Особенности анатомического строения стебля льна-долгунца (Linum usitatissimum L. ) при обработке растений биологически активными препаратами

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 3 (40), 2014 г. УДК 631.811.98: 663.521

Особенности анатомического строения стебля льна-долгунца (Linum Usitatissimum L.) при обработке растений биологически активными препаратами

Ирина Анатольевна Матаруева, доктор с.-х. наук, профессор, Елена Александровна Жучкова, аспирант, Наталья Сергеевна Арыкова, кандидат с.-х. наук, доцент ФГБОУ ВПО «Костромская ГСХА», г. Кострома, Россия

E-mail: imatarueva@ mail.ru

В 2010-2013 гг. в Костромской области изучалось влияние биологически активных препаратов -Циркон и Эпин-экстра на формирование лубяных волокон стебля льна-долгунца Томский 17.

Установлено, что обработка растений антистрессовыми препаратами Циркон (0,01 мг/л) и Эпин-экстра (0,02 мг/л) не изменила общих закономерностей формирования лубяных пучков в растениях льна в процессе их роста и развития. Оба испытанных препарата в условиях разных по погодным характеристикам лет слабо влияли на количество волокнистых элементов, расположенных по периметру стебля, но проявили воздействие на их структуру. Препарат Циркон способствовал формированию крупных, но тонкостенных элементарных волокон, а препарат Эпин-экстра - более плотных пучков и толстостенных элементов. Изучаемые препараты оказали положительное влияние на урожайность соломы, семян и общего волокна. Статистически достоверные прибавки в среднем за 3 года составляли от 7 до 27%. На крепость волокна существенный эффект оказал влияние препарат Эпин-экстра: повышение составило 50% при нулевом результате по Циркону. Более эффективным и менее трудоемким способом обработки в условиях нашего региона было опрыскивание вегетирующих растений.

Ключевые слова: лен-долгунец, анатомическое строение, лубяные пучки, лубяные волокна, антистрессовые препараты - Циркон, Эпин-экстра

В настоящее время возделывание льна широко распространено на всех континентах, где возможно земледелие. В Нечерноземной зоне России, включая Костромскую область, возделывается в основном прядильный лён-долгунец, главным продуктом которого является длинное льняное волокно. С ботанической точки зрения это длинные клетки механической ткани - склеренхимы, расположенные тесными группами - пучками в лубяной (флоэмной) части стебля. Количеством и строением лубяных пучков определяется размер и качество урожая основной продукции. При этом показательными параметрами являются - количество пучков, их форма, размеры по длине, ширине и периметру, число входящих в пучок элементарных волоконец и их строение [1].

Формирование лубяных волокон это сложный и своеобразный процесс. Физиологические функции в данных клетках осуществляются достаточно автономно. В них долго сохраняются собственные хлоропла-сты, синтетическая деятельность которых обусловливает особенности качества льняного сырья, сформированного в различных условиях выращивания [2, 3]. Погодно-

климатические особенности нашего региона в последние годы характеризуются очень большой неустойчивостью как по температурному режиму, так и по условиям влаго-обеспеченности. Из десяти первых лет 21 столетия только два года - 2002 и 2008 были благоприятными для возделывания и последующей вылежки льна-долгунца. Вегетационные периоды остальных лет характеризовались резкими перепадами температур воздуха и количества выпадающих осадков, что приводило к существенным нарушениям в росте и развитии льна [4]. В связи с этим насущными стали поиски способов повышения стрессоустойчиво-сти культуры. В последние годы в агрономической науке и практике большое внимание уделяется биологически активным препаратам Циркон и Эпин-экстра. О положительном влиянии препарата Циркон на ростовые процессы льна и качество льнопродукции в условиях Московской области неоднократно говорилось в работах С.Л. Белопухова [5, 6]. Данных по использованию препарата Эпин-экстра на льне крайне мало. Однако сведения о мощном антистрессовом воздействии на другие сельскохозяйственные культуры

дали основание для испытания его на льне-долгунце. Таких исследований в нашем регионе ранее не проводили.

Цель исследований — изучение влияния препаратов Циркон и Эпин-экстра на рост и развитие растений льна-долгунца и прочность льняного волокна. В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:

• Провести наблюдения за формированием лубяных волокон стебля льна по фазам его развития.

• Сравнить количественные характеристики лубяных пучков стеблей в разные по погодным условиям годы.

• Описать анатомические особенности элементарных волокон, сформированных при воздействии на растения изучаемых препаратов.

• Выявить связь анатомических и хозяйственных показателей культуры в зависимости от специфики препарата и способа обработки растений.

