Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ"



На правах рукописи

КОЛЕСОВА ТАТЬЯНА КИМОВНА

ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

Специальность 06.01.09 - растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата с ел ьс кохозя и ст в ен н ы х наук

Новосибирск - 2003

Работа выполнена в лаборатории «Биологически активные вещества» кафедры агробнохи.мин Якутской государственной сельскохозяйственной академии в 1995-1998 гг.

Научный руководитель; доктор сельскохозяйственных наук, с.н.с.

Каличкнн Владимир Климентьевмч

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Кап и нос Александр Иванович

кандидат сельскохозяйственных наук, с.н.с, Степочкин Петр Иванович

Ведущая организация: Кемеровский сельскохозяйственный институт

Защита состоится « У5>> к-О.¿¿уи 2003 г. в /3 'часов на заседании диссертационного совета Д.220.048.02 при Новосибирском государственном аграрном университете по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160 [тел. (3832) 67-05-10; факс (3832) 67-32-14].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирске!-*! псу-ларственного аграрного университета

Автореферат разослан « ^ » ¿^¿-'^-¿^АА- 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ~ П.с. ^¡мроких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Яровая пшеница в Республике Саха (Якутия) является одной из основных продовольственных культур. Посевные площади ее за последние голы увеличились в сравнении с 1996 годом почти в 3 раза и составляли в 2001 году 9,1 тыс. го. Между тем, учитывая сложные афометео-рологические условия выращивания пшеницы, особенно в период созревания урожая, получить качественные семена этой культуры не всегда удается.

При выращивании в поле для развития растений существенное значение имеет оптимальная густота стояния и площадь питания, что определяется нормой высева семян и их всхожестью. Использование семян с высокой всхожестью позволяет снизить норму их высева, а также заложить основу для нормального роста и развития растений. Кроме необходимости иметь высокую всхожесть семян важно получить дружные и быстрые всходы, что находит свое выражение в понятии "энергия прорастания". Культурные растения сохраняют неодновременность прорастания во времени для обеспе-' чения выживаемости вида, несмотря на то, что оно происходит в гораздо более сжатые сроки. Такая неодновременность прорастания обусловлена физиологической раз но качествен и остью семян, а различные приемы предпосевной обработки семян направлены на ее преодоление.

Способность растений сохранять высокую продуктивность в экстремальных условиях существования зависит от надежностн функционирования всех защитных систем, которые должны обеспечивать его приспособляемость к определенным интервалам колебаний факторов среды. Активность систем, обеспечивающих нормальное прорастание семян при воздействиях факторов среды различной природы, зависит от степени устойчивости семян к этим факторам.

В связи с этим изучение приемов повышения жизнеспособности, энергии прорастания и всхожести семян, выращенных в условиях Республики Саха (Якутия), представляется весьма важной научной и практической задачей.

Цель исследований - изучить влияние факторов физической и химической природы на повышение посевных качеств семян пшеницы.

Задачи исследований:

- изучить особенности ростовых процессов на начальных этапах прорастания семян яровой пшеницы под влиянием условий среды;

- определить влияние чередования набухания и высушивания, УФ-облу-чения и минеральных солей на физиологические свойства семян пшеницы и их всхожесть;

- выявить значение биологически активных веществ и антиоксидантов в регулировании жизнедеятельности семян пшеницы в процессе прорастания;

і ЦІйКлХч ^

- разработать эффективные приемы применения антиоксндантов для повышения урожайности пшеницы при затоплении.

Научная новизна. Температура окружающей среды вместе с оводнен-ностью служит основным фактором регулирования процесса прорастания семян и роста проростков. Показано, что наибольший эффект на начальном этапе развития организма дает замачивание семян при низкой положительной температуре и проращивание - при повышенной.

Приспособляемость организмов к определенным колебаниям среды существенно зависит от времени и интенсивности управляющих воздействий. Так, длительность обработки семян пшеницы низкими концентрациями растворов функционально активных веществ приходится на первые четыре часа набухания и положительно влияет на их посевные качества.

Установлено, что в неблагоприятных экологических условиях (затопление) гидрохинон способствует замедлению биохимических процессов в семенах, что позволяет им перенести без особого ущерба негативные внешние воздействия и способствует повышению урожайности пшеницы.

На защиту выносятся:

1. Повышение устойчивости организма к неблагоприятным условиям среды путем воздействия на семена управляющих факторов различной природы (УФ-облучение, температура, химические вещества).

2. Эффект от влияний разных концентраций биологически активных веществ на жизненно важные процессы в прорастающем семени.

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть рекомендованы для практического использования в сельскохозяйственном производстве для повышения сопротивляемости семян и проростков пшеницы к действию неблагоприятных факторов среды и увеличению урожайное«! культуры.

Предложен оптимальный режим предпосевной обработки семян пшеницы, которая позволяет избежать возможную гибель проростков вследствие затопления на начальном этапе прорастания.

Апробации работы. Материалы диссертации доложены на заседании лаборатории «Биологически активные вещества» кафедры агробиохимииЯГСХА (1997 и 2003 гг.), на научно-практической конференции ЯНИИСХ(1999и 2002 гп), на V Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пета, октябрь, 2002 г.). Разработаны рекомендации производству «Приемы повышения посевных качеств семян пшеницы в Республике Саха (Якутия)», 2003 г

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложения. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 9 рисунков и 6 приложений. Список литературы включает 245 наименований, из них 73 иностранных авторов.

