СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ПШЕНИЦЫ
METHOD FOR INCREASING WHEAT YIELD

Пшеница - важнейшая зерновая культура в мире. Россия входит в топ стран производителей и экспортеров пшеницы. В процессе возделывания эта культура постоянно подвергается комплексу неблагоприятных факторов. Даже при высоком уровне агротехники, полном удовлетворении пшеницы элементами минерального питания, неизбежно возникновение неконтролируемых стрессовых условий, например резкие суточные колебания температуры, неблагоприятный режим увлажнения, воздействие патогенных организмов и пестицидов и т.д. С физиологической точки зрения действие неблагоприятных факторов среды приводит к развитию оксидативного стресса - повышению концентрации свободных радикалов в клетке (главным образом реактивных форм кислорода и азота). Свободные радикалы повреждают внутриклеточные структуры и в особенности фотосинтетический аппарата растений, который является ключевым компонентом формирования урожая пшеницы и его качества.
Таким образом, поиск новых путей и средств повышения устойчивости и защищенности фотосинтетического аппарата от неблагоприятных факторов среды у пшеницы имеет большой практический интерес.
Изобретение относится к области сельского хозяйства.
Мелатонин - вещество естественного происхождения, в настоящее время претендующее на роль фитогормона. Функции мелатонина в растениях изучены не до конца, однако установлено, что эта молекула участвует в процессах физиологического ответа на стресс, выступая в роли антиоксиданта, либо усиливая и регулируя работу антиоксидантных ферментов. Ряд исследований свидетельствует о способности мелатонина повышать устойчивость фотосинтетического аппарата к абиотическому стрессу за счет снижения уровня оксидативного стресса [1, 2].
Способность мелатонина повышать эффективность работы и усиливать устойчивость фотосинтетического аппарата пшеницы по отношению к различным видам стресса описана в научной литературе [3-5].
Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ повышения урожая пшеницы - RU 2753974 С1, 25.08.2021. Способ повышения урожайности озимой пшеницы, включает предпосевную двукратную обработку семян озимой пшеницы раствором сульфата марганца и сульфата цинка в концентрации 0,1% из расчета 1 литр на 1 ц семян, внекорневую подкормку раствором сульфата марганца и сульфата цинка в концентрации 0,1% в конце второго этапа органогенеза с нормой расхода рабочего раствора 200 л/га, причем для обработки семян используют протравливатель Мобитокс при расходе рабочего раствора 10 л на тонну семян, а для внекорневой подкорки используют опрыскиватель ОП-2500 при расходе раствора 200 л на 1 га посевов.
Отличим нашего способа от аналога является то, что в качестве средства для обработки используется мелатонин в определенной концентрации, причем обработка проводится по вегетирующим растениям при определенном расходе водного раствора.
В доступном уровне техники нет источников, раскрывающие способ повышения урожая у пшеницы при использовании мелатонина в качестве способа повышения урожая пшеницы.
Технический результат предполагаемого способа заключается в повышении урожайности пшеницы, а также в расширении арсенала средств повышения урожайности пшеницы.
Предполагаемый способ повышения урожая пшеницы достигается тем, что растения пшеницы опрыскиваются по вегетации водным раствором мелатонина массовой концентрацией 0,0003% в фазу кущения с нормой расхода рабочего раствора 300 л/га. Повышение урожая пшеницы достигается за счет повышения эффективности работы и устойчивости к внешним стрессовым воздействиям фотосинтетического аппарата пшеницы.
Способ осуществляется следующим образом. Мелатонин растворяется в воде в соотношении 0,03 г на 10 л воды. Полученный раствор используется для обработки вегетативной массы пшеницы с помощью опрыскивателя. Опрыскивание проводится в фазу кущения однократно. Норма расхода рабочего раствора при обработке - 300 л/га.
Описанный способ повышения урожая пшеницы был испытан на базе ФГБНУ ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова на опытных полях ЦОС в Барыбино.
Для оценки влияния мелатонина на урожай и фотосинтетический аппарат пшеницы были определены следующие показатели: термическая стабильность хлорофиллов a, b и каротиноидов [6, 7], параметры эффективности работы фотосинтетического аппарата методом РАМ-флуориметрии в поле [8] и биологическую урожайность.
Полевые измерения и отбор образцов для определения индекса стабильности пигментов проводили в фазу молочной спелости.
