Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формирование элементов продуктивности и особенности физиологических процессов сортов ярового ячменя в условиях водного стресса

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Формирование элементов продуктивности и особенности физиологических процессов сортов ярового ячменя в условиях водного стресса"

. < / > ..

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи АБДЕЛЬ ХАКИМ ЮНИС ЮСЕф АЛЛАМ

УДК 581.11.052

ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДУКТИВНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СОРТОВ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ в УСЛОВИЯХ ВОДНОГО СТРЕССА

03.00.12 — физиология растении

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1992

I

Работа выполнена в Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К- А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор Третьяков Н. Н.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Прусакова Л. Д., кандидат биологических наук Рыбакова М. И.

Ведущее учреждение — Всесоюзный сельскохозяйственный институт заочного образования.

Защита диссертации состоится » . ^£. . . 1992 г. в часов на заседании специализированного уче-

ного совета Д 120.35.07 при Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, улица Тимирязевская, 48, сектор защиты диссертаций.

С диссертацией можно ознакомиться^ в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «?о » .У^Н^^Лг- . . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

А. С. Лосева

ОБЩАЯ ХАГШ'ЕБГСТПКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Получение гарантированных и стабильных урожаев зерновых, крупяных и зернобобовых культур, кото-рис могут служить источником кормового к. пищевого бежа -первостепенная задача сельскохозяйственного производства. Важная роль при этом отводится яроволгу ячменю, посевы которого, по данным МО в мировом земледелии составляют 79,1 шн.га, что определяет четвертое место его после пшеницы, ряса и кукурузы при средней урожайности - 23 ц/га. Получение высоких и стабильных урожаев этой культуры невозможно без применения минеральных удобрения ; выведения отзывчивых на высокий агрофон и устойчивых к неблагоприятным метеорологическим условиям сортов. Урожайность зерновых культур во многом зависит от количества осадков я равномерности их распределения в течение вегетационного периода / Негтевич, 1987/. В настоящее время имеет место тенденция увеличения засушливости климата на земном шаре, что усиливает негативное влияние "северных" ранне-летних засух на продуктивность зерновых культур /'Ниловская, 1990/. Высокая урожайность новых сортов долкна у них сочетаться с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам. Создание новых сортов ячменя требует использования в селекционной практике всего полиморфизма рода Еогаеют изучение в исходном материале не только анатомо-морфологических признаков, но и показателей, определяющих.биологическую и хозяйственную продуктивность /активность и мощность с^отосинг этического аппарата, вариабельность в накоплелгад и перераспределении ассшлнлятов между пронзводшцит и потребляющими органами в контрастных

параметра): внешней срсчда/. Получение картины варьирования признаков продуктов ноет и интенсивности физиологических процессов - уровпя нора реакции у гибридов г. линий является важным условием вьшедешш новых высокопродуктивных сортов гарантией колучэкия стабильных урохаев ярового ячменя.

В связи с недостаточностью информации по данным вопросам актуально изучение влшгшя различных факторов влагообеспечен-вости на форсированно «лел<,итоь продуктивности и динамику звологйнеоюа процессов, пр« двйстш водного cïjjecca в начале и в конце критического периода онтогенеза растений- ярового яч.непя различного географического происхождения, а такие диагностические критерии сортовой устойчивости этой кудьтурц.

Работа выполнена в рамках плана научннх исследований кафедры Физиологии растений по проблеме "Разработка структурно-физиологических основ устойчивости сельскохозяйственных культур и приемов управления продукционным процессом" тема Jf 10 / № Госрегистращш ,0015826 /.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований явилось изучение кратковременного водного стресса, создаваемого в начале и конце критического периода, на-анатомо-мор^-фологические и физиологические 'характеристики сортов ячменя, на реализацию их потенциальной продуктивности и качество вегетативной и репродуктивной частей урокая, а также определение критериев устойчивости к стрессу растений в онтогенез.),.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние нарастающей почвенной засухи в разане сроки крит! чоского периоца на ростовце процессы.

2. Ощ--:делить характер изменения показателе!] газообмена

во врсчя засухи и в пор:* од репарации.

3. Установит!, особенности йюргснроБлпия и роэ.шзяцки элементов потстпщашгой продуктивности d зависимости от уровня влагообеснечекноои:, вромвнп наложения стрессового воздействия и п.оз азота.

4.' 11с. осповашш из.чочвннй интенсивности ^взяологаческпх процессов, колшчестр<зшшх характеристик элементов продуктивности ОНСГШТЬ устойчивость сортов ярового ячкеяя гэзличного reorp»i?m<?CKoro проксхотдендя и определить возможность использования некоторых ^апологических- показателен в качестве теста' va засухоустойчивость растений ярового ячкеня.