Объекты, условия и методы исследований. В качестве основных фн-зиолого-биохнмических механизмов прорастания семян пшеницы были изучены изменення активности пероксидазы, а также процесс набухания, жизнеспособность, проклевывай не, энергия прорастания, всхожесть, обшая масса проростков и корней, длина проростка н главного корня, а также палевая всхожесть семян пшеницы.

Проклевывание оценивали по появлению разрыва стенок покрова на месте зародыша (Хайдекер, 1982),

Жизнеспособность определяли тетразо льн о-топо граф и чес ки м методом (Методические указания ..., 1980). Энергию прорастания определяли на третьи сутки, а всхожесть - на 7-е сутки (по ГОСТ 120 38-84; Картузова, 1953; Хорошаилов, 1971; Строка; 1964), В качестве дополнительных критериев для определения действия различных условий проращивания служили определения биомассы проростков, длина проростков и корней (Овчаров, Кизилова, 1966).

Зародыши извлекали острием скальпеля или бритвы {Ермаков, 1987), При определении динамики набухания зародыша, извлеченные зародыши собирали в кювету со льдом и затем взвешивали сырой вес на аналитических весах. Зародыши выделяли из семян после соответствующего периода набухания 2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24 часа. В эксперименте использовали не менее двух проб по 100 штук семян, которые предварительно замачивали в воде при 18 - 20"С в течение 4-6 ч.

Набухающие семена подвергали подсушиванию, давали им вновь набухнуть и продолжать прорастание (Генкель, 1968). В опытах по определению хода поглощения воды образцы семян ставили на замачивание в дистиллированную воду при 23"С. Для оценки поглощения воды семена обсушивали фильтровальной бумагой п определяли содержание воды весовым методом (Берлинер, 1973). Растворы для замачивания 100 зерен брали по 8 мл, так чтобы раствор полностью закрывал всю поверхность зерен с одинаковой плотностью (Рогожин и др„ 1997). Опыты поставлены для изучения влияния различных реагентов на начальный процесс прорастания. Опыты проводили в 4 или 6 повторностях.

Для изучения влияния температуры, среды набухания и времени замачивания на физиологические показатели зерновки замачивали в течение 24 часов при температуре 7"С; 23"С и 31"С. Длину корней измеряли в каждой повторности у всех главных корней.

УФ-облучение зерен пшеницы проводили с помощью ртутно-кварцевой лампы БНП02-30-001 у 3.5 ("Спектр-2", Россия), расположенной на расстоянии 25 см от облучаемого объекта (Рогожин и др., 1997). Интенсивность

облучения - 30 Вт/м:, экспозиция обработки составляла от 1 до 60 минут. Сроки облучения - до и после замачивания.

Активность пероксидазы определяли при 22"С по начальной скорости окисления о-дианизидина перекисью водорода в ее присутствии (Ермаков, 1987).

В полевых опытах растения выращивали на делянках площадью 2 м- в 5-кратнон повторности при естественном фоне влажности почвы (контроль) и затоплении. Учет урожая проводили сноповым методом. Урожай зерна приведен к 100 % чистоте и 14 % влажности.

Результаты экспериментов обрабатывали с помощью пакетов прикладных программ для ЭВМ ЗпЫесог и 5|атмса-5,5.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Особенности начального этапа прорастания семян пшеницы 1.1. Зависимость между поступлением воды в семена н началом ростовых процессов. Период прорастания зерновок пшеницы можно условно разделить на три этапа: 1) набухание {активация метаболизма); 2) проклевывай не (подготовка к началу роста зерновок за счет перехода к растяжению клеток осевых органов зародыша); 3) рост проростка. При влажности, превышающей уровень, достигнутый за счет физического набухания, начинают функционировать физиологические механизмы, подготавливающие растяжение клеток (Дарменко, Кошлак, 1965).

Кривая зависимости набухания семян от времени замачивания показывает, что набухание идет постепенно, достигая порогового уровня оводнен-ностн (рис. 1).

90 1

во

70 60 50 40 30 20 10

2

г

г

г:

! 16 Время набухания, час

24

48

Рис. /. Динамика набухания семян пшеницы (замачивание семян в дистиллированной воде при температуре 23"С)

Усиленное поступление воды в семена происходит в первые 16 часов замачивания. Это, так называемая, фаза «физического набухания», которая протекает за счет физических процессов адгезии воды в микрокапиллярах воздушно-сухого семени и взаимодействия с различными гидрофильным« биополимерами. Такое набухание обеспечивает возрастание влажности осевых органов у пшеницы до 50 (/с. Проклевывание семян идет после достижения зародышем уровня влажности около 70 %, что приходится на промежуток времени 24-48 часов набухания в условиях водной среды (Обручева, Антипова, 1997),

Существенное влияние на скорость поглощения воды семенами оказывает температура. Так, семена пшеницы через 2 часа замачивания при температуре 7"С достигали влажности, равной 20 %, а при температуре 23"С -34 %. Через 24 часа замачивания семена достигали влажности 40-60 %, при этом разница по влажности семян в зависимости от температуры сохранялась. Через 48 часов набухания семена при температуре 23"С достигали влажности 80 %, а при температуре Т'С - лишь 57

