.H. Ерофеева // Материалы международной научно-практической конференции «Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях», Волгоград - 2009. - С. 28 - 31.

5. Ерофеева E.H. Влияние предпосевной обработки семян регуляторами роста на показатели их прорастания / E.H. Ерофеева // Материалы международной научно-практической конференции «Инновации сегодня: образование, наука, производство», Ульяновск - 2009. - С. 51 - 53.

6. Ерофеева E.H. Повышение экологической пластичности популяции озимой пшеницы под действием регуляторов роста / E.H. Ерофеева, В.И. Костин // Сборник тезисов III Всероссийского с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз - Россия 2010». - Н.Новгород, 2010. С. - 14 - 15.

7. Ерофеева E.H. Снижение трансформации ТМ в зерно озимой пшеницы под действием регуляторов роста / E.H. Ерофеева, H.A. Кармайкина // Инновационные процессы в АПК: сборник статей II международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященный 50-летию РУДН / под ред. В.Г. Плющикова. - М.:РУДН, 2010. - С. 374-377.

8. Костин В.И. Содержание белка в зерне озимой пшеницы в зависимости от применения регуляторов роста / В.И. Костин, E.H. Ерофеева // Научное обеспечение агропромышленного производства (материалы международной научно-практической конференции, 20-22 января 2010 г., г. Курск, ч.З). - Курск: Издательство Курской гос. с.-х. ак., 2010. - С. 179-181.

9. Ерофеева E.H. Экологические основы применения регуляторов роста в АПК / E.H. Ерофеева, В.И. Костин // Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии: Материалы 3-й Междуна-

родной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - С. 51 - 54.

Ю.Ерофеева E.H. Зимостойкость озимой пшеницы при применении природных регуляторов роста/E.H. Ерофеева// Материалы Всероссийской школы молодых учёных и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства». Ульяновск. -20)0. - С. 84 - 87.

Подписано в печать ОТ. 03. Ион Формат 60x84 1/1б Бумага офсетная Гарнитура Тайме Печать офсетная, Усл.печ.л. /,£> Тираж экз. Юо Заказал?

Адрес издателя:

432980 г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ерофеева, Елена Николаевна

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ФИТОГОРМОНЫ В ОНТОГЕНЕЗЕ РАСТЕНИЙ. РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ИХ ДЕЙСТВИЕ НА ФИТОСИСТЕМЫ.

1.1. Эндогенные фитогормоны и их роль в жизнедеятельности растений.

1.2. Регуляторы роста биологического происхождения и их применение в АПК.

1.3. Фиторегуляторы, как фактор повышения продуктивности агрофитоценозов и снижения поступления поллютантов в растительную продукцию.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

2.1. Объект исследований.

2)2. Характеристика пепаратов.

2.3. Метеорологические условия.

2.4. Агрохимическая-характеристика почвы.

2.5. Методы исследований.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН РЕГУЛЯТОРАМИ РОСТА НА НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ ОНТОГЕНЕЗА ТЯІТІСиМ АЕ8Т1УЦМ.

3.1. Интенсивность набухания семян в зависимости от воздействия стимулирующих факторов.

3.2. Показатели прорастания семян.

ГЛАВА 4. АДАПТАЦИЯ ТМТІСЦМ АЕ8Т1УЦМ К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ ФАКТОРАМ СРЕДЫ ОСЕННЕ-ЗИМНЕВЕСЕННЕГО ПЕРИОДА ПРИ ДЕЙСТВИИ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА.

4.1. Накопление криозащитных соединений при действии регуляторов роста в растениях ТгШсит аезйуит по фазам закаливания.

4.2. Выживаемость растений ТгШсит аезйуит после перезимовки.

ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТАННЫХ РЕГУЛЯТОРАМИ РОСТА РАСТЕНИЙ ТШТГСЦМ АЕБТтЖ.

5.1. Протекторное действие регуляторов роста на фотосинтетическую деятельность ТгШсит аеэйуит.

