Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологическое обоснование инкрустирования семян ячменя природными биологически активными веществами

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Физиологическое обоснование инкрустирования семян ячменя природными биологически активными веществами"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БОТАНИКИ ИМ.В.Ф.КУПРЕВИЧА

\

УДК 631.811.631.524.84:633.1

Линг Сергей Сергеевич

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНКРУСТИРОВАНИЯ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ ПРИРОДНЫМИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ

ВЕЩЕСТВАМИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

03.00.12 - физиология растений

Минск - 1998

Работа выполнена в Институте фотобиологии НАН Беларуси и в Белорусском научно-исследовательском институте земледелия и корме ААН РБ

Научные руководители:

доктор биологических наук, чттен-корр. НАНБ; профессор Чайка М.Т.

кандидат сельскохозяйственных наук Шанбанович Г. Н.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

член-корр.НАНБ Ламан Н.А.

кандидат биологических наук Кахнович Л.В.

Оппонирующая организация: Белорусская сельскохозяйственная

академия

Защита состоится " " нолЪ^х 1998 года в 14- на заседанш совета по защите диссертаций Д.01.31.01 в Институте экспериментально! ботаники им. В.Ф. Куцревича HAH Беларуси по адресу: 220072, г. Минск ул. Академическая, 27, тел. ученого секретаря 284-18-53.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я. Коласа HAH Беларуси

Автореферат разослан " ^ " 1998 г.

Ученый секретарь q

совета по защите диссертаций 'С/. И.В.Рогульченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Уровень урожайности - интегральный показатель, сочетающий реализацию заложенного в геноме растения потенциала продуктивности с состоянием факторов среды и современных технологических приемов, используемых в качестве средств для более полного проявления метаболических возможностей той или иной возделываемой культурой. Поэтому степень сопряженности данных процессов представляет особый интерес как фактор, гарантирующий не только качество, но и количество планируемой продукции.

Рассматривая закономерные проявления наследственной информации в развитии организма и участие в ее реализации определенных внешних воздействий как единый взаимообусловленный процесс, мы особое внимание уделили инкрустации семян, как наиболее действенному способу предпосевной обработки их, обеспечивающему запуск и последующее плодотворное протекание всего онтогенеза растения.

Эффективность перехода растений от гетеротрофного состояния к авто-трофному в значительной мере определяется функциональными особенностями соединений, вводимых в состав инкрустирующих смесей. В отличие от вошедшего в широкую практику использования пестицидов, являющихся загрязнителями окружающей среды, проведен поиск физиологически активных веществ естественного происхождения, которые способны контролировать оптимальное протекание метаболических процессов клетки не только на стадии прорастания злаков, но и на последующих морфогенетических этапах их развития.

Уделено особое внимание изучению роли экзогенного предпосевного воздействия янтарной кислоты, кремвида, гуматов, брассинолидов на прохождение растением последовательных фенофаз, а также продуктивности ячменя. Эти исследования явились основой для разработки более экологически чистой технологии обработки семян, позволяющей повысить урожайность ячменя и его устойчивость к био- и абиотическим факторам, уменьшить при этом использование средств фитозащиты на 50%.

Связь работы с крупными программами, темами. Диссертация выполнялась в рамках научно-исследовательской темы "Молекулярно-генетические и физиологические аспекты регуляции биогенеза фотосинтетического аппарата, определяющие направленность продукционного процесса" по Государственной программе "Биопродуктивность растений", № госрегистрации 1996175; темы, финансируемой Фондом фундаментальных исследований РБ: "Изучение физиологических основ действия защитно-стимулирующих смесей на рост и развитие сельскохозяйственных культур", № госрегистрации 1996292. Она явилась также частью темы "Исследовать

возможность использования кремня с целью повышения урожайности се. скохозяйственных культур", № госрегистрации 1996291.

Цель и задачи исследования: изучить физиолого-биохимические о бенности реакции ячменя, возникающие в ответ на воздействие разных по 1 ставу инкрустирующих смесей, обосновать оптимальное сочетание компот tob инкрустирующих смесей, позволяющих растению наиболее полно реа; зовать потенциальные возможности в процессе формирования урожая.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить след> щие задачи:

1. Охарактеризовать эффективность инкрустирующих смесей, испо. зуемых для предпосевной обработки семян.

2. Идентифицировать эффект каждого физиологически активного ком] нента и выявить наличие синергизма при включении его в состав инкрус-рующей смеси.

3. Изучить особенности роста и развития ячменя, а также функциони] вания фотосинтетического аппарата после воздействия инкрустирующих сг сей.

4. Обосновать принципы ранней диагностики защитно-стимулируюн свойств исследуемых инкрустирующих составов.

5. Выявить безопасные, а также экономически выгодные инкрустир> щие составы как основу для разработки экологически чистой технолог предпосевной обработки семян ячменя и рекомендовать ее сельскохозяй венному производству.

Эбъект и предмет исследовании. В качестве объекта исследоваг служили семена ячменя сорта Гонар. Урожайность его составила 49-53 ц/ Дан морфо-физиологический анализ тканей листьев и корней растений, i ращенных из этих семян после инкрустации физиологически активными ществами: янтарной кислотой, кремвидом, гуматами и брассинолидами.

Предметом исследования являлись изменения фотосинтетического ап рата, роста и развития, индуцируемые в тканях растений, под влиянием nj лонгированного действия, оказываемого данными соединениями, а также менения параметров урожайности.

