Показатели водного режима растений озимой мягкой пшеницы при различных условиях выращивания

>- Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. —«

Агрономия фР ^

УДК 633.11:626.80

показатели водного режима растений озимой мягкой

пшеницы при различных условиях выращивания

е. в. ионова,

доктор сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научной работе, В. Л. ГАЗЕ, научный сотрудник, Д. М. МАРЧЕНКО,

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий отделом,

Е. И. НЕКРАСОВ,

младший научный сотрудник,

Всероссийский научно-исследовательский институт зерновых культур имени И. Г. Калиненко

Ключевые слова: пшеница, сорт, оводненность тканей, водный дефицит, водоудерживающая и водопоглощаю-щая способность.

В статье изучены показатели водного режима растений (общая оводненность, водный дефицит, водоудерживающая и водопоглощающая способность), характеризующие состояние растений в период вегетации и позволяющие установить их реакцию на воздействие стрессовых факторов в различные фазы органогенеза. Определение показателей водного режима проводили в условиях провокационного фона «засушник» при искусственном моделировании засухи (30 % ПВ и ниже), при оптимальном увлажнении (70 % ПВ, полив) и в естественных условиях (50 % ПВ, поле). Для повышения информативности полученных результатов определение параметров водного режима растений проводили несколько раз, в ходе усиления засухи в фазу цветения и молочной спелости зерна. Отмечены более высокие показатели водного режима растений пшеницы, выращиваемых в полевых условиях, что объясняется менее жесткими условиями, при которых происходило развитие растений, так как содержание продуктивной влаги в почве было на 20 % выше, чем в условиях модельной засухи. По комплексу показателей водного режима листьев выделились образцы озимой мягкой пшеницы, относящиеся к степному экотипу и имеющие высокую устойчивость и адаптивность к комплексной засухе: Дон 93, Ермак, Капитан, Аскет, Изюминка. У этих сортов зафиксировано минимальное снижение общей оводненности тканей растений (на 4-10 %), высокие показатели водоудерживающей (60-70 %) и водопоглощающей способности (60-100 %), а также незначительный прирост водного дефицита на 4-9 %. Высокий уровень засухоустойчивости в разные фазы органогенеза, который демонстрируют эти сорта, объясняется быстрой реакцией их водного баланса на изменение условий в нашей среды, то есть проявление адаптивных свойств при стрессовой нагрузки. Это позволяет сортам зерноградской селекции более длительное время переносить различные типы засух и формировать высокую продуктивность в условиях почвенного и воздушного стрессов.

figures of water regime for mild winter wheat under different growing conditions

E. V. IONOVA,

doctor of agricultural sciences, deputy director in science,

V. L. GAZE,

researcher,

D. M. MARCHENKO,

candidate of agricultural sciences, head of the department,

E. I. NEKRASOV,

junior researcher, All-Russian Research Institute of grain Crops of I. G. Kalinenko

Keywords: wheat, water content of grain, water deficit, water retention and water absorbing capacity.

In the article these are studied the figures of water regime of the crop (average water content of grain, water deficit, water retention and water absorbing capacity), which are characteristic for the crop in the vegetation period and are able to determine its reaction to effects of stress factors during different stages of organogenesis. Determination of water regime figures was carried out under provocative background of "zasushnik", simulating drought (30 % of PV and less), simulating optimal humidity (70 % of PV and irrigation) and under natural conditions (50 % ofPV and in the field). Determination of parameters of water regime was carried out several times during drought increase in different stages of organogenesis, anthesis and lactic maturity of grain to increase the information content of the obtained results. The higher figures of water regime of wheat growing in the field can be explained by less strict conditions of developing because the moisture content in the soil was 20 % more than during simulation of drought. On the basis of a complex of leaf water regime these are allocated the samples of mild winter wheat, relating to the steppe ecotype and possessing high resistance and adaptability to drought, Don 93, Ermak, Kapitan, Asket, Izuminka. These varieties showed a minimum decrease of total water content of grain (4-10 %), high figures of water retention (60-70 %) and water absorbing capacity (60-100 %) and a small increase of water deficit (4-9 %). These varieties show a high level of drought resistance during different stages of organogenesis that is explained by a quick reaction of their water balance on a change of environmental conditions, revealing of adaptability under stress factors. It gives an opportunity to the varieties of Zernograd selection to endure drought a long time and to form high yields under soil and air stresses.

Положительная рецензия представлена А. В. Алабушевым, членом-корреспондентом Российской академии наук, директором Всероссийского научно-исследовательского института зерновых культур имени И. Г. Калиненко.

Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. - < ii^

_Агрономия

Проблема засухоустойчивости растений является актуальной для многих регионов нашей страны с аридным климатом. Засухоустойчивые растения способны в процессе онтогенеза приспосабливаться к действию засухи и осуществлять в этих условиях рост, развитие и воспроизведение [1, 2].

