Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологические основы формирования семенной продуктивности люцерны при интенсификации симбиотрофного азотного питания

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Физиологические основы формирования семенной продуктивности люцерны при интенсификации симбиотрофного азотного питания"

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ [ІІ^СТрТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ

2 2 іти г;'

ЛЕВЧУК Олег Миколайович

УДК 579.262.2:581.13

ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ФОРМУВАННЯ НАСІННЄВОЇ ПРОДУКТИВНОСТІ ЛЮЦЕРНИ ПРИ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ СИМБІОТРОФНОГО АЗОТНОГО ЖИВЛЕННЯ

03.00.12 - фізіологія рослин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

Старченков Юхим Полікарпович Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, завідувач відділу

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

Головко Ераст Анатолійович Центральний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, завідувач відділу

доктор біологічних наук,

Григорюк Іван Панасович Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, завідувач відділу

Провідна установа: Інститут мікробіології і вірусології

НАН України

Захист відбудеться "10" червня 1998 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 252022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 31/17.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України.

Автореферат розісланий " " травня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Труханов В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Завдяки високим і якісним урожаям зеленої маси люцерна займає особливе місце серед кормових культур. Проте збільшення площ під нею лімітується нестачею насіння. Тому його отримання є актуальним та перспективним завданням при вирощуванні люцерни. Вегетативна продуктивність культури висвітлена в літературі досить докладно, а насіннєва продуктивність досліджена тільки по окремих критеріях і без урахування потужного азотофіксуючого потенціалу. Важливим є обгрунтування доцільності застосування комплексних заходів для підвищення ефективності функціонування бобово-ризобійних систем на насінниках люцерни за рахунок використання високосу-місних сортів люцерни і штамів ризобій, оптимальних доз мінерального азоту, ефективних способів обробки стимуляторами росту. Отримані нові дані щодо фізіологічних особливостей формування генеративних органів люцерни, функціонування симбіотичного і фотосинтетичного апаратів дозволять підвищити фактичну урожайність насіннєвих посівів високобілкової культури.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з планами відділу симбіотичної азотофіксації на 1991-1995 рр. "Вивчити механізми фізіолого-генетичних процесів фіксації азоту з метою формування високопродуктивних азотфіксуючих систем бобових рослин" (№ держ. реєстрації 01.9.10 019962) і на 1996-2000 рр. "Дослідження процесів взаємодії бульбочкових бактерій з бобовими рослинами з метою максимальної реалізації азотфіксуючого потенціалу симбіонтів".

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягала у встановлені фізіологічних особливостей формування насіннєвої продуктивності люцерни при інтенсифікації симбіотрофного азотного живлення та розробці наукових основ вирощування рослин з високою насіннєвою продуктивністю завдяки використанню найпродуктивніших сортів люцерни і високосумісних з ними штамів бульбочкових бактерій, внесенню оптимальних доз мінерального азоту і обробці рослин ефективними способами і концентраціями стимуляторів росту.

Для вирішення цієї мети були поставлені такі завдання:

• вивчити фізіологічні особливості формування насіння у люцерни при створенні високоефективних симбіотичних систем з підвищеною азотофіксуючою здатністю;

• дослідити фізіологічні основи розвитку і функціонування симбіотичної системи люцєрна-R/uzobz'um meliloti, утвореної різними сортами і штамами на фоні забезпечення зростаючими дозами мінерального азоту та при обробці фіторегуляторами;

• визначити вплив різних доз мінерального азоту, штамів бульбочкових бактерій, стимуляторів росту цитокінінової дії на інтенсивність газообміну С02 і його зв'язок з азотофіксуючою активністю та вміст білка в надземних органах насінників Medicago sativa L. і Medicago varia Mart.;

• з'ясувати дію стимуляторів росту різної природи на насіннєву продуктивність люцерни;

• встановити оптимальні концентрації, способи та строки обробки люцерни новим стимулятором росту триманом-1;

• розробити прийоми підвищення урожайності люцерни за рахунок інтенсифікації симбіотрофного азотного живлення.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше у вегетаційних і польових умовах досліджено фізіологічні особливості формування урожаю насіння високопродуктивних сортів люцерни при підвищеній азотофіксуючій активності симбіотичних систем, утворених внаслідок інокуляції даних сортів виробничими та новими штамами бульбочкових бактерій на фоні зростаючих доз мінерального азоту, і застосуванні стимуляторів росту.

Визначено і фізіологічно обгрунтовано оптимальне поєднання активних штамів ризобій, "стартових" доз мінерального азоту та фіторегуляторів цитокінінової природи, при якому зростає ефективність симбіотичної системи люцерни, що призводить до інтенсифікації процесів фотосинтезу і дихання, підвищення вмісту білка у рослинах та збільшення врожаю насіння.

Внесення мінерального азоту в дозі 60 кг/га створює оптимальні умови для живлення насінників у період стеблування і забезпечує ефективне функціонування симбіотичного апарату люцерни під час формування та розвитку генеративних органів, що суттєво підвищує насіннєву продуктивність культури.

Найвищий приріст урожаю насіння люцерни сорту Зайкевича серед досліджуваних регуляторів росту у вегетаційних умовах забезпечують цитокініни і, особливо, їх синтетичний аналог БАП.

Встановлено, що вплив цитокінінів на насіннєву продуктивність люцерни залежить від комплексу факторів: дози мінерального азоту, ефективності симбіозу різних сортів люцерни і штамів Rhizobium meliloti, кліматичних умов та року вегетації рослин.