Гипотеза. Физиологически активные вещества естественного происхс дения оптимизируют переход семян от состояния покоя к вегетации, а так пролонгируют свое действие на всех этапах онтогенеза хлебных злаков. С участвуют в развитии устойчивости ячменя, возникающей в ответ на возд( ствие био- и абиотических факторов на всех этапах морфогенеза и этим мым повышают экологическую пластичность растений в течение вегетации

Научная новизна и значимость полученных результатов. Вперв изучено влияние инкрустирующих смесей, различающихся защип стимулирующими свойствами на особенности роста и фотосинтеза растен ячменя при переходе их от гетеротрофного питания к автотрофному.

Впервые физиологически охарактеризованы по регулирующему эффекту на онтогенез ячменя и использованы в составе инкрустирующих смесей отечественные природные соединения кремвид и гуматы.

Установлена специфичность воздействия физиологически активных веществ на интенсивность ростовых процессов и функциональную активность фотосинтетического аппарата. Эффект янтарной кислоты, кремвида, гуматов обусловлен ускорением процессов роста и развития растений ячменя. Эффект эпибрассинолида определяется непосредственным влиянием на содержание хлорофилла.

Полученные нами данные об активном участии янтарной кислоты, крем-вида, гуматов, брассинолидов в качестве регуляторов взаимоотношений между физнолого-биохимическими реакциями ячменя и внешними взаимодействиями среды, расширяют и углубляют знания о механизмах формирования продукционного процесса. Они вносят существенный вклад в дальнейшее развитие теории адаптативного земледелия.

Разработаны принципиально новые инкрустирующие составы для предпосевной обработай семян, которые позволяют управлять продукционным процессом ячменя и способ ранней диагностики их эффективности.

Методология и методы проведения исследования. Методология исследования заключалась в выяснении путей регулирования отдельных этапов онтогенеза ячменя посредством включения в процесс предпосевной обработки :емян естественных физиологически активных всшеств с пролонгированным аействием в сочетании со средствами защиты и пленкообразующими соеди-шниями.

Для оценки особенностей метаболического состояния растительных тка-1СЙ использовались спектрофотометрические, колориметрические и морфо-{шзиологические методы исследований.

Статистическую обработку цифрового материала осуществляли различными методами [Рокицкий, 1974; Доспехов, 1973,1984].

Практическая значимость полученных результатов. Обнаруженные за-;ономерности протекания фенофаз у ячменя в течение его вегетации явились еоретической основой для создания новой экологически безопасной, эконо-шчески выгодной технологии предпосевной обработки семян зерновых куль-ур, которая внедрена в практику колхозов и совхозов республики.

Разработан метод ранней диагностики эффективности новых зашитно-тимулирущих составов для семеноводства.

Экономически обоснованы преимущества использования получаемых из ешевых местных ресурсов естественных метаболитов в качестве компонен-ов защитно-стимулирующих составов для предпосевной обработки семян ерновых культур. Они не только увеличивают эффективность процесса про-зводства зерна, но и обеспечивают экологическую защищенность посевов.

Разработанные приемы инкрустации семян дают прибавку урожа ячменя от 3 до 5 ц/га (акт внедрения).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Воздействие физиологически активных веществ природног происхождения при выращивании растений имеет пролонгированны характер и способствует оптимизации условий для реализаци биологического потенциала в ходе онтогенетического развития ячменя.

2. Формирование растений ячменя на последовательных стадш онтогенеза определяется специфичностью воздействия защитн< стимулирующих составов, используемых при предпосевной обработ! семян.

3. Модификации активности морфофизиологических процессе играют существенную роль в формировании морфоструктуры растеш ячменя и его урожая.

4. Широкое использование технологии инкрустирования сем* ячменя является наиболее радикальным средством управлещ продукционным процессом при экологизированной системе защит растений на протяжении всего периода их вегетации.

Личный вклад соискателя. Лабораторно-полевые опыты, а тао физиолого-биохимические исследования проведены лично диссертанто; Интерпретация результатов и анализ полученных данных выполнен автором самостоятельно, им же сформулированы выводы и предложен! производству.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследован! доложены на 1 съезде Белорусского общества фотобиологов и биофизике [Минск, 1994], на Международной конференции «Роль адаптивно интенсификации земледелия в повышении эффективности аграрно1 производства» [Жодино,1998], неоднократно обсуждались на научнь семинарах лаборатории Института фотобиологии НАН Беларуси.

Онубликованность результатов. Результаты исследования по тел опубликованы в 2 статьях в научных журналах, 1 технологическо регламенте, 3 тезисах докладов научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введени общей характеристики работы, 6 глав, включающих обзор литератур! материалы и методы исследования, результаты и их обсуждение, а так» заключения и приложения. Материал изложен на страницах, содерж!

таблиц, рисунков. Список используемой литературы содерж!

источников, в том числе иностранных.

Принятые сокращения: ЯК-янтарная кислота; ЭБ-эпибрассиноли ЫаКМЦ-Ыа-карбокснметилцеллюлоза; ХЛ-хлорофилл; УППЛ-удельш поверхностная плотность листа; ЛИ-листовой индекс; ХЛ1 хлорофилловый индекс; ФСП-фотосинтетический потенциал; ХЛФСГ хлорофилловый фотосинтетический потенциал; ЧПФ-чистг продуктивность фотосинтеза.

Основное содержание работы

Объекты, условия и методы исследований

Исследования проводились в течение 1992-1997 годах в Институте фотобиологии НАНБ и Белорусском НИИ земледелия и кормов ААН РБ.

Объектами исследований служили семена ярового ячменя сорта Гонар, инкрустированные разными по составу смесями, а также выращенные из этих семян растения.