ручная новизна.' Впервые-всесторонне изучена ьюрфо-йи-зиолргкчоская реакодя растений ярового ячменя различного географического пролсхэтдсявя в контрастных условиях вношней ■среды на раннюю почвенную засуху в критический период онтогенеза /5-8 этапы /. Уделено значительное внимание не только периоду действия'водного стресса, но и репарации. Полученные данные позволяют на основании комплексной оценки /биологических и агрономических показателей/ систематизировать изучаете сорта к перспективные селекцконнне. образцы.

Практическая значимость^ работа. Результаты проведенных исследований и методические подаодн могут быть рекомендованы дли использования селакциоиерям при оценке перспективных образцов ярового ячменя на устойчивость к ранней засухе, составлении физиологического паспорта сорта.

Дироо'ация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научной конференции колодах ученых / 1990 / и на Втором съезде ВОФР /Минск, 1990/.

Публикации. Но материалам диссертации подготовлены и сданы в печать две работы-

Структура'к объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литератури, описания объекта и-методов исследований, экспериментальной части ^обсуждения,результатов, заключения и списка литературы / 26?. источник, в том числе 56 иностранных/ и приложения. гЛатеряал диссертации изложен на 14t} страницах машинописного текста и содержит 34 таблицы и 6 рисунков. ,

' 2.. ЭКСПЕРИЛНШЛЬНАЯ ЧАСТЬ ' 2.1. Объект к методы исследований ■ '

Объектом исследований служи,™ сорта ярового, ячменя / Horde um vulgnre I.. / различного географического происховде-шш: Ahoi- /Эфиопия/, Донецкий-650, Заз'ёрский-85, Зерно- . ,■ градский-385, 'Лосковский-2, Suborßälwi /Ирак/, ТСХА-21-89, отличающиеся засухоустойчивость«..'.' • 1 . .-

Методы исследований; Использовались, модельный, вегетационный и полевой'методы,исследований /Доспехов, 1979 ; Дурбиц-кий, i960/. '

Опыты /всего 5./ приводили в фитотроне в вегетационном дошке, лаборатории физиологии растеши и. на опытном участке метеорологической обсерватории ТСХА им.Михельсона в 1989-г 1990'гг. В вегетационных опытах 1989'г. в фитотроне изучали сортовые'особенности формирования урожая и'качества аерна.при создании водного, стресса на У-Ж и/УЛ-УШ этапах органогенеза, в вегетационном опыте 1990'г. действие водного стресса изучали на У-У1; этапах органогенеза с. использованием разных доз

- Ь ~

азота. Б фитотроне круглосуточно подяор-итеапась температура 20-1°, световой леп;;од 18 ч и освещенность 50 клк. Длагообес-печештссть в вегетапкодоих опытах човдортопадась оледпевннм полиром сосудов по Г'ссу. ЕодтИ стресс создавали путем стгке-нмя влатаостп субстрата с 70? до 12-14% ЛВ.

Нолевые опытн проводили на'двршво-попзолястой почве оуглгшотой по мехаш'ческому составу с шгасолпегл удобрений

/УЭОГРОКОО. Норма внсева семян ячменя на мэтр составляла р

300 шт/гл' . В -полевнх - условиях использовали метод засудаика.

Проводили как принятые в растениеводстве наблюдения и анализм, так и физиологические и биохимические исследования. Интенсивность газообмена определив на ГйП-10, концентрацию клеточного соул и осмотический-потенциал - на рефактометре ИИ, стабильность листовой пластинки -.тургометром, электричес кое сопротивление тканей листа. - прибором ЭСТЛП," выход электролитов - на самопишущем' миллиагшер.метрэ й-З?, концентрацию хлорофилла - с пс.мощью спектрофотометра С£-26, площадь листьев ■ - на фотоиланимзтре''5ПЯ-4, а содержание белков и углеводов -на приборе-"ХШГгпр 1а" . /ВНР/. Полученные данные подвергались математической обработке /Доспехов, 1979/.

.,' ' 2.2. Эффективность агрометеорологических факторов,

влаго- и теплообеспетсннссти опытов 19891990 гг.

Внесение удобрений проводили перед посевом. Густоту стеблестоя растений в контроллинге и опытных вариантах определяли в фазу трех листьев и перед уборкой. Влажность почвы в слое 0-40 см определили ежедекадно. Метеорологические условия

лет проведения опытов отличались суммой осадков и температур. Наиболее благоприятным по, влагообеспеченности был вегетационный период 1990 г.

