Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Снижение зараженности озимой пшеницы головневыми грибами с использованием электрических и магнитных полей

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Клименко, Татьяна Викторовна, Ставрополь

СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Клименко Татьяна Викторовна

СНИЖЕНИЕ ЗАРАЖЕННОСТИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ГОЛОВНЕВЫМИ ГРИБАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ НОЛЕЙ

03.00.16 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор с.-х. наук, профессор Г.П. Стародубцева кандидат с.-х.наук, профессор A.A. Гаврилов

Ставрополь - 2001

споры карликовой и твердой головни...................................................41

2.3.1. Методика проведения лабораторного опыта по обработке спор карликовой и твердой головни электромагнитными полями.................................................................................

2.3.2. Методика проведения лабораторного опыта по озо-новоздушной обработке спор карликовой и твердой

головни........................................................................................................................43

2.4. Характеристика места и условий проведения полевых , исследований.....................................................................................................................

2.5. Методика полевого опыта....................................................................................50

2.6. Методика определения токсичности зерна озимой пшеницы, заспоренного карликовой и твердой головней.........52

2.7. Установки для обработки биологических объектов электромагнитными полями..................................................................................53

2.7.1. Характеристика используемых в экспериментах физических факторов............................................................................„'.......

2.7.2. Установка для обработки биологических объектов электрическим полем отрицательного коронного

разряда........................................................................................................................56

2.7.3. Установки для обработки биологических объектов градиентньм магнитжм полем.......................................................57

2.7.4. Установка для обработки биологических объектов СВЧ-полем................................................................................................................60

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЗАРАЖЕННОСТЬ

ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ГОЛОВНЕВЫМИ ГРИБАМИ....................................62

3.1. Влияние электромагнитных полей на рост и развитие спор головни...................................................................................................

3.1,1. Жизнеспособность спор карликовой головни после обработки в ГрМП и ПОКР......................................................

4

3.1.2. Жизнеспособность спор твердой головни после

их обработки в ГрМП и ПОКР.........................................................70

3.2. Влияние предпосевной обработки семян озимой пшеницы электромагнитными полями на ее поражаемость головневой инфекцией.......................................................................................75

3.3. Урожайность и элементы структуры уроная...........................82

3.4. Влияние электромагнитных полей на токсичность зерна пшеницы, заспоренного головней.......................................88

3.5. Экономическая и биоэнергетическая эффективность защиты озимой пшеницы от головни обработкой в электромагнитных полях.................................................................................97

3.5.1. Экономическое обоснование использования градиентного магнитного поля в предпосевной обработке семян озимой пшеницы,.................................................98

3.5.2. Биоэнергетическая эффективность защиты озимой пшеницы от головни с использованием градиентного магнитного поля.............................................................................ЮЗ

ВЫВОДЫ....................................................................................................................................................105

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ................................................................................................108

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................................109

В настоящее время особенно актуальными являются вопросы безопасности любого производственного процесса для окружающей среды. В большой степени это касается экологической безопасности производства растениеводческой продукции. И хотя хозяйствование в условиях свободного рынка требует рационального использования химических средств зашиты растений по сугубо экономическим причинам, все же требования технологии заставляют производителя вносится на поля существенное количество химикатов. Попадая в почву, грунтовые воды, реки химические препараты и продукты их разложения не только ухудшают общую экологическую обстановку, но и являются причиной уменьшения численности, а зачастую и гибели целых видов, как представителей животного, так и растительного мира.

В этой связи вызывают как научный, так и практический интерес исследования новых методов эффективной защиты растений, отвечающих требованиям экологической безопасности. Одним из направлений таких исследований являеЛтся применение физических факторов в растениеводстве. На сегодняшний день достижения в этой области науки достаточно весомы. Найдены способы предпосевной обработки, позволяющие повысить сопротивляемость сельскохозяйственных культур к сложным климатическим условиям и болезням, снизить норму внесения химикатов, повысить урожайность и качество зерна. Наряду с этим, использование физических факторов для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур способствует оздоровлензж) экологической обстановки, позволяет снизить энергоемкость, а следовательно и стоимость технологий производства растениеводческой продукции, улучшить условия труда и пр.

Интерес к использованию физических факторов для обработ ки посевного материала высок и с точки зрения изучения от ветной реакции растительной клетки на стрессовые воздейст вия, так как позволяет расширить представление о скрытых возможностях растений.

Следует также отметить, что экономические трудности многих хозяйств в последние годы привели к снижению нормы, а иногда и полному исключенхж необходкпмых фунгицидов при проведении предпосевной обработки семян озимой пшеницы. За этим последовал закономерный рост поражаемости озимой пшеницы грибными инфекциями, в частности, головневыми заболеваниями, и снижение количества, качества урожая из-за токсичности спор головни для человека и животных.

В этой связи становится актуальной задача поиска низкоэнергетических способов обеззараживания заспоренного головней зерна озимой пшеницы, так как имеющиеся в настоящее время высокоэнергоемки и недостаточно эффективны.

