Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние физико-химических факторов на повышение биоресурсного потенциала клевера лугового

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Влияние физико-химических факторов на повышение биоресурсного потенциала клевера лугового"

На правахрукописи

БЕЛЯЕВА ВИКТОРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПОВЫШЕНИЕ БИОРЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО

03.02.14 - биологические ресурсы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владикавказ, 2012

2 6 дпр 20¡2

005019627

Диссертационная работа выполнена в ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства» РАСХН

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

БЕКУЗАРОВА Сарра Абрамовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

АЛБЕГОВ Роман Борисович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ЧУХЛЕБОВА Нина Степановна

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский НИИ агрохимии

им. Д.Н. Прянишникова» РАСХН

Защита диссертации состоится « мая 2012 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 220.023.04 при ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» по адресу: 362040, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37, Горский ГАУ, зал заседаний диссертационного совета; тел./факс: (8672) 53-99-26; e-mail: ggaubiores@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет», с авторефератом на официальном сайте www.gorskigau.ni

Текст объявления о защите диссертации и автореферат диссертации отправлены в Минобрнауки РФ по адресам: vak2.ed.gov.ru и referat_vak@mon.gov.ru « Of » апреля 2012 г.

Автореферат диссертации разослан «й" » апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

С.А. Гревцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для повышения биоресурсного потенциата клевера лугового (Trifolium pratense L.) необходимо осуществлять всестороннюю оценку хозяйственно-биологических признаков и биохимического состава исходного материала, привлекая сорта-интродуценты и дикорастущие образцы, с последующим отбором форм, пригодных для создания новых, адаптированных к условиям гор и предгорий, экологически дифференцированных сортов.

Глобальное изменение климатических и экологических условий в XXI веке, увеличение антропогенной нагрузки сопровождается усилением действия стресс-факторов на растительные организмы, вследствие этого, поддержание соответствующих темпов роста биоресурсного потенциала культуры клевера лугового требует перевода технологии его возделывания на качественно новый уровень. Необходимо разрабатывать и оптимизировать способы активации метаболизма растительных организмов посредством воздействия слабых электромагнитных излучений и химических стимуляторов. В настоящее время сведения о предпосевной обработке семян клевера лугового, особенно старовозрастных, указанными методами и их влиянии на жизнеспособность и хозяйственно-биологические признаки этой культуры весьма малочисленны, а исследования по влиянию полифакторной обработки практически отсутствуют.

Цель исследования. Целью данной работы является изучение интродукции клевера лугового, а также действия на семена физических и химических факторов; разработка оптимальных режимов обработки, способствующих повышению биоресурсного потенциала данной культуры в предгорной зоне РСО-Алания.

Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:

- дать сравнительную оценку хозяйственно-биологических признаков и биохимического состава интродуцентов клевера лугового;

- изучить влияние различных режимов лазерного и магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на семена клевера лугового и обосновать оптимальные параметры этих способов обработки;

- изучить влияние различных доз рентгеновского облучения на семена клевера лугового и обосновать его оптимальные параметры;

- исследовать влияние магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на семена клевера с длительным сроком хранения в сравнении и в комплексе с другими способами предпосевной обработки (скарификацией, глиной «Аланит», пара-аминобензойной кислотой) и обосновать оптимальные параметры воздействия;

- оценить возможность применения метода ГРВ-биоэлектрографии для повышения эффективности отбора образцов клевера лугового по качественным показателям, а также тестирования влияния рентгеновского излучения на состояние растительного организма;

- дать биоэнергетическую оценку эффективности предпосевной обработки

семян клевера лугового.

Научная новизна. Выделены наиболее перспективные в условиях РСО-Алания образцы клевера лугового, представленные интродуцентами из различных эколого-географических регионов. Показана возможность применения ме-

тода биоэлектрографии для отбора образцов клевера, обладающих повышенным содержанием Сахаров. Обоснованы оптимальные параметры низкоинтенсивного лазерного, магнито-инфракрасно-лазерного и рентгеновского облучения семян клевера лугового. Установлено, что действие электромагнитного излучения обладает сортовой специфичностью и, наряду с повышением жизнеспособности, оказывает влияние на экзогенный покой семян клевера лугового. Впервые показана эффективность влияния магнито-инфракрасно-лазерного облучения, пара-аминобензойной кислоты, глины «Аланит» и их комплексного воздействия на посевные качества семян клевера лугового с длительными сроками хранения. Результаты работы защищены двумя патентами на изобретение: «Способ предпосевной обработки семян бобовых трав» (№2377752, опубликован 10.01.2010), «Способ отбора растений клевера с повышенным содержанием Сахаров» (№2380885, опубликован 10.02.2010).

Практическая значимость работы. Перспективные интродуценты клевера лугового, выделенные в процессе исследований, будут использованы для создания новых сортов луго-пастбищного направления.

Разработаны рекомендации по применению низкоинтенсивного электромагнитного воздействия для предпосевной обработки семян клевера лугового. Достигнутые результаты позволят улучшить посевные качества семян и интенсифицировать развитие растений, что даст возможность повысить биоресурсный потенциал данной культуры и качество получаемой продукции с помощью экологически чистых технологий.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Выявлены перспективные биологические ресурсы клевера лугового, ин-тродуцированные из различных эколого-географических условий;

2. Применение предпосевной моно- и полифакторной электромагнитной обработки семян клевера лугового повышает их жизнеспособность, оптимизирует хозяйственно-биологические признаки растений;

3. Способы повышения жизнеспособности старовозрастных семян клевера лугового с использованием физических и химических факторов;

4. Биоэнергетическая оценка эффективности электромагнитной предпосевной обработки семян клевера лугового.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены автором на Международной научной конференции "Теоретические и прикладные аспекты интродукции растений как перспективного направлении развития науки и народного хозяйства" (Минск, 2007); Ш Всероссийской научной конференции «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Пущи-но, 2007); II Международной научно-практической конференции «Рациональное использование биоресурсов в АПК» (Владикавказ, 2008); X Международном симпозиуме «Эколого-популяционный анализ полезных растений: интродукция, воспроизводство, использование» (Сыктывкар, 2008); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования» (Ульяновск, 2008); IV, V, VI Междунардных конференциях «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2008-2010); IX

Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринск, 2010).

По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получены 2 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 238 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций для практического использования. Иллюстративный материал включает 37 таблиц, 56 рисунков и 43 приложения. Список литературы содержит 258 источников, в том числе 167 отечественных и 91 иностранных.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые опыты проводили на экспериментальном участке ГНУ «СевероКавказский НИИ горного и предгорного сельского хозяйства», лабораторные - с использованием оборудования ИБМИ ВНЦ РАН и PCO-Алания в 2007-2009 гг.

Почвы на экспериментальном участке представлены среднемощным тяжелосуглинистым выщелоченным черноземом, pH солевой вытяжки 5,48-6,92 (Басов К.Х., 1974). Неустойчивым элементом климата в зоне проведения эксперимента являются осадки, распределение которых в течение года носит неравномерный характер, возможны засушливые периоды (годовая сумма по средним многолетним данным 642 мм). Сумма среднесуточных температур воздуха, превышающих 10°С составляет 2700-3000°С. Средняя продолжительность вегетационного периода 230 дней.

Различия метеорологических условий в годы проведения исследований позволили объективно оценить результаты опытов. В мае, июле и сентябре 2007 года выпало всего 34, 47 и 37% осадков к норме. На протяжении всего вегетационного периода температурный режим превышал средние многолетние данные. Неравномерное влагообеспечение и высокие температуры снизили урожайность и привели к формированию значительного количества семян с твердой оболочкой. В 2008 году температурные отклонения от нормы были незначительны, за исключением марта и апреля. Максимальное количество осадков наблюдали в мае (116 мм) и июне (176 мм), тогда как в июле, августе и октябре оно было существенно ниже средних многолетних данных, что также оказывало неблагоприятное влияние на рост и развитие растений. Условия вегетационного периода 2009 года были относительно стабильными.

Объектами для опыта по сравнительной оценке хозяйственно-биологических, биохимических и биоэлектрографических параметров образцов клевера лугового служили сорта-интродуценты белорусской селекции (Минский мутант, Яскравый, Устодливый, Т-46, СЛ-38), Сибирского НИИ кормов - Сиб-НИИК-10 и горные дикорастущие клевера Даргавский, Горная Саниба. Исследовали высоту, урожайность, обсемененность соцветий в сравнении с районированным в РСО-Алания сортом Дарьял (стандарт). По общепринятым методикам (Плешков Б.П., 1976) проводили биохимический анализ сортообразцов клевера по содержанию сухого вещества, протеина, золы, кальция, калия, фосфора, клетчатки, жира и сахара. Полевые опыты проводили по методике ВНИИ кормов им. Вильямса (1996), Ещенко В.Е. с соавт. (2009) в 3-кратной повторности, норма

высева 8 кг/га, площадь делянки в вариантах опыта 5 м2. В течение вегетационного периода вели фенологические наблюдения за фазами роста и развития.