5.2. Урожайность ТгШсит аеБЙУит под действием исследуемых регуляторов роста.

5.3. Биохимические показатели качества зерна ТгШсиш аеБЙУит.

ГЛАВА 6. ДЕТОКСИКАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ ТЫШСЦМ АЕ8Т1УЦМ ПРИ ДЕЙСТВИИ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА.

6.1. Снижение аккумуляции тяжелых металлов в растениях ТгШсит аеБЙуит под действием регуляторов роста.

6.2. Содержание тяжелых металлов в зерне ТгШсит аеБ^уит.

ГЛАВА 7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА В АГРОФИТОЦЕНОЗАХ ТЫШСЦМ АЕ8Т1УЦМ.

7.1. Энергетическая эффективность применения регуляторов роста в агрофитоценозах озимой пшеницы.

7.2. Экономическая эффективность применения регуляторов роста в агрофитоценозах озимой пшеницы.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эколого-физиологические эффекты предпосевной обработки семян Triticum aestivum природными регуляторами роста"

Актуальность темы. Продовольственная безопасность в 21 веке становится одной из наиболее острых экологических проблем. Всё возрастающее количество народонаселения планеты требует увеличения производства продуктов питания, а это, прежде всего, увеличение производства растениеводческой продукции.

В настоящее время обозначилась тенденция экологизации производства продуктов питания, которая потребовала применения альтернативных методов, с минимально' возможным уровнем техногенного загрязнения окружающей среды (Яшутин, Дробышев, Хомченко, 2008). В связи с токсичностью пестицидов, особое значение приобретают регуляторы роста природного происхождения. Наиболее безопасным и одновременно действенным способом борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями является применение универсальных биологических препаратов, обладающих стимулирующими, защитными свойствами и способствующих повышению устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам окружающей среды (Уса-нова, Тисленко, 2009; Иванов, Чернуха, 2010). Многие препараты способны усиливать метаболические процессы, продуцировать экзо- и эндотоксины, ингибирующие поступление тяжелых металлов (ТМ) в систему «почва — растения». Эффективность и экологическая безопасность биологических препаратов способствуют всё более широкому их внедрению при выращивании сельскохозяйственных растений для получения экологически чистой продукции.

В связи с возрастающей антропогенной нагрузкой на окружающую природную среду в настоящее время, имея в виду качество растениеводческой продукции, большое внимание уделяют содержанию в ней тяжелых металлов (Лукаткин, 2007; Фатхутдинова, 2008; Кошкин, 2010). Поступая в организм человека с продуктами питания, ТМ оказывают токсическое, канцерогенное, тератогенное, мутагенное действие. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами. В связи с этим актуальным является поиск эффективных методов снижения поступления ТМ в растения.

Изложенное послужило основанием для выбора темы и поиска альтернатив в деле повышения урожайности и улучшения качества озимой пшеницы, основной продовольственной культуры. Как одну из них, можно рассматривать предпосевную обработку семян регуляторами роста. Современной наукой отмечается, что применение регуляторов роста оказывает существенное влияние на равномерное появление всходов и энергию прорастания, что впоследствии отражается на общем состоянии посевов, росте и развитии растений в онтогенезе, на урожайность и качественные показатели зерна (Алексеева, Аникеева, 2009; Космынина, 2009; Иванов:, Чернуха, 2010).

Исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами Министерства сельского хозяйства РФ (№> государственной регистрации 120.0600.149), а также по обычным программам и являлись составной частью плана научной работы Ульяновской ГСХА.