Материал и методы. Опыты проводили с 2010 по 2013 гг. на опытном поле Костромской ГСХА с сортом льна Томский 17, при норме высева 20 млн всхожих семян на 1 гектар. Схема опыта включала 4 варианта по способу обработки растений: 1 - без обработки (контроль); 2 - обработка семян перед посевом; 3 - обработка растений путем опрыскивания; 4 - комплексная обработка семян и вегетирующих растений. Опрыскивание проводили дважды - в фазу «елочки» и начале периода быстрого роста. Использовали рекомендуемые дозы препаратов - Циркон 0,01 мг/л (1 мл исходного раствора на 10 л воды), Эпин-экстра - 0,02 мг/л (1 мл исходного раствора на 5 л воды). Расположение делянок в опыте систематическое, повторность трехкратная. Почвы опытного участка дерново-подзолистые, по гранулометрическому составу средние суглинки, рН 5,5-5,8, содержание калия - 150 мг/кг почвы, содержание подвижных форм фосфора повышенное -250-300 мг/кг. Агротехника выращивания льна-долгунца общепринятая для данного климатического района.

Для анатомического анализа проводили отбор проб стеблей с диаметром, соответствующим среднему показателю каждого варианта. Для фиксации вырезали участки

стебля из его средней части, размером 3 см -по 1,5 см от середины в обе стороны. Стебли фиксировали в спиртоглицериновой смеси (спирт, глицерин, вода в соотношении 1: 1: 1) при минимальной выдержке материала в течение 14 дней [7]. Просмотр, фотографирование и последующую количественную обработку фотографий проводили на микроскопе MOTIC DMBA - 300, соединенном с персональным компьютером. Количество пучков и количество элементарных волокон в стебле определяли прямым счетом при увеличении микроскопа x100. Изучение элементарных волокон в пучке выполняли на фотографиях, полученных при увеличении микроскопа x400, с разрешением 2048x1536 пикселей и расширением файла - [tif tiff]. Статистические показатели определяли методами дисперсионного и разностного анализа [8].

Результаты и их обсуждение. Годы проведения исследований существенно отличались по погодным условиям. Вегетационные периоды 2010 и 2013 годов можно охарактеризовать как экстремальные для выращивания льна-долгунца, т.к. они отличались высокими температурами воздуха и явным недостатком влаги в период «быстрого роста» культуры. Это привело к раннему цветению льна и низкорослому стеблестою. Условия 2011 года были более благоприятными. Все фазы развития культуры прошли в оптимальные сроки. Высота стеблей соответствовала характеристикам сорта.

При изучении анатомии стеблей растений в 2010 году было отмечено, что количество лубяных пучков по всем вариантам опыта изменялось от периода быстрого роста к фазе цветения культуры. При этом число элементарных волокон в пучке закономерно увеличивалось, а количество самих пучков несколько сокращалось. Этот эффект, по-видимому, связан с процессом смыкания близких мелких пучков в более крупные. Общее количество элементарных волокон в стебле к моменту цветения стабилизировалось и составляло 500-700 шт. Было отмечено, что обработка препаратами не нарушала общего хода процесса. По абсолютным показателям, наибольшее количество элементарных волокон в пучках в фазу цветения (798 шт.) было в варианте с опрыскиванием

вегетирующих растений препаратом Циркон. На стадии ранней желтой спелости преимущества Циркона проявились по варианту с комплексной обработкой (обработка семян и опрыскивание растений). Прямой пропорциональной зависимости между количеством элементарных волокон и величиной урожайности волокна установлено не было (табл. 1).

В целом это закономерное явление, т.к. урожайность определяется очень многими составляющими, в частности, не только количеством, но и структурой элементарных

Таблица 1

Характеристика лубяных волокон стеблей льна и урожайность волокна

волокон стебля. При микроскопическом изучении было отмечено, что на всех этапах развития у растений, обработанных Цирконом, пучки и элементарные волокна имели свою особенность - при крупных размерах характеризовались слабой сомкнутостью в пучке и меньшей толщиной клеточной стенки. На стадии ранней желтой спелости толщина стенки элементарных волоконец в вариантах с Цирконом составляла 3-4 мкм. У растений, обработанных Эпином, этот показатель равнялся 5-6 мкм (рис.).