Для оценки эффективности воздействия физико-химических факторов на семена клевера лугового мы проводили опыты в 3-4-кратной повторное™ и определяли оптимальные режимы электромагнитной обработки семян интроду-цента СЛ-38 и районированного сорта Дарьял при одноцикловом и трехкратном лазерном и магнито-инфракрасно-лазерном воздействии; семян сорта Дарьял и синтетика Syn-316 при рентгеновском облучении, а также при обработке старовозрастных семян сорта Дарьял химическими факторами: пара-аминобензоинои кислотой (1% р-р), глиной «Аланит» (в соотношении 1:2). Пртла^рном облучении частота модуляции составляла по вариантам опытов 300-3000 Гц (дозаob лучения 0 9-4,6 Дж/см2); при магнито-инфракрасно-лазерном - 5-1UUU i ц 114 Дж/см2) с экспозицией 5-25 мин. Дозы при рентгеновском облучении -go' 4800 сГр при константной мощности экспозиционной дозы 80 сГр/с. Критериями эффективности облучения в лабораторных опытах служили: энергия прорастания, всхожесть, количество нормально проросших семян, твердосемян-ность (ГОСТ 12038-84). Критерии эффективности в полевом опыте: полевая всхожесть, густота стояния, сохранность, высота, урожайность, биохимические показатели. Семена проращивали с отлежкой и без нее.

Методом ГРВ-биоэлектрографии исследовали образцы клевера лугового: Дарьял, Даргавский, Минский мутант, Устодливый, Яскравый, Syn-316.

Статистический анализ экспериментальных данных включал методы описательной статистики, дисперсионный и корреляционный анализ (Ещенко В.Е. с соавт., 2009; Кабанов С.В., 2001), обработку вели с помощью программного пакета «Statistica 6», «GDV Scientific Laboratory». Оценку биоэнергетической эффективности способов предпосевной обработки проводили в соответствии с данными химического анализа по формуле Аксельсона в модификации Григорьева Н.Г. с соавт. (1989).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ Сравнительная оценка хозяйственно-биологических, биохимических и биоэлектрографических параметров интродуцентов клевера лугового

Проведенные нами исследования показали, что при интродукции в условиях предгорной зоны РСО-Алания, белорусские сорта СЛ-38 и Т-46 демонстрировали высокие показатели продуктивности, уступая по обсемененности интродуцированным из горных условий образцам Даргавскому и Горной Санибе (табл 1) Лучший показатель по урожайности зеленой массы имел интродуцент СЛ-38 - 3 кг/м2 (125% к стандарту). Среди белорусских сортов ему присуща наибольшая обсемененность соцветий - 39%. Образцы дикорастущих интродуцентов - Горной Санибы и Даргавского имели невысокую урожайность (1,1-1,5 кг/м2) однако отличались максимальной обсемененностью соцветии (43-44%), что является следствием естественного отбора в условиях вертикальной зональности обеспечивающего эффективное восстановление выпадающих из травостоя особей. Образцы районированного сорта Дарьял уступали по продукгивно-

ста сортам СЛ-38 и Т-46, а по обсемененности соцветий Горной Санибе и Дар-гавскому, превышая по высоте остальные образцы (77,3 см).

Таблица 1 - Характеристика образцов клевера лугового по высоте, продуктивности и обсемененности соцветий (2007-2008 гг.)

Сорт Высота растений Зеленая масса Обсемененность соцветий

(см) в%кстанд. (кг/м2) в % к станд. (%) в%кстанд.

Дарьял, стандарт 77,3 - 2,4 - 38 -

Даргавский 72,6 93,9 1,5 62,5 43 113,1

Горная Саниба 56,8 73,5 1Д 45,8 44 115,8

Минский мутант 60,0 77,6 2,0 83,3 29 76,3

Устодливый 68,0 88,0 2,2 91,6 13 34,2

Яскравый 55,3 71,5 2,0 83,3 23 60,5

СЛ-38 74,0 95,7 3,0 125,0 39 102,6

Т-46 72,7 94,0 2,5 104,1 38 100,0

СибНИИК-10 54,0 69,9 2,0 83,3 24 63,5

НСР05 2,37 - 0,28 - 1,84 -

Интродуценты Яскравый, Минский мутант, Устодливый, СибНИИК-10 имели примерно одинаковую продуктивность зеленой массы (2,0-2,2 кг/м2) и невысокую обсемененность (13-29%), не превышавшую показатель стандарта. По-видимому, по своим хозяйственно-биологическим признакам они не подходят в качестве исходных форм для создания новых культиваров луго-пастбищного направления, так как не обладают достаточными адаптационными резервами, позволяющими им приспосабливаться к существующим в условиях РСО-А эко-лого-географическим и климатическим условиям.

Как показали результаты биохимического анализа, в фазу бутонизации сухого вещества больше всего было в образцах Минского мутанта и СЛ-38 (21,42 и 21,14% соответственно). Содержание сырого протеина (16,88%), фосфора (1,0%) и сахара (4,10%), было максимальным у сорта СЛ-38. В фазу начала цветения сорт СЛ-38 также превышал другие образцы по содержанию сырого протеина, фосфора и сахара.

Как показал корреляционный анализ, существует достоверная тесная положительная связь между параметром «интенсивность свечения» и содержанием сахара в зеленой массе клевера лугового в стадии бутонизации (11=0,69-0,77). Это позволяет упростить процесс отбора растений клевера, отличающихся повышенным содержанием растворимых Сахаров. Увеличение концентрации сахара в нектаре обеспечивает высокую обсемененность соцветий энтомофильной культуры клевера и повышает вкусовые достоинства корма. Содержание Сахаров является важной характеристикой и для самого растения, так как от их концентрации зависит осмотическое давление клеточного сока и зимостойкость.

Очевидно, что наибольшую генетическую ценность для повышения биоресурсного потенциала клевера лугового путем создания новых форм и культива-

ров, приспособленных к условиям РСО-А, представляют интродуценты СЛ-38, Горная, Саниба Даргавский и районированный сорт Дарьял.

Влияние электромагнитного воздействия и химических факторов на семена

клевера лугового

Результаты наших исследований свидетельствуют, что одноцикловая электромагнитная (лазерная и магнито-инфракрасно-лазерная) предпосевная обработка стимулирует выход семян из состояния относительного покоя, вследствие чего увеличивается энергия прорастания и всхожесть, и способствует прерыванию экзогенного (физического) покоя, вызывая снижение количества твердых семян. Проростки из облученных семян обладают большей скоростью прорастания и витальностью, динамика развития первичного корешка превышает таковую в контроле. Быстро проросшие семена имеют преимущество, поскольку, чем длительнее время нахождения не проросших семян в почве, тем больше опасность влияния на них отрицательных почвенных и погодных факторов, поражения патогенной микрофлорой и вредителями.

Магнито-инфракрасно-лазерная обработка способствовала увеличению энергии прорастания семян Дарьяла относительно контроля при использовании частотно-экспозиционных режимов: 5 Гц (15, 25 мин.) 150 Гц (15, 20, 25 мин.); 1000 Гц, (10,15,20,25 мин.); семян СЛ-38 - при всех режимах обработки (кроме 5 Гц, 5 мин.) (табл. 2).

Таблица 2 - Энергия прорастания, всхожесть и содержание твердых семян клевера лугового Дарьял и СЛ-38 при одноцикловой магнито-инфракрасно-лазерной обработке

Частота, Гц / Экспозиция, мин. Энергия про эастания, % Всхожесть, % Твердосемянность, %

Дарьял СЛ-38 Дарьял СЛ-38 Дарьял СЛ-38

Контроль 76,7 70,5 97,5 80,5 13,2 10,7

5 5 77,2 71,0 96,7 81,0 13,7 11,0

10 77,0 73,2 97,0 81,2 14,2 11,2

15 79,5 73,7 96,7 80,5 11,7 10,5

20 77,5 74,5 97,7 84,0 12,7 10,0

25 81,7 74,0 98,0 84,2 13,2 10,2

150 5 78,0 73,5 96,5 82,2 13,7 10,7

10 77,7 74,0 97,0 83,5 12,5 10,5

15 79,2 74,7 97,2 85,0 12,7 10,2

20 81,0 76,2 98,2 86,0 11,2 9,7

25 80,5 75,0 97,7 85,2 12,2 9,2

1000 5 78,2 77,2 97,5 86,2 10,5 9,0

10 81,2 75,5 96,7 85,0 11,7 8,7

15 80,0 78,0 97,2 87,5 12,5 8,5

20 85,5 82,7 99,0 91,2 9,5 7,2

25 84,2 82,0 98,0 88,2 10,2 7,5

НСРм 2,05 1,95 - 2,00 1,40 0,96

Максимально эффективным для обоих образцов было облучение с частотой модуляции 1000 Гц и экспозицией 20 мин. (доза облучения 9,1 Дж/см2), повышавшее энергию прорастания до 85,5% (Дарьял) и 82,7% (СЛ-38).