Было установлено, что замачивание семян пшеницы при низкой положительной температуре (7"С) в течение 24 часов и последующем проращивании при температуре 23"С способствует повышению общей массы проростков, а также массы одного проростка при удовлетворительной всхожести семян (табл. 1). Интенсивность роста проростков пшеницы существенно увеличивается при замачивании в условиях пониженной температуры и при проращивании - в П01' __.енной

Таблица I. Влияние температуры замачивания и проращивания на всхожесть и массу проростков семян пшеницы

Вариант Всхожесть, % Общая масса Масса одного

проростков, мг проростка, мг

1 87,3 4265 49,3

2 94,5 165 2,0

3 773 3752 48,7

НСР« 6,7 589 4,2

Р,% 2,6 7,2

Примечание. I -замачивание при 7'С, проращивание при 23"С; 2 - замачивание и проращивание при 7"С; 3 - замачивание и проращивание при 23"С.

Из приведенного материала следует, что для пшеницы температура прорастания семян лежит ниже температуры, необходимой для дальнейшего роста проростков.

Кроме температуры на прорастание семян оказывает влияние свет. В опыте было установлено, что взаимодействие температуры и освещенности оказывает существенное влияние на всхожесть семян пшеницы. Так, в темноте при температуре замачивания и ирорашивания 31"С всхожесть семян уменьшалась до 18+5 %. Проклевывай не семян происходит при влажности 65-70 %. У семян, проращиваемых при температуре 23"С, этот период наступил через 32 часа, а при температуре Т'С - через 56 часов.

1.2. Активность пероксидазы при прорастании семян пшеницы. Повышение оводненности н усиление дыхания связаны между собой таким образом, что повышение оводненности играет пусковую роль по отношению к дыханию. В процессе набухания в семенах активизируются аэробные метаболические процессы, за интенсивностью которых можно наблюдать по изменению активности пероксидазы (Алексеев н др., 1983).

Наши исследования показали, что активность пероксидазы в щитке семян пшеницы, замоченных в дистиллированной воде, была выше, чем в эндосперме и зародыше (табл. 2). Неравномерное распределение фермента в этих частях семени, возможно, служит свидетельством определенной специфичности его действия. Пероксндаза входит в состав антиоксидатной системы, активность которой определяет уровень устойчивости растений к различным действующим факторам в процессе онтогенеза. Фермент может проявлять свойства оксидазы. Поэтому активность пероксидазы возрастает с увеличением дыхания семян при выходе их из состояния покоя.

Экзогенная пероксидаза с концентрацией 4,7 нМ повышает активность пероксидазы в зародыше 1,5 раза, в щитке и эндосперме 1,6 и 1,4 раза соответственно. Что влияет на всхожесть, обшую массу надземной части и корней проростка. В итоге масса одного побега увеличивается в 1,1 раза всрав-

Таатца 2. Влияние среды набухания на пероксидазную активность частей зерновок пшеницы, мкмоль/мин г ткани

Концентрация пероксидазы Зародыш Щиток Эндосперм

в среде набухания, нМ

Контроль (вода) 0,22 5,5 0,75

4,7 0,40 8,7 2,0

47 0,41 0,11 2,0

470 0,33 2,5 1,04

НСР<в 0,04 0,47 0,11

Р,% 3,4 3.6 2.5

Примечание, Замачивание семян в течение 24 час при температуре 23'1С.

ненин с контролем. При увеличении концентрации экзогенной пероксидазы до 47 нМ наблюдается изменение активности в различных частях семени, а именно, увеличение активности в эндосперме и зародыше и понижение - в щитке. При этом разность между энергией прорастания и всхожестью уменьшается до минимума.

По-видимому, данное явление обеспечивает функционирование своеобразного регуляторного механизма, присущего только щитку семени. Эти результаты коррелируют с известными в литературе данными о повышении активности пероксидазы в различных частях семени при замачивании семян при низких положительных температурах (Вер-хотуров, 1999),

2, Действие физико-химических факторов на прорастание и всхожесть семян пшеницы

2.1. Влияние подсушивания набухающих семян на их физиологические свойства при повторном набухании. Согласно концепции П.А. Генке л я (1968, 1982), однократное или многократное намачивание семян (каждое до 48 ч) с последующим высушиванием, так что прорастание не происходит, приводит к активации многочисленных тонких механизмов засухоустойчивости, которые остались бы в скрытом состоянии без такой предварительной имитации засухи. Ответная реакция семян заключается в повышении гидрофильности коллоидов, осмотического давления, количества связанной воды и интенсивности фосфорнлирования в мнтохондриях.

Нами изучено влияние продолжительности высушивания набухших семян в дистиллированной воде на их физиологические свойства при повторном набухании и проращивании (табл. 3). Установлено, что при повторном набухании через двое суток высушивания энергия прорастання зерновок пшеницы повышается на 21 %, всхожесть-на 22 и обшая масса побегов-на 47 % по сравнению с проращиванием без дегидратации. В последующие сутки идет постепенное понижение показателей, при этом существенно снижается энергия прорастания, однако всхожесть и общая масса побегов остается существенно выше контроля.