Опыты проводились на экспериментальной базе «Жодино» Смолевичского района Минской области. Почва опытного участка - дерново-подзолистая, легкосуглинистая, подстилаемая на глубине 30-50 см песком. Она характеризуется следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса по Тюрину - 2,5%, К20 - 30,5 мг/100г почвы, Р205 - 25,5 мг/100г почвы, гидролитическая кислотность по Каппену - 1,85 мг/экв на 100г почвы, сумма оснований - 10,0 мг/100 г, рН-6,3. Предшественник под ячмень - картофель. Работа велась на фоне зональных технологий возделывания ячменя.

В качестве ингредиентов инкрустирующих смесей использовали природные физиологически активные соединения: кремвид - 100 г/т; гумат Na и гу-мат К-200 г/т; ЯК - 5 .г/г, ЭБ -50 мг/т ; протравитель - байтан-универсал - 2 кг/т семян; пленкообразователь - NaKMU ( 2% раствор) - 10 л/т. Исследования велись в лабораторных условиях и на экспериментальной базе БелНИИЗиК и хозяйств республики в соответствии с основными требованиями к закладке опытов [Доспехов, 1973, 1984; Журбицкии, 1968; "Краткие методические указания по проведению государственных испытаний регуляторов роста растений, 1984].

Для идентификации онтогенетических фаз ячменя по морфологическим признакам проводили фенологические наблюдения. На каждой фазе роста и развития ячменя отбирали растительные образны для оценки пигментного аппарата растений и изучения динамики формирования элементов их продуктивности.

В лабораторных опытах проростки выращивали в рулонах по модифицированному нами методу [Кононков, Губкин, 1986]. Морфо-физиологические анализы проводили путем оценки параметров роста и развития 8-дневных проростков (длина, ширина, площадь листа, длина корневой системы, накопление сырой и сухой биомассы, индекс проростка) по [Бидл, 1989].

В полевых условиях эффективность действия разработанных составов оценивали по параметрам морфоструктуры, накоплению сырой и сухой биомассы растений на всех основных этапах онтогенеза и по показателям структуры урожая [Ламан, к др.,1987].

Развитие фотосинтетического аппарата оценивали по площади листовой поверхности [Watson, 1947] и [Литун, 1976]; содержание ХЛ и каротиноидов определяли спектрофотометрически [ Шлык. 1971], ЧПФ по [Ничипорович,

1961]. ЛИ рассчитывали по [Watson, 1947]; ХЛИ и ХЛФСП по [Тарчевский и др, 1975]; ФСП по [Дорохов, 1959]. Статистическая обработка данных проведена различными методами [Рокицкий, 1974; Доспехов, 1973, 1984].

Особенности формирования ячменя после предпосевной обработки семян инкрустирующими составами, содержащими ЯК

Использование Ж в инкрустирующих смесях в качестве физиологически активного вещества обусловлено ее способностью [Благовещенский, 1968] увеличивать энергетическую эффективность работы ферментов, благодаря чему оптимизируется переход растения от геротрофного питания к автотроф-ному.

Введение в пленкообразователь совместно с Ж байтан-универсала, защищающего растения от грибной, бактериальной и других типов инфекций, придает инкрустирующей смеси зашитно-стимулирующие свойства, которые сохраняются на всех последующих фенофазах ячменя.

Ж в наиболее эффективной концентрации (0,1%) оказывает довольно существенное влияние на формирование проростков ячменя. Оно проявляется в ускорении выхода листьев из колеоптилей по сравнению с контролем, их длины (на 15%), ширины (на 18%) и, как следствие - площади (на 27%), удлинении корней (на 18%). Индекс проростков при этом существенно не изменяется.

Ж не только способствует более интенсивному переходу семян ячменя из состояния покоя к активной вегетации формирующихся растений, но и модифицирует активность байтан-универсала. Этот пестицид, применяемый обычно в процессе инкрустации в стандартной дозе (2 кг/т семян), в условиях отсутствия Ж проявляет фунгицидный эффект и одновременно уменьшает высоту растения, при этом площадь листьев уменьшается в среднем на 20% Данный эффект обнаруживается и при уменьшенной вдвое дозе пестицида (табл .1). Добавление Ж снижает отмеченный ингибирующий эффект байтаи-универсала на параметры роста первичного листа. Следовательно, под влиянием Ж защитная функция инкрустирующей смеси сохраняется и параллельно не утрачивается ее стимулирующая способность. В результате при меньших затратах, связанных с использованием в предпосевной обработке пониженных доз пестицида, достигается тот же эффект, что и при стандар!-ной дозе и вместе с тем формируется более устойчивый к био- и абиотическим факторам фенотип проростка. Об этом свидетельствуют положительные изменения в содержании сырой и сухой биомассы корней и листьев, а также УППЛ проростков ячменя (см.табл. 1).

Таблица 1

Влияние предпосевной обработки семян инкрустирующими смесями, содержащими фунгицид и ЯК, на параметры развития 8-дневных проростков ячменя сорта Гонар

Вариант Сырая масса 10 растений Сухая масса 10 растений УППЛ Площадь листа

Листья Корни Листья Корни

г г г г мг/ см2 см2

Контроль 0,73+0,03 1,17+0,03 0,069±0,02 0,097±0,004 1,98 3,49

КаКМЦ+байтан (2кг) 0,70±0,01 1,3010,02 0,087±0,001 0,080+0,003 3,05 2,84

ЫаКМЦ+байтан (1 кг)-фон 0,69±0,01 1,23±0,0б 0,08810,001 0,079+0,002 2,80 3,14

Фон+Ж, 0,05% 0,73*0,03 1,22+0,04 0,096+0,004 0,088+0,003 3,14 3,6

Увеличение ассимиляционной поверхности указывает, в свою очередь, на активное формирование фотосинтетического аппарата. В тканях листьев 8-дневных проростков возрастает на 30% количество ХЛ (а+в). ЧИФ не изменяется под влиянием Ж. При расчете содержания ХЛ на единицу сырой массы листа не отмечалось таких существенных различий, как это характерно при расчете зеленых пигментов на растение в целом (рис. 1).