з

Визначено ефективні концентрації та строки обробки рослин новим регулятором росту триманом-1, при яких розвивається потужна симбіотична система, збільшується маса і вміст білка в рослинах та суттєво зростає насіннєва продуктивність люцерни.

Встановлено пряму залежність наростання маси рослин, площі листків та чистої продуктивності фотосинтезу у період стеблування і до масового цвітіння від рівня мінерального азотного живлення, а також існування зворотної залежності протягом кількох діб після обприскування люцерни БАП та триманом-1, коли проходить пригнічення процесів фотосинтезу і азотофіксації. Пролонгована дія цитокінінів полягає у підвищенні фотосинтетичного потенціалу посіву, чистої продуктивності фотосинтезу та маси рослин, що покращує живлення насінників і їх розвиток на наступний рік вегетації.

Практичне значення одержаних результатів. У результаті проведених досліджень для сільськогосподарського виробництва запропоновано комплексні прийоми активізації симбіотичної азотофіксації і газообміну С02 з метою підвищення насіннєвої продуктивності та якості люцерни. Для отримання високих урожаїв насіння люцерни рекомендується проводити інокуляцію штамом 441, вносити 60 кг/га мінерального азоту у передпосівну культивацію та обприскувати рослини 0,003 % розчином нового стимулятора росту триману-1 в дозі 15 г/га, що суттєво збільшує урожай насіння, особливо на другий рік вегетації. При вирощуванні люцерни на корм проводити бактеризацію насіння штамом 425а та вносити мінеральний азот лише на збіднених грунтах в дозі до ЗО кг/га. Триман-1 застосовувати на насінниках люцерни у період стеблування та формування генеративних органів.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто опрацював відповідну літературу та оволодів необхідними методами досліджень, брав безпосередню участь у плануванні та проведенні досліджень, підготовці матеріалів до друку у наукових виданнях. Матеріали дисертаційної роботи, висновки та рекомендації, які виносяться на захист, одержано здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались та були представлені на Міжнародній нараді "Актуальні питання фізіології рослин в аспекті екологічних проблем України" (Чернівці, 1995 р.), Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів "Наслідки наукових пошуків молодих вчених-аграрників в умовах реформування

АПК" (Чабани, 1996 р.) та на VI конференції молодих вчених "Актуальні проблеми фізіології рослин і генетики" (Київ, 1996 p.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 3 статті у наукових журналах та 4 тези доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із переліку умовних скорочень, вступу, шести розділів основної частини, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 218 сторінках машинописного тексту, з них 52 сторінки займають 50 таблиць та 13 ілюстрацій. Список використаних у роботі літературних джерел включає 297 найменувань загальним обсягом 32 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено огляд вітчизняної та зарубіжної літератури щодо особливостей вирощування люцерни на насіння, впливу різних факторів на процес симбіотичної азотофіксації і формування насіннєвої продуктивності культури та взаємозв'язку азотофіксації з фотосинтезом і диханням. Визначено суть даних питань, необхідність та перспективність їх вирішення.

Другий розділ включає умови, об'єкти і методи досліджень. Польові та вегетаційні досліди проводилися протягом 19941997 pp. Польові досліди були закладені на опідзоленому чорноземі агробіостанції Тернопільського державного педагогічного університету в зоні Західного Поділля та в науково-виробничому господарстві Інституту землеробства УААН с.м.т. Чабани в зоні Північного Лісостепу на світло-сірих лісових легкосуглинкових грунтах. Вегетаційні досліди проводили на вегетаційному майданчику ІФРГ НАН України. Об'єктами досліджень були три сорти люцерни: Зайкевича, Полтавчанка і Ярославна. Перші два сорти належать до люцерни мінливої (Medicago varia Mart.) синьогібрид-ного сортотипу і виведені Полтавською обласною сільськогосподарською дослідною станцією. Сорт Зайкевича районований по всій території України. Сорт Полтавчанка районований з 1985 р. Сорт Ярославна - перший вітчизняний сорт люцерни посівної (Medicago sativa L.) з частковою автогамією, отриманий в Інституті землеробства УААН і районований з 1984 р.

Для бактеризації насіння вищезгаданих сортів використовували п'ять штамів Rhizobium meliloti: виробничі штами 425а і 441 та нові штами М4, М4-7, М6-2, отримані генетико-селекційними методами у відділі симбіотичної азотофіксації ІФРГ НАН України. Для обробки люцерни використовували фітогормони: кінетин, гі-

берелову кислоту (А3), р-індолілоцтову кислоту (ЮК), а-нафтілоц-тову кислоту (НОК) і синтетичні регулятори росту цитокінінової природи: 6-бензиламінопурин (БАП) та новий препарат похідний піридину - триман-1, синтезований в НІЦ "АКСО" Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України.

У вегетаційних та польових умовах досліджували динаміку утворення та наростання кореневих бульбочок люцерни та визначали їх азотофіксуючу активність [Hardy R.W.F. et al., 1968]. Інтенсивність видимого фотосинтезу та темнового дихання рослин вимірювали за допомогою інфрачервоного газоаналізатора марки ОА-5501. Вміст загального азоту в рослинах визначали методом К'єльдаля [Плешков Б.П., 1985]. У польових дослідах проводили вимірювання площі листків методом висічок, фотосинтетичний потенціал посіву (ФП) та чисту продуктивність фотосинтезу (ЧПФ) [Петерсон Н.В. і ін., 1993]. Концентрацію пігментів визначали спектрофотометрично у спиртових екстрактах висічок листків [Гавриленко В.Ф. и др., 1975]. Повторність вимірів 3-10-кратна. Статистична обробка результатів дослідів проведена за Доспс-ховим (1985) та на ПК у спеціальних програмних пакетах.