нагр.
без. нагр.
Отобранные образцы растительного материала были помещены в термопакет при температуре +4°С для перевозки в лабораторию. На следующий день в образцах проводили определение индекса стабильности хлорофиллов и каротиноидов термическим методом: образец разделялся на две навески: первая навеска не подвергалась никакому воздействию, а вторая навеска выдерживалась в дистиллированной воде, нагретой до 55°С, в течение часа. После чего в обеих навесках определялась концентрация хлорофиллов и каротиноидов. Определение осуществлялось спектрофотометрически в спектрофотометре Helios Omega US-VIS (Thermo Scientific). Расчет концентрации пигментов велся по уравнениям Хольма-Веттштейна. Индекс стабильности рассчитывался по формуле 100%⋅С()/С(), где С - концентрация пигментов в навесках.
Измерение параметров протекания фотосинтеза выполняли с помощью флуориметра марки Junior-PAM в поле. Сущность метода заключается в выделении в поступающем потоке солнечной энергии функциональных составляющих: Y(II) - эффективный выход флуоресценции, соответствующий доле световой энергии, расходующейся на протекание фотохимических процессов в фотосистеме II, Y(NPQ) - нефотохимическое регулируемое тушение флуоресценции - доля потерь световой энергии, связанная с работой защитного механизма отвода избыточной солнечной энергии в хлоропластах. Также рассчитывалось значение ETR - скорость работы электрон-транспортной цепи. Расчет параметров проводили в прилагающейся программе WinControl-3.29 при естественном внешнем освещении в режиме «Act.-Yield». Измерение флуорисценции проводилось в серединной части адаксиальной стороны второго листа.
Биологическую урожайность определяли в фазу полной спелости.
Данные проведенных исследований (см. табл.1) показывают эффективность действия однократной обработки растений пшеницы по вегетации водным раствором мелатонина концентрацией 0,0003 масс. % фазу кущения с нормой расхода рабочего раствора 300 л/га. Использование способа повысило стабильность хлорофиллов a, b и каротиноидов, усилило защищенность фотосинтетического аппарата, что выражается в увеличении значения нефотохимического регулируемого тушения флуоресценции, повысило эффективность фотосинтеза, что выражается в увеличении эффективного выхода флуоресценции и ускорении работы электрон-транспортной цепи, а также урожайности. Повышение эффективности работы и устойчивости фотосинтетического аппарата пшеницы к стрессу привело к возрастанию ее биологической урожайности.
Источники информации
1. Шибаева Т.Г. Фитомелатонин: обзор / Т.Г. Шибаева, Е.Ф. Марковская, А.В. Мамаев // Журнал общей биологии. - 2017. - Т. 78. - №5. - С. 46-62.
2. Arnao М.В. Melatonin: A New Plant Hormone and/or a Plant Master Regulator? / M.B. Arnao, J. Hernandez-Ruiz // Trends in Plant Science. - 2019. - Vol.24. - №1. - P. 38-48.
3. Induction of Low Temperature Tolerance in Wheat by Pre-Soaking and Parental Treatment with Melatonin / H. Zhang [et al.] // Molecules. - 2021. - Vol.26. - №4.-P. 1192.
4. Melatonin Mitigates Salt Stress in Wheat Seedlings by Modulating Polyamine Metabolism / Q. Ke [et al.] // Frontiers in Plant Science. - 2018. - Vol.9. -P. 914.
5. Beneficial effects of melatonin in overcoming drought stress in wheat seedlings / G. Cui [et al.] // Plant Physiology and Biochemistry. - 2017. - Vol.118. -P. 138-149.
6. Madhan M.M. Chlorophyll Stability Index (CSI): Its impact on salt tolerance in rice / M.M. Madhan, L.N. Subramanian, S. Ibrahim // International rice research newsletter. - 2000. - Vol.25. - P. 38-39.
7. Третьяков H.H. Практикум по физиологии растений / H.H. Третьяков, Т.В. Карнаухова, Л.А. Паничкин; ред. Е.В. Кирсанова. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.
8. Schreiber U. Pulse-Amplitude-Modulation (РАМ) Fluorometry and Saturation Pulse Method: An Overview / U. Schreiber // Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis / eds. G.C. Papageorgiou, Govindjee. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2004. - Vol.19. - P. 279-319.