X

.М

0,4

0,3

Рис. 1. Изменение показателей фотосинтетического аппарата 8-дневных проростков ячменя сорта "Гонар" после обработки семян защитно-стимулирующими составами.

А - содержание ХЛ (а+в), мкг/растение (VI); В - содержание каротнноидов, мкг/раетенне (VI);

С - чистая продуктивность фотосщггеза, мг сухого вещества/см.кв хсутки (У2).

1 - абсолютный контроль,

2 - №КМЦ + байган 2 кг;

3 - №КМЦ + байган 1 кг - фон; -1 - фон - Ж.-. 0.05%

Поэтому мы полагаем, что действие Ж обусловлено стимуляцией ростовых процессов, а не активизацией биосинтеза ХЛ в тканях ячменя.

Отмеченное на стадии проростков постинкрустациогаюе действие Я1< пролонгируется на следующую фенологическую фазу онтогенеза ячменя - н: стадию кущения. Закономерности изменений морфофизиологических процессов, выявленные на стадии кущения, аналогичны закономерностям, характер ным для предыдущей фенологической стадии.

Для стадии трубкования характерна интенсификация ростовых процессо! ячменя в связи с образованием второго междоузлия, "смыкания" посевов з; счет увеличения листовой поверхности и развития генеративных органов. Я1< совместно с половинной дозой байтан-универсала, введенной в период пред посевной обработки семян, еще более стимулирует ростовые процессы ячме ня (повышает количество побегов и листьев на растении, его высоту и сырук биомассу), а также снижает ингибирующий эффект, оказываемый на эти про цессы байтан-универсалом (табл. 2).

Таблица!

Морфострукгурные изменения ячменя сорта Гонар в фазу выхода в трубку после предпосевной обработки семян защитно-стимулирующей

смесью с ЯК

Высота Количество Количество Сырая масса

Вариант опыта растении побегов листьев на растения

на растении растении

см % ед % ед % г %

Контроль 51,7±1,4 100 3,6±0,2 100 12,5±0,5 100 7,18±0,87 100

КаКМЦ+байтан 47,0±0,9 91 3,0±0,5 84 14,6±0,6 117 6,43±0,65 40

(2 кг)

ЫаКМЦ+байтан 54,3±1,3 105 3,7±0,2 100 13,5±0,5 108 8,87±0,88 124

(1 кг)-фон

Фон+ЯК 63,5±0,8 123 4,3±0,3 117 15,7±0,7 126 10,63±0,86 148

Такое влияние ЯК на ростовые процессы свидетельствует о высокой фи зиологической активности данного соединения. Влияет она и на возрастали содержания ХЛ (а+в) при расчете их на растение, тогда как при расчете коли чества пигмента на единицу ассимилирующей поверхности этот показатель н изменяется по сравнению с контролем (рис. 2). Это указывает на опосредс ванное действие Ж на формирование фотосинтетического аппарата, то ест через накопление биомассы растений и увеличение их общей поверхности.

Развитие растений на стадии налива зерна также контролируется прс лонгированным действием Ж, внесенной в инкрустирующую смесь пр предпосевной обработке семян (рис.3).

ш

т

'■ус.'.'у"- 1Ш

'Ф'Ж'

1Щ

НА

В О

А

Рис.2. Формирование пигментного аппарата ячменя сорта "Гонар" на стадии выхода в трубку после предпосевной обработки семян янтарной кислотой в составе защитно-стимулирующей смеси. А - содержание ХЛ (а+в), мкг/кв. си (У1); В - содержание ХЛ (а+в), иг/растение (У2); С - содержание каротиноидов, мкг/кв. см (У2)

1 - абсолютный контроль;

2 - ЫаКМЦ + байтан 2 кг;

3 - К'аКАО I, + байгап 1 кг - фон;

4 - фон + ЯК.

ЕЗА □ в а с

Рис.3. Особенности накотения хлорофиллов (а+в) в фотосинтезирую1Ц11Х органах растений ячменя сорта "Гонар " в фазу налива зерна после предпосевной обработки семян защитно-стимулирующими смесями на основе янтарной кислоты. Данные представлены в процентах к общему содержанию ХЛ (а+в) в растении: А - листья; В - стебли; С - колосья.

1 - абсолютный контроль;

2 - №КМЦ + байтан 2 кг;

3 - №КМЦ + байтан 1 кг - фон;

4 - фон + ЯК 0.05%

1 о

Особенности скрининга кремнесодержащих препаратов для инкрустирующих смесей при предпосевной обработке семян ячменя

Помимо ЯК нами использовались другие физиологически активные вещества, и в частности, кремвид, который является природным экологически чистым препаратом отечественного производства, а поэтому и выгодным для технологии предпосевной обработки, т. к. существенно удешевляет ее. Наличие в его составе около 20 химических элементов наделяет кремень каталитической способностью изменять структурные свойства воды, что по-видимому играет существенную роль в активизации биологических процессов в животных и растительных организмах [Прищепов, 1993]. В последнее время в литературе отмечается высокая стимулирующая активность кремневых препаратов на рост и развитие некоторых групп микроорганизмов [Астаиович и др., 1993], а также на развитие растений [Михайлова и др., 1993].