Таблица 3. Влияние времени дегидратации набухших семян пшеницы на их свойства при повторном набухании

Время де- Энергия Всхожесть, Общая масса Масса одно-

гидратации. прорастания, % проростков, го проростка,

сут. % мг мг

Контроль 72 74 3460 47

2 87 90 5070 56

5 71 88 4570 52

10 71 82 3893 47

15 71 82 4037 49

HCPos 3,8 5,1 3,7 1,8

Р,% 1.6 1,9 2,8 1,1

Примечание. Контроль - проращивание семян беэ высушивания.

Хранение семян после высушивания в течение месяца незначительно снижает их всхожесть в сравнении с контролем. Так, при повторном замачивании определили, что всхожесть семян была 78 % или 96 % от контроля. Семена при хранении до посева не всегда сохраняют свои улучшенные посевные качества. Вместе с тем, известны случаи, когда семена после такой предпосевной обработки сохраняют нужный эффект 2 месяца, год и даже три года (Оеаппап е( а!., 1987; ТЬапоз ега).,1989),

В опытах подтвердилось положение об одинаковом количестве времени затрачиваемого на проклевывание семян при повторном набухании (около 36 ч). Такие же результаты получены В.Н. Обручевой (1991).

Сравнение наших результатов и результатов Л. В. Чумикиной и др. (2002) показывает, что «метод Генкеля» не только дает возможность закалить семена в отношении устойчивости к обезвоживанию, но н ускоряет прорастание семян, сравнимое с действием температуры. Кроме ускорения прорастания семян пшеницы, после 2 суток высушивания, наблюдалось повышение энергии прорастания на 15 % (сила роста), что сопровождается повышением дружности (одновременности) прорастания.

2.2. Влияние УФ-облучення на прорастание и всхожесть семян пшеницы. В опыте по обработке сухих семян пшеницы УФ-лучами было выявлено отрицательное влияние облучения на их энергию прорастания и всхожесть. Наиболее существенное снижение по сравнению с контролем (без УФ-облу-чения) энергии прорастания семян установлено при экспозиции облучения 60 минут, а всхожести - при обработке УФ-лучами в течение 30 минут. В то же время именно эта экспозиция оказала наибольшее стимулирующее влияние на длину проростков.

В опыте по обработке предварительно замоченных в дистиллированной воде в течение 24 часов при 23"С семян пшеницы УФ-лучами существенно увеличивалась в сравнении с контролем энергия прорастания, начиная с 5-ми ну гной экспозиции. В то же время длина проростков и корней семян пшеницы незначительно отличалась от контрольных семян. Нами выявлено, что эффективность действий УФ-облучения на посевные свойства семян зависит от времени их замачивания. Условно можно выделить три периода зависимости всхожести семян от времени замачивания. Первый период, активационный, наблюдается в течение первых 4 часов зама-чивання. Второй период имеет колебательный характер с тенденцией на понижение всхожести в среднем на 12 % в сравнении с первым. Третий период, начиная с 20 ч замачивания, имеет тенденцию к повышению всхожести семян. Наибольшее влияние на всхожесть пшеницы оказывает УФ-облучение при замачивании семян в течение 2-4 ч. При замачивании семян в течение 6-10 ч эффективность УФ-облучения также высокая, однако всхожесть при этом не достигает контрольных семян при 2-4 ч замачивании. Характер «кривой» всхожести семян имеет вид качелей. После 24 ч замачивания всхожесть семян возрастает и УФ-облучение способствует ее повышению до уровня контрольных семян при 4 ч замачивании. В опыте с определением совместного влияния температуры замачивания и УФ-облу-чения показано, что обработка семян ультрафиолетовым облучением в течение 5 минут при низкой температуре замачивания на 7 % понижает их всхожесть в сравненин с контрольными семенами. При этом общая масса проростков остается на уровне контроля.

УФ-облучение в течение 5 минут семян, замоченных при повышенной температуре, повышало их всхожесть на 22 % и общую массу проростков на 1507 мг, или на 62 %, в сравнении с контрольными семенами. Увеличение экспозиции УФ-облучения до 60 минут несущественно в целом изменяло посевные свойства семян пшеницы в сравненин с 5-ти минутной экспозицией.

В опытах установлено, что УФ-облучение при экспозиции 5 минут после предварительного замачивания увеличивало жизнеспособность семян пшеницы, что проявлялось в повышении энергии прорастания. Положительный эффект наблюдался при всех температурах предварительного замачивания.

Следует отметить, что наибольший эффект наблюдался при замачивании и проращивании семян при температуре 23"С. В этом случае энергия прорастания увеличилась на 11 % в сравнении с контрольными семенами. Всхожесть же семян под влиянием УФ-облучения наиболее значительно увеличивалась

(на 6 % в сравнении с контрольными семенами, замоченными при температуре ТС и на 10% в сравнении с семенами, замоченными при23чС)при замачивании семян при низкой температуре и прорашивании при 23°С.

УФ-облучение семян пшеницы до замачивания в течение 5 минут стимулирует активность пероксидазы и в некоторой степени уменьшает влияние повышенных концентраций гидрохинона.