Цель и задачи. Целью исследований явились разработка и обоснование системы предпосевной обработки семян ТгШсшп аезйушп природными регуляторами, роста- (гуми, пектин, фитоспорин) для установления экологофизиологических эффектов:

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- изучить влияние предпосевной обработки семян природными регуляторами роста на показатели прорастания и посевные качества семян;

- исследовать роль предпосевной обработки семян в развитии адаптационных реакций растений при действии неблагоприятных факторов среды осенне-зимне-весеннего периода;

- оценить воздействие изучаемых факторов на продукционные процессы и качество продукции ТгШсшп аеБЙУшп;

- выявить влияние регуляторов роста на предотвращение аккумуляции тяжелых металлов в растениях ТгШсит аезНуит;

- дать энергетическую и экономическую оценку применения предпосевной обработки семян ТгШсшп аезйуиш регуляторами роста. Научная новизна. Впервые в почвенно-климатических условиях Среднего Поволжья выполнены комплексные исследования по изучению и внедрению природных регуляторов роста в технологии возделывания озимой пшеницы для повышения устойчивости к неблагоприятным факторам среды, продуктивности и получения экологически чистого зерна.

Разработана и обоснована система предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитоспорином. Установлено положительное влияние исследуемых регуляторов роста на адаптацию ТгШсшп аеэйушп к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода, продуктивность и качество получаемой продукции, а также предотвращение загрязнения растений тяжелыми металлами.

Выявлено, что протравливание семян перед посевом пестицидом Рак-сон ингибирует некоторые важнейшие физиолого-биохимические процессы, а также увеличивает вероятность аккумуляции тяжелых металлов в растениях.

Подтверждена эффективность природных регуляторов роста, показано, что их использование может способствовать снижению доз вносимых минеральных удобрений.

Практическая значимость. Результаты наших исследований, полученные в лабораторных и полевых опытах, показывают, что гуми, пектин и фитоспорин обладают полифункциональной физиологической активностью, повышают адаптацию растений к неблагоприятным факторам среды, продуктивность ТгШсшп аезйушп, препятствуют поступлению тяжелых металлов в растения, способствуют формированию экологически чистого зерна более высокого качества.

Предложенная производству обработка семян озимой пшеницы препаратами гуми и пектином является экологически безопасной, малозатратной, повышает экономический и энергетический эффект.

Полученные данные используются в учебном процессе по курсам физиология и биохимия растений, экология на агрономическом и биотехнологическом факультетах, а также представляют интерес для специалистов сельского хозяйства.

Основные положения, выносимые на защиту.

- в результате предпосевной обработки семян пектином, гуми и фитос-порином интенсифицируются метаболические процессы при прорастании семян Тпйсит аезйуит;

- предпосевная обработка семян- природными регуляторами роста способствует формированию адаптивных реакций, оптимизации формирования листовой поверхности, накоплению биомассы растениями ТгШ-сиш аеБйуит, улучшению биохимических показателей качества зерна;

- регуляторы роста снижают поступление тяжелых металлов в растения ТгШсиш аезйушп;

- при применении регуляторов роста повышается энергетическая и экономическая эффективность возделывания озимой пшеницы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, на Международной? научно-практической конференции посвященной памяти профессора А.Ф. Блиннохватова «Образование, наука, практика: инновационный аспект» (Пенза, 2008), на Международной.научно-практической конференции посвященной 65-летию образования Волгоградской сельскохозяйственной академии (Волгоград, 2009), Международной научно-практической конференции «Инновации сегодня: образование, наука, производство» (Ульяновск, 2009), III Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз — Россия 2010» (Н.Новгород, 2010), Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2010), 3-й Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2010), II международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященный 50-летию РУДН «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010), Всероссийской школе молодых учёных и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (Ульяновск, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 122 страницах компьютерного текста, содержит 21 таблицу, 21 рисунок и 10 приложений. Список литературы включает 256 источников, в том числе 75 - зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Ерофеева, Елена Николаевна

Выводы

1. Предпосевная обработка семян ТгШсшп аеБЙуит природными регуляторами роста - гуми, пектином, фитоспорином повышает полевую всхожесть семян (на 5%) и усиливает ростовые процессы на начальных этапах онтогенеза.

2. Применение гуми и пектина обеспечивает более интенсивный синтез криозащитных соединений в период закаливания и увеличивает выживаемость растений (на 10%), что свидетельствует о лучшей адаптации растений к неблагоприятным факторам среды осенне-зимне-весеннего периода.