Анализ результатов опыта показал, что данный способ обработки повышает всхожесть семян СЛ-38 относительно контроля при обработке во всех частотно-экспозиционных режимах, за исключением 5 Гц (5, 10, 15 мин.) и 150 Гц (5 мин.), с максимальным проявлением эффекта при обработке семян в режиме 1000 Гц (20 мин.) - 91,2%. Снижение твердосемянности Дарьяла происходило при облучении в частотно-экспозиционных режимах: 5 Гц (15 мин.); 150 Гц (20 мин.); 1000 Гц (5,20, 25 мин.). Для СЛ-38 такими режимами были: 150 Гц (20, 25 мин.) и 1000 Гц (5, 10, 15, 20, 25 мин.). Минимальное количество семян твердой фракции наблюдали при обработке с частотой 1000 Гц при 20-минутной экспозиции - 9,5% (Дарьял) и 7,2% (СЛ-38). Данные корреляционного анализа свидетельствуют о положительной связи между энергией прорастания семян обоих образцов с экспозицией (11=0,37...0,62) и частотой модуляции (11=0,44...0,73); отрицательной связи твердосемянности с частотой модуляции (К=-0,53...-0,67) и экспозицией (Д=-0,27...-0,33) при магнито-инфракрасно-лазерном воздействии. Степень влияния контролируемых факторов «частота», «экспозиция» и их взаимодействия на энергию прорастания составила 79,2-86,7%, на твердосемян-ность - 73,8-83,7%.

Исследования по лазерному облучению семян клевера приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Энергия прорастания, всхожесть и содержание твердых семян клевера лугового Дарьял и СЛ-38 при одноцикловой лазерной обработке

Частота, Гц/ Экспозиция, мин. Энергия прорастания, % Всхожесть, % Твердосемянность, %

Дарьял СЛ-38 Дарьял СЛ-38 Дарьял СЛ-38

контроль 76,7 70,5 97,5 80,5 13,2 10,7

300 5 76,2 71,0 97,0 81,2 14,0 10,0

10 77,2 72,7 96,2 81,5 12,2 10,5

15 77,0 70,7 97,2 82,7 14,2 11,0

20 80,0 74,2 99,2 83,5 13,7 10,2

25 79,7 73,2 97,5 84,7 11,5 9,2

600 5 78,0 75,0 97,2 84,0 13,0 10,2

10 81,5 76,2 96,7 83,7 10,2 9,7

15 82,2 75,7 98,0 85,2 9,5 9,5

20 85,2 80,7 98,5 89,7 5,5 8,5

25 84,0 79,2 98,2 88,7 7,0 9,2

1500 5 80,2 72,2 97,5 82,2 15,5 11,5

10 81,7 73,2 95,7 84,0 13,7 10,5

15 80,5 74,2 96,7 85,2 9,7 10,2

20 84,5 78,5 98,5 87,0 10,5 9,5

25 82,0 75,0 97,0 86,2 9,0 10,0

3000 5 78,0 71,7 95,7 81,2 15,2 11,7

10 77,5 73,5 96,7 82,5 13,2 12,0

15 79,0 74,0 98,2 83,7 14,0 11,5

20 82,5 77,5 9 9,5 84,2 16,5 10,0

25 80,2 76,2 97,7 85,5 13,7 11,2

НСР05 1,79 2,05 - 2,10 1,78 0,97

Существенное влияние на энергию прорастания семян Дарьяла относительно контроля оказывала лазерная обработка в частотно-экспозиционнь.хре^

жимах: 300 Гц (20,25 мин.); 600 Гц (10,15, 20,25 мин.); 1500 Гц (5 10 15 20 25 мин V 3000 Гц (15, 20, 25 мин.). Повышению энергии прорастания СЛ-38 спо собствовало большинство режимов лазерной обработки, за исключением 5-™ош облучения с частотами 300, 1500, 3000 Гц, а также 15-минутного с частотой 300 Гц. Облучение семян в дозе 3,8 Дж/см*, соответствующей частотно экспозиционному режиму 600 Гц, (20 мин.) и—о

до максимальных значений - 85,2% (Дарьял); 80,7% (СЛ-38). Этот « Р™ способствовал увеличению всхожести семян клевера СЛ-38 до 89,7%. На вь.ход сГяГиз состояния физического покоя наиболее эффективно влиял режим облучения 600 Гц, 20 и! (доза облучения 3,8 Дж/см> на единицу плошки) способствовавший снижению твердосемянности до 5,5% (Дарьял) и 8,5% (СЛ-38).

Реакция семян СЛ-38 на лазерное облучение применительно к параметру твердосемянность была менее выраженной, чем у Дарьяла (рис. 1).

5 мин.

10 мин. 25 мин.

20 мин.

15 мин.

^10 мин.

20 мин.

■ 300 Гц -«- 600 Гц

-1500 Гц

• ЗООО Гц

Контроль

Рис. 1. Твердосемянность клевера лугового сортов Дарьял (А) и СЛ-38 (Б) при одноцикловой лазерной обработке

Разброс процентных значений отклонения от контроля данного показателя по вариантам опыта у семян клевера СЛ-38 заключался в интервале от -2,2 до ?1 3% тогда как у Дарьяла он составлял -7,7...+3,2%. Данные корреляционного анализа свидетельствуют о положительной связи между экспозициеи лазерного облучения и энергией прорастания (*=0,53...0,54). Твердосемянность отрицательно коррелирует с экспозицией (К=-0,36..,0,42). Контролируемые факторы «экспозиция», «частота» определяют основную часть дисперсии энергии пропадания (81,3-84,1%) и твердосемянности 71,4-87,2% обоих сортообразцов. Сравнительный анализ показал, что частотно-экспозиционные режимы, вызывающие максимальное снижение твердосемянности, являются в то же время оптимальными для стимуляции энергии прорастания (рис. 2).

10

—СП-38 ¡энергия прорастания) -■•- СЛ-38 (теердосемяиность)

Рис. 2. Диаграммы отклонений от контроля энергии прорастания и твердосемянности при магнито-инфракрасно-лазерной обработке с частотой 1000 Гц - (А, В) и лазерном облучении с частотой 600 Гц - (Б, Г), %.

Формирование биоресурсного потенциала клевера зависит от скорости появления всходов и густоты стояния растений. Как показали результаты наших исследований, при 20-минутной одноцикловой магнито-инфракрасно-лазерной обработке семян с последующей отлежкой, всходы клевера сорта Дарьял в вариантах опыта появились на 2-4 дня раньше, чем в контроле, при лазерном воздействии они опережали в развитии контроль на 1-3 дня. При средней полевой всхожести семян в контроле 61,3% магнито-инфракрасно-лазерное воздействие повысило ее на 6,0... 10,4%, лазерное на 2,0...6,7%. Установлено, что магнито-инфракрасно-лазерная обработка с частотой 1000 Гц достоверно повышала полевую всхожесть, густоту стояния и сохранность клевера относительно контроля на всех градациях фактора «отлежка», наиболее результативной была 4-суточная отлежка, менее эффективны 3- и 5- суточные. Магнито-инфракрсно-лазерное воздействие в большей степени влияет на полевую всхожесть, густоту стояния и сохранность растений, чем лазерное, что, вероятно, обусловлено его полифакторным характером, позволяющим оказывать влияние на широкий спектр акцепторов информационных сигналов в клетках семян. При лазерной

обработке наиболее эффективным было использование режима облучения с частотой 600 Гц и последующей 4-суточной отлежкой.

Различия в показателях сохранности растений между изучавшимися вариантами менее значительны, чем по полевой всхожести семян, что свидетельствует об ослаблении со временем влияния предпосевной электромагнитной обработки на процессы роста и развития. Однако ранее взошедшие растения, особенно в условиях дефицита влаги, имеют больше шансов выжить.