2.3. Валяние уровней влагообеспеченности и азотного питания на физиологические, процессы и продуктивность ярового ячменя 2.3.1. Характер ростовых и морфологических процессов

Рост и развитие растений - различные стороны жизненного процесса. Рост - это увеличение размеров растения и последа- • вательное возникновение вегетативных органов.'Развитиеэто качественные изменения в растеши, происходящие в течение его жизни / Шевелуха, 1380/. Наиболее точное представление об ор-ганообразовательшх процессах дает морфофизиологический ана^^ лиз/Куперман, 1953, 1980/. Исследования показали, .что в первой половине вегетационного периода -исследуемые сорта разви- . вались почти одинаково. Наибольшое опережение в развитии имел сорт Subergciau, а отставание - сорта. Зазерский-85 и .аъог-/Эфиодия/. Б дальнейшем, особенно в конце вегетации, различия в контроле увеличивались. Одной из причин-этого является, видимо, различие в длительности периода между цветением и соз,- : реванием, разная скорость побегообразования и их редукция; 1 реализация элементов потенциальной продуктивности /магеец'ов , Single , 1972 ; Куперман и др.,.1975/,'При этом действие "поз-дневесенней" засухи не оказывало значительного влияния-на'-прохождение фенофеэ и этапов'органогенеза опытных -растений за исключением сортов Зерноградский-385 и Лог /Эфиопия/. Кроме того, водный «тресс в-этот период онтогенеза /У-УП этап/

вызывал остановку роста растений, деструкцию конуса нарастания, частичную редукцию побегов.кущения, сокращение площади листьев, количество которых в репарационный период восстанавливалось с разной интенсивностью, а у некоторых сортов превышало контрольный уровень. . Влияние "ранне-летней" засухи /УП-УИ1/ оказывало меньшее депрессирующее действие на'морфо-физиологические показатели,

'■'.у- Дополнительное .'внесение азота увеличило'показатель " % ■ реализации" у контрольных растений, однако, в опыте снизило в.среднем по сортам западноевропейской группы. .. .

2.3.2, Водообмен'растений ярового ячменя в вегетационных • . и голевых опытах,

Изменение показателей водообмена являлись отражением ус-' ловий влагооб'еслеченносги и бг.ологии изучавшихся сортов, их; ' реакции' на действие водного стресса. Сортоспецифичность в зна-..чительной мере ббусловлена условиями формирования генотипа, ; его географическим происхождением.' Основными суммирующими по, казателями водообмена, монно,'считать. водопотребление, транспи-' рационный коэффициент/ТК/ и продуктивность транспирация /ПТ/. Отмечены..сортовые.особенности в, реакции на время наступления .' засухи, ее продолжительность и .в. период..репарации. ,На основа- ний -изучения 'физиологических' показателей, характёризуотцих водообмен в вегетационных к полевых опытах можно высказать ряд . положений. ".'■'. ." - ■'■".'. ' у : '•'

' Наибольшей ёффэктавяоетью водообмена-в,вегетационных 'опытах ¿.'условиях "поздне-ве'сенней" засухи /У-УП этап/ отмечались растения сортов западноевропейской группы /Зазерский-.

Í4.r

M о

ч

t-io

с ) li'J

i-ï

О

П

с J

ЙП (-.U'J о со X

си

си СО

X m и

ослг о

tQ

Pto Ql ID

S

I

íü es

<3 §

cv

Й o

E< К

IB

S

I;

и

• O ■ «

S3

O

§

65 O,

P! o К

■ra

.O

Pi

с, k. y.

C'J , u n

El

• §. -i o

a

M » ■

К со P.

О lí

В

о

• ►р. i—i 'm

& KNJ

о ■■ IvJ

о

ЕВ «у ■ W

я Ен

ш. . ft

С) '

О . » r-

1 A И

о О

р* l.rj ■f£í Й-

■ t:'ï ■ к

о

' • Г-Г К

W '

M CT 1Í

о.. w п

! 1

'.ft. U

85, Моековсгаи-2/, а при "раине-летпей" засухе /У\\~Ш этапы/ -растения степной'группы /Донецкий-650,. Зерпоградский-385/. Это явилось следствие?.! лучшей адаптации их к родному стрессу и более высокой репарационной способности /рнс.1/. Сорта анато-лийско-офиоиской группы ушог и заъ-!ГПо1«1 отличались белое высокой общей стабильностью водообмена.

Б условиях наложения засухи на У-УЛ этапах органогенеза /"поздне-весенняя" засуха/ дополнительное внесение азота увеличивало ,ТК в период действия стресса и снижало его в период репарации растений'Сортов западноевропейской группы. -

В засушнике /полевые опыты 1989 и 1390 гг./ были созданы „условия водообеспеченности, соответствующие показателям позд-не-вёсенней и ранне-летней засух.•Влажность почвы снижалась до уровня КЗ: '

В.полевых условиях представители сортов западноевропейской группы по показателям водообмена в-условиях водного стресса существенно различались. Большую устойчивость к поздне-ве-. "бенней засухе , показал йорт-Зазерский-85,-у которого понижение коэффициента водопотребления в,среднем за два года составило по сравнений) с- койтролем 29% /у сорта Московский-2 - 16%/. * ' 1 : 2|3.-3: Интенсивность газообмена. ; : В опытах отмечен сложный характер изменения фогосинтети-ческого и дыхательного газообмена изучаемых сортов на действие' кратковременной засухи в.критические периоды, онтогенеза, совпадайте, по/времени с заложением и" редукций-побегов растений и метамеров.колоса. Сложность регулядий этих связей определяется одновременностью процессов новообразования структур в ре-