2.3. Влияние минеральных солей на прорастание и всхожесть семян пшеницы. Поглощение минеральных вешеств в течение онтогенеза определяется биологическими особенностями растения (Цой, 1977),

Всего исследовано влияние 14 растворов солей: Си50х, №504, К,50д, Ыа,504, 2пБ04, Ре504, (Ш4)304, МаНС03, Ь'аКО,, РЬ(Ы03),, Ва(М03),, СиСЦ СоС1„ МпС1;. В результате исследований были выявлены пять солей макро-н микроэлементов, оказывающих некоторое положительное влияние на физиологические показатели семян пшеницы. Остальные соли оказывали стабильно отрицательный эффект при замачивании зерновок пшеницы в их растворах в течение 24 часов при 23°С.

Для выяснения токсичности солей на посевные свойства семян результаты опытов были обработаны с применением первого полинома Чебыше-ва. Токсичность соли оценивалась по величине спада показателя (всхожесть и общая масса проростков) на единицу концентрации {удельная токсичность). В результате по степени удельной токсичности изученные соли распределились следующим образом (табл. 4).

Всхожесть семян пшеницы зависела как от вида тяжелого металла, так и от его концентрации. При этом медь оказалась гораздо более токсичной, чем никель, так как сильнее задерживала начало прорастания. Торможение начала и замедление самого процесса прорастания приводило к различиям масс одного проростка. Даже в самой низкой концентрации (1 мМ) медь задерживала рост проростков: меньше была доля проростков 1-й группы и выше доля 2-й группы (1 группа - нормально развитый проросток, состоящий из хорошо развитых корешков, имеющих здоровый вид, или из главного зародышевого корешка и первых листочков, занимающих не менее половины

Таблица 4. Распределение солей по степени токсичности

Степень токсичности Соли

Остро токсичные Токсичные Умеренно токсичные Слабо токсичные Не токсичные СиСЬ, Ре504, СиЗО*, №50+ РКМОзЬ, гп504 Кг504, ИаСО}, МаМО, №НС03, N3^04, <Ш<Ь504, МпС12 СоС13, Ва(К0))2

длины колеоптиля; 2 группа - ненормально проросшие семена, без корешков или со слабыми корешками). При увеличении концентрации, особенно в вариантах с медью, доля нормально развитых проростков была гораздо ниже, а доля 2-й группы проростков существенно выше. При высоких концентрациях металлов (1000 мМ) все проросшие семена имели только проросток или только слабо развитый корешок.

3. Влияние БАВ и низкомолекулярных антиоксидантов на прорастание и всхожесть семян пшеницы

3,1. Влияние экстрактов растений на всхожесть семян пшеницы.

Исследования показали, что на начальном этапе прорастания семена пшеницы можно разделить на две группы: I группа - проклюнувшиеся зерновки (85-95 % от 100); 2 группа,- непроклюнувшнеся (примерно 1-7 % от 100). В свою очередь I группа семян делится на проросшие (76-85%), дающие нормальные проростки) и непроросшне( 15-20 %). Воздействуя стимуляторами различной природы на непроросшие семена 1 группы, можно повысить всхожесть на 15-20 %, При этом проявляется индивидуальная чувствительность зерновок пшеницы к факторам воздействия.

Нами изучено влияние некоторых экстрактов растений на посевные свойства семян пшеницы. Показано, что экстракты почек березы (Betula verricoza), собранных в начале мая, влияют на всхожесть положительно. Экстракты были приготовлены на дистиллированной воде и на этаноле (16,4 М и 8,2 М), который потом разбавляли в 1000; 10000; 100000; 1000000 раз. Всхожесть семян послезамачива-ния в водном экстракте, разбавленном 1000000 раз, увеличивалась в сравнении с контролем на 12 %. Масса одного проростка и их общая масса при этом уменьшается. Экстракт почек березы, полученный в этаноле (8Д М) и разбавленный в 1000 раз, увеличивает всхожесть на 13 %, общая масса надземной части и одного проростка повышалась при этом на 18 и 4 % соответственно в сравнении с этанолом в чистом виде. Экстракт почек березы на этаноле (16,4 М), разбавленный в 1000 раз, повышает всхожесть на 21 %, а общую массу проростков на 16 %. Остальные разбавления существенного результата не дали.

Экстракт почек березы на этаноле с концентрацией 16,4 М, разбавленный в 1000000 раз, повышает всхожесть семян пшеницы на 11 %, а общую массу побегов - на 12 % в сравнении с водой. Водные экстракты из семян пиона Марьин-корень (Paeonia anómala L), касатика Восточного (Inis laevíga Fisch, et Mey), кизильника черноплодного (Cotoneaster melanocarpus) понижают всхожесть зерен пшеницы. Наибольшим ингибирующим эффектом обладают экстракты, полученные из семян Марьин-корень (Paeonia anómala L) и кизильника черноплодного (Cotoneaster melanocarpus), разбавленные в 100 раз. Эти экстракты понижают всхожесть семян при температуре замачи-

вания 23"С на 13 % в сравнении с контролем. Низкая положительная температура замачивания (7"С) уменьшает этот ингибирующий эффект.

3.2. Влияние гидрохинона на процесс прорастания, всхожесть и жизнеспособность семян пшеницы. В развитии окислительного стресса играют роль активные формы кислорода: О, ;Н, О,; НОС1 и др. Защита от действия супероксидных радикалов осуществляется за счет использования антиоксидантнои системы, состоящей из низко- и высокомолекулярных соединении (Зенков, Меньшиков, 1993).