Как показали проведенные нами в фазу бутонизации - начала цветения биохимические исследования растений клевера первого года жизни, во всех вариантах опыта с магнито-инфракрасно-лазерной обработкой образцы отличались более высоким содержанием сухого вещества (22,45...23,30%), сырого протеина (17,13...18,13%), жира (4,87...5,12%) и кальция (1,73... 1,90%) по сравнению с контролем. Максимальное содержание протеина (18,13%), золы (8,04%) и сахара (3,44%) фиксировали при 4-суточной отлежке. В вариантах с лазерной обработкой большинство образцов несущественно отличались от контроля по накоплению сухого вещества, выделялись варианты с частотными режимами и сроками отлежки: 600 Гц (3, 4 сут.); 1500 Гц (3 сут.); 3000 Гц (5 сут.), в которых содержание сухого вещества составило 22,02.. .22,38%.

Образцы растений клевера лугового второго года жизни во всех вариантах с магнито-инфракрасно-лазерной обработкой превышали контроль по содержанию сухого вещества, протеина и жира. По максимальному содержанию сухого вещества (24,36%), протеина (19,25%), сахара (5,08%), жира (3,87%) и калия (1,79%) выделялся вариант с 4-суточной отлежкой семян. Химический анализ образцов клевера второго года жизни показал, что лазерное облучение вызывало увеличение содержания сырого протеина при использовании частотных режимов и сроков отлежки: 600 Гц (3, 5 сут.); 1500 и 3000 Гц (4, 5 сут.).

Анализ хозяйственно-биологических признаков растений клевера в 20082009 гг. показал, что урожайность растений клевера в вариантах опыта зависела от года воздействия, способа обработки, сроков отлежки, частоты модуляции (при лазерном облучении). Растения второго года жизни отличались большей высотой и урожайностью. При магнито-инфракрасно-лазерной обработке урожайность зеленой массы составила в среднем 2,63...2,92 кг/м2 (118,5...131,8% к стандарту), при лазерном облучении - 2,18...2,95 кг/м2 (98,4... 133,0% к стандарту). Увеличение урожайности зеленой массы клевера при магнито-инфракрасно-лазерной обработке наблюдали на всех градациях фактора «отлежка». При лазерном облучении урожайность зеленой массы, достоверно превышавшая контроль, получена в вариантах опыта с режимами обработки: 300 Гц (3, 5 сут. отлежка) - 2,46-2,44 кг/м2; 600 Гц (3, 4, 5 сут. отлежка) - 1,72...2,05 кг/м2; 3000 Гц (3, 4, 5 сут. отлежка) - 2,50...2,86 кг/м2. При 5-суточной отлежке на всех частотах лазерного облучения, кроме 300 Гц, наблюдали меньший стимулирующий эффект (рис. 3).

Урожайность сухой массы была максимальной при магнито-инфракрасно-лазерной обработке с 4-суточной отлежкой - 0,63 кг/м2 (135,9% к контролю). Магнито-инфракрасно-лазерное воздействие в процессе опыта обеспечивало

прибавку урожайности сухой массы на 17,4-37,0 % относительно контроля, различия были достоверны на всех градациях фактора отлежка.

600 1500

Частота, Гц

- Отлежса, сут.

3

■ Отлемса, сут.

4

~ Отлета, сут.

5

Рис. 3. График средних значений урожайности зеленой массы клевера при лазерном облучении (2008-2009 гг.)

Положительные результаты наблюдали также при исследовании влияния трехкратного магнито-инфракрасно-лазерного (частота 1000 Гц) и лазерного (частота 600 Гц) воздействия на семена клевера лугового Дарьял и СЛ-38. Трехкратное магнито-инфракрасно-лазерное воздействие в большей степени стимулирует физиологические процессы, ассоциированные с выходом семян из состояния относительного покоя, лазерное облучение эффективнее способствует снятию физического покоя (рис. 4).

10, 5, 5 5,10, 5 5, 5,10 5, 5, 5

■ контроль (магнито-инфракрасно-лазерная обработка)

■ контроль (лазерная обработка)

Я магнито-инфракрасно-лазерная обработка

20,0/"

I 10,0 -$

|

10,5,5 5,10,5

Экспозиция, мин.

5,5,10

5,5,5

Рис. 4. Всхожесть и твердосемянность клевера лугового при 3-кратной электромагнитной обработке

Установлено, что оптимальным экспозиционным режимом для обоих образцов является облучение в дозах 2,3; 2,3; 4,6 Дж/см2 при магнито-

13

инфракрасно-лазерной обработке и 0,9; 0,9; 1,8 Дж/см2 при лазерной, по схеме 5, 5, 10 мин., повышающее энергию прорастания (61,5...65,7%) и всхожесть (88,5...90,7%), способствующее максимальному снижению твердосемянности до 9,5...7,7%. Вероятно, это объясняется тем, что при таком режиме облучения (по нарастающей), формирование адаптивного ответа тканей зародыша в процессе прорастания происходит более физиологично.

Эффективность рентгеновского облучения семян клевера лугового зависит от многих факторов, в том числе от особенностей генотипа, в связи с чем, очевидна необходимость индивидуального подбора стимулирующих доз облучения. Как показал анализ результатов опыта, рентгеновское облучение оказывает существенное влияние на жизнеспособность семян клевера сорта Дарьял и синтетика 8уп-316 (табл. 4). Положительный радиобилогический эффект облучения наблюдали на большинстве градаций фактора «доза облучения» в диапазоне доз 80-800 сГр, что свидетельствует о способности низкодозового рентгеновского излучения оказывать герметический эффект на семена клевера.

Таблица 4 - Энергия прорастания и всхожесть семян клевера лугового Дарьял и 8уп-316 при рентгеновском облучении различными дозами

Доза, сГр Дарьял Буп-316

Энергия прорастания, % % откл. от контроля Всхожесть, % % откл. от контроля Энергия прорастания, % % откл. от контроля Всхожесть, % % откл. от контроля

Контроль 18,0 92,2 - 38,2 - 90,5 -

80 19,7 +1,7 94,5 +2,3 50,5 +12,3 93,0 +2,5

160 19,2 +1,2 95,7 +3,5 64,0 +25,8 96,5 +6,0

240 32,5 +14,5 95,0 +2,8 51,5 +13,3 95,2 +4,7

320 22,0 +4,0 96,2 +4,0 44,5 +6,3 94,0 +3,5

400 22,7 +4,7 94,7 +2,5 47,2 J +9,0 91,7 +1,2

480 21,2 +3,2 92,0 -0,2 56,2 +18,0 95,0 +4,5

560 19,5 +1,5 96,0 +3,8 59,5 +21,3 94,7 +4,2

640 23,0 +5,0 98,7 +6,5 64,7 +26,5 96,7 +6,2

720 20,5 +2,5 96,5 +4,3 52,7 +14,5 95,2 +4,7

800 35,0 +17,0 97,5 +5,3 52,0 +13,8 95,5 +5,0

4800 17,2 -0,7 85,2 -7,0 47,5 +9,3 88,7 -1,8

НСР05 3,03 - 2,90 - 5,83 - 2,53 -

Реакция семян 8уп-316 в ответ на стимуляцию малыми дозами носила значительно более выраженный характер на ранних этапах прорастания, чем семян Дарьяла. Они имели более высокую скорость прорастания, что, вероятно, является следствием большей генотипической разнокачественности семян Зуп-З16, способствующей расширению диапазона нормы реакции на внешние стресс-

факторы, в том числе стимулирующего характера. К моменту определения всхожести, степень выраженности реакции обоих исследуемых образцов на рентгеновское облучение постепенно нивелировалась.

Энергия прорастания семян Дарьяла превышала контроль в вариантах опытов при облучении в дозах - 240,320,400,480,640 и 800 сГр. Максимальную энергию прорастания наблюдали при облучении семян в дозе 800 сГр - 35%. Энергия прорастания семян 8уп-316 достоверно превышала контрольный показатель при всех дозах облучения (44,5...64,7%) и была максимальной при облучении в дозе 640 сГр - 64,7%.

Всхожесть семян клевера, как сортовых, так и синтетика в диапазоне доз 80-800 сГр, превышала контрольные показатели, за исключением варианта с облучением в дозе 480 сГр для сорта Дарьял. Всхожесть семян обоих образцов была максимальной при облучении в дозе 640 сГр (96,7- 98,7%).

Рентгеновское облучение снижало твердосемянность Дарьяла относительно контроля при облучении в дозах 640, 720 и 800 сГр до 17,7; 19,2 и 14,0% соответственно. Для 8уп-316 эффект снижения твердосемянности относительно контроля наблюдали при дозах облучения 160, 240, 560, 640,720, 800,4800 сГр с максимальным проявлением при облучении в дозе 640 сГр - 10,0 % (табл. 5).