Кремвид в оптимальной концентрации (2%) индуцирует ускоренное образование и увеличение (на 18%) количества корешков и ускоряет выход ко-леоптилей из зерновок (фазы 05 и 07 по КЗ соответственно), одновременно происходит более эффективное их удлинение. Кроме того инкрустированные кремвидом семена ячменя сохраняют способность к более высокой энергии прорастания в течение месяца. Байтан-универсал также ускоряет процесс прорастания семян ячменя. Но при закладке инкрустированных байтан-универсалом семян на хранение это свойство, в отличие от кремвида, сразу же утрачивается. Следовательно, способность к пролонгированному действии: инкрустирующих составов на онтогенез растения обусловлена функциональными свойствами кремвида, позволяющими создавать в клетке такой уровень метаболической активности, какой необходим для проявления постинкруста-ционного эффекта на последующих стадиях вегетативного развития.

Так, в фазу кущения кремвид индуцирует увеличение количества стеблей и массы растений соответственно на 28 и 24%, площади листьев и УППЛ- на 60 и 30%, содержание ХЛ в расчете на общую площадь растений - на 53% (табл.3).

Таблица 3

Морфофизиологические показатели ячменя сорта Гонар после предпосевной обработки семян кремнесодержащими инкрустирующими

составами (фаза кущения)

Варианты опыта Высота растений, см Вес растений, г Количество стеблей, ед. УППЛ, мг/см2 Площадь листьев, см 2/раст. Хл(а+в) мг/раст

Контроль 40,7±0,7 4,9±0,3 3,2±0,1 3,00 64,9 2,69

ЫаКМЦ+байтан (2 кг/т) 37,8±1,2 4,3±0,3 3,8±0,3 3,01 63,3 3,01

Г^аКМЦ+байтан (1 кг/т)-фон 38,1±0,8 5,0±0,3 3,3±0,2 3,02 74,4 2,95

фон + кремень (4 %) 41,5X0,6 6,1 ±0,4 4,1±0,3 3,90 104,1 4,11

В фазу выхода в трубку отмеченная закономерность повторяется, т.е. возрастает масса одного растения и количество листьев на нем, обшая площадь листьев, а также содержание ХЛ (а+в) в расчете на эту площадь Аналогичная закономерность наблюдается и в фазу налива зерна.

Гуминовые препараты инкрустирующих смесей - регуляторы морфо-физлологпческих процессов, развивающихся после предпосевной обработки семян ячменя

Гуминовые кислоты, обладающие ферментативной активностью, катализируют разнообразные процессы жизнедеятельности растений [Христева,1977, Орлов, 1993]. Благодаря этим свойствам, а также возможности получения их из торфяных залежей республики [Наумова и др., 1995,1997] мы использовали гуматы для предпосевной обработки семян ячменя и выяснения наличия у них способности влиять на формирование растений ячменя в онтогенезе.

Прохождение стадий проростков и кущения сопровождается под влиянием пролонгированного действия гумата Иа довольно значительным-увеличением роста листьев и корней, площади листовой поверхности, содержания ХЛ (а+в).

В тканях стеблей, листьев и колосьев ячменя в период налива зерна происходит увеличение содержания сухого вещества. Отмечено увеличение площади листовой поверхности растений и содержания в них ХЛ (а+в) (Рис.4).

м*

Л

Ж Щ

'¡у-ул'--.

Г-.-чЗ*

Рис. 4.Площадь листовой поверхности растений ячменя (А) и содержание ХЛ (а+в) в листьях растений ячменя (В) сорта Гонар в период налива зерна после предпосевной обработки семян инкрустирующшш составами, содержащими гуматы.

1. Абсолютный контр оль.

2. N3 КМЦ 2%

3. N3 КМЦ + батан (1 кг/т) - фон

4. фон + гумат N8 - 2%

5. фон + гулит К - 2%

Как при исследовании Ж и кремвида, действие гумата Ыа на фотосинтетический аппарат ячменя осуществляется опосредованным образом, т.е. за счет увеличения общей поверхности растения.

Воздействие ЭБ в составе защитно-стимулирующих смесей на формирование растений в онтогенезе ячменя после предпосевной обработки семян

Брассинолиды являются новой группой высокоактивных фитогормонов, координирующих интенсивность протекания различных физиологических процессов у растений [ Хрипач и др., 1993] и обладающих к тому же противо-инфекционным действием [Волынец, 1997]. Поэтому вопрос выяснения роли данных соединений в процессах предпосевной обработки семян и характера пролонгированного действия их на формирование растений в онтогенезе ячменя не мог быть не включен в круг наших исследований.

Однако на стадии проростков мы не отмечали стимулирующего эффекта ЭБ на ростовые процессы. Длина и ширина листа, его площадь, длина корней существенно не отличались от вариантов опыта, в которых использовался бай-тан-универсал (в стандартной и половинной дозах), т.е. не снижалась ингиби-рующая активность протравителя.

Не отмечено также существенных различий в действии байтан-универсала и ЭБ на накопление сырой биомассы листьев и корней, в тоже время сухая биомасса листьев возрастала на 26-29% во всех испытанных вариантах, а сухая биомасса корней снизилась на 80-82% по сравнению с контролем, (табл.4).