в процессе роста и развития растений

Число пучков и клеток в периоды роста и развития, шт. S S

Способы обработки Препараты быстрый рост цветение ранняя желтая спелость £ > 1 §

количество пучков число клеток в пучке и в стебле количество пучков число клеток в пучке и в стебле количество пучков число клеток в пучке и в стебле N о ^ § «о

Контроль К 33 15,3 504 36 19,2 691 30 21,3 594 7,98

Обработка Ц 33 10 330 36 19,2 691 30,6 18,1 553 8,59

семян Э 38 11 418 36 18,1 652 29 19,3 559 7,48

Опрыски- Ц 41 14,6 598 38 21 798 31,3 18,2 570 7,00

вание растений Э 34 16,8 571 33 19,2 634 32 20,0 640 10,5

Комплексная обработка Ц 39 15,9 620 29 20,1 583 31 23 713 8,86

Э 39 12,3 480 36 17,2 619 32 18,8 608 7,90

НСР05 2,1 18 32 3,2 17 56,2 2,5 19 55,1 0,72

Примечание: К - без обработки, Ц - циркон, Э - Эпин-экстра;

в числителе: число клеток в пучке, в знаменателе - число клеток в стебле

Крупные, но тонкостенные клетки элементарных волоконец с большими полостями свидетельствуют о медленном процессе созревания волокнистого материала.

В условиях более благоприятного 2011 года стеблестой льна был развит значительно лучше. Густота стояния, общая и техническая длина стебля на 20-30% превышали показатели 2010 года. Количественные анатомические характеристики - количество пучков в стебле, среднее число элементарных волокон в пучке, общее количество

элементарных волокон в стебле были ниже, чем в 2010 году, а величина урожайности волокна - выше (табл. 2).

Так же, как в 2010 году, не проявилось прямой зависимости между количеством лубяных клеток в стебле и величиной урожайности волокна, но выявлены различия в структуре пучков и элементарных волокон. В 2011 году на стадии ранней желтой спелости в вариантах с опрыскиванием растений Цирконом толщина стенок элементарных волокон в среднем составляла 5,3 мкм (min - 2,4 мкм,

max - 7,3 мкм, n = 100). В соответствующих вариантах с Эпином-экстра этот показатель равнялся 6,9 мкм (min - 3,5 мкм, max -8,9 мкм, n = 100), т.е. лубяные пучки стебля состояли из более толстостенных элементарных волокон. Пучки растений, обработанных Цирконом, на стадии ранней желтой спелости

выглядели рыхлыми и недозревшими, т.е. процесс созревания волокна под действием этого препарата в условиях нашего региона даже в благоприятных условиях несколько замедляется. Результаты 2013 года по всем показателям (анатомическим и урожайным) уступали предыдущим годам.

/V

А

Б

В

Рис. Строение элементарных волокон льна в контроле

Таблица 2

Характеристика анатомии стеблей льна на этапе ранней желтой спелости и урожайность волокна

Способы обработки Препараты Число пучков в стебле, шт. Число элементарных волокон в пучке, шт. Общее число элементарных волокон в стебле, шт. Урожайность волокна, ц/га

Контроль Без обработки 26,6 17,8 456 9,96

Обработка семян Циркон 34,0 18,0 608 8,84

Эпин-экстра 30,0 17,5 534 9,92

Опрыскивание Циркон 27,6 18,3 512 11,08

растений Эпин-экстра 28,5 21,6 617 10,86

Комплексная Циркон 26,0 20,3 528 11,64

обработка семян и растений Эпин 28,0 19,8 555 12,44

НСР 05 3,3 1,7 52,4 0,78

Анатомические и продукционные характеристики культуры были сопоставлены со среднегодовыми показателями прибавок к контролю, выраженных в процентах (табл. 3). Достоверные отличия от контроля, определенные разностным методом по критерию Стьюдента (1;05), составляли 7% и выше. Такие прибавки получены по обоим препаратам в вариантах с опрыскиванием вегетирующих растений и с комплексной обработкой семян и растений. При этом Циркон оказал существенное влияние на массу соломы и семян. Препарат Эпин-экстра обусловил более широкий спектр по-

ложительного влияния на характеристики культуры. В наименьшей степени под влиянием препарата изменилось процентное содержание общего волокна в стебле, а в наибольшей степени - крепость волокна. Разрывная нагрузка при комплексной обработке этим препаратом в среднем за три года превышала контроль на 50%. Крепость волокна в вариантах с применением Циркона оставалась на уровне контроля или даже ниже его (табл. 3). Проведенные анатомические исследования позволили объяснить этот эффект особенностями структуры пучков и элементарных волокон обработанных растений.