У третьому розділі "Фізіолого-біохімічні особливості функціонування симбіотичних систем люцерна-Rhizobium meliloti при застосуванні фіторегуляторів на фоні різних доз мінерального азоту" на основі вегетаційних дослідів визначено, що оптимальні умови для ефективного функціонування симбіотичної системи і забезпечення високого врожаю насіння люцерни сорту Зайкевича складалися при внесенні 0,5 норми азоту в живильній суміші Гельрігеля (3 мМ). Найвищий рівень нітрогеназної активності у період від початку вегетації до цвітіння змінювався залежно від концентрації азоту у послідовності від 0 до 0,2 норми і в період цвітіння до 0,5 норми мінерального азоту. Тому подальші дослідження проводили при внесенні 0,25 та 0,5 норми азоту, а у польових дослідах 30 та 60 кг/га. На початку вегетації потужніший симбіотичний апарат у люцерни формується при внесенні 30 кг/га азоту. Внесення 60 кг/га азоту дещо пригнічує утворення кореневих бульбочок, значно знижує їх масу та азотофіксуючу активність у період стеблування і до початку цвітіння в порівнянні з меншою у два рази дозою (табл. 1). Оскільки при вирощуванні люцерни для кормових цілей урожай збирають уже в період бу-тонізації-початку цвітіння, то використання мінерального азоту у цьому випадку недоцільне. Виняток становлять грунти збіднені на

Таблиця 1

Азотофіксуюча активність (мкмоль С2Н4/рослинухгод) кореневих бульбочок люцерни при обробці фіторегуляторами залежно від рівня біологічного і мінерального азоту (польовий дослід)

Штам Норма азоту, кг/га Контроль без обробки Обробка БАП Обробка триманом-1

Фаза бутонізації - початку цвітіння

425а ЗО 0,54±0,02 0,66+0,05* 0,59±0,05

60 0,07±0,02 0,05±0,01 0,06±0,02

441 ЗО 0,51±0,05 0,65±0,06* 0,49±0,06

60 0,12±0,03 0,19±0,03* 0,13+0,04

<] )аза масового цвітіння

425а ЗО 1,39+0.28 2,61±0,45* 1,57±0,34

60 0,89±0,21 1,15+0,31 1,74±0,37*

441 ЗО 1,32+0,10 1,28±0,20 1,96±0,23‘

60 1,50±0,28 1,73±0,31 2,28±0,46‘

'Різниця з контролем вірогідна при 5 % рівні значимості

даний елемент, де рекомендується вносити азот до ЗО кг/га. Після деякого використання мінерального азоту, внесеного в дозі 60 кг/га, у люцерни на період цвітіння і плодоношення утворюється активна симбіотична система, що покращує азотне живлення насінників і створює умови для підвищення їх продуктивності. Тому на насінниках люцерни доцільно вносити мінеральний азот в дозі 60 кг/га. Внаслідок проведених досліджень виявлено фізіологічні особливості формування та функціонування симбіотичних систем, утворених різними штамами ризобій та сортами люцерни. На початку вегетації і до періоду цвітіння люцерни більш ефективний симбіотичний апарат утворюється при інокуляції люцерни штамом 425а і внесенні К30. А вже в період масового цвітіння-пло-доутворення більш ефективною є симбіотична система при інокуляції штамом 441 на фоні (див. табл. 1). У зв'язку з цим рекомендується для вирощування люцерни сортів Ярославна і Полтавчанка на корм проводити бактеризацію насіння штамом 425а при внесенні мінерального азоту до 30 кг/га, а для збору насіння інокулювати штамом 441 на фоні Ы60. Інокуляція насіння люцерни новими штамами М4-7 та М6-2 суттєво не підвищувала урожайності насіння у порівнянні з рослинами, інокульованими виробничим штамом 425а.

Отримані результати польових досліджень показують, що обробка рослин стимулятором росту БАП призводить до зростання

азотофіксуючої активності у розрахунку на рослину в період бу-тонізації-початку цвітіння при використанні обох штамів на фоні N30, а з розрахунку на г бульбочок при обох дозах азоту та у симбіозі рослин з штамом 441. Застосування 0,003 % розчину триману-1 у дозі 15 г/га підвищує кількість та масу бульбочок у більшості варіантів у фазі бутонізації - початку цвітіння, а також ніт-рогеназну активність в усіх варіантах у фазі масового цвітіння (див. табл. 1). Це свідчить про позитивний вплив досліджуваних стимуляторів росту на формування та функціонування сіїмбіо-тичної системи люцерна - ШіігоЬіит теШоИ.

У результаті проведених вегетаційних дослідів визначено ефективні способи та строки обробки люцерни стимулятором росту триманом-1. При обприскуванні люцерни триманом-1 на початкових фазах розвитку у період стеблування та формування генеративних органів (20-а, 35-а доби після сходів) утворюється ефективний симбіотичний апарат, покращується ріст і розвиток рослин, збільшується маса вегетативних і генеративних органів та підвищується урожайність насіння. Менш ефективним є замочування насіння у 0,003 % розчині триману-1 з розрахунку 10 мг препарату на 1 кг насіння. Поєднання обробки насіння і дворазової обробки рослин регулятором росту дещо пригнічує симбіотичний апарат люцерни, ріст і розвиток рослин та не впливає на насіннєву продуктивність культури.