На ранних этапах развития растений пшеницы довольно трудно судить о сортовой засухоустойчивости, которая проявляется в процессе адаптации к водному дефициту. Не всегда сорта, имеющие высокую устойчивость в какую-то одну фазу развития, сохраняют ее на протяжении всего вегетационного периода. Поэтому необходимо изучать физиологические показатели, характеризующие состояние растений в период вегетации и позволяющие определить их реакцию на воздействие стрессовых факторов в различные фазы органогенеза [3].

Возможны разные аспекты влияния засухи на растения: действие ее на фотосинтез, дыхание, активность ферментов, рост и т. д. Но главным является влияние засухи на водный потенциал растений. Это, прежде всего показатели: водоудерживающая и водо-поглощающая способность, водный дефицит, изменение общей оводненности в процессе онтогенеза. Устойчивость растений к засухе во многом определяется водным режимом, присущим данному сорту. Изучение и учет одновременно ряда параметров водного режима значительно повышает достоверность получаемой оценки по засухоустойчивости растений [4].

Цель и методика исследований.

Целью исследований являлась оценка показателей водного режима растений озимой пшеницы при различных условиях выращивания.

Исследования проводились в 2011-2013 гг.

В качестве исходного материала использовали 20 образцов озимой мягкой пшеницы селекции ВНИИЗК.

Оценка показателей водного режима растений (оводненность, водный дефицит, водоудерживающая и водопоглощающая способность) в изложении Н. Н. Кожушко, 1982 [5].

Полевой опыт проводили в лаборатории селекции и семеноводства мягкой озимой пшеницы полуинтенсивного типа.

Вегетационные исследования с моделированием засухи различной напряженности выполнялись в лаборатории физиологии и биотехнологии растений. На провокационном фоне («засушник») растения выращивались в условиях жесткой засухи (опыт, 30 % ПВ) и при оптимальном увлажнении (контроль, 70 % ПВ). Лабораторные исследования проводились с использованием сушильного шкафа — SUP 4M, весов — ВЛКТ-500-М, компьютера.

100 90 80 70

и контроль  опыт

Результаты исследований.

Параметры водного режима различных сортов озимой пшеницы были определены в условиях юга Ростовской области. В фазу цветения оводненность листьев в 8 часов утра колебалась в пределах 7190 % (контроль) и 62-80 % (опыт) (рис.1).

Наибольшим снижением общей оводненности по отношению к контролю отличались сорта Дон 93 (на 18 %) и Аксинья (на 11 %). Меньше всего в условиях засухи по сравнению с контролем теряли воду сорта Аскет и Изюминка (на 3 %). В фазу молочной спелости зерна оводненность в контроле составила 64-80 %, а в опыте 50-72 % (рис. 2).

Максимальная потеря воды отмечена у образцов 629/05 (на 15 %), Лидия (на 15 %), Аксинья (на 16 %), а минимальное снижение оводненности растений зафиксировано у сортов Дон 107 (на 5 %), Аскет (на 6 %), Изюминка (на 4 %).

Определение величины оводненности листьев растений, выращиваемых в естественных условиях (поле) показало, что уровень оводненности у большинства изучаемых сортов в этих условиях выше, чем в условиях жесткой модельной засухи в фазу молочной спелости зерна (рис. 3).

Более высокие показатели общей оводненности тканей растений, выращиваемых в полевых условиях, объясняются менее жесткими условиями, при которых происходило развитие растений (содержание влаги в почве 50 % ПВ).

Исключением являлись сорта Аскет, Изюминка и Ермак, у которых изменение величины оводненности в опыте и в поле было в пределах ошибки опыта. Наблюдается прямая корреляция между оводненностью и водным дефицитом листьев (г = 0,54). Водный дефицит (фаза цветения) изменялся в пределах 9-26 % (контроль) и 16-34 % (опыт) (рис. 4).

Самый высокий водный дефицит листьев в условиях засухи (в фазу цветения) отмечен у образца 1210/08 (34 %), самый низкий у сортов Капитан (16 %) и Аскет (12 %). В условиях нарастающей засухи (фаза молочной спелости зерна) наблюдался прирост водного дефицита по сравнению с фазой цветения в опыте у большинства изучаемых образцов на 4-18 %, за исключением сорта Дон 93, у которого отмечено снижение значения водного дефицита на 2 % (рис. 5). По-видимому, системы регуляции водообмена этого сорта довольно устойчивы к неблагоприятным условиям выращивания. Сравнивая величину водного дефицита растений в опыте (модельная засуха) и в полевых условиях (фазе молочной спелости зерна) установлено, что в полевых условиях величина значений водного дефицита несколько ниже, чем в опыте (рис. 6). Это объясняется тем, что в полевых

I Sä

f 1 ¡5 з

Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii Ii I

Рисунок 1

Общая оводненность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности, (фаза цветения) www.avu.usaca.ru

§  контроль  опыт

Рисунок 2.