3. Обработка семян гуми и пектином повышает урожайность растений (изменяются показатели площади ассимиляционной поверхности, чистой продуктивности фотосинтеза). Наибольшая прибавка урожая - 27% отмечена для растений варианта гуми с внесением минеральных удобрений.

4. Изучаемые регуляторы роста, способствуют улучшению качества получаемой продукции: в среднем увеличивается содержание белка в зерне на

0,6%, массовой доли клейковины на 3,3%; незаменимых, аминокислот на 3,3%, проламиновой фракции1 белка на 7,3%; улучшается-группа качества клейковины.

5. Выявлено, что регуляторы роста являются фактором, ограничивающим аккумуляцию тяжелых металлов в растениях. Под воздействием гуми и пектина происходит снижение содержания тяжелых металлов (Ъп, Си, РЬ, Сс1, №, Сг) в зерне озимой пшеницы в пределах 20 — 50%. Уменьшаются коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов растениями.

6. Протравливание семян перед посевом пестицидом Раксон не оказывает положительного влияния на растения, а по некоторым показателям наблюдается ингибирующие его действие на важнейшие физиологобиохимические процессы, увеличивается вероятность накопления ТМ в растениях.

7. Показано, что предпосевная обработка семян гуми и пектином по сравнению с протравливанием Раксоном является энергетически и экономически более выгодной (коэффициент энергетической эффективности - 1,65

1,84), а также может быть использована в качестве приёма, способствующего снижению доз вносимых минеральных удобрений.

1. С целью повышения адаптационных свойств, продуктивности и улучшения качества продукции, снижения поступления поллютантов в растения ТгШсшп аезіїушп рекомендуется обрабатывать семена озимой пшеницы перед посевом препаратами гуми с концентрацией 4% и пектином — 0,05% из расчета 1 - 1,5 л рабочего раствора на 1 ц семян;

2. Для снятия пестицидной нагрузки совмещать обработку протравителем и препаратами гуми или пектин из расчета 1:1, либо исключить процедуру протравливания.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ерофеева, Елена Николаевна, Ульяновск

1. Агроклиматические ресурсы Ульяновской области. - Л.: Гидрометео-издат, 1978. - 280 с.

2. Аймухамедова, Г.Б. Зависимость свойств пектиновых веществ от их метоксильной составляющей / Г.Б. Аймухамедова, З.К. Каракеева, Н.П. Шелухина. Фрунзе: Илим, 1980. — 110 с.

3. Акбердин, И.Р. Математическое моделирование метаболизма ауксина в клетке меристемы побега растения / И.Р. Акбердин, Ф.В.Казанцев, Н.А.Омельянчук, В.А. Лихошвай // Вестник ВОГиС, № 1, 2009. С. 170- 175.

4. Андреев, Н.Н. Влияние пектина и микроэлементов на аминокислотный состав семян гороха. / Н.Н. Андреев // Вестник Ульяновской ГСХА. Серия агрономия. - 2000. - № 1. С. 17-20.

5. Антипова, О.В. Подготовка к прорастанию зародышей пшеницы в связи с поступлением воды / О.В. Антипова, А.Л. Швалева // Доклады РАН. 1999. - т. 369, № 3. С. 400-403.

6. Архипова, Т. Н. Влияние инокуляции цитокинин-продуцирующими микроорганизмами на-рост растений пшеницы при повышении уровня минерального питания / Т. Н. Архипова, Н. Л. Анохина // Физиология растений, № 6, 2009. С. 899-905

7. Архипова, Т.Н. Использование цитокининов, продуцируемых ризо-сферными микроорганизмами.- Автореф.канд.биол.наук.- Уфа, 1999.21 с.

8. Бабенко, В.И. Влияние условий закаливания на процессы обмена у растений озимой пшеницы / В.И. Бабенко. Методы и приемы повышения зимостойкости озимых зерновых культур. Научные труды ВАСХНИЛ. Под ред. В.Н. Ремесло. - М.Колос. - 1975. С. 160-165.