К группе низком слекулярных аншоксидантов относятся дигоксин, аскорбиновая кислота, гидрохинон, мочевая кислота, мелатонин, глутатион и др. (Кения и до., 1993). В комплекс высокомолекулярной системы антиоксидантнои зашиты входят ферменты каталаза, супероксиддисмугаза, пероксцдаза и др. (Dhindsa, 1978). Мы изучали действие разных концентраций гидрохинона на процесс прорастания семян пшеницы, так как гидрохинон является, с одной стороны, низюмоле-кулярным антиоксидантом, с другой - восстановленной формой (QH,) убнхино иа (Q), которая участвует в переносе электронов по дыхательной цепи. Высокая концентрация гидрохинона полностью иншбирует прорастание. В то же время замачивание семян в гадрохиноне с концентрацией 0,005 М увеличивает массу корней на 25 % в сравнении с контролем, а также длину проростков. Снижение всхожести семян пшеницы при обработке гидрохиноном можно объяснить тем, что он снижает активность пероксидазы.

При определении жизнеспособности семян после замачивания в течение 24 часов в дистиллированной воде было показано, что жизнеспособных семян больше, чем всхожих (табл. 5). Так, все семена, взятые для опыта, были жизнеспособными, однако всхожесть их была меньше на 14 % при температуре замачивания 7"С и на 19 % при температуре замачивания 23"С.

Та&пща 5. Жизнеспособность семян пшеницы в зависимости от температуры и концентрации гидрохинона, %

Концент- 24 ч зама- Время прорастания, сут.

рация чивания 1 2 3 4 5 6

ГХ,М

Температура замачивания 7*С

Контроль 100 100 100 100 100 100 100

0,025 99±1 99±1 98±2 98±2 96±4 95±5 94±6

0,05 99±1 99±1 99±1 96±3 90±5 85±б 80±8

Температура замачивания 23' 'С

Контроль 100 100 100 100 100 100 100

0,025 99±1 98±3 82±7 68±6 62±4 59*8 53±9

0,05 99±2 95±3 65±5 31±1 23±1 15±0 12±0

Время прорастания, температура и концентрация гидрохинона оказывали существенное влияние на жизнеспособность семян пшеницы. Жизнеспособных семян пшеницы в растворе гидрохинона с концентрацией 0.025 М при температуре замачивания 7"С в первый день прорастания было 99±1 %, а в последующие шесть суток снизилось до 94±6 %. Увеличение концентрации гидрохинона в два раза при этой же температуре уменьшило жизнеспособность до 80±8 %. При этом всхожесть семян пшеницы составляла 64±5 %.

Повышенная температура замачивания и проращивания активизирует ингнбирующее влияние гидрохинона, снижая жизнеспособность семян на б-е сутки прорастания до 12 %, а всхожесть - до нуля. Из приведенных результатов следует, что низкие концентрации гидрохинона в условиях небольших положительных температур оказывают стимулирующее влияние на прорастание семян пшеницы. При повышенных температурах даже слабые концентрации гидрохинона ослабляют прорастание семян пшеницы.

33. Влияние затопления и обработки гидрохиноном на урожайность яровой пшеницы. Для определения возможности повышения устойчивости растений пшеницы к затоплению с помощью низкомолекулярных анти-оксидантов (гидрохинон) был проведен полевой опыт. Данные по изменению ростовых показателей пшеницы при затоплении и обработке гидрохиноном приведены в табл. 6. При избытке влаги в почве наблюдалось снижение высоты, сырой и сухой массы растений. Как известно, пшеница относится к культурам, малоустойчивым к переувлажнению. Этим объясняется значительное снижение продуктивности растений, перенесших 18-суточное затопление. Обработка гидрохиноном (0,075 М) положительно сказалась на темпах роста растений. Показано, что растения, обработанные гидрохиноном при затоплении, отличались большими темпами роста по сравнению с необработанными. Наблюдалось увеличение высоты, сырой и сухой массы.

Действие экзогенных вешеств сохранилось и после нормализации влажности почвы; сухая масса растений при затоплении и обработке гидрохиноном была на 33 % выше, чем у необработанных.

Таблица б. Влияние затопления и обработки гидрохиноном на рост растений пшеннцы

Вариант Обработка Высота Масса 10 растений, г

растений, см сырая сухая

Контроль Вода Гидрохинон 73,0±2,0 81,0±1,6 48,б±2,0 67,3±5,0 15,0*0,5 18,0±0,8

Затопле- Вода 39,8±2,0 27,4±1,4 5,8±0,6

ние Гидрохинон 48,4±2,0 39,7±2.0 7,7=1,0

Урожайность яровой пшеницы существенно снижалась при затоплении в течение 18 сут. (табл. 7). В опыте установлено, что невысокая концентрация гидрохинона способствует не только лучшему развитию растений, но и несколько повышает урожайность пшеницы. При обработке семян гидрохиноном и затоплении получена достоверная прибавка урожая зерна (1,5 ц/га) в сравнении с вариантом без обработки гидрохиноном.

Та&ища 7. Влияние затопления и обработки гидрохиноном на урожайность пшеницы, ц/га (среднее за 1997-1998 гг.)