Таблица 3

Эффекты прибавок к контролю по продукционным и анатомическим показателям при использовании препаратов Циркон и Эпин-экстра в среднем за 3 года испытаний, %

Способ обработки Препарат Урожайность Число клеток в стебле Процентное содержание волокна в стебле Разрывная нагрузка

солома семена волокно

Контроль К 100 100 100 100 100 100

Обработка семян Ц 104 116 103 111 97 102

Э 97 104 99 104 104 127

Опрыскивание растений Ц 116 127 107 103 84 91

Э 113 129 118 120 104 120

Комплексная обработка семян и растений Ц 115 102 112 113 102 102

Э 112 113 116 111 102 150

Статистиче ски показатели при 1;05-станд =2,45 Sd 2 3,9 2,45 2,43 1,7 6,4

Ср г- фак 4,5 3,3 5,5 3,7 0,58 2,09

Выводы.

1. Проведенное исследование показало, что обработка льна-долгунца Томский 17 антистрессовыми препаратами Циркон и Эпин-экстра не изменила общих закономерностей формирования лубяных пучков в процессе роста и развития растений.

2. Оба испытанных препарата в условиях разных по погодным характеристикам лет слабо влияли на количество волокнистых элементов, расположенных по периметру стебля, но проявили воздействие на их структуру. Препарат Циркон способствовал формированию крупных, но тонкостенных элементарных волокон, а пре-

парат Эпин-экстра - более плотных и толстостенных элементов.

3. Изучаемые препараты оказали положительное влияние на урожайность соломы, семян и общего волокна. Статистически достоверные прибавки в среднем за 3 года составляли от 7 до 27%. Существенный эффект на крепость волокна получен при использовании препарата Эпин-экстра: повышение составило 50% при нулевом результате по Циркону

4. Более эффективными способами применения изучаемых препаратов в условиях нашего региона были опрыскивание веге-тирующих растений и обработка семян в

сочетании с опрыскиванием растений. Учитывая, что эффективность обоих способов очень близка, предпочтение следует отдать менее трудоемкому методу опрыскивания.

Список литературы

1. Родионова А.Е. Технология выращивания и первичной переработки льна. Тверь: «Агросфера» ТГСХА, 2007. 450 с.

2. Доронин С.В., Тихвинский С.Ф. Лен-долгунец. (Технология возделывания и селекция). Киров: ВГСХА, 2003. 112 с.

3. Кошкин Е. И., Гатаулина Г.Г., Дьяков А.Б. и др. Частная физиология полевых культур / Под ред. Е.И. Кошкина. М.: Колос, 2005. 344 с.

4. Матаруева И.А., Жучкова Е.А., Князев Ю.В. Проблемы выращивания и первичной переработки льна-долгунца в условиях Костромской области // Аграрная наука - основа

инновационного развития АПК: Материалы междун. научн.-практич. конферен. Курган: Курганская ГСХА, 2011. Т. 2. С. 287-291.

5. Патент РФ № 2216920 Способ выращивания льна-долгунца / С.Л. Белопухов, Н.Н. Корсун, Н.Н. Малеванная, Е.В. Фокин, А.В. Фокин. 2002.

6. Белопухов С.Л., Дмитриевская И.И., Малеванная Н.Н. Влияние циркона на рост и развитие льна-долгунца // Пути повышения конкурентоспособности продукции из льна: Материалы междун. научн.-практич. конферен. Вологда, 2004. С. 227-229.

7. Методические указания по проведению полевых опытов со льном-долгунцом. Торжок: ВНИИЛ, 1978. 72 с.

8. Ещенко В.Е., Трифонова М.Ф., Ко-пытко П.Г. и др. Основы опытного дела в растениеводстве. М.: КолосС, 2009. 268 с.

Features of the anatomical structure of stem in fiber flax cultivars

(Linum usitatissimum L.) at plants processing with biologically active preparations

Matarueva I., Zhuchkova E., Arykova N.

The effect of two biologically active preparations Zircon and Apin-extra on the formation of bast fibers of the fiber flax stem of variety Tomsky 17 was estimated in 2010-2013 in Kostroma region.

It was found that treatment of plants with anti-stress preparations Zircon (0.01 mg/l) and Apin-extra (0.02 mg/l) had not change the general laws of formation of bast bundles in flax plats during their growth and development. Under different weather conditions both tested preparations had low influence on the amount of fibrous components located on the perimeter of the stem but showed an impact on their structure. Zircon preparation contributed to the formation of large but thin-walled elementary fibers and Apin-extra - more dense bundles and thick-walled components. The investigated preparations had a positive impact on the productivity of straw, seed and total fiber. Statistically reliable gains ranged from 7 to 27% over the period of three years. The most significant effect on the strength of fibers had Apin-extra: the increase was 50% in comparison with 0% for Zircon. Under conditions of our region the spraying of vegetating plants was more effective and less time consuming treatment.

Key words: long-stalk flax, anatomical structure, bast bunches, bast fibers, antistress preparations, Zircon, Apin-extra