Таблица 4

Изменение массы и УППЛ 8-дневных проростков ячменя сорта Гонар

после предпосевной обработки семян инкрустирующими смесями, • _содержащими ЭБ_^_

Вариант Сырая масса 10 растений Сухая масса 10 растений УППЛ мг/ см"

листья корни листья корни

г % г % г % г %

Контрол ь 0,73±0,03 100 1,17*0,03 100 0,069*0,002 100 0,097±0,004 100 1,98

КаКМЦ -Ц байтан (2 кг) 0,70±0,01 96 1,30*0,02 114 0,087*0,001 126 0,080*0,003 82 3,05

КаКМЦ + байтан (1кг)- фон 0,69±0,01 95 1,23±0,0б 105 0,088*0,001 128 0,079*0,002 81 2,80

Фон+ЭБ 0,71±0,01 97 1,24±0,06 106 0,089*0,001 129 0,078*0,004 80 3,16

Не отмечено модификаций между данными вариантами по степени повышения содержания ХЛ (а+в) и каротиноидов, а также по ЧПФ. Однако удельная поверхностная плотность листа под влиянием ЭБ повышалась по сравнению с контролем на более существенную величину ( 60%), чем под влиянием половинной дозы байтан-универсала (41%) и по величине приближалась к эффекту стандартной дозы протравителя, когда УППЛ превышала контроль на 54%.'

В целом, на стадии проростков пролонгированное действие ЭБ проявляется, главным образом, в восстановлении уровня активности байтан-универсала, которой обладает его стандартная доза

Однако переход растений ячменя к стадии трубкования сопровождается положительным воздействием ЭБ на формирование фотосинтетического аппарата, причем количество пигментов возрастает не только при расчете на целое растение, но и на единицу ассимилирующей поверхности. Высота растения увеличивается на 12%, хотя другие морфологические показатели (число побегов и листьев на растении) находятся на уровне контроля (рис.5, табл.5). Я

ил

50

40

30

20

1 0

«

ГТ '

||

5

□ А

□ В ПС

Рис 5. Влияние защитно-стимулирующих составов, содержащих эпибрассинолид, на формирование пигментного аппарата растений ячменя сорта "Гонар " на фазе выхода в трубку.

А - содержание ХЛ (а+в), мкг/кв. см (У1); В - содержание ХЛ(а+в), мг/растение; С - содержание каротиноидов, мкг/кв.см (У2) I - абсолютный контроль;

2. № КМЦ + байтан 2 кг;

3. Ыа КМЦ + байтан 1кг - фон;

4. фон + ЭБ.

Эта закономерность сохраняется на стадии налива зерна. Помимо того, наблюдается повышение уровня пигментов не только в тканях листьев, но и в тканях стеблей и колосьев, что способствует формированию более мощных растений с активным фотосинтетическим аппаратом на заключительных этапах вегетации ячменя. Высокая эффективность работы фотосинтетического аппарата

Таблица 5

Морфоструктура ячменя сорта Гонар на стадии трубкования после предпосевной обработки семян инкрустирующими смесями, содержащими

ЭБ

Варианты Высота растений К-во побегов на растении К-во листьев на растении Сырая масса растений

см % ед. % ед. % г %

Контроль 51,7±1,4 100 3,б±0,2 100 12,5±0,5 100 7,18±0,87 100

NaKML^ байтан(2кг) 47,0+0,9 91 3,0±0,5 84 14,6±0,6 117 6,43±0,65 90

Nak'MLh байтан(1 кг)-фон 54,3±1,3 105 3,7±0,2 100 13,5±0,5 108 8,87±0,88 124

Фон+ЭБ Of) 005% 57,Sil,3 112 3,6±0,3 100 13,3±0,3 106 8,19+0,48 114

в условиях пролонгированного действия ЭБ обусловлена увеличением ЛИ и ХЛИ, ФСП и ХЛФСП соответственно на 171, 143, 171 и 143% (табл.6).

Спецификой отмеченного пролонгированного действия ЭБ является его способность направлять работу фотосинтетического аппарата по интенсивному типу.

Таблица 6

Показатели развития фотосинтетического аппарата ячменя сорта Гонар в фазе налива зерна после предпосевной обработки семян инкрустирующими смесями, содержащими ЭБ

Вариант ЛИ ХЛИ ФСП ХЛФСП ЧПФ

м2/м2 % г/м2 % тыс.м2-сут./га % кгХЛ-сут./га % мг/см2> сут. %

Контроль 0,21 100 0,28 100 95,6 100 127,4 100 1,04 100

КаКМЦ+ байтан(2кг) 0,38 180 0,56 200 172,9 181 254,8 200 1,40 135

NaKMLJf байтан(1кт)- фон 0,25 119 0,27 100 113,8 119 122,9 96 1.31 126

Фон+ЭБ 0й ООЛ'о) 0,57 271 0,68 243 259,4 271 309,4 243 0,98 94

Урожайность ячменя сорта Гонар после предпосевной обработки семян инкрустирующими составами, содержащими регуляторы роста

Стимулирующий эффект Ж ,кремвида, гуминовых препаратов и брасси-ностероидов на всех этапах онтогенеза проявился на формировании урожая. Он возрастает в среднем на 3-5 ц с гектара. При этом сохраняется стабильность урожая, о чем свидетельствует достоверная прибавка урожая в течение трех лет (1995, 1996, 1997 гг.), хотя каждый исследуемый год резко отличается друг от друга по погодным условиям (влажностью, температурой и т. д), а также степенью инфекционного воздействия (табл.7). Соответственно повышались и структурные показатели урожая (количество колосьев и их масса, масса 1000 зерен)

Таблица 7

Влияние предпосевной обработки семян защитно-стимулирующими составами, содержащими природные регуляторы роста, на урожай зерна ярового ячменя сорта Гонар

Вариант Средняя урожайность за 3 года

Ж Кремвид Гумат натрия ЭБ

ц/га прибавка, ц/га ц/га прибавка, ц/'га ц/га прибавка, и/га ц/га прибавка , ц'га