9. Базаров, Е.И. Методика биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства / Е.И. Базаров, Е.В. Глинка,

10. А.А. Мамонтова. М.: ВАСХНИЛ, 1983. - 44 с.

11. Бараев, А. И. Яровая пшеница / А. И. Бараев, Н. М. Бакаев, М. JI. Веденеева и др . — М.: Колос, 1978 . — 250 с.

12. Баталова, Г.А. Применение препарата Агат 25К для обработки семян и посевов ярового рапса / Г.А. Баталова, Будина Е.А. // Доклады РАСХН, 2008, №1. С. 8-9.

13. Безуглова, О.С. Удобрения и стимуляторы роста. / О.С. Безуглова //Ростов-на-Дону: Феникс, 2000.- 320 с.

14. Белецкая, Е.К. Физиологические основы устойчивости озимых культур к избытку влаги / Е.К. Белецкая // Киев: Наукова думка. 1979, 210 с.

15. Белов, Л.П. Возможность использования препарата на основе Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis в растениеводстве / Л.П. Белов, В.А. Шкаликов, Ю.С. Дунаева// ArpoXXI. 2008. - № 4-6. С.59.

16. Бильдиева, Е.А. Агрохимические приемы, повышающие качество зерна озимой пшеницы / Е.А. Бильдиева, И.В. Нешин // Агрохимический вестник, 2008, №3. С. 28-30.

17. Бобырь, Л.Ф. Изменение фотоассимиляции С02 под влиянием гумусовых веществ // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Днепропетровск, 1983 - Т8. С. 97-102.

18. Бочарова, М.А. Влияние картолина на морозостойкость пшеницы / М.А. Бочарова, Т.И. Трунова, Ю.А Баскаков., А.А. Шаповалов // Физиология растений. 1983. Т.30. - Вып.2. С. 360-364.

19. Ваксман, С.А. Гумус: происхождение, химический состав и его значение в природе. М.: Сельхозгиз, 1937. - 471с.

20. Вакуленко, В.В. Регуляторы роста / В.В. Вакуленко // Защита и карантин растений. — 2004. №1. С.24-26.

21. Векленко, В.И. Эффективность биологических препаратов и регуляторов роста на посевах зерновых культур / В.И. Векленко, Р.А. Айди-ев, Д.В. Шамин // Достижения науки и техники. 2007. - №10. С. 4647.

22. Гамбург, К.З. Физиология действия гиббереллина на вегетативный рост растений / К.З. Гамбург. В. кн.: Регуляторы роста и рост растений. М.: Наука. - 1964. С. 3-52.

23. Гапоненков, Т.К. О биосинтезе пектиновых веществ в растениях / Т.К. Гапоненков // Биохимия. — 1957. — т. 22, №3. С. 565-567.

24. Гелстон, А. Жизнь зеленого растения / А. Гелстон, П. Девис, Р. Сеттер. М.: Мир, 1983. — 76 с.

25. Глушко, А.Я. Влияние неблагоприятных факторов на перезимовку озимых зерновых культур на юге России. Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Естественнонаучная». 2010. № 6. С. 183 — 186.

26. Григорьев, П.С. Влияние биофунгицида фитоспорин-М на урожайность и сохранность в кагатах корнеплодов сахарной свеклы / П.С. Григорьев, Л.И. Пусенкова, Р.А. Кудоярова // Агрохимический Вестник. 2007. - № 2. С. 27-28.

27. Гумеров, И.М. Эффективность фунгицидов и биорепаратов в защите яровой пшеницы от листовых болезней / И.М. Гумеров// Достижения науки и техники АПК. — 2008.- № 2. С. 36-37.

28. Гуревич, Л.С. Роль гормонального баланса ауксина и этилена в адаптационных реакциях высших растений // Ботан. журн. 1979. Т. 64, №11. С. 1600-1614.

29. Данович, К.Н. Физиология семян / К.Н. Данович, А.М. Соболев, Л.П. Жданова, И.Э. Илли, М.Г. Николаева, Н.А. Аскоченская, Н.В.Обручева, Э.Е. Хавкин. М.: Наука, 1982. — 318 с.