парационныи период после водного стресса, и перераспределением асспшттов в растении. Яри действии стресса значительно увеличились различия в интенсивности фотосинтеза мезду сортами. В условиях поздно-весенней засухи наибольшие различия'показали сорта западноевропейской /Московский-2/ к анатолийско-эфкопской Дког / трупп, в условиях ранне-летней засухи -степной /Донецкий-660/ и западноевропейской /МосковскиК-2/ групп. В репарационный период возстаноилоние функции до уроь-ня контрольных раог-екии отамчеко при действии "позцно-восен-ней"згсу£п у прс-догш>ятеле> с.и>чоЬ /Зерпоградский-Зь5/ и западно евроис1!окой /¡йзсковокей-;;/ групп /рис.2/,

Под демсгвкем стресса оодчеио увеличение темпового хашш в, конце засухи при "поздне-весеннем" ее наложении у сортов А1вдг /Эфиопия/, Суперголан и Донецкий-650. При наложении "ранне-летней", засухи большую устойчивость дыхательной функции показали сорта "Донецкий-650-, Московский-2 и АЬог в период стресса, а в репарационный период - Донецкий-650 и АЬ°г /Эфиопия/ /рис.3/. При. повышенной обеспеченности азотом интенсивность фотосинтеза у сортов Московский-2 и'ТРХА-21-89 было существенно ниже, чем на обычном фоне, эти же различия' имели место как во. время- действия видного стресса, так и в ре-парационныи период, что связано возможно, с большей листовой, поверхностью растений этого варианта.. Показатели газообмена при соответствующей доработке аппаратуры могут быть использо- ■ ванн в качестве одного из дополнительных диагностических показателей, устойчивости селекционных образцов к засухе.

2,3.4. Продуктивность растений • ярового ячмакя

- [ Г -

П условиях вегетационных опытов относительно высокую биологическую' и агроио.мическуга устойчивость к кратковременной засухе.на У-УП этапах'из набора сортов разного географического происхождения показали, сорта А)юг /Эфиопия/и "/¡осковский-2, сохранившие близкую к контролю /95 к 83?/ продуктивность, а при создании-засухи на УД-УШ этапах, меньшее снижение урожая . Отмечено также у сортов льог, Донецкий-650. Группа сортов западноевропейской селекции в вегетационных, и полевых опытах по уровню агрономической устойчивости не' имела столь существенных различий, как сорта других экологических групп /табл.1,2/.

. . В полевых опытах, создаваемая искусственная засуха в сочетании с метеорологическими условиями вегетационных периодов выявили у сортов. ;Лосковский-2, Зазерский-85, и ТСХА-21-89 различный характер агрономической устойчивости, во многом, также определяемой сроками наступления»водного стресса, различными возможностями сортов - их адаптивными перестройками, выражавшимися в изменении элементов- структуры урожая /табл.3/. • Расчетный показатель, характеризующий особенности до' норно- акцепторных отношений у сортов ячменя при наложении водного стресса у-опытных и контрольных растений, К)С03 в полевых опытах, в пределах группы сортов, отмечался сравнитель-' шм постоянством,.-Так, в1989 г; К^д в контроле и опыте были соответственно:- у сорта Московский-2 - 0,42-0,49 ; у сорта Зазерский-85 - 0,40-0,38 ; у сорта ТСХА-21-89 - 0,38-0,36. Это . свидетельствует о стабильном характере регуляции донорно-ак-цопторных отношений растений ярового ячменя, относящихся к

- Таблица 1

Зерновая продуктивность /г/ сортов ячменя под влиянием засухи в разные периоды онтогенеза / опыты Ни 2, вегетационные, йитотрон, 1983 г. /

Группы : сортов .:

. . Опыт 1 -.контроль • опыт

Опыт 2

"я?

% от . контроля

:контволь

опыт

: >„ от .контроля

.1 Зазерский-85 ' ^ 2,10 • - 1,70' . 81,0 0,57- 0,42 43,2

- Московский-2. у ,,1,50 .1,30 ' 83,2 1,30 0,90 65,0

I

Донещшй-650 - " 1,80' 1,10 61,7 1,70 1,30 74,1

5орноградсяий-385 2,30 .1,10 . .49,1 1,65 1,00 60,6

3 аьог . . /Щотя/ 1,70 ; . . .1,60 £иЬ ег-£о1ап Драк/ ; 1,70 1,20

ЛОР,

0,05 0,21. ' .0,23

95,2 71,7

0,73 1,66

0,38

0,58 1,10

0,25

79,4. 72,0

.Дрякечаиае: 1-. западноевропейская группа;

2 — степная труппа ; .

3 — анатоЛгйско-эймопская. 1

Опыт Ш -'-поздке-весенняч засухе Опыт №2 - 'ранне-летняя засуха.