Цель работы: изучить влияние обработки озимой пшеницы электрическими и магнитными полями на ее заражаемость головневыми грибами и токсичность зерна, заспоренного головней. Для этого бьши поставлены и решены следующие задачи:

> экспериментально .исследовать влияние электрических и магнитных полей на рост и развитие телиоспор карликовой и твердой головни озимой пшеницы;

> экспериментально изучить влияние предпосевной обработки семян озимой пшеницы с использованием электрических и магнитных полей на ее устойчивость к головневым заболеваниям;

Л экспериментально установить влияние обработки заспорен-ного головней зерна озимой пшеницы в электрических и

магнитных полях на его токсичность для животных;

> определить экономическую и биоэнергетическую эффектив ность защитных мероприятий.

Диссертационная работа выполнена в Ставропольской государ ственной сельскохозяйственной академии в рамках Госбюджетной темы №14 «Разработка экологизированной защиты кормовых злаков и многолетних бобовых трав от болезней», раздел 14.1 «Совершенствование интегрированной системы защиты озимой пшеницы и ячменя от болезней». По результатам диссертационной работы выполнялась хоздоговорная тема с МСХ Ставропольского края (№48, 2000 г.) и выпущены «Рекомендации по зашите озимой пшеницы от головни» в 2001 году.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Л впервые обнаружено, что градиентное магнитное поле (ГрМП), в зависимости от режима обработки, оказывает как угнетающее, так и стимулирующее действие на рост и развитие телиоспор карликовой и твердой головни;

> впервые показано, что обработка телиоспор головни в электрическом поле отрицательного коронного разряда

(ПОКР) при малой экспозиции приводит к угнетенрш их роста и развития, а при увеличении экспозиции лишает споры жизнеспособности и разрушает споровую оболочку;

> впервые установлено, что предпосевная обработка семян озимой пшеницы ГрМП и ПОКР в оптимальных режимах, наряду с улучшением посевных и урожайных качеств, повьш]ает ее устойчивость к головневым заболеваниям;

Л впервые найдено, что заспоренное головней зерно озимой пшеницы после обработки в электрическом поле отрицатель ного коронного разряда перестает быть токсичньм для жи вотных;

впервые показано увеличение токсичности заспоренного головней зерна озимой пшеницы после его обработки СВЧ-полем.

Положения, вьгаосимыэ на защиту.

1. Обработка ГрМП может как угнетать, так и стимулировать рост и развитие телиоспор карликовой головни в зависимости от величины магнитной индукции, времени воздействия и отлежки спор перед посевом на питательную среду.

2. Воздействие ГрМП угнетает рост и развитие телиоспор твердой головни в различной степени в зависимости от величины магнитной индукции и времени воздействия.

3. Поле отрицательного коронного разряда угнетает рост и развитие телиоспор головни и лишает их жизнеспособности.

4. Устойчивость озимой пшеницы к головневым заболеваниям повышается после предпосевной обработки ее семян ГрМП и ПОКР.

5. При воздействии на споры карликовой и твердой головни СВЧ-полем, полем отрицательного коронного разряда и озо-новоздушной смесью происходит разрушение оболочки тели-оспор .

6. Обработка СВЧ-полем влияет на токсичность зерна озршой пшеницы, заспоренного головней.

7. Токсичность зерна озимой пшеницы снижается после обработки ПОКР напряженностью 4-10Л В/и с экспозицией 40 с. Практическая ценность полученных результатов: экспериментальные исследования влияния электрических и магнитных полей на рост и развитие спор карликовой и твердой головни обнаружили возможность использования ГрМП и ПОКР для повьш1е-ния устойчивости озимой пшеницы к головневым заболеваниям и снР1жения токсичности заспоренного головней зерна. Это должно

привести к полноценному,использованию урожая зерна, уменьшению затрат производства, улучшению условий труда и оздоровлению экологической обстановки.

Достоверность полученных результатов подтверждается: применением при проведении измерений стандартных приборов и оборудования; статистической обработкой результатов экспериментов; качественным совпадением ряда результатов с результатами, полученньми другими исследователями.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях СГСХА в 1998, 1999, 2000, 2001 г.г.; 2-й Международной научно-практической конференции «Нетрадиционное растениеводство, экология и здоровье», Алушта, 1998; 1-й Всероссийской конференции «Современные достижения биотехнологии», Ставрополь, 1999; 9-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям, г. Плес, 2000 г.; 4-й Международной конференции «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», Клязьма, 2000, 2001; Межрегиональной научной конференции "Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса",. Ставрополь, 2000; 4-й Международной , научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек.», Москва, 2 001; 1-ой Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе, Ставрополь,, 2 001.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и обгьем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и предложений. Содержит 128 страниц, в том числе 13 таблиц в' тексте диссертации и 23 - в приложении, 20 рисунков, список литературы из 165 наименований.