При збільшенні концентрації триману-1 від 0,001 % до 0,003 % зростає ефективність симбіотичної системи люцерни. Виявлено період 1-10 доби після обприскування триманом-1 - протягом якого залежно від концентрації фіторегулятора суттєво знижується маса та азотофіксуюча активність кореневих бульбочок.

Четвертий розділ ’’Інтенсивність процесів фотосинтезу та дихання і їх зв'язок з азотфіксувальною активністю при використанні стимуляторів росту на фоні різного рівня азотного живлення" містить експериментальні дані вегетаційних дослідів, які показують, що вплив цитокінінів на інтенсивність фотосинтезу у фазах бутонізації і масового цвітіння залежить від сорту люцерни, штаму бульбочкових бактерій і дози мінерального азоту. Так, в фазі бутонізації після обприскування БАП видимий фотосинтез у розрахунку на рослину зростав при інокуляції люцерни сорту Ярославна штамом М4-7 та зменшувався при інокуляції штамами 425а і М6-2. Зниження інтенсивності фотосинтезу при внесенні фіторегулятора проходить в основному за рахунок гальмування

Таблиця 2

Інтенсивність фотосинтезу (мг С02/год) і доля дихання від фотосинтезу у люцерни сорту Ярославна, інокульованої різними штамами, при обприскуванні регуляторами росту у період

Норма азоту Штам Обробка рослин стимулятором росту Видимий фотосинтез Істинний фотосинтез, на одну рослину Доля д: ханш від фот синтез

на г сухої речовини на одну рослину

0,25. 425а Без обробки 2,4 3,9 10,6 0,63

БАП 2,8 4,7 11,4 0,59

Триман-1 2,6 4,7 11,2 0,58

441 Без обробки 2,3 3,5 9,8 0,64

БАП 2,7 4,9 12,0 0,59

Триман-1 2,8 4,7 12,1 0,61

0,5 425а Триман-1 1,0 1,8 7,7 0,77

441 Триман-1 0,8 1,4 8,0 0,82

НІРо, ..... 0,3 0,4 0,6

росту рослин і зменшення їх маси. На 15-у добу після дворазової обробки люцерни БАП (фаза масового цвітіння) збільшувалася маса листків і стебел, у результаті чого підвищувалася інтенсивність фотосинтезу в розрахунку на рослину. При обприскуванні люцерни цитокінінами зростає інтенсивність видимого та істинного фотосинтезу у період масового цвітіння-плодоутворення. При підвищенні дози мінерального азоту до 0,5 норми у рослин, оброблених триманом-1, видимий та істинний фотосинтез знижуються, а доля дихання від фотосинтезу зростає (табл. 2).

Аналіз паралельних вимірів накопичення сухої речовини, наростання листкової поверхні та активності фотосинтетичного апарату люцерни у польових умовах показав, що незалежно від рівня біологічного і мінерального азотного живлення із збільшенням біомаси і площі листків інтенсивність фотосинтезу знижується у період бугонізації-початку цвітіння. У період від бутонізації-початку цвітіння до масового цвітіння (за 20 діб), а також за весь період дослідження від стеблування до масового цвітіння (за ЗО діб) встановлено пряму залежність наростання маси рослин, площі листків та ЧПФ від рівня мінерального азотного живлення. Проте існує певний період, коли залежність стає зворотною. Це проходить під час пригнічення процесів фотосинтезу і азотофікса-ції після обприскування люцерни фіторегуляторами. Згодом у до-

слідних рослин зростали маса, ФП, ЧПФ, що поліпшило живлення насінників і їх розвиток на наступний рік вегетації. Внесення під люцерну N60 в порівнянні з N30 здебільшого призводило до зростання її маси, значного збільшення ФП та ЧПФ, особливо під час цвітіння, коли рослини вже використали частину мінерального азоту і суттєво зростала азотофіксуюча активність кореневих бульбочок.

Встановлено, що вміст пігментів у листках люцерни залежить від загального рівня азотного живлення (мінерального і біологічного). Так, у рослин, інокульованих штамом 425а, при збільшенні дози мінерального азоту до 60 кг/га вміст пігментів у листках зменшується, а у інокульованих штамом 441 - навпаки, зростає. Обприскування рослин БАП та триманом-1 покращує їх живлення і підвищує зимостійкість. Тому люцерна, оброблена регуляторами росту, на другий рік вегетації активніше відростає і формує високоефективний симбіотичний і фотосинтетичний апарат. Відповідно збільшується вміст пігментів у листках.

Проведені дослідження дозволили виявити залежність інтенсивності росту і дихання рослин в цілому і окремих органів зокрема від сорту люцерни, штаму ШгігоЬіит теїііоії, дози мінерального азоту і регуляторів росту цитокінінової природи. Встановлено, що більший вплив на інтенсивність дихання має рівень азотного живлення як біологічного, так і мінерального, порівняно з обприскуванням рослин БАП і триманом-1. Чим вища азотофіксуюча активність кореневих бульбочок люцерни, тим більша маса рослин та інтенсивність дихання у розрахунку на рослину і менша інтенсивність дихання у розрахунку на суху речовину. Збільшення дози мінерального азоту з 0,25 до 0,5 норми призводило до підвищення маси рослин та зменшення рівня азотофіксації та інтенсивності дихання люцерни як у розрахунку на суху речовину, так і на орган.