30. Дерфлинг, К. Гормоны растений. Системный подход.- М.: Мир, 1985.- 304 с.

31. Джавадиан, Н. Вызванные холодом изменения активности ферментов и содержания пролина, углеводов и хлорофиллов у пшеницы Физиология растений/ Джавадиан, Н., Каримзаде Г., Мафузи С., Ганати Ф.// Т.57,№ 4,.2010 г. С.580-588

32. Долгополова, Л.А. Оценка эффективности регуляторов роста растений гороха / Л.А. Долгополова, А.П. Лаханов и др. // Регуляторы роста растений. — Л. 1989. С. 5-10.

33. Дорофеев, Н.В. Озимая пшеница для Восточной Сибири / Н.В. Дорофеев, А.А. Пешкова // Физиология, электрофизиология, ботаника и интродукция сельскохозяйственных растений. Нижний Новгород: Нижегородская ГСХА, 2001. С. 55-58.

34. Дорошко, А.С. Белково-углеводный обмен и водный режим в период закалки и перезимовки у сортов озимой пшеницы с разной зимостойкостью / А.С. Дорошко // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Л., 1970. - т. 40, № 1. С. 33-39

35. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов. 5-е изд., доп. и перераб.-М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с:

36. Дроздов, С. Н. Эколого-физиологические аспекты устойчивости растений к заморозкам/ Дроздов С. Н., Сычева 3. Ф., Будыкина Н. П., Курец В. К. // Л.: Наука, 1977. 228 с.

37. Елькина, Г .Я. Влияние тяжелых металлов на урожайность и физиоло-го-биохимические показатели овса / Г.Я. Елькина, Г.Н. Табаленкова, С.Н. Куренкова // Агрохимия. 2001. — № 8. С. 73-78.

38. Ибрагимова, Н. Н. Влияние растительных олигосахаридов на формирование придаточных корней / Н.Н. Ибрагимова: автореф. дис. . канд. биол. наук. Казань, 2002 . 23 с.

39. Иванов, И.И. Влияние цитокининов на накопление и распределение ассимилятов при тепловом шоке / Иванов И.И., Симонян М.В., Ахиярова Г.Р., Веселов С.Ю. // Тез.докл. «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях».- М.: МСХА, 2001.С. 30-31.

40. Иванов, В.М. Влияние норм высева и физиологически актиных веществ на урожайность, качество зерна и семян яровой пшеницы в волгоградском Заволжье / В.М. Иванов, С.А. Чернуха// Аграрный вестник Урала. — 2010. № 4. С.74-76.

41. Ильин, В.Б. Буферные свойства почв и допустимый уровень ее загрязнения тяжелыми металлами / В.Б. Ильин // Агрохимия. 1997. -№11. С.11-13.

42. Кадыров, С.В. Влияние предпосевной и некорневой обработки микроудобрениями и регуляторами роста на урожайность и качество зерна яровой пшеницы / С.В. Кадыров, Н.Н. Коновалов. Аграрная Россия, 2008, №4. С. 55-56.

43. Калинин, Ф.Л. Регуляторы роста растений. Биохимия их* действия и применения / Ф.Л. Калинин, Ю.Г. Мережковский. Киев: Наукова думка, 1965. - 382 с.

44. Карпец, Ю. В. Ответ растений на гипертермию: молекулярноклеточные аспекты / Карпец Ю. В., Колупаев Ю. Е. //- Вісник харківського національного аграрного університету, 2009, вип. 1 (16). С. 19-38

45. Карпова, Г.А Эффективность обработки семян ячменя регуляторами роста и бактериальными препаратами/ Г.А. Карпова, М.Е. Миронова// Земледелие. — 2008. № 3. С.39-40.

46. Кефели, В.И. Рост растений и природные регуляторы / В.И. Кефеле // Физиология растений. 1997. Т. - 44, №3. С. 471-480.