■ "Таблица 2

едшлзнхы структуры урояая сортов ячменя в условиях контрастной влагообеспеченностк / вегетационные опыты № 1,2, фитотрон, 1989 г. /

Группы : - , 1 —.— : Кустистость /шт./ ■ :0зерненность .'.'¡ас с а 1С00

; .С ОРТ . - : Общая :Продуктивная .•колоса, шт. зерен г

' : 1 опыт: 2-опыт': 1 опыт :2 опыт :1' опыт :2 опыт 1 опыт :?. опыт

1 -Заз9рс:<йй«85 2.8 ЗС5 И т 16,7 ■16,й ¿У 00, ^ 53,9 31:1

иосковсклк-2. ы 117а ■ 21-2ТБ -1-е 14.6-Т&Г? 15.6 вд 53,3 47,1

2 _ Донецкий-650 2.9 Т71 ' ы • 275 И о, О " 14.3 15,2 14)9 51,6 40,8 47.1 ■ тиГЗ'

?2рноградсЕий-385 ■ 2,6 270 . 2.0 Т17Б 15,7 47,3

3 л»юг /Эфиопия/ 3.8 3.3 ■15 ¥ 12.3 тОг 40.В Зь,о

БиЬегео1ап /йрак/ ы 1.2 177 31.. 6 16,6 22.5 5?, 1 но, 0 .2 , (1>

Примечание: в числителе - контроль ; в знаменателе - опыт ; опыт % 1 - поздне-весенняя засуха ; • опыт-й 2 - ранне-летняя засуха.

Влияние кратковременной засухи на структуру урожая опыт № 4, ползвой, 1990 г.

:Высо-

Кустистость,:Бэс :та : шт. ' :зе^на

Ж.

: Число

:зе-

.рен

•гп/

:БП,

пп

:Уро-

•жай-

;Бес от '1-го

Сорт ¡Вариант :нос7ь,: к :рас-

см

^соз.

ц/га :

.тения.

: : коли-

зерен.стебй ' :шт/иг

1. Московский-2 контроль 42,1- 74,8 4,0 88,0 3,00 2,75 1,70 0,42 18.3 48,1 818

16,3 28,9

засуха 31,5 2,6 85,0 2,50 2,00 1,29 0,49 17,0 43.8 488 1

19,5 33,3 К-<

2. Зазерский-85 контроль 39,7 3,5 88,0 3.,50 2,00 1,40 0,40 17.5 42.9 703 '

% 15,5 41,9

засуха 31,2 78, е 3,2 79,0 3,50 2,50 1,23 0,38 17^3 42,1 571

13,8 39,8

3. ТСХА-21-89 контроль 34,5 3,6 85,3 3,70 3,30 1,39 0,38 19.5 58,9 740

16,0 40,5

засуха 29,7 , 86,1 3,3 82,0 5,00 2,00 .1,18 0,36 15,6 ■ 52,7 508

14,5 32,4

ИСР0,05 8,3

• одной экологической группе сортов. Дополнительное вносегше азота в питательную среду не изменило ранжировку сортов по.показателю зерновой продуктивности. Однако при этом ишло место большее снижение продуктивности опытных растений по сравнению о контролем.

Таким образои, итоговые показатели развития растеши} -элементы структур! урожая, определяющие зо многом'продукционный процесс, могут служить критерия!® сценки и использоваться для диагностики устойчивости ярового ячмэня к водному стрессу.

2.3.5, Перераспределение асоимилятов

Уроронь '.;;'тчточного содерикшия в вегетативных органах белка и углеводов, перенесших засуху, характеризует донорно-акцепторные отношения в системе зерновка - вегетативная масса. Очевидно растения и сорта с более сильной атрагирующей способностью генеративных органов, с менее поврежденным ассими-. ляционным аппаратом, адаптированным к стрессу, более полно попользуют пластические вещества вегетативных органов на формирование зерна. ' '

Как отмечали многие исследователи /Генкель, 1977 ; Жолке-вич, Тнрчевский и др., 1989/ засуха нарушает азотный обмен растений и характер накопления и перераспределения азотсодержащих соединений в течение онтогенеза. При этом у устойчивых ■. сортов опытных, растений в условиях нарастающей засухи, как показали исследования Петинова и др., 1934 ; Савицкой, 1956, количество белка в стебле возрастало значительно меньше, чем у" неустойчивых.