Таблица 5 - Твердосемянность клевера лугового Дарьял и 8уп-316 при рентгеновском облучении

Доза, сГр Дарьял 5уп-316

Твердосемянность, % Откл. от контроля, % Твердосемянность, % Откл. от контроля, %

Контроль 22,5 - 19,2 -

80 21,2 -1,3 18,7 -0,5

160 21,5 -1,0 14,0 -5,2

240 21,2 -1,3 16,7 -2,5

320 23,5 +1,0 20,0 +0,8

400 20,7 -1,8 19,7 +0,5

480 23,0 +0,5 18,0 -1,2

560 20,5 -2,0 17,0 -2,2

640 17,7 -4,8 10,0 -9,2

720 19,2 -3,3 16,5 -2,7

800 14,0 -8,5 15,2 -4,0

4800 22,0 -0,5 17,2 -2,0

НСР05 2,23 - 1,94 -

Степень влияния фактора «доза облучения» на энергию прорастания составила 81,4-89,1%; всхожесть 70,1-78,3%; твердосемянность 77,0-83,7%. Установлено, что четкой линейной зависимости «доза-эффект» при рентгеновском облучении семян клевера обоих образцов не прослеживается.

Доза облучения 4800 сГр оказывала выраженное ингибирующее воздействие на энергию прорастания и всхожесть Дарьяла, тогда как всхожесть семян 5уп-316, имела тенденцию к снижению, статистически несущественную на 5%-ном уровне значимости. Полученные данные свидетельствуют о повышенной

радиорезистентности семян клевера лугового, отличающихся гетерогенностью

наследственного материала. „

Анализ параметров биоэлектрограмм листовых пластинок растении, выращенных из облученных семян, выявил различия по всем исследуемым показателям между контролем и облученными образцами как для сорта Дарьял, так и для синтетика 5уп-316. Параметры ГРВ-грамм «средняя интенсивность свечения», «средний радиус изолинии» и «длина изолинии» отличались максимальными значениями, а «коэффициент формы» и «энтропия по изолинии» - минимальными, при исследовании растений, выращенных из семян, облученных в дозах 800 сГр (Дарьял) и 640 сГр (8уп-316). Полученные данные соотносятся с результатами опыта, свидетельствующими, что при облучении семян сорта Дарьял в дозе 800 сГр, а Буп-316 в дозе 640 сГр энергия прорастания

максимальна, а твердосемянность минимальна.

Влияние физико-химических факторов на жизнеспособность старовозрастных семян клевера лугового

В нашем опыте энергия прорастания и всхожесть семян с длительными сроками хранения значимо повышались во всех вариантах (табл. 6).

Таблица 6 - Энергия прорастания, всхожесть и количество нормально проросших старовозрастных семян клевера лугового в зависимости от способа

Варианты опыта Энергия прорастания, % Откл. от контр., % Всхожесть, % Откл. от контр., % К-во нормальн. пророст. семян, % Откл. от контр., %

5,3 - 19,0 - 16,3 -

С + ПАБК 12,5 +7,2 21,3 +2,3 18,0 +1,7

С + ПАБК+ глина «Аланит» 11,3 + 6,0 25,5 + 6,5 20,3 +4,0

С + МИЛ 13,5 + 8,2 25,3 + 6,3 20,5 +4,2

С + МИЛ + ПАБК + глина «Аланит» 13,7 + 8,4 22,3 + 3,3 17,3 +1,0

МИЛ 17,0 + 11,7 28,3 + 9,3 23,0 +6,7

НСР(к 1,6 - 2,2 - 2,2

Примечание-.ШЛ-магнито-инфракрасно-жюерная обработка; ПАБК - тра-шшобензойная кислота; С - скарификация. „.

Максимальную энергию прорастания (17,0%), всхожесть (28,3%) и количество нормально проросших семян (23,0%) наблюдали при магнито-инфрахрасно-лазерной обработке семян.

Наклевывание семян в этом варианте опыта произошло на сутки раньше, чем в контроле. Установлено, что предварительная скарификация семян не влияет на результативность облучения, скорее даже несколько снижает ее. Объясня-

16

ется это, по-видимому, тем, что происходит рассеивание излучения на микроне-однородностях поверхностной оболочки семян, образующихся вследствие скарификации.

В варианте со скарификацией семян с последующей обработкой пара-аминобензойной кислотой (ПАБК) и глиной «Аланит» также наблюдали высокую всхожесть - 25,5%. Полученный результат мы связываем с влиянием на семена ПАБК, обладающей антимутагенными свойствами и активирующей ряд ферментов, участвующих в репарационных процессах. Дополнительная обработка семян глиной «Аланит» обеспечивает развивающиеся зародыши необходимым набором микро- и макроэлементов. Комплексная обработка семян стимуляторами роста обеспечивает синергизм их воздействия на семена, а предварительная скарификация облегчает поступление в них действующих веществ.

Биоэнергетическая оценка эффективности предпосевной электромагнитной обработки семян клевера лугового

Решением проблемы нарастания энергетического дефицита в аграрном секторе производства является применение моно- и полифакторных электромагнитных технологий предпосевной обработки семян, позволяющих восполнить энергетические потери, вызванные неблагоприятными условиями культивирования или хранения. Выбор оптимального способа и режима предпосевной обработки оказывает положительный эффект в течение всего цикла развития растений, обеспечивает увеличение содержания энергии в урожае.

Анализ энергетической компоненты сухой массы клевера лугового сорта Дарьял показал, что как магнито-инфракрасно-лазерная, так и лазерная предпосевные обработки повышают обменную энергию (ОЭ) в единице массы по сравнению с контролем. В 2008-2009 годах содержание ОЭ в 1 кг сухой массы составило 10,45-10,75 МДж при магнито-инфракрасно-лазерной обработке и 10,50-10,92 МДж при лазерной. Установлено, что в урожае сухой массы клевера в 2008-2009 гг. при обоих способах обработки в вариантах опыта повышалось содержание ОЭ, кормовых единиц и переваримого протеина на всех градациях фактора «отлежка». Максимальное энергосодержание и питательность сухой массы при лазерной обработке обеспечивал режим облучения с частотой 600 Гц при 3- и 4-суточной отлежке (61,94 и 61,40 ГДж соответственно). Однако наиболее результативным было применение магнито-инфракрасно-лазерного облучения с частотой 1000 Гц и 4-суточной отлежкой, ОЭ в этом варианте превышала контроль на 19,20 ГДж; содержание кормовых единиц на 1779,65 и переваримого протеина на 294,0 кг.

Расчет энергетических затрат на производство урожая позволил оценить технологическую энергоемкость получения продукции и наметить возможные пути ее сокращения. При лазерном облучении наибольший чистый энергетический доход получен при обработке семян с частотой 600 Гц (3 сут. отлежка) -51,30 ГДж, близкий результат наблюдали в варианте с этой же частотой облучения при 4-суточной отлежке - 50,76 ГДж. Энергетический коэффициент полезного действия составил в этих вариантах 5,82; 5,77 соответственно. Энергетиче-

екая себестоимость продукции при использовании указанных режимов была одинакова и составила 1,83 ГДж/т. Однако максимальный чистый энергетический доход обеспечивало применение магнито-инфракрасно-лазерной обработки семян клевера с частотой 1000 Гц и последующей 4-суточной отлежкой - 56,01 ГДж. Энергетический коэффициент полезного действия составляет в данном случае 6,03 при минимальной энергетической себестоимости продукции - 1,77 ГДж/т. Установлено, что магнито-инфракрасно-лазерная обработка оказывает выраженный эффект на количество полученного в урожае чистого энергетического дохода по отношению к затраченной энергии и обеспечивает получение максимального коэффициента энергетической эффективности - 5,03.

Указанные способы и режимы электромагнитной обработки семян клевера лугового обеспечивают получение чистого энергетического дохода, превышающего затраты энергии на производство продукции с высоким коэффициентом энергетической эффективности, что позволяет считать их энергосберегающими.

ВЫВОДЫ

1. Для создания адаптированных к условиям вертикальной зональности в условиях РСО-А сортов клевера лугового наибольшую генетическую ценность в качестве исходного материала представляют: интродуцент СЛ-38, местные дикорастущие образцы-интродуценты Даргавский и Горная Саниба, хорошо приспособленные к условиям высокогорья, районированный сорт Дарьял.

2. Отбор растений клевера лугового, отличающихся повышенным содержанием Сахаров можно осуществлять методом регистрации биоэлектрограмм листовых пластинок и выделением форм с высоким содержанием сахара по максимальной интенсивности свечения в пределах 100-120 относительных единиц и более.