Контроль 37,9 - 37,0 - 36,9 - 37,9 -

^КМЦ-^байтан (2 кг) 39,4 1,5 39,0 2,7 38,0 1,1 38,8 0,9

ЫаКМЦ+байтан (1 кг)-фон 37,9 - 37,4 - 39,7 3,2 37,9 -

Фон+препарат 42,2 4,3 42,5 5,7 37,4 0,5 41,2 3,3

№К\1Ц+препарат 40,9 3,0 40,6 3,6 41,9 5,0 40,1 2,2

Экономическая эффективность технологии инкрустации семян защитно-стимулирующими составами

Обоснование физиолого-биохимических принципов, определяющих разработку новой технологии инкрустации семян ячменя как наиболее результативного средства их предпосевной обработки, позволило рассчитать эффективность каждого предлагаемого нами физиологически активного соединения: Ж, кремвида, гумата 1\та, гумата К и ЭБ.

Эти расчеты свидетельствуют о высокой экономической выгоде, получаемой при использовании разработанных нами новых инкрустирующих составов, которые уже нашли применение в практике сельскохозяйственного производства. Подтверждена их эффективность в производственных опытах на э/б "Жодино" и колхозах республики, позволивших составить рекомендации (дозы, сроки и способ) применения данных соединений, а также снизить на 50% нормы расхода байтан-универсала и на 40% - энергоемкость процесса обработки семян (акт внедрения).

Заключение

На основе проведенных исследований экспериментально доказано, что физиологически активные вещества естественного происхождения оптимизируют переход семян от состояния покоя к вегетации, пролонгируют свое действие на формирование морфоструктуры растений ячменя на различных этапах онтогенеза и повышают их экологическую пластичность в течение вегетации. Основные результаты исследований можно обобщить в следующих выводах:

1. На основе физиолого-биохимических исследований показана высокая биологическая активность в составе инкрустирующих смесей новых технологически безопасных природных препаратов отечественного производства (кремвидов и гуматов), а также синтетических аналогов веществ растительного происхождения (Ж и ЭБ) [1,6].

2. Установлено, что стимулирующий ростовой эффект физиологически активных веществ в составе инкрустирующих смесей, используемых для обработки семян, характеризуется продолжительным пролонгированным влиянием на активность морфофизиологических процессов в растения на последующих стадиях их онтогенеза и приводит в результате к формированию более устойчивого и продуктивного фенотипа ярового ячменяИ^

3. Обнаружена специфичность в характере воздействия изученных физиологически активных веществ на формирование пигментного аппарата растений ячменя. Эффект кремвида, Ж, гуматов проявляется через усиление активности ростовых процессов растений и осуществление фотосинтетической деятельности по экстенсивному типу, не затрагивая существенно эффективность работы единицы поверхности листа. Тогда как ЭБ вызывает повышение содержания фотосинтетических пигментов в единице листовой поверхности, что может быть связано с его влиянием на биосинтез ХЛ в растении [2,3,6].

4. На уровне посева в фазе выхода в трубку и налива зерна под влиянием стимуляторов обнаружено увеличение ЛИ и ХЛИ, ФСП и ХЛФСП, что является следствием повышения устойчивости растений в посевах и увеличения продолжительности активной работы фотосинтетического аппарата [2,3,5].

5. Применение новых защитно-стимулирующих составов на основе веществ природного происхождения повышает урожайность зерна в среднем на 15% по сравнению с контролем за счет увеличения массы зерна с одного растения и массы 1000 зерен [1,4].

6. На основе изучения защитно-стимулирующих составов в производственных условиях разработаны регламенты по использованию их в технологиях возделывания злаковых культур, обоснована экономическая эффективность инкрустирования семян ячменя, которая прошла производственную проверку и рекомендована для внедрения в сельскохозяйственное производство [1].

Список опубликованных работ соискателя.

1. Предпосевная обработка семян. //Отраслевые регламенты "Применение химических средств в растениеводстве". - Минск, 1997: Минсельхозпрод Республики Беларусь,- С. 1-24.

2. Михайлова С.Л., Климович A.C., Кабашникова Л.Ф., Зеневич Л.А., Линг С.С., Чайка М.Т. " Влияние предпосевной обработки семян ячменя янтарной кислотой на рост растений и их продуктивностью" // Becui АНБ. Сер. 61ЯЛ. навук,- 1997, № 2,- С. 53-56.

3. Кабашникова Л.Ф., Климович A.C., Линг С.С., Михайлова С.А., Чайка М.Т. "Особенности развития растений ярового ячменя при обработке семян физиологически активными веществами". // Becui НАНБ. Сер. был. навук. - 1998, № 1.-С. 67-72.

4. Линг С.С., Шанбанович Г.Н. "Регуляторы роста и фотосинтетическая деятельность зерновых культур". - //Тез. докл. I съезда Белорусского общества фотобиологов и биофизиков (Минск, 22-23 ноября 1994 г.) - Минск, 1994. -С.104.

5. Shanbanovich G.N., Serova Z.Y., Ges D.K., Ling S.S. " Protection functions of humâtes concerning net blotch of barley". // European Journal of Plant Pa-tology. XIII International Plant Protection Congress. The Hague-The Netherlands (2-7 July 1995).- Abstracts. Kluwer Academic Publishers. - 1995,- P. 65.

6. Линг С.С., Кабашникова Л.Ф. " Физиологические основы использования новых защитно-стимулирующих составов для предпосевной обработки семян зерновых культур" // В сб. науч. трудов Межд. конф. "Роль адаптивной интенсификации земледелия в повышении эффективности аграрного производства",- Жодино, 1998. Т.2.- С. 155-157.