По нашему ¡шениа сопоставление содержания белка я стебле

Влияние засухи на содержание белка и углеводов в органах ярового ячменя опыты № 3 и 4, полевые, 1989-1990 гг. /в %/

• Стебель Лют ; а е р к о

пп С о .р т "Вариант •белок крах- белок:крах- гп ЕС

: мал ; мал :белок :кпахмал белок коахг/ал

1. Московский-2 контроль 5.3 20.5 8.7 16.2 11.5 57,0 13.2 М

10,7 21,2 18,1 11,8 16,1 49,9 16,9 48,0

засуха 1 3.0 17.7 8,2 15.5 13,8 55.7 13.9 55.9

11,9 16,5 17,1 7,7 16,4 49,6 17,2 47,4

засуха 2 6.9 20.4 6.0 13,9 12,0. 56,6 12,1 56,0

2. Зазерский-85 1 контроль 6.3 ■2ЩЛ ' 5,7 ' 16.1 Ж§ 57.0 11.9 56.0

10,3 17,4 16,2 8,2 ■ 12,8* . -54,4 13,4 ■ 52,1

засуха 1-- 6.7 18.6 10.0 14.5 13,4 56,0 13.6 55,9

- . -' 1Г,6 17,0 17,2 9,0 ' 15,6 50,4 16,2 ' 49,0

засуха 2 . в.7 20,2 8.7 14,0 12,9 55,9 11*9 56,4

3. ТСХА-21-89 . . контроль - ■ - ' ■ - - - ; - -

7,7 21,3 17,0 9,5 14,3 ,53,0 ' 15,0 . ■50,0

\засуха г 1 - ** . • - - ' - ■ - " ' - . -

. ..... ,,,-* м. , г ■ 8.5 16.8 17,8 9,4 . 14 ¡7 52,1. 15,4 - 48,6

Примечания: в числителе - полевой опыт 1989 г.

в знаменателе - 1990 г. остальные обозначения как в табл.

. контрольных и опытных растений при уборке моя от слук..ть одним из показателей при ранжировке устойчивости сортов к засухе /табл.4/. При это »л критерием является степень изменения содержания белка в стеблях растений опытного и контрольного вариантов. Изучаемые в условиях фитотрона сорта по устойчивости к поздневесенной засухе /в порядке снижения устойчивости/ распределяются следующим образом:jJioi- .suber^olen, Зерноград-ский-385, Донецкий-650, Зазерский-85 ; по отношению к ранне-летней: Ahor , nfoCK0BCKmi-2, üub<?rp-olaii , Донецк,;й-6Ь0, Зер-ноградский-385, Зазерский-85. -

В полевых опытах 1989-1990 гг. ¡го накоплению белка в стебле наиболее устойчивым к поздневесенней засухе был сорт За-• зерский-85 в 1989 г. и сорт !Лосковский-2 в 1990 г. К ранне-летней засухе в 1989 г. наиболее устойчивым оказался сорт Московский-2.

■ Таким образом, использование выше упомянутого теста для оценки устойчивости сортов и их ранжировки возможно только при учете других фязиолого-биохимических показателей.

2.3.6. Характер диагностических показателей продуктивности . ,и засухоустойчивости и их оценка.

. В наших экспериментах использовались различные методические' подходы для диагностики функционального состояния растений и хода продукционного процесса. Как указывалось ранее," В&тао использовать комплексную оценку, сортов по устойчивости. Результаты комплексного использования методов диагностики в -полевом опыте 1990 года представлены в табл.о. Данные приведены в относительных: баллах и в процентах от контроля, lia ocho-

- 1Ь

' Таблица:5-

Оценка показателей продуктивности и засухоустойчивости растении ярового ячменя /поздне-весенняя засуха, полевой опыт, 1990 г./ ■

ИГ! пп:

':% от контроля : Балл"

Показатели

■сорт.

Показатели продуктивности" -^—гтг-пп~

согт

1 : 2 : 3"

1. 2.

о.

о «

4.

5.

6.

7.

8. 9.

Урожаи , ! ! ' . 79

Высота растеши! 90 ■

Прод.кустистость • 90

Число прод.стеблей . "91

% реализации потенц. контроль 54 продуктивности опыт •■ БГ

Масса 1000 зерен ■ ' . 98 *

Фотоскнт. потенциал /ФП/ 79*

Сухая биомасса 91

Чистая продукт.шотосинтеза /ЧШ/144

75"

96. 60' 60. 48 Ж 98 40 90 175

Бь 98 73 69 .57 ЖБ 101 73 •67 206

2 ■ 1 3 3 2- . 3 2 . 3 3 .1 .

3 3 2

•2 3

2 .Г 1- з

2. ' 3

Показатели-физиологической устойчивости

10. Устойчивость семян

11. Листовой- индекс в засуху

12. Концентарция хлорофилла "а"

13. Электрическое сопротивл.тканей листа"/ЭСТЛП/

14. Биоэлектрический колос -потенциал стебель

15. Коэффициент стабильности листовой пластинки

16. Выход электролитов■"■ •■■ - - •

17. Концентрация клеточного сока:

18. Осмотический потенциал,-

19. Число устьиц^ ■ •

20. Число жилок** -, 2Г. Содержание белка

22. .Содержание крахмала.-

Сумма баллов:

•3,2 5,3 "4,1

48"- 71 44

83 78 '63

92 . 182 179 "64- ; 53 ' 58 ' 12 : 31 130 .