Вариант Обработка Урожайность

Контроль Вода 11,3

Гидрохинон 10,6

Затопление Вода 4,1

Гидрохинон 5,6

НСР(15 для варианта 0,95; для обработки 0,41; для сравнения частных средних

1,31.

Расчет экономической эф[|>ективностн показал, что применение гидрохинона не окупается прибавкой урожая, однако рентабельность производства зерна при затоплении и использовании гидрохинона все же выше, чем без его применения (табл. 8).

Таблица 8. Экономическая эффективность применения гидрохинона при возделывании яровой пшеницы в условиях затопления

Урожайность, ц/га Цена, руб./ц Стоимость валовой продукции, руб./га Затраты, руб./га Условный ДОХОД, руб./га Рентабельное! ь,%

11,3 150 1695 1252 443 135

10,6 150 1590 1277 313 125

4,1 150 615 1252 - 49

5,6 150 840 1277 - 66

Таким образом, из полученных данных следует, что торможение ростовых процессов при затоплении связано с переходом аэробных метаболических процессов системы в анаэробные. Обработка гидрохиноном снижает негативное действие переувлажнения почвы. Это проявляется в увеличенных темпах роста и некотором возрастании урожайности пшеницы.

выводы

1. Начало роста при прорастании семян пшеницы является результатом процессов, происходящих в два этапа, на первом из которых активируется основной метаболизм, а на втором активируются процессы, подготавливающие растяжение клеток. Усиление дыхания, мобилизация запасных отложений (1 этап), а также процессы, подготавливающие растяжение клеток (2 этап), и само начало роста (наклевывание) начинается в результате достижения пороговых, характерных для каждого процесса уровней оводненности.

2. Температура раствора замачивания ускоряет процесс набухания. Семена пшеницы через 2 часа замачивания при температуре 7°С достигали влажности, равной 20 %, а при температуре 23"С — 34 %. Через 48 часов набухания семена при температуре 23"С достигали влажности 80%, а при температуре 7°С - лишь 57 %. Низкая температура замачивания (7°С) в течение 24 часов и последующем проращивании при температуре 23 "С стимулирует рост проростков при удовлетворительной всхожести семян. Проращивание при температуре 7('С увеличивает всхожесть семян, однако резко ингибирует рост проростков. Замачивание и проращивание при температуре 23°С снижает всхожесть семян, масса одного проростка и общая масса проростков при этом остается достаточно высокой. Положительное значение освещенности возрастает при увеличении температуры. В темноте при температуре замачивания и проращивания 31°С всхожесть семян уменьшалась до 18±5 %. При проращивании таких семян на свету их всхожесть составила 73±3 %.

3. Добавление экзогенных углеводов в замачивающий раствор ускоряет процесс проклевывания семян пшеницы на 8 часов в сравнении с проращиванием семян в дистиллированной воде. Наибольшим стимулирующим эффектом обладали сахароза и маннит с концентрацией в растворе 0,001 М. Эти углеводы увеличивают количество проклюнувшихся семян на 20-24% в сравнении с водой.

4. Попеременное намачивание-высушивание семян пшеницы через двое суток дегидратации повышает энергию прорастания на 21 %, всхожесть - на 22 % и общую массу побегов - на 47 %. В последующие 5-15 суток идет постепенное понижение показателей, при этом существенно снижается энергия прорастания, однако всхожесть и общая масса побегов остается выше контроля. Время проклевывания семян (1М) после 2 суток дегитратации и последующего проращивания уменьшилось на 20 ч. Кроме ускорения проклевывания семян пшеницы, наблюдалось повышение на 15 % энергии

прорастания, что сопровождается повышением дружности (одновременности) прорастания,

5. Этанол с концентрацией 0,1 М без высушивания семян повышал энергию прорастания на 14 %, всхожесть - на 11 %, а общую массу проростков - на 62 % в сравнении с контролем. Обработка семян раствором этанола в концентрации 0,5 М и проращивание после суточной экспозиции при температуре 23"С сопровождалось уменьшением энергии прорастания на 10 % в сравнении с контролем, а всхожести — на 12 при этом этанол стимулировал рост проростков. Дегидратация семян ннвелнрует действие этанола, В свою очередь, гидрохинон в малых концентрациях после дегидратации стимулировал прорастание и всхожесть семян (на 21 %и20% соответственно в сравнении с контрольными семенами), но резко снижал развитие проростков.

6. УФ-облученне сухих семян дает отрицательный эффект, снижая их энергию прорастания и всхожесть. Получасовая обработка семян ультрофиолетом оказала стимулирующее влияние на длину проростков. УФ-облучение предварительно замоченных семян в течение 5 минут стимулировало энергию прорастания, не оказывая существенного влияния на длину проростков и корней. Максимальный эффект от УФ-облучения достигается при замачивании семян в течение 2-4 ч. Облучение й течение 5 минут семян, замоченных при повышенной температуре, повышало их всхожесть на 22 % и общую массу проростков - на 1507 мг, что на 62 % выше в сравнении с контрольными семенами.