Визначено, що обприскування рослин регулятором росту три-маном-1, а також замочування насіння стимулюють процеси газообміну С02 та азотофіксації у люцерни і покращують формування генеративних органів. Поєднання обробки насіння та обприскування рослин триманом-1 зменшує інтенсивність фотосинтезу та збільшує долю дихання від фотосинтезу (табл. 3).

Чим вища концентрація триману-1, тим більше пригнічення процесів азотофіксації та газообміну С02 у люцерни після обприскування рослин. Проте пролонгована дія триману-1 полягає в ін-

Таблиця З

Інтенсивність фотосинтезу та дихання (мг С02/год) в люцерни сорту Ярославна, інокульованої штамом 425а на фоні 0,25 норми азоту, при різних способах обробки триманом-1 у період

Обробка трима- ном-1 Видимий фотосинтез Істинний фотосинтез, на одну рослину Дихання Доля дихання від фотосинтезу Маса рослини, г

на г сухої речовини на одну рос- лину на 1 г сухої речовини на одну рослину ___

Без обр. 2,4 3,9 10,6 2,1 6,7 0,63 3,17

Насіння 2,8 4,9 11,7 2,0 6,8 0,58 3,42

Рослин 2,6 4,7 11,2 1,9 6,5 0,58 3,35

Насіння та рослин 1,2 1,9 8,5 1,9 6,6 0,78 3,39

НІРп, 0,3 0,5 0,5 ■ 0,2 0,3 0,17

тенсифікації фізіологічних процесів фіксації молекулярного азоту і фотосинтезу, що поліпшує формування насіння люцерни. Найвищі азотофіксуюча активність та інтенсивність фотосинтезу у люцерни відмічені після обприскування рослин регулятором росту на 10-у та 20-у доби при застосуванні триману-1 в концентрації

0,003 %. .

П'ятий розділ включає дослідження впливу цитокінінів на вміст білка в надземній масі люцерни, інокульованої різними штамами ризобій на фоні низьких доз мінерального азоту. На основі проведених дослідів виявлено сортову специфічність по реакції рослин на обробку цитокінінами. Більш чутливі до застосування стимуляторів росту є рослини люцерни посівної сорту Ярославна. Потужна симбіотична система, що формується при внесенні меншої дози (0,25 норми) азоту, забезпечує високий вміст білка в рослинах. Бактеризація люцерни штамом 425а при внесенні "стартових" доз азоту суттєво підвищує насіннєву продуктивність та дозволяє одночасно проводити збір високобілкової вегетативної маси.

При дослідженні різних способів обробки люцерни показано, що при обробці насіння люцерни триманом-1 формувалася потужна симбіотична система, покращувалося живлення генеративних органів і підвищувалася насіннєва продуктивність культури, проте вміст сирого протеїну в листках і стеблах у період цвітіння

Таблиця 4

Вплив різних способів обробки регулятором росту

триманом-1 на вміст сирого протеїну (%) у люцерні сорту Ярославна, інокульованої штамом 425а на фоні 0,25 норми ______ мінерального азоту (вегетаційний дослід)____________

Органи рослини Контроль без обробки Обробка насіння Обробка рослин Обробка насіння і рослин

Фаза початку цвітіння

Листки 21,00±0,16 21,25±0,08 23,56+0,17' 21,94±0,06*

Стебла 8,31±0,06 7,88+0,13 10,56±0,12‘ 7,19+0,13*

Фаза масового цвітіння-утворення плодів

Листки 17,94±0,17 17,48±0,16 17,31±0,09* 18,44±0,08*

Стебла 8,00±0,09 8,00±0,08 7,75+0,08 7,06+0,06'

'Різниця з контролем вірогідна при 5 % рівні значимості

і утворення плодів не змінювався (табл. 4). При поєднанні замочування насіння та обприскування рослин триманом-1 збільшувався вміст білка у листках і зменшувався у стеблах в обох досліджуваних фазах розвитку люцерни. Сама обробка рослин триманом-1 збільшує вміст сирого протеїну у вегетативних органах лише на початку цвітіння (див. табл. 4).

Шостий розділ "Насіннєва продуктивність люцерни при різному співвідношенні біологічного і мінерального азоту та застосуванні стимуляторів росту рослин" включає вегетаційні дослідження по впливу фіторегуляторів різної природи на насіннєву продуктивність люцерни сорту Зайкевича. Показано, що поєднання інокуляції ИМгоЬіит теШоН та обприскування люцерни різними стимуляторами росту підвищувало урожай насіння в усіх дослідних варіантах. Найвищу ефективність від застосування регуляторів росту отримали при використанні цитокінінів і, особливо, їх синтетичного аналога БАП. Обробка рослин БАП забезпечила приріст врожаю насіння порівняно з інокульованим контролем на 59 %. Рослини оброблені кінетином, А3 та ЮК утворили практично однаковий урожай насіння, прибавка якого у порівнянні з інокульованим контролем склала 25-31 %, а з контролем без інокуляції - 92-101 %. Тому для подальших досліджень використовували синтетичні регулятори росту цитокінінової природи БАП і новий препарат триман-1.