РЭЗЮМЕ Лшг Сяргей Сяргеев5ч (ЗДзмлапчнае обгрунтаванне шкрустыравання насення ячменю прыродны\п бшлапчна актмуным! рэчывам1

Ключавыя словы: ячмень, фенатып, рост 1 развщце, фотасштэтычны апарат, хларафш, фшялапчна актыуныя рэчавы, шкрустацыя, перадпасяуная апрацоука насення.

Мэта работы заключалася у вывучэнш фiзiялaгiчнaгa дзеяння б1ялапчна актыуных рэчывау прыроднага паходжання у складзе шкрустыруючых сумесей на рост I развщце раслш ячменю, фотасштэтычны апарат 1 ¡х зерневую прадуктыунасць. Работа выканана з дапамогай морфаметрычных, спектрафотаметрычных 1 б!ях]кпчных метадау, а таксама метадау статыстычнага анал1зу. Был) выкарыстаны праростю 1 дарослыя раслшы яравога ячменю сорта "Гонар".

Упершыню дана фЫя.пипчная характарыстыка прыродных айчынных прэпаратау (крэмвщ 1 гуматы) 1 сштэтычных аналагау природных злучэнняу (янтарная кклата [ эшбрасшалщ) у якасщ кампанентау шкрустыруючых сумесей. Устаноулена спецьк|лчнасць уздзеяння ф1з1ялапчна актыуных рэчывау на штэнаунасць раставых працэсау 1 фотасштэтычны апарат раслщ ячменю. Распрацаваны прынцыпова новыя шкрустыруючыя саставы для перадпасяуной апрацоую насення, выкарыстанне ЯК1Х дазваляе юраваць прадуктыуным працэсам ячменю, 1 новы метад ранняй дыягностьта эфектыунасщ новых ахоуна-стымулюючых саставау для насенняводства. Дадзена ф:Ыедага-б1ях1м1чнас абгрунтаванне больщ эфектыунай 1 навукае.чпстай тэхналогп адаптыунага вырошчвання ячменю.

Устаноуленыя заканамернасщ фарм!равання фенатыпу раслш ячменю на працягу вегетацьп з'яуляюцца тэарэтычнай асновай для стварэння новай экалапчна бяспечнай, эканам1чна выгаднай тэхналогН перадпасяуной апрацоук! насення зерневых культур. Атрыманыя вшпю знойдуць шырокае выкарыстанне у ссльскаи гаспадарцы.

РЕЗЮМЕ Линг Сергей Сергеевич Физиологическое обоснование инкрустирования семян ячменя природными биологически активными веществами

Ключевые слова: ячмень, фенотип, рост и развитие, фотосинтетический аппарат, хлорофилл, физиологически активные вещества, инкрустация, предпосевная обработка семян.

Цель работы состояла в изучении физиологического действия биологически активных веществ природного происхождения в составе инкрустирующих смесей на рост и развитие растений ячменя, фотосинтетический аппарат, и их зерновую продуктивность. Работа выполнена с помощью морфомстрических, спектрофотометрических и биохимических методов, а также методов статистического анализа. Были использованы проростки и взрослые растения ярового ячменя сорта "Гонар".

Впервые дана физиологическая характеристика природных отечественных препаратов (кремвид и гуматы) и синтетических аналогов природных веществ (янтарная кислота и зпибрассинолид) в качестве компонентов инкрустирующих смесей. Установлена специфичность воздействия физиологически активных веществ на интенсивность ростовых процессов и фотосинтетический аппарат растений ячменя. Разработаны принципиально новые инкрустирующие составы для предпосевной обработки семян, использование которых позволяет управлять продукционным процессом ячменя, и новый метод ранней диагностики эффективности новых защитно-стимулирующих составов для семеноводства. Дано физиолого-биохимическое обоснование более эффективной и наукоемкой технологии адаптивного возделывания ячменя.

Установленные закономерности формирования фенотипа растений ячменя в течение вегетации являются теоретической основой для создания новой экологически безопасной, экономически выгодной технологии предпосевной обработки семян зерновых культур. Полученные результаты найдут широкое применение в сельском хозяйстве.

SUMMARY

Ling Serghei Sergheevitch

Physiological ground of barley seeds encrusting by biological active matters

Key words: barley, morphotype, growth and development, photosynthetic apparatus, chlorophyll, physiologically active substances, cncrusting, presowing seed treatment.

The research subject — studying of physiological functioning of biologically active substances of natural origin while in encrusting blends and their influence on growth and development of barley plants, photosynthetic apparatus and their grain productivity. The research was carried out with the assistance of morphometric, spectrophotometric and biochemical methods, as well as methods of statistical analysis. Use was made of shoots and grown-up plants of spring barley of the "Gonar" sort.

For the first time physiological description of the natural home-made preparation (cremvid and gumates) and synthetic analogues of the nature substances (amber acid and epibrassinolid) as encrusting blends components. Characteristic feature of the physiologically active substances influence on the intensity of growth processes and photosynthetic apparatus of the barley plants. Principally new encrusting compositions for the presowing seed treatment were developed. Their use possible to direct productional barley process. New method of the early diagnostics of the effectiveness of new protective-stimulating compositions for seed-growing. Physical and biochemical basis of study-capriciousness of the adaptive barley technology was developed.

Determined regularities of the barley plants morphotype forming during vegetation are the theoretic ground for creation of new ecologically secure, economically profitable technology presowing grain-seed treatment. The results would find widely spread use in agriculture.