7. Замачнвание семян в растворах солей и воде показало, что их посевные свойства через двое суток существенно снижаются при всех испытанных концентрациях. В то же время применение CoCI, снижало отрицательное влияние времени замачивания и способствовало повышению всхожести, общей массы и массы одного проростка в 2 раза по сравнению с контролем, замачивание в растворе МпС1,- в 1,5, 1,7 и 1,06 раза соответственно. Повышенное содержание солей в растворе тормозит образование нормальных корней. При увеличении концентрации растворов, особенно с медью, доля нормально развитых проростков была гораздо ниже, а доля 2-й группы проростков - существенно выше. При высоких концентрациях металлов (1000 мМ) все проросшие семена имели только проросток или только слабо развитый корешок. Обработка семян ультрафиолетом в течение 5 минут после замачивания в растворе СаС1, с концентрацией Юн 1000 мМ способствовало повышению всхожести и общей массы проростков.

8. Экстракт почек березы в этаноле (8,2 М), разбавленный в 1000 раз, увеличивает всхожесть на 13 %, общая масса и масса одного проростка

повышалась при этом на 18 % и 4 % соответственно. Экстракт почек березы в этаноле (16,4 М), разбавленный в 1000 раз, повышает всхожесть на 21 %, а общую массу проростков - на 16 %. Наибольшим ингибирующим эффектом обладают экстракты, полученные из семян Марыш-корень (Paeonia anómala L) и кизильника черноплодного (Cotoneaster melanocarpus), разбавленные в 100 раз и понижающие всхожесть семян при температуре замачивания 23"С на 13 % в сравнении с контролем. Низкая положительная температура замачивания (7°С) уменьшает ингибирующий эффект,

9. Гидрохинон в различных концентрациях не повышал всхожесть семян пшеницы при температуре замачивания и прорашнвания 23"С, но разнииа между энергией прорастания и всхожестью при этом уменьшалась. Небольшие концентрации гидрохинона (0,005 М) при низких температурах стимулировали рост проростков, общая масса которых увеличилась на 1208 мг, т.е. на 30 % в сравнении с контролем. Высокие концентрации гидрохинона 0,5 М и 0,05 М, независимо от температуры замачивания и проращивания, ингибнровали энергию прорастания и всхожесть семян пшеницы.

10. Урожайность яровой пшеницы существенно снижалась при затоплении. Невысокая концентрация гидрохинона (0,0075 М) способствует не только лучшему развитию растений, но и повышает урожайность пшеницы. При обработке семян гидрохиноном и затоплении получена достоверная прибавка урожая зерна (1,5 ц/га) в сравнении с вариантом без обработки гидрохиноном. Рентабельность производства зерна при затоплении и использовании гидрохинона уступает таковой при обычных условиях, однако выше, чем без его применения.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения энергии прорастания и всхожести семян яровой пшеницы, а также для развития проростков можно рекомендовать заблаговременное проведение закалки семян путем замачивания-высушивания («эффект Генкеля»). Близкие результаты дает обработка семян экстрактом почек березы в этаноле (8,2-16,4 М), разбавленном в 1000 раз.

Обработка сухих семян УФ-лучами в течение 5 минут стимулирует энергию прорастания.

Обработка семян пшеницы малыми концентрациями гидрохинона (0,075 М) стимулирует прорастание и уменьшает негативное влияние длительного затопления.

Для ускорения нрорзстания семян пшеницы необходим доступ света, поэтому при достаточной влагообеспеченности почвы веской заделывать их на большую глубину не рекомендуется.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Колесова Т.К. Влияние гидрохинона на всхожесть семян пшеницы // Материалы научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал молодежи-селу 21 века». - Якутск, 1999. - С. 85-86.

2. Рогожин В,В., Курнлюк ТТ., Верхотуров В.В., Колесова Т.К. Роль пероксндазы и антиоксидантов в формировании механизмов покоя семян I! Тезисы II Международной конференции «Регуляторы роста и развития растении», - Москва, 1999.

3. Колесова Т.К. Влияние гидрохинона на начальном этапе прорастания семян пшеницы// Наука и образование. -№ 3 (27). -2002. - С. 102-105.

4. Колесова Т.К. Влияние экзогенного гидрохинона на фнзиолого-биохимические механизмы прорастания семян пшеницы // Сб. материалов V Международной научно-практической конференции «Экология и жнзнь»,-Пенза. - 2002. - С. 323-325.

5. Колесова Т.К. Влияние экстрактов биологически активных веществ растений на всхожесть семян пшеницы // Сб. материалов научно-практической конференции «Роль сельскохозяйственной науки в стабилизации и развитии агропромышленного производства Крайнего Севера». - Новосибирск, 2003. - С. 90-91.

6. Колесова Т.К. Динамика изменения всхожести семян пшеницы от времени замачивания и действующих факторов // Сб. материалов научно-практической конференции «Роль сельскохозяйственной науки в стабилизации и развитии агропромышленного производства Крайнего Севера». - Новосибирск, 2003. - С. 91-93.

7. Приемы повышения посевных качеств семян пшеницы в Республике Саха (Якутия): Рекомендации / Т.К. Колесова, В.К. Каличкин; ЯГСХА. -Якутск, 2003. - 30 с.

Подписано в печать 14.10.2003 г. Формат 60 х 84 1/16 Объем 1,25 п.л. Заказ № 440. Тираж 100. Отпечатано в типографии ООО «Ревик-К» 630501, НСО, п. Краснообск

Р 1702 1