Внаслідок проведених вегетаційних та польових досліджень встановлено, що вплив регуляторів росту на насіннєву продуктив-

Таблиця ;

Урожай насіння (кг/га) люцерни сорту Ярославна,

інокульованої виробничими штамами ШігоЬішп теШоії, при різному забезпеченні мінеральним азотом і обприскуванні ___________стимуляторами росту (польовий дослід) ____________

Штам Норма азоту, кг/га Обробка фіторегу- лятором Перший рік вегетації Прибавка до контролю Другий рік вегетації Приба конт вка рол

кг/га % кг/га °/

425а ЗО Контроль 51,6±2,2 - - 76,6±4,8 - -

БАП 67,3±3,7 15,7 30,4 84,1±5,7 13,5 19

Гриман-1 59,1 ±2,9 7,5 14,5 87,9±6,4 17,3 24

60 Контроль 58,0±2,4 - 94,0±6,2 - -

БАП 65,6+3,2 7,6 13,1 114,0±7,9 20,0 21

Гриман-1 67,5±2,5 9,5 16,4 156,3±14,5 62,3 66

441 ЗО Контроль 55,5±3,1 - - 122,0±5,3 - -

БАП 65,2+1,9 9,7 17,5 138,0±8,8 16,0 13

Гриман-1 60,4±2,7 4,9 8,8 148,5±9,4 26,5 21

60 Контроль 58,7±2,8 - - 137,3+9,2 - -

БАП 62,0+3,6 3,3 5,6 147,0±18,4 9,7 7,

Гриман-1 63,9+3,4 5,2 8,9 213,8+23,8 76,5 55

ність люцерни залежить від комплексу факторів: дози внесеногс мінерального азоту, рівня ефективності симбіозу рослин з різни' ми штамами ШігоЬіит теїііоії, кліматичних умов та року вегета ції. На урожайність рослин сорту Ярославна, оброблених БАЛ, л перший рік вегетації суттєвий вплив має рівень мінеральногс азотного живлення і дещо менший - штам ризобій, а на другиї рік вегетації ефективність застосування регулятора визначаєтьс? в першу чергу штамом бульбочкових бактерій, а потім дозою мі нерального азоту. Ефективність застосування триману-1 у першиі рік вегетації, головним чином, залежить від штаму-інокулянта, то ді як на другий рік вегетації - дози мінерального азоту, внесеногс під передпосівну культивацію.

Проведені дослідження показали, що дворазове обприскуван ня рослин люцерни регуляторами росту цитокінінової природ* БАП і триманом-1 у період бутонізації та початку цвітіння в кон центрації 0,003 % з розрахунку 15 г/га у польових умовах забез печує суттєву прибавку урожаю насіння, особливо при застосу ванні триману-1 на другий рік вегетації (22-66 %) (табл. 5). При ріст врожаю насіння люцерни другого року вегетації від засто сування цитокінінів на фоні N30 формується здебільшого за ра

Таблиця 6

Вплив різних способів обробки та концентрацій триману-1 на урожай зеленої маси та насіння люцерни сорту Ярославна першого року вегетації, інокульованої штамом 425а на фоні 0,25 _________норми мінерального азоту (вегетаційний дослід)__________

Варіант Надземна маса, г/посудину Урожай насіння, г/посудину % ДО контролю

№ 1 № 2

Контроль №1 без інок. 36,9±1,3 4,010,1 - -

Контроль № 2 з інок. 41,6+0,4 5,310,3 35,1* -

Об робка триманом-1:

насіння 44,611,0 6,310,2 59,3* 18,1”

рослин на 20-у і 35-у доби 47,911,3 6,710,5 70,2* 26,0**

рослин на 20-у і 40-у доби 37,512,9 4,710,4 17,7* -12,9

рослин на 40-у і 50-у доби 41,610,7 5,310,1 34,8* -0,2

насіння і рослин на 20-у і 40-у доби 41,711,2 5,410,3 36,1* 0,7

НІРп, 4,7 0,8

Обприскування рослин на 40-у та 50-у доби у концентрації:

0,001 % 42,011,5 6,010,5 51,3* 12,0

0,002 % 41,6+0,7 5,ЗЮ,1 34,8* -0,2

0,003 % 45,311,7 6,710,3 69,7* 25,7**

НІРп, 4,3 0,9

'Різниця між варіантами вірогідна при 1 % рівні значимості "Різниця між варіантами вірогідна при 5 % рівні значимості

хунок зростання кількості суцвіть, тоді як на фоні і завдяки збільшенню кількості та маси самих насінин в суцвітті. Найвищий урожай насіння люцерни сорту Ярославна формується при інокуляції штамом 441 та обприскуванні триманом-1 на фоні М60-

При дослідженні різних способів та строків обробки люцерни триманом-1 встановлено, що ефективним способом обробки є дворазове обприскування вегетуючих рослин на 20-у і 35-у доби після сходів у період стеблування і формування генеративних органів, при цьому утворюється найефективніший симбіотичний апарат і збільшується урожай насіння на 26 % (табл. 6).

Замочування насіння триманом-1 з розрахунку 10 мг препарату на 1 кг насіння протягом 10 год з наступним підсушуванням та бактеризацією активними штамами бульбочкових бактерій сприяло формуванню ефективної симбіотичної системи, покращувало розвиток рослин, збільшувало масу вегетативних і генеративних

органів. Поєднання обробки насіння і обприскування рослин протягом вегетації триманом-1 дещо пригнічувало активність азото-фіксації та газообміну С02, при цьому не змінювався урожай насіння люцерни (див. табл. 6).

Серед досліджуваних концентрацій триману-1 найефективнішим виявився 0,003 % розчин, дворазове обприскування люцерни яким підвищувало урожай насіння на 25,7 % (див. табл. 6).