глава I. головня озимой пшеницы и методы змщты культуры от болезни

1.1. Виды головни и вредоносность болезни

На пшенице зарегистрировано пять видов головни: твердая (син. мокрая, вонючая), карликовая, пьшьная, стеблевая и индийская. Эти заболевания, особенно твердая, пыльная и карликовая виды головни, могут быть причиной недобора огромного количества зерна, достигавшего в отдельные годы в ряде районов и областей страны более 10% валового сбора (Пересьшкин, 1991)

По данным маршрутных обследований службы заш?/[ты растений Ставропольского края в 2000 году пыльная головня выявлена повсеместно на 110 тыс. га. Средний процент поражения -0,47%. Очаги сильного распространения выявлены в Ипатовском (0,70%), Туркменском, (0,70%), Кочубеевском (7,00%), Лево-кумском (5,10%), Нефтекумском (9,00%) районах.

Твердая головня обнаружена в Александровском, Арзгир-ском, Кочубеевском, Буденновском, Благодарненском, Грачев-ском, Ипатовском, Новоалександровском, Шпаковском районах на площади 8 тыс. га с поражением 1,27% растений.

Карликовая головня проявила себя в Александровском районе в СХП «Северное» на площади 300 га и СХП «Калиновское» на 200 га, с поражением растений 4%, в учебно-опытном хозяйстве Ставропольской ГСХА Шпаковского района на площади 50 га с распространением 0,2%.

Все это результат низкого качества протравливания семян или полного его отсутствия (Письмо МСХиП №03/1542 от 5.08.1999) .

1.1.1. Диагностические признаки твердой и карликовой головни пшеницы

У твердой (мо1фой, вонючей) головни пшеницы известно 4 возбудителя болезни. Чаще встречаются Tilletia laevis К. (он. Tilletia foetida) и Tilletia tritici (он. Tilletia caries). Болезнь ясно обнаруживается в фазе молочной спелости зерна. К этому времени внутренняя часть зерновок полностью разрушается и заполняется спорами, которые оказываются заключенными в сохранившихся оболочках семян (головневых мешочках) . При легком надавливании такие мешочки разрушаются и споры высыпаются. Споры издают запах селедочного рассола вследствие содержания в них' триметиламина (Пересьшкин, Тюте-рев, Баталова, 1991).

Пораженные растения короче здоровых всего на несколько сантиметров. В период созревания колосья с пораженными зерновками отличаются от здоровьк своей темно-зеленой окраской. По мере созревания растений этот признак утрачивается (Грисенко, 1967; Пересыпкин, 19 91) .

В пораженных колосьях колосков меньше, чем в здоровых. Бывают случаи неполного поражения колосьев одного растения или неполного поражения колосков одного колоса или даже тканей одной зерновки. Это происходит потому, что возбудитель заболевания (головневый гриб) поражает различные ткани растения в раннем возрасте, когда по внешнкЕм признакам заболевание распознать не представляется возможным. Но под влиянием внешних условий скорость развития гриба и распространение его по зародышевьм тканям изменяются, благодаря этому можно встретить на одном и том же растении колосья с разрушенными и полноценными зерновками, а в колосе - пораженные и здоро-

вые колоски (Калашников, 1971) .

Предпосевное протравливание, обычно, высокоэффективно.

Карашковая хюловня пшеницы (Т111е1±а controversa КиеЬп), как правило, встречается очажно. Кроме озимой пшеницы поражает рожь, пырей, житняк, овсяницу, костер и некоторые другие злаковые травы. Характер проявления и поражения во многом напоминает твердую головню, но гшешея некоторые отличия. Больные растения имеют ветвистую форму, иногда образуется 50 и более стеблей. Высота стеблей в 1,5-4 раза ниже, чем у здоровых растений, поэтому при уборке часть их остается не срезанными.

Пораженные колосья более плотные, слегка укороченные, иногда не выходят из пазухи верхнего листа или остаются наполовину прикрьЕ?ь]ми до полного созревания. При высоком агрофоне в разреженных посевах иногда наблюдается ветвление и более раннее колошение пораженных растений. Внешне колоски имеют нормальный вид, но ости заметно укорочены, нижние сильно извилистые, число завязей иногда превышает 4-7 и более. Формирукш?Леся в них головневые мешочки сферические или широкоэллиптические, жестковатые и хрупкие, вершина их закрученная, иногда с двумя листовид-ньми придатками (остатки рыльца) (Сторчевой, 1962; Логачев, 1986). Споры, также, как и у твердой головни, содержат тримети-ламин и обладают характерным запахом. Жизнеспособность спор в почве - б лет и более. «Характерньм» признаком является наличие среди нормальных темно-коричневых телиоспор с сетчатой оболочкой до 8% бесцветных (гиалиновых) телиоспор с гладкой оболочкой. При обильных росах происходит растрескивание головневых мешочков. В результате растрескивания мешочков телиоспоры осьш[аются на землю, листья и стебли (Кривченко, 1984) .

Протравливание семян перед посевом наиболее распространенными фунгицидами малоэффективно.

Таким образом, головневые заболевания представляют собой серьезную угрозу урожаю зерновых культур, в особенности при использовании интенсивных технологий возделывания. В этой связи значение защиты растений неуклонно возрастает, тем более что головня не только снижает урожай, но и ухудшает его качество.

1.1.2. Влияние абиотических экологических факторов на заражаемость озимой пшеницы головневыми заболеваниями

Интенсивность развития болезни в сезоне во �