3. Предпосевная магнито-инфракрасно-лазерная и лазерная обработки семян клевера лугового активизируют их выход из состояния покоя, увеличивают энергию прорастания и всхожесть, снижают твердосемянность как при одно- так и при трехкратном воздействии. Факторы облучения «частота», «экспозиция», и их взаимодействие оказывают существенное влияние на энергию прорастания, всхожесть и твердосемянность клевера лугового при обоих способах обработки. Выраженный эффект оказывает только оптимальный режим обработки, при его изменении эффективность воздействия уменьшается или отсутствует.

4. При одноцикловой магнито-инфракрасно-лазерной обработке семян клевера лугового максимально эффективным ямяется облучение с частотой модуляции 1000 Гц и экспозицией 20 минут (доза облучения 9,1 Дж/см2). Лазерное облучение дает наибольший эффект при обработке с частотой модуляции 600 Гц и 20-минутной экспозицией (доза облучения 3,8 Дж/см2). Эти режимы максимально стимулируют процесс пробуждения семян из состояния покоя и способствуют реализации генетического потенциала. Установлена положительная корреляционная связь между энергией прорастания (11=037...0,62), всхожестью (Д=0,43...0,64) и экспозицией, определяющей дозу облучения. С частотой модуляции эти показатели коррелируют положительно при магнито-инфракрасно-лазерной обработке (11=0,44...0,74). Параметр твердосемянность при магнито-

инфракрасно-лазерном воздействии коррелирует отрицательно как с частотой модуляции (R=-0,53...-0,67), так и с экспозицией (R=-0,27...-0,33), при лазерном облучении существует отрицательная корреляция данного параметра с экспозицией (R=-0,36...-0,42).

5. При 3-кратной моно- и полифакторной электромагнитных обработках семян клевера лугового максимальный эффект наблюдается при облучении с экспозиционными интервалами 5, 5, 10 мин., которым соответствуют дискретные дозы облучения: 0,9; 0,9; 1,8 Дж/см2 при лазерной обработке, 2,3; 2,3; 4,6 Дж/см2 при магнито-инфракрасно-лазерном воздействии. Уменьшение суммарной дозы облучения до 6,8 Дж/см2 при магнито-инфракрасно-лазерной обработке и 2,8 Дж/см2 при лазерном облучении снижает результативность воздействия.

6. Магнито-инфракрасно-лазерная обработка семян клевера лугового с экспозицией 20 минут и частотой модуляции 1000 Гц оказывает мощный стимулирующий эффект на полевую всхожесть (67,3...71,7%), густоту стояния (238...242 шт/м2) и хозяйственно-биологические признаки растений, вызывая увеличение высоты (66,2...74,0 см), урожайности зеленой (2,63...2,92 кг/м2) и сухой массы (0,54...0,63 кг/м2) на всех градациях фактора «отлежка» с максимальным проявлением эффекта при 4-суточной отлежке, обеспечивает максимальное накопление сухого вещества (24,36%) и протеина (19,25%) в растениях.

7. Оптимальным способом предпосевной обработки старовозрастных семян клевера лугового является магнито-инфракрасно-лазерное воздействие с частотой модуляции 1000 Гц и экспозицией 20 минут (доза облучения 9,1 Дж/см2). Комбинированная предпосевная обработка старовозрастных семян, заключающаяся в скарификации с последующей обработкой 1%-ным раствором пара-аминобензойной кислотой и глиной «Аланит» в соотношении 1:2, может быть рекомендована как альтернативный метод повышения жизнеспособности семян с длительными сроками хранения.

8. Выявлена высокая биологическая эффективность облучения семян клевера лугового, имеющих различную степень генетической сложности, низкодозо-вым рентгеновским излучением в диапазоне доз 80-800 сГр, проявляющаяся в виде повышения энергии прорастания и всхожести, снижения твердосемянно-сти. Характер отклика исследуемых показателей на воздействие различных доз рентгеновского излучения имеет сортовую специфичность. Для предпосевной обработки семян клевера с высокой степенью гетерогенности оптимальна доза облучения 640 сГр, для сортовых семян - 800 сГр. Облучение в дозе 4800 сГр является угнетающим фактором. Исследование параметров биоэлектрограмм листовых пластинок позволяет косвенно установить степень влияния рентгеновского облучения на функциональную активность растений клевера, имеющую непосредственное влияние на уровень продуктивности, и подобрать оптимальные дозы.

9. Предпосевная магнито-инфракрасно-лазерная обработка семян клевера лугового с частотой модуляции 1000 Гц, экспозицией 20 минут с последующей 4-суточной отлежкой повышает питательную ценность и обеспечивает максимальную энергетическую эффективность возделывания этой культуры (коэффи-

циент энергетической эффективности - 5,03). Одновременность воздеистви! всех факторов при магниГинфракрасно-лазерной предпосевной обработке спс собстаует экономии электроэнергии, трудовых и временных затрат при ^дел вании клевера лугового, повышая тем самым биоресурсныи потенциал это

культуры.

Рекомендации для практического использования

1 Для создания новых сортов клевера лугового в условиях РСО-Алани необходимо использовать дикорастущие «продуценты Даргавскии и Горн, Ганиба интоодуцент СЛ-38 и районированный сорт Дарьял.

2 При подготовке семян Севера лугового к посеву необходимо подвергат семена 20-минутной магнито-инфракрасно-лазерной обработке с частотой мо« ляции ЮОО Гц (доза облучения 9,1 Дж/см2) с последующей 4-суточнои отле*

К°Й3 При использовании рентгеновскою излучения в качестве фактора предш севной обработки семян Севера лугового с высокой

(синдики) рекомендуем применять дозу облучения 640 сГр, для сортовых мян - 800 сГр.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Беляева, В.А. Качественные показатели интродуцируемых образцов кл вера лугового /В А. Беляева, В.И. Бушуева Н Матер. Междунар. научн. кон, Торстические и прикладные аспекты интродукции растен„и как г,ер И ного направлении развития науки и народного хозяйства, Мине

<<ЭТ^рхшТмСВ9 Исследование семян клевера лугового методом рентген график/ М-В Архипов, В.А. Беляева, Л.П. Великанов С.А. Бекузарова // Мал Междунар. научно-практической конференции «Проблемы землепользовани зоне рискованного земледелия», - ФГОУ ВПО «Саратовский ГАО». - Сарат.

2003 Nitela В.А., Сравнительная характеристика параметров биоэлектрог) фии 'листовых пластинок различных сортообразцов Trifolium pratense L no «j зам развития / Владикавказский медико-биологическии вестник, 2007. Т.7

ВЬШ41 Бекузарова^с'-А. Сравнительная характеристика дикорастущих попул ций и культурных сортообразцов клевера лугового (Trifolium pratcnseUnoJ Г pa™/ CA. Бекузарова, В А.Беляева, В.И. Бушуева // Штер Ш Веер« научн. конф. «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» Н Map. гс ун-т -Йошкар-Ола, Пущино,2007.-С.309-311.БушуеваВ И.) У 5 БеГева В.А. Влияние факторов предпосевной обработки на энерг прорастания семян клевера лугового // Матер. ХУ Междунар. конф^ Актуа ные и новые направления сельскохозяйственной науки», Владикавказ. V

методов предпосе^ой

работки старовозрастных семян бобовых трав /С А Бекузарова, ВА. Бе ева // Вестник МАНЭБ. - Т.13. - № 3. - 2008. - С. 94-97.

7. Бекузарова, С.А. Динамика параметров биоэлектрографии клевера лугового по фазам развития / С.А. Бекузарова, В.А.Беляева // Матер. П Междунар. научно-практ. конф. «Рациональное использование биоресурсов в АПК», Владикавказ, 2008. - С.33-35.

8. Беляева, В.А. Эффективность комплексных методов предпосевной обработки старовозрастных семян клевера лугового (Trifolium pratense L.) / В.А. Беляева, С .А. Бекузарова // Матер. X Междунар. симпозиума «Эколого-популяционный анализ полезных растений: интродукция, воспроизводство, использование», Сыктывкар, 2008, - С.24-26.

9. Бекузарова, СЛ. Повышение жизнеспособности семян клевера лугового (Trifolium pratense L.) ионизирующим излучением / СЛ. Бекузарова, В.А. Беляева, А.Ф. Еремина// Матер. Междунар. научно-практ. конф. «Актуальные вопросы аграрной науки и образования», посвященной 65-летию Ульяновской ГСХА. -Ульяновск: ФГОУ ВПО «Ульяновская Гос. с.х. академия», 2008, т. 1, - С.13-14.

10. Бекузарова, С.А. Мутабильность культурных и дикорастущих образцов клевера лугового / С.А. Бекузарова, В.А. Беляева, И.Т. Самова// Матер. Междунар. научно-практ. конф. «Экспериментальный мутагенез и селекция растений»: Сборник научных трудов. Киров: ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», 2008. - С.6-8.