ВИСНОВКИ

1. Низька насіннєва продуктивність люцерни в Україні звужує райони вирощування культури, тому розробка прийомів її підвищення є досить актуальною. У зв'язку із цим доцільно застосовувати на насінниках люцерни комплексні заходи по підвищенню ефективності симбіотичної системи люцерни за рахунок використання високосумісних сортів і штамів, оптимальних доз мінерального азоту, обробки рослин ефективними способами та концентраціями стимуляторів росту. За рахунок інтенсифікації сим-біотрофного азотного живлення можна покращити формування репродуктивних органів і збільшити урожай насіння люцерни в перший рік вегетації на 10-30 %, на другий рік-на 21-66 %.

2. Внесення мінерального азоту в дозі 60 кг/га створює оптимальні умови для живлення насінників в період стеблування і забезпечує ефективне функціонування симбіотичного апарату люцерни під час формування та розвитку репродуктивних органів, що суттєво підвищує насіннєву продуктивність культури.

3. Найвищий приріст урожаю насіння люцерни сорту Зайкеви-ча серед досліджуваних регуляторів росту у вегетаційних умовах забезпечують цитокініни, особливо, БАП.

4. Вплив фіторегуляторів на інтенсивність газообміну С02 та насіннєву продуктивність люцерни залежить від комплексу факторів: дози внесеного мінерального азоту, рівня ефективності симбіозу різних сортів люцерни і штамів ризобій, кліматичних умов та року вегетації рослин.

5. Застосування БАП та триману-1 на люцерні сорту Ярославна другого року вегетації підвищує урожай насіння при внесенні ЗО кг/га азоту за рахунок збільшення кількості суцвіть, а на фоні 60 кг/га азоту крім того завдяки зростанню кількості та маси самих насінин у суцвітті.

6. Обприскування люцерни триманом-1 в період стеблування та формування генеративних органів призводить до утворення ефективного симбіотичного апарату, збільшує масу рослин і вміст

білка в них під час цвітіння та підвищує урожай насіння на 26 %. Замочування насіння у 0,003 % розчині триману-1 не впливає на вміст білка в люцерні, але підвищує урожай насіння на 18 %. Поєднання обробки насіння та рослин триманом-1 збільшує вміст білка в листках і не змінює урожай насіння.

7. Інокуляція люцерни сорту Ярославна штамом 425а у вегетаційних умовах покращує азотне живлення насінників і збільшує на 24 % кількість та на 29 % масу суцвіть. Найвища прибавка кількості (96 %) та маси (90 %) суцвіть від використання триману-1 на люцерні, формується при дворазовому обприскуванні рослин у фазах стеблування і прихованої бутонізації.

8. Ефективною на насінниках люцерни є 0,003 % концентрація нового фітостимулятора триману-1, дворазова обробка рослин якою у фазі бутонізації і на початку цвітіння збільшувала урожай насіння у вегетаційних дослідах на 25,7 %.

9. Встановлено пряму залежність маси рослин, площі листків та чистої продуктивності фотосинтезу у період стеблування і до масового цвітіння від рівня мінерального азотного живлення, та існування зворотної залежності протягом кількох діб після обприскування БАП та триманом-1, коли пригнічуються процеси азо-тофіксації і фотосинтезу. Пролонгована дія цитокінінів полягає у підвищенні фотосинтетичного потенціалу посіву, чистої продуктивності фотосинтезу та маси люцерни, що покращує живлення насінників і їх розвиток на наступний рік вегетації.

10. Люцерна мінлива сорту Полтавчанка має нижчу азотофік-суючу активність та інтенсивність фотосинтезу у перший рік вегетації та менш чутлива до застосування цитокінінів, ніж люцерна посівна сорту Ярославна.

Практичні рекомендації

1. Для отримання високих урожаїв насіння люцерни сортів Ярославна і Полтавчанка рекомендується вносити у передпосівну культивацію 60 кг/га мінерального азоту.

2. При вирощуванні .люцерни для кормових цілей проводити бактеризацію насіння виробничим штамом 425а та вносити мінеральний азот лише на збіднених грунтах в дозі до 30 кг/га.

3. Насінники люцерни обприскувати 0,003 % розчином нового стимулятора росту триману-1 з розрахунку 15 г/га.

4. Триман-1 застосовувати на насіннєвих посівах люцерни в період стеблування та формування генеративних органів.

5. З метою підвищення насіннєвої продуктивності та якості люцерни для сільськогосподарського виробництва рекомендується здійснювати комплексні прийоми активізації симбіотичної азо-тофіксації та інтенсивності газообміну С02 за рахунок проведення бактеризації насіння штамом 441, внесення мінерального азоту в дозі 60 кг/га та обприскування рослин 0,003 % розчином триману-1 з розрахунку 15 г/га.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Коць С.Я., Старченков Е.П., Левчук О.Н., Ермоленко И.М. Особенности семенной продуктивности люцерны при инокуляции разными штаммами ЮіігоЬіит тсШой на фоне возрастающих доз минерального азота // Физиология и биохимия культ, растений. -1997. - 29, № 1. - С. 24-31.

2. Левчук О.М., Коць С.Я., Старченков Ю.П. Особливості азот-фіксувальної активності та насіннєвої продуктивності люцерни при обробці БАП // Там же. - 1997. - 29, № 4. - С. 310-316.

3. Левчук О.М., Коць С.Я. Вплив 6-бензиламінопурину на урожайність люцерни та вміст протеїну в залежності від інокуляції Rhizobiu.ni теІіІоН і рівня азотного живлення // Там же. - 1998. - ЗО, № 1. - С. 54-59.