47. Ковалёв, В.М. О характере физиологических реакций при воздействии на растений экзогенных регуляторов роста химической и физической природы. С.-х. биология З 1, 1998. С. 91 — 100.

48. Ковалев, В.М. Методологические принципы и способы применения рострегулирующих препаратов нового поколения в растениеводстве /

49. Колупаєв, Ю.Є. Стресові реакції рослин: мо-лекулярно-клітинний рівень. -X., 2001. — 171 с.

50. Конарев, В. Г. Состав, структура и свойства клейковины разного происхождения / В.Г. Конарев, З.В. Чмелева, И.И. Моиса // Бюл. ВИР, 1979.- Вып. 92. С. 69-76.

51. Косогова, Т.М. Определение активности эндогенных цитокининов в проростках тритикале / Т.М. Косогова // Межвузовский сборник научных трудов, М: МОГТИ им.Н.К.Крупской. 1986. С. 85.

52. Костин, В.И. Применение пектина в качестве фиторегулятора в технологии возделывания озимых культур / В.И. Костин, Е.Н. Офицеров,

53. В.А. Исайчев и др. // Вестник Ульяновской ГСХА Серия Агрономия.-2000. -№1. С. 5-9.

54. Костин, В.И. Биопрепараты в технологии возделывания сахарнойсвеклы / В.И. Костин, О.В. Костин, Ю.И. Ефлюков // Материалы межд.научно-практической конф., Уфа 2008. С. 157-158.

55. Костин, В.И. Влияние обработки семян физическими и химическимифакторами на физиологические процессы, урожайность и качество сельскохозяйственных растений / Костин В.И. //Дис. . д. с.-х. наук в форме научного доклада. — Кинель, 1998 96 с.

56. Костин, В.И. Элементы минерального питания и росторегуляторы вонтогенезе сельскохозяйственных культур / В.И. Костин, В.А. Исай-чев, О.В. Костин М.: Колос, 2006. — 290 с.

57. Костин, В.И., Офицеров Е.Н. Комплексное действие пектинов и микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных культур / В.И. Костин // 4 междун. конф. «Регуляторы роста и развития растений» -М. 1997. С.189.

58. Костин, О.В. Физиологические основы применения природных регуляторов роста для повышения зимостойкости озимой пшеницы /О.В. Костин, О.Г. Музурова, О.М. Церковнова // Вестинк Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. — 2008. - №7. С. 19т22.

59. Кошкин, Е.И. Физиология устйчивости сельскохозяйственных культур: учебник / Е.И. Кошкин. — Дрофа, 2010. — 638 с.

60. Круглова, А.Г. Влияние экзогенного цитокинина на индукцию САМ в растениях хрустальной травки // Тез.докл. «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях».- М.: МСХА, 2001. С. 43.

61. Кузнецов, Вл.В. Общие системы устойчивости и трансдукция стрес-сорного сигнала при адаптации растений к абиотическим факторам / Вл. В. Кузнецов// Вестник ННГУ. 2001. - № 16. С.65-69.

62. Кулаева, О.Н. Как регулируется жизнь растений // Соросовский Образовательный Журнал.- 1995, № 1. С. 20-27.

63. Кулаева, О.Н. Физиология растений. 1962, т. 9. С.229.

64. Кулаева, О.Н. Этилен в жизни растений // Соросовский Образовательный Журнал.- 1998, № 3. С. 31-36.

65. Кулаева, О.Н. Новейшие достижения и перспективы изучения механизма действия фитогормонов и их участияв сигнальных системах целого растения/О.Н. Кулаева, В.В. Кузнецов //Вестник РФФИ. -2004. № 2. - http://www.rfbr.ru/pics/17685ref7file.pdf

66. Кулаева, О.Н. О механизме действия цитокининов / О.Н. Кулаева // В кн.: Рост растений и природные регуляторы. М., Наука, 1977. С. 216-233.

67. Кулаева, О.Н. Цитокинины, их структура и функция / О.Н. Кулаева. -М.: Наука, 1973. 264 с.