11. Бекузарова СЛ. Биохимическая оценка селекционных образцов клевера лугового / С.А. Бекузарова, В.А.Беляева, В.И. Бушуева // Кормопроизводство, 2008. - №11. - С. 21-23.

12.Бекузарова С.А. Генетические источники формирования сортов клевера луго-пастбищного направления / С.А. Бекузарова, В.А.Беляева // Плодоводство и ягодоводство России: Сб. науч. работ / ВСТИСП. - М.: Изд. Дом МСП ГНУ ВСТИСП, 2009. - T.XXI. - С. 298-304.

13. Беляева В.А. Оценка биохимического состава и хозяйственно-биологических признаков клевера лугового после облучения низкоинтенсивным лазерным излучением // Матер. V Междунар. конф. « Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки», Владикавказ: Изд. «Горский госаг-роуниверситет», 2009. - С. 85-88.

14. Бекузарова, С.А. Использование естественного и искусственного мутагенеза в селекции клевера лугового / С.А. Бекузарова, В.А. Беляева // Матер. II Междунар. науч.-практ. конф. «Экспериментальный мутагенез в биологии и сельском хозяйстве», Киров: ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», 2009. - С.12-15.

15. Бекузарова, С.А. Восстановление биоразнообразия горных фитоценозов методом селекции / С.А. Бекузарова, И.Т. Самова, Ф.Т.Цопанова, В.А. Беляева, С.Р.Техов // Почвы и растительный мир горных территорий. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2009. - С.136-139.

16. Бекузарова, С.А. Изменение качественных показателей клевера лугового в естественном фитоценозе с учетом вертикальной зональности / С.А. Бекузарова, В.А. Беляева // Матер. VII Междунар. симп. по фенольным соединениям: фун-

даментальные и прикладные аспекты, М.: Институт физиологии растений ил К.А. Тимирязева РАН, 2009. - С. 33.

17. Бекузарова, С.А. Применение полифакторного низкоинтенсивного лазер ного излучения для предпосевной обработки семян клевера // Научн. основ! формирования устойчивых агроэкосистем и методы эффективного ведения ш ропром. производства в горных и предгорных регионах России на ландшафтно и ресурсосберегающей основе / С.А. Бекузарова, В.А. Беляева // Сб. науч. трз дов. - Владикавказ, 2009. - С.83-88.

18. Бекузарова, СЛ. Изучение влияния квантового воздействия на семе« клевера лугового / С.А. Бекузарова, В А. Беляева // Матер. VI Междунар. кон<5 «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки», Владикавка Изд. «Горский госагроуниверситет». - 2010. - С.76-78.

19. Бекузарова, С.А. Отбор растений клевера с повышенным содержание сахара методом ГРВ / СЛ. Бекузарова, В.А.Беляева // Матер. IX Междуна! научно-метод. конф. «Интродукция нетрадиционных и редких растений», Мич} ринск: Изд-во ФГОУ ВПО МичГАУ, 2010. - С.141-143.

20. Патент на изобретение №2377752 «Способ предпосевной обработк семян бобовых трав», (опубликован 10.01.2010) (соавт. Хетагурова Л.Г., Б< кузарова СЛ.).

21. Патент на изобретение №2380885 «Способ отбора растений клевера повышенным содержанием Сахаров», (опубликован 10.02.2010) (соавт. Бею зарова СЛ., Харченко А.Ю.).

Информационно-технический отдел ГБОУ ВПО СОГМА Минздраве о цраз вития России Подписано в печать 03.04.2012 Тираж 100 экз. Формат издания 60x90 усл.печл. 1,0 Заказ №5

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Беляева, Виктория Александровна, Владикавказ

61 12-3/1190

Государственное научное учреждение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Беляева Виктория Александровна

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПОВЫШЕНИЕ БИОРЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА КЛЕВЕРА

ЛУГОВОГО

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

специальность 03.02.14 - биологические ресурсы

Научный руководитель -доктор сельскохозяйственных наук, профессор С.А. Бекузарова

Владикавказ, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений..........................................................................4

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................5

Глава 1. Состояние изученности вопроса (обзор литературы).................10

1.1. Формирование биоресурсного потенциала клевера лугового

с использованием интродуцентов..........................................10

1.2. Жизнеспособность и посевные качества семян.........................11

1.3. Старение и порча семян......................................................13

1.4. Предпосевная обработка семян - важнейший фактор повышения биоресурсного потенциала растений....................................15

1.5. Электромагнитное излучение как фактор предпосевной обработки семян.............................................................................17

1.6. Механизмы воздействия электромагнитного излучения на биологические объекты..................................................................28

Глава 2. Общая характеристика условий проведения и методика исследований.............................................................................................36

2.1. Общая характеристика условий проведения исследований...........36

2.2. Методика проведения исследований.......................................40

2.3. Характеристика лабораторного оборудования и параметры обработки семян...........................................................................47

Глава 3. Сравнительная оценка хозяйственно-биологических, биохимических и биоэлектрографических параметров интродуцентов клевера лугового...............................................................................................50

3.1. Сравнительная оценка хозяйственно-биологических параметров интродуцентов клевера.......................................................50

3.2. Сравнительная оценка биохимического состава и биоэлектрографических параметров интродуцентов клевера......................55

Глава 4. Влияние электромагнитного воздействия и химических факторов на семена клевера лугового..............................................................70

4.1. Влияние одноциклового лазерного и магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на жизнеспособность семян клевера лугового..........................................................................71

4.2. Влияние трехкратного лазерного и магнито-инфракрасно-лазерного облучения на жизнеспособность семян клевера лугового................................................................................................107

4.3. Влияние одноциклового лазерного и магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на хозяйственно-биологические признаки и биохимический состав клевера лугового, выращенного из семян с различными сроками отлежки.............................................121

4.4. Влияние физико-химических факторов на жизнеспособность старовозрастных семян клевера лугового.............................137

4.5. Влияние малых доз рентгеновского излучения на семена клевера лугового и оценка его эффективности методом ГРВ-биоэлектрографии...........................................................................143

Глава 5. Биоэнергетическая оценка эффективности предпосевной электромагнитной обработки семян клевера лугового....................................156

ВЫВОДЫ......................................................................................166

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ........169

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................170

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................196

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АТФ - аденозинтрифосфат

АФК - активные формы кислорода

ГРВ - газоразрядная визуализация

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

КПД - коэффициент полезного действия

КЭЭ - коэффициент энергетической эффективности

ЛИ - лазерное излучение

JIO - лазерное облучение

МИЛ - магнито-инфракрасно-лазерный

мРНК - матричная рибонуклеиновая кислота

НИЛИ - низкоинтенсивное лазерное излучение

НСР - наименьшая существенная разница

Отн. ед. - относительные единицы

ОЭ - обменная энергия

ПАБК-пара-аминобензойная кислота

ПОЛ - перекисное окисление липидов

пП - переваримый протеин

сБЭВ - сырые безазотистые экстрактивные вещества

сЖ - сырой жир

сКл - сырая клетчатка

сП - сырой протеин

СМД - сверхмалые дозы

УФ - ультрафиолетовый

ЭМИ - электромагнитное излучение

ЭМП - электромагнитное поле

ISTA - International Seed Testing Association

He-Ne - гелий-неоновый

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Клевер луговой (Trifolium pratense L.) является ценнейшей кормовой культурой. Это хороший медонос, повышающий плодородие почвы, защищающий ее от водной и ветровой эрозии, что немаловажно в условиях дестабилизированных экологических условий последних лет.

В настоящее время существующие луго-пастбищные сорта клевера лугового имеют тенденцию к быстрому выпадению из травостоя в условиях горной местности, в связи с чем, необходимо шире применять эколого-эволюционные приемы адаптивной системы растениеводства, предусматривающие использование интро-дуцентов.

Основой пополнения биоресурсной базы клевера лугового является всесторонняя оценка хозяйственно-биологических признаков и биохимического состава исходных форм, в частности, интродуцентов, с последующим отбором таковых, имеющих максимальное выражение необходимого признака для создания новых, географически и экологически дифференцированных сортов, отвечающих потребностям современного агропромышленного комплекса.

Глобальное изменение климатических и экологических условий в XXI веке, увеличение антропогенной нагрузки сопровождается усилением действия стресс-факторов на растительные организмы, вследствие этого, поддержание и наращивание потенциала данной культуры требует перевода технологии возделывания на качественно новый уровень. Особая роль в этом процессе отводится совершенствованию технологии предпосевной обработки семян клевера лугового, отличающихся специфическим анатомическим строением семенной кожуры. Помимо использования традиционных способов предпосевной обработки необходимо разрабатывать и оптимизировать технологии активации метаболизма растительного организма посредством воздействия слабых и сверхслабых электромагнитных излучений и химических стимуляторов. К таким способам относятся: комплексное магнито-инфракрасно-лазерное воздействие, обработка семян лазерным и рентгеновским излучениями, пара-аминобензойной

5

кислотой и глиной «Аланит». В процессе исследований необходимо фиксировать специфические проявления реакции на воздействие семян, имеющих разное географическое происхождение.