104 96 .123

12 8 .9

119 170 227

122 174-.227 .1050.1050 480

6,9 7,8 6,6.

122 102 103

93 99 98 .

1' 2 .3

1

3. 2

33 2

3 }

■2 1 1

2 2 3

2 -1" 3

1 3 2

1 2 3

1 . 2 3

2 3 1"'

3 ■ 1 2 Г 3 2

23 23

к. 25

Примечание: 1 - сорт Зазерский-85 .

2 - сорт Московский-2" .ч- .

3 - сорт ТСХА-21-89 " ' :

х - число устьиц контрольного и опытного вариантов. ■ XX --ЧИСЛО ЖИЛОК •- . - ■ ;• •-• .;-"-

Показатели: "число жилок".и "число устьиц" являются генети-..

чески предопределенными. • ■ ■ •,;-

В числителе дроби - сумма баллов" по показателям нродуктйвнос-.ти,

в знаменателе - сумма баллов Физиологической устойчивости.*"-

вашш оценки показателей продуктивности и засухоустойчивости изученных сортов ярового ячменя выявлено, что показатели, определяющие продуктивность /К: 1-9/ у опытных растении сортов Зазерский-85 и ТОХ.А-21-89 имели в условиях стресса наименьшую амплитуду, но наибольшую сумму баллов устойчивости. У сорта Московский-2 амплитуда изменения большинства, показателен, оп-ределяккцнх продуктивность, была наибольшей, а бальность -наименьшей. Сорт ТСХА-21-89 занимал промежуточное положение. При этом параметры, определяющие напряженность физиолого-био-химических процессов / № 10-23 / имели в среднем более высокие баллы, определяющие устойчивость у сорта Московсккй-2 / 28 баллов / и наименьшую у сорта Базерский-85 / 23 /.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Устойчивость - способность растений противостоять воздействию экстремальных факторов среды. Это свойство выработано в процессе, эволюции и генетически закреплено, у засухоустойчивых растений. Однако, в зонах с недостаточным увлажнением засуха представляет для незасухоустойчивых сортов культурных растений наибольшую опасность. В физиологическом аспекте засухоустойчивость - совокупность защитно-приспособительных реакций 'растения, обусловленных как способностью удерживать воду при засухе, так и сохранять высокий уровень метаболизма в условиях частичного обезвоживания /Удоьонко,' Кожушко, 1980 ; Аяеюзеев-, 1948/. Являясь полигенным признаком, свойстве засухоустойчивости индивидуально для каждой группы ■ растений, уязвимость которых обусловлена отдельными критическими фазами их развития, тем более, что в процессе эволюции

и селекции возник широкий спектр форм ячменя, отличающихся степенью приспособленности за счет тох или иных признаков или свойств переносить периоды засухи. В наиболее общем виде, засухоустойчивость сорта определяется как способность растений за счет смени/тег-шов рос/га и развития, усиления или ослабления интенсивности физиолого-биохимнческих процессов сохранять уровень метаболизма, который позволил завершить онтогенез формированием репродуктивных органов при достаточно высокой продуктивности растеши и посева в целзм. Использование этих

I

принципов и подходов нашло подтверждение и в наших исследованиях .. Следует отметить, .что применительно к культ,уре ячменя в Нечернозете исследований по действию ранних заоух на физиологические функции растений-и -продуктивность районированных сортов очень мало.В наших исследованиях представители западноевропейской группы сорта Зазерский-85, Московский-*; и ТСХА-21-89 оказались более адаптированными к условиям "поздне-ве-сенней" /У-711 этапы/ сорта, относящиеся я "степной" группе '-Донецклй-650 и 3ерн0градский-385 -оказались более устойчивыми к "ранне-летней" засухе /УП-УШ этапы/. Сорта "анатолийско-эфиопской" группы отличались по реакции на засуху. Сорт проявил более высокую устойчивость по сравнению с сортом Су-перголан как к поздне-весенней, гак и к ранне-летней засухам. Различия в.устойчивости к засухам, наступающим на У-УП'и УП-УШ этапах онгогенеза, определялись комплексом анагомо-мор-фологичеоких и фкзиолого-биохимических адаптивных процессов.

Наибольшие изменения в интенсивности таких физиологкчесг ких процессов, как рост, водопотребление, дыхание и'фотосин-

- 21 -

.тез а период действия стресса /ранне-летней засухи/ имела место у сортов западноевропейской и степной групп, в меньшей -у сортов анатолийско-эфиопской группы. При этом размах амплитуды, показателей, характеризующих агроноотческую устойчивость, изменялся в меньшей степени, чем показателей, определяющих биологическую устойчивость, особенно при'использовании повышенных доз азота.