68. Курсакова, B.C. Роль микробных азотфиксирующих препаратов и азотных удобрений в формировании урожайности мягкой яровой пшеницы / B.C. Курсакова, Д.В. Драчёв //Вестник АГАУ. 2008. - №8. С. 16-20.

69. Кшникаткина, А.Н. Формирование урожая и качества лядвенца рогатого, расторопши пятнистой и тритикале при некорневом внесении регуляторов роста и микроудобрений / А.Н. Кшникаткина, В.Н Есь-кин. Нива Поволжья, 2009, №1(10). С. 29-34.

70. Левинский, Б.В. Все о гуматах —Иркутск, 1996. С.4.

71. Лихолат, Т.В. Влияние фитогормонов на жизнедеятельность семян тритикале / Т.В. Лихолат, Т.М. Косогова // Межвузовский сборник научных трудов , М.: МОПИ им. Н.К.Крупской 1986. - 87 с.

72. Личикаки, В.М. Перезимовка озимых культур / В.М. Личикаки.1. М.Колос. 1974.- 207 с. .

73. Лой, Н.Н. Влияние регуляторов роста на развитие ячменя при его выращивании на загрезненной кадмием почве / Н.Н. Лой, Л.Н. Ульянен-ко, А.С. Филипас, С.В. Круглов // Вестник РАСХН №6. 2007. С. 49 -51.

74. Лучник, Н.А. Испытание гумата «Плодородие» на овощных культурах / Н.А. Лучник, О.В. Судмантас, Т.Н. Само Дурова, Ю.В. Смирнова // Агрохимический Вестник. 2008^ №3. С. 37-38.

75. Майер, А.М. Метаболическая регуляция прорастания. // Физиология и биохимия покоя и прорастания семян.- М.: Колос, 1982.- С. 397-424.

76. Мотес, К. Некоторые замечания о цитокининах / К. Мотес. «Физиология растений», 1972, Т. 19, №5. С. 1011-1022.

77. Муромцев, Г.С. Гиббереллины и рост растений / Г.С. Муромцев, В.М. Коренева, Н.М. Герасимова // В книге: Рост растений и природные регуляторы. М., Наука, 1977. С. 193-216.

78. Муромцев, Г.С. Гормоны растений гиббереллины / Г.С. Муромцев,

79. В.Н. Агнистикова. М., Наука, 1973. - 270 с.

80. Муромцев, Г.С. Ксилоглюкановые олигосахариды как регуляторы роста растений / Г.С. Муромцев, З.Н. Павлова, О.А. Аттт и др. // Тез. Докл. 4 междун. конф. «Регуляторы роста и развития растений». М.:- 1997. 109 с.

81. Муромцев, Г.С. Определение гибберллиноподобных веществ в растениях / Г.С. Муромцев, В.Н. Агнистикова, Л.П. Дубовая // В книге: Методы определения фитогормонов, ингибиторов роста, дефолиантов и гербицидов. М., Наука, 1973. С. 59-62.

82. Мусатенко, Л.І. Етилен: функ-ції і механізми дії у рослин / Мусатенко Л.І., Маменко Т.П. // Вісн. Харків, націон. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія. — 2008. — Вип. 2 (14). С. 6-25.

83. Нефедов, К.В. К вопросу о значении гуминово-минеральных соединений как питательной среды для растений //Сельское хозяйство и лесоводство 1987 — №1. С.157-159.

84. Нечаев, А.П. Пищевая химия / Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Под ред. А.П. Нечаева. Издание 3-є, испр. — СПб.:ГИОРД, 2004. 640 с.

85. Нижко, В.Ф., Полякова Л.Л. Пути регуляции процессов / В.Ф. Нижко // Киев.; Наукова думка. — 1979. С. 79-90.

86. Никелл, Л.Дж. Регуляторы роста растений. Применение в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1984. 192 с.

87. Никитишен, В.И. Формирование ассимиляционного аппарата и продуктивность фотосинтеза растений в различных условиях минераль97.