В настоящее время сведения о предпосевной обработке семян клевера лугового, особенно старовозрастных, указанными методами и их влиянии на жизнеспособность и хозяйственно-биологические особенности этой культуры малочисленны, а исследования по влиянию полифакторной магнито-инфракрасно-лазерной обработки практически отсутствуют. Актуальность темы диктуется еще и тем, что семена кормовых бобовых трав имеют довольно высокую стоимость, в связи с чем, необходимо рационально использовать семенной фонд, не пренебрегая семенами с длительными сроками хранения.

Биохимические исследования растительного сырья имеют огромное значение в масштабах народного хозяйства, поскольку качество продукции является одним из приоритетных направлений работы с культурой клевера и без учета химического состава образцов она бесперспективна. Создание новых сортов клевера лугового, пусть даже отличающихся высокой урожайностью, но не сбалансированных по химическому составу не представляет ценности. Однако, известно, что применение стандартных методов биохимического анализа растительного сырья связано с определенными трудностями, вызванными приобретением дорогостоящих реактивов и приборов, существенными временными затратами на проведение анализов. В связи с этим необходимо разрабатывать и применять новые методы исследований, которые бы позволили проводить экспресс-оценку качества продукции. В настоящее время таковые практически отсутствуют.

Цель исследования. Целью данной работы является изучение интродукции клевера лугового, а также действия на семена физических и химических факторов; разработка оптимальных режимов обработки, способствующих повышению биоресурсного потенциала данной культуры в предгорной зоне РСО-Алания.

Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:

- дать сравнительную оценку хозяйственно-биологических признаков и биохимического состава интродуцентов клевера лугового;

- изучить влияние различных режимов лазерного и магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на семена клевера лугового и обосновать оптимальные параметры этих способов обработки;

- изучить влияние различных доз рентгеновского облучения на семена клевера лугового и обосновать его оптимальные параметры;

- исследовать влияние магнито-инфракрасно-лазерного воздействия на семена клевера с длительным сроком хранения в сравнении и в комплексе с другими способами предпосевной обработки (скарификацией, глиной «Ала-нит», пара-аминобензойной кислотой) и обосновать оптимальные параметры воздействия;

- оценить возможность применения метода ГРВ-биоэлектрографии для повышения эффективности отбора образцов клевера лугового по качественным показателям, а также тестирования влияния рентгеновского излучения на состояние растительного организма;

- дать биоэнергетическую оценку эффективности предпосевной обработки семян клевера лугового.

Научная новизна. Выделены наиболее перспективные в условиях РСО-Алания образцы клевера лугового, представленные интродуцентами из различных эколого-географических регионов. Показана возможность применения метода биоэлектрографии для отбора образцов клевера, обладающих повышенным содержанием Сахаров. Обоснованы оптимальные параметры низкоинтенсивного лазерного, магнито-инфракрасно-лазерного и рентгеновского облучения семян клевера лугового. Установлено, что действие электромагнитного излучения обладает сортовой специфичностью и, наряду с повышением жизнеспособности, оказывает влияние на экзогенный покой семян клевера лугового.

Впервые показана эффективность влияния магнито-инфракрасно-

лазерного облучения, пара-аминобензойной кислоты, глины «Аланит» и их

7

комплексного воздействия на посевные качества семян клевера лугового с длительными сроками хранения. Результаты работы защищены двумя патентами на изобретение: «Способ предпосевной обработки семян бобовых трав» (№ 2377752, опубликован 10.01. 2010), «Способ отбора растений клевера с повышенным содержанием Сахаров» (№ 2380885, опубликован 10.02.2010).

Практическая значимость работы. Перспективные интродуценты клевера лугового, выделенные в процессе исследований, будут использованы для создания новых сортов луго-пастбищного направления.

Разработаны рекомендации по применению низкоинтенсивного электромагнитного воздействия для предпосевной обработки семян клевера лугового. Достигнутые результаты позволят улучшить посевные качества семян и интенсифицировать развитие растений, что даст возможность повысить биоресурсный потенциал данной культуры и качество получаемой продукции с помощью экологически чистых технологий.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Выявлены перспективные биологические ресурсы клевера лугового, интродуцированные из различных эколого-географических условий.

2. Применение предпосевной моно- и полифакторной электромагнитной обработки семян клевера лугового повышает их жизнеспособность, оптимизирует хозяйственно-биологические признаки растений.

3. Способы повышения жизнеспособности старовозрастных семян клевера лугового с использованием физических и химических факторов.

4. Биоэнергетическая оценка эффективности электромагнитной предпосевной обработки семян клевера лугового.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены автором на Международной научной конференции "Теоретические и прикладные аспекты интродукции растений как перспективного направлении развития науки и народного хозяйства" (Минск, 2007); III Всероссийской научной конференции «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Пущи-

но, 2007); II Международной научно-практической конференции «Рациональ-

8

ное использование биоресурсов в АПК» (Владикавказ, 2008); X Международном симпозиуме «Эколого-популяционный анализ полезных растений: интродукция, воспроизводство, использование» (Сыктывкар, 2008); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования» (Ульяновск, 2008); IV, V, VI Междунардных конференциях «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2008, 2009, 2010); IX Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринск, 2010).

По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получены 2 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 238 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций для практического использования. Работа иллюстрирована 37 таблицами, 56 рисунками и 43 приложениями. Список литературы включает 258 источников, в том числе 167 отечественных и 91 иностранных.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Формирование биоресурсного потенциала клевера лугового с использованием интродуцентов

В настоящее время имеющиеся луго-пастбищные сорта клевера лугового, как правило, оказываются непригодными для создания агроценозов и формирования биоресурсного потенциала этой культуры в условиях гор и предгорий, так как имеют низкое продуктивное долголетие (Бекузарова С.А., 2006). Известно, что повышение потенциальной продуктивности слабо сочетается с экологической устойчивостью. Специфика экологических условий горных районов с пересеченным рельефом, где более половины сельхозугодий находится в сложных топографических условиях, характеризующихся изменением почвенно-климатических градиентов, требует использования форм, устойчивых к стрессам. В большинстве своем, рекомендуемые луго-пастбищные сорта клевера лугового имеют основной недостаток - низкую адаптивность в условиях вертикальной зональности горных склонов. Высокопродуктивные сорта и гибриды обычно менее устойчивы к погодным изменениям, малоэффективны при подсеве из-за низкой конкурентоспособности с аборигенными видами, имеют низкую приживаемость всходов, а прижившиеся особи недолговечны и быстро выпадают из травостоя, что на практике приводит к неоправданным затратам труда и средств (Бекузарова С.А., 2006). В связи с этим особое значение приобретает изучение, оценка и использование генетического потенциала местных дикорастущих популяций клевера лугового, отличающихся специфической стрессоустойчиво-стью.

Дикорастущие горные клевера отличаются долголетием, морозостойкостью, засухоустойчивостью, высоким содержанием питательных веществ и низким изофлаво-нов, лучше переносят повышенные уровни УФ-излучения, отличаются высокой конкурентоспособностью в фитоценозах горных сенокосов и пастбищ, имеют лучшую

10

облиственность и кустистость. В то же время, нельзя пренебрегать богатейшим генетическим потенциалом сортов клевера, сформированных в других регионах и странах, обладающих широким спектром несомненных достоинств, таких как высокая урожайность и качество продукции. В частности, в республике Беларусь, клевероводство является важным элементом формирования кормовой базы для производства животноводческой продукции, а созданные белорусскими селекционерами сорта клевера лугового Яскравый, Устодливый, Минский мутант, CJI-38 пользуются заслуженной популярностью и были использованы нами в опыте по интродукции. Необходимо учитывать, что существующие географические и климатические различия, требуют тщательной проверки и оценки сортов-интродуцентов в условиях конкретного региона (Шпаков A.C., 2002).

Таким образом, в соответствии с теорией адаптивной системы растениеводства, при создании новых сортов клевера луго-пастбищного направления необходимо опираться на эколого-эволюционные принципы, предусматривающие создание продуктивных, географически и экологически дифференцированных сортов, с использованием интродуцентов.

1.2. Жизнеспособность и посевные качества семян

Одним из показателей качества семян является их жизнеспособность, под которой понимают процентное содержание в семенном материале живых семян (Леурда И.Г. с соавт., 1974). Это не только качес