Полученные нами экспериментальныо материалы вегетационных и полевых опытов подтверждают мнение, что адаптивные возаюч:-кости растений, определяющие в конечном итоге уровень ого устойчивости, должны оцениваться по ряду параметров, комплексом показателей. Наиболее полно отражают степень устойчивости растительного организма к стрессовому фактору те параметры, которые связаны с продукционным процессом и формированием зерновой части урожая. Суммарная бальная оценка .диагностических показателей устойчивости позволила достаточно точно провести ранжировку сортов ярового ячменя, местной селекции, совпадающую с' многолетними данными Госкомиссии по .сортоиспытанию.

Для селекционного процесса и совершенствования технологии возделывания, сортов сельскохозяйственных культур в конкретных почвенно-климатических зонах очень вакно оценивать сорта по их отношении к лимитирующим, продуктивность факторам среды. Проведенная "нами комплексная оценка показателей физиологической, биологической и агрономической устойчивости разных генотипов й сортов ячменя применительно к водному стрессу, имею-цему' место в Нечерноземье в поздне-весенний и ранне-летний те'риоды, показала правомерность такого подхода, учитывая по-

лигенность и потенциальный характер признака устойчивости растеши!. Удобным для ранжирования сортов оказалось использование сууин баллов, полученных по оценке показателей, характеризующих агрономическую, биологическую и физиологическую устойчивость.

вывода

1. Кратковременные "поздне-весешгая" /У-УП этапы/ и "ран-не-летнич" /УЛ-УШ этапы/ почвенные засухи снп-кали зерновую

г

продуктивность растений сортов ярового, ялмопя соответственно на 5-51 и на 21-57% в вогетащюнных и полевых'/засушшк/ опытах. '

2. Повышенную агрономическую устойчивость к поздне-весен-.ней засухе показали сорта Шсковский-2 /западноевропейская экологическая группа/, -к "ранне-летней" - Донецкий-650 /"степ-най экологическая группа/. Реализация потенциальной продуктивности растеши в условиях засух у названных сортов составила от 37 до 57% /развитых колосков/.

3. В условиях, экспериментов ранние почвенные засухи в период наложения водного стресса угнетали рост растений ячменя

/ снижение площади листьев, 'КП, ЧИФ/, дифференциацию конуса нарастания, вызывали редукцию побегов кущения, снижали содержание хлорофилла, интенсивность Фотосинтеза и дыхания. Различия между изучавшимися сортами ячменя имели только количественный характер. Интенсивность газообмена в меньшей степени снижалась у сортов акатолийско-эфиопской группы /сорта -йк» и 311Ъегго1пп , в большей - у сортов европейской группы/ Зазерский-85, ;.4осковск:<1й-2 и ТСХА-21-8Э/, соответственно по

(

группам на 8 и 47а.

4. Биологическая ц уершовая продуктивность сортов ячменя во многом определялась характером и интенсивностью репарационных процессов после снятия водного стресса: интенсификация газообмена, сшгкеиио редукции метамзров колоса, новообразование побегов. Бистров восстанавливали свои функции, при иоздио-весои-ной аасухе сорта западноuiipoiieiiCKoil селекции.

5. "Ранняя" почвенная засуха существенно ¡.зшияли лошза-толн водообмена растении сортов всех экологически групп яч\»е-нп s вогетациокшх и половик условиях проведения опытов. npi >и..личеи:ш водного дефицита в вегетационных onutaï стоишь траистрацяя и эвапотранспирация сортов соответстдонго un 22,6 и 24,5?. Средний транспирьционный коэффициент за вегетацию колебался от 167 до 347. В половых опытах при "поздна-весаптей" засухе суммарный расход воды в расчете на га в среднем но трем сортам составил при урожайности 30,6 ц/га - 1516 т/га. lia контрольном варианте при урожайности 38,1 ц/га расход воды составил 1996 т/га.

6. Содержание белка в зерне районированных в Нечерноземье сортов ячменя под действис-а: кратковременной " иоздпс-весенной" и "ранне-летней".засух несколько возрастало /с 10,6-16$ до 12,Q-16,4^/, а крахмала отжалось /главные побеги/.

7. Использованные диагностические метода и показатели • позволяют достаточно точно определить сортовые раашчия по устойчивости растений ячменя к водному стрессу при ко.чшлексном их использовании в критический период онтогенез«. Оум-ла ооняоь, оцешшаштх устойчивость со-пюп ячиоца к лоцне ^ а «о-

левых условиях была максимальной у сорта Зазерский-85, минимальной - у сорта Московский-2 ; сорт ТСХА-21-иЭ занял промежуточное положение. Эта оценка соответствует результатам полученном в системе Г'оссортсети по Московской области.

8. Учитугая значительное снижение урожайности ярового ячменя и центральных районах Нечерноземной зоны от действия ранних засух, целесообразно проведение сравнительной оценки вновь селекттшуелых сортов к действию почвенной засухи с использованием диагностических методдн, выявляющих физиологическую и агрономическую устойчивость растений и посевов. Эти сведения долгот включаться в физиологический'паспорт сорта.