4. Коць С.Я., Левчук О.М., Старченков Ю.П. Роль біологічного азоту в підвищенні насіннєвої продуктивності люцерни // Тези доп. міжнар. наради "Актуальні питання фізіології рослин в аспекті екологічних проблем України", Чернівці, 1995. - К.: ІФРГ НАН України, 1995. - С. 27.

5. Левчук О.М., Коць С.Я. Дія фітогормону 6-БАП на функціонування симбіотичної системи люцepнй-RhizoЫшn теШой та насіннєву продуктивність на фоні різного забезпечення мінеральним азотом // Матеріали міжнар. науково-практичної конф. молодих вчених "Наслідки наукових пошуків молодих вчених-аграрників в умовах реформування АПК". - Чабани: Ін-т землеробства УААН, 1996. - С. 99.

6. Левчук О.М., Коць С.Я., Голик К.М. Зв'язок процесів азотфіксації, фотосинтезу та дихання у люцерни при обприскуванні фі-тогормоном 6-БАП // VI Конференція молодих вчених "Актуальні проблеми фізіології рослин і генетики", Київ, 9-11 жовтня 1996 р.: Тези доп. - К.: ІФРГ НАН України, 1996. - С. 32-33.

7. Коць С.Я., Левчук О.М., Кудрявченко Л.А. Дія стимуляторів росту на насіннєву продуктивність люцерни // Там же.- С. 31-32.

АНОТАЦІЯ

Левчук О.М. Фізіологічні основи формування насіннєвої продуктивності люцерни при інтенсифікації симбіотрофного азотного живлення. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 - фізіологія рослин. - Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 1998.

Проведено дослідженій фізіолого-біохімічних особливостей розвитку і функціонування симбіотичної системи люцерни з метою підвищення насіннєвої продуктивності культури. Визначено і фізіологічно обгрунтовано оптимальне поєднання активних штамів бульбочкових бактерій, "стартових" доз мінерального азоту та регуляторів росту цитокінінової природи, при якому підвищується ефективність симбіотичної системи та інтенсивність газообміну С02, зростає вміст білка в рослинах і насіннєва продуктивність люцерни. Встановлено, що вплив фіторегуляторів на насіннєву продуктивність люцерни залежить від комплексу факторів: дози мінерального азоту, ефективності симбіозу різних сортів люцерни і штамів КкіюЬіит теїііо-И, кліматичних умов та року вегетації рослин. Визначено ефективні концентрації та способи обробки рослин триманом-1, при яких розвивається потужна симбіотична система і суттєво підвищується насіннєва продуктивність люцерни. За матеріалами досліджень розроблено практичні рекомендації щодо підвищення насіннєвої продуктивності люцерни.

Ключові слова: Medicago, КїіігоЬіит теШоІі, симбіоз, азот, стимулятори росту рослин, насіння.

Аннотация

Левчук О.Н. Физиологические основы формирования семенной продуктивности люцерны при интенсификации симбиотрофного азотного питания. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. - Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 1998.

Проведено исследование физиолого-биохимических особенностей развития и функционирования симбиотической системы люцерны с целью повышения семенной продуктивности культуры. Определено и физиологически обосновано оптимальное сочетание активных штаммов клубеньковых бактерий, "стартовых" доз минерального азота и регуляторов роста цитоки-ниновой природы, при котором повышается эффективность симбиотических систем и интенсивность газообмена С02, возрастает содержание белка в растениях и семенная продуктивность люцерны. Установлено, что влияние фиторегуляторов на семенную продуктивность люцерны зависит от

комплекса факторов: дозы минерального азота, эффективности симбиоза разных сортов люцерны и штаммов Rhizobium meliloti, климатических условий и года вегетации растений. Определены эффективные концентрации и способы обработки растений фиторегулятором триманом-1, при которых развивается мощная симбиотическая система и существенно повышается семенная продуктивность люцерны. По материалам исследований разработаны практические рекомендации касающиеся повышения семенной продуктивности люцерны.

Ключевые слова: Medicago, Rhizobium meliloti, симбиоз, азот, стимуляторы роста растений, семена.

Annotation

Levchuk О.М. Physiological bases of the formation of alfalfa seed productivity when intensifying symbiotrophic nitrogen nutrition. - Manuscript.

The thesis for Ph. D. degree (Biology), speciality 03.00.12 - plant physiology. - Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1998.

The investigation of physiological and biochemical peculiarities in the development and functioning of alfalfa symbiotic system aimed at the increase in its seed productivity has been carried out. Optimum combination of nodule bacteria active strains, "starting" concentrations of mineral nitrogen and growth regulators of cytokinin nature which raises the efficincy of symbiotic systems, increases both of the intensity of C02 gas exchange, protein content in plants and alfalfa seed productivity, have been defined and physiologically argumented. The effect of phytoregulators on alfalfa seed productivity has been found to depend on the complex of such factors as mineral nitrogen dose, symbiosis efficiency of various alfalfa cultivars and Rhizobium meliloti strains, climatic conditions and the year of plant vegetation. Efficient concentrations and methods of plant treatment with phytoregulator triman-1 which favours the development of powerful symbiotic system and essentially increase alfalfa seed productivity have been determined too. Practical recommendations concerning alfalfa seed productivity have been developed on the bases of the rezults obtained.

Key words: Medicago, Rhizobium meliloti, symbiosis, nitrogen, plant growth stimulators, seed.