Общая оводненность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности,

90

80

-• - Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. - <

_Агрономия

90 80 * 70

Ii 60 4« 50 - —

4

8 40 - —

о

5 30 - —

8 20-10

0

опыт, 30% ПВ

Рисунок 3

Общая оводненность растений озимой мягкой пшеницы в естественных и искусственных условиях развития

н контроль  опыт

Рисунок 4

Величина водного дефицита растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности

опыт, 30% ПВ  поле, 50% ПВ

контроль, 70% ПВ Шопыт, 30% ПВ

Рисунок 5

Величина водного дефицита растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности (фаза молочной

спелости)

„120

Рисунок 6

Величина водного дефицита растений озимой мягкой пшеницы в естественных и искусственных условиях развития

* 100

É 90

3 80

S 70

s

5 60

К

§ 50

§ 40

I 30

! 20

s 10

контроль, 70% ПВ Попыт, 30%ПВ

Рисунок 7

Водоудерживающая способность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности

условиях влияние стрессовой нагрузки на растения меньше, чем в условиях модельной засухи (опыт).

Из показателей водного режима растений (оводненность, водный дефицит, водоудерживающая и водопоглощающие силы), водоудерживающие силы (ВУС) в большей степени отражают устойчивость растений к засухе и высоким температурам. Высокие показатели ВУС отмечены в фазу цветение в образцах (опыт): Ермак (97 %), Дон 93 (94 %) (рис. 7).

Все изучаемые образцы имели в условиях жесткой засухи более высокие значения ВУС, чем при оптимальном увлажнении на 8-29 %. Для повышения информативности полученных результатов определение параметров водного режима растений проводили несколько раз, в ходе усиления засухи. Повторное определение ВУС проводили в фазу молочной спелости зерна на одном и том же ярусе листьев. Величина водоудерживающей способности с возрастом

контроль, 70%  опыт, 30%

Рисунок 8

Водоудерживающая способность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности (фаза молочной спелости) растений уменьшалась, как в опыте (засуха), так и в контроле (оптимальное увлажнение) (рис. 8).

Снижение водоудерживающей способности листьев (опыт) растений в фазу молочной спелости зерна, по сравнению с фазой цветения, составило от 4 до 17 %, а по сравнению с контролем было выше на 3-21 %. Определение ВУС в полевых условиях (фаза молочной спелости зерна) показало, что у большинства образцов эти показатели ниже, чем в условиях модельной засухи (рис. 9).

У сорта Донской простор ВУС листьев сохранялась в опыте и в полевых условиях на одном уровне. Высокую водопоглощающую способность (ВПС) в фазы цветения и молочной спелости зерна в условиях жесткой засухи (опыт) по сравнению с оптимальным увлажнением (контроль) показали следующие

40

35

0

60

40

50

40

, 30

20

0

10

0

0

^jSSÜ1" Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. - < ÎÎ^

_Агрономия

И опыт, 30% ПВ  поле, 50% ПВ

Рисунок 9

Водоудерживающая способность растений озимой мягкой пшеницы в естественных и искусственных условиях развития

Рисунок 10

Водопоглощающая способность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности

300 -,

Рисунок 11

Водопоглощающая способность растений озимой мягкой пшеницы при различной влагообеспеченности

сорта — Дон 107, Аскет, Изюминка, 488/07, 629/05, Лилит, 1684/08, 1210/08, 2023/10, 771/09 (рис. 10).

У этих сортов превышение ВПС опыта по отношению к контролю (фаза цветения) составило 10194 %, а в фазу молочной спелости зерна 7-120 %. В фазу молочной спелости зерна зафиксировано увеличение водопоглощающей способности растений, как в опыте, так и в контроле у большинства изучаемых генотипов (рис. 11). В условиях модельной засухи (опыт) в фазу молочной спелости зерна по сравнению с фазой цветения, этот показатель увеличился у 15 из 20 изучаемых образцов на 7-16 %. У сортов Дон 93, Лидия, Дон 107, Аксинья и образец 143/07 зафиксировано снижение водопоглощающей способности листьев на 6-88 %.

В естественных условиях развития растений (поле) в фазу молочной спелости зерна по сравнению с развитием растений в условиях жесткой модельной засухой (опыт) величина водопоглощающей способности была ниже от 5 % (Лидия) до 67 % Донской простор (рис. 12).

Литература

1. Носатовский А. И. Пшеница (биология). М., 1965. 257 с.

2. Кривошеев Г. Я., Игнатьев А. С. Признаки для отбора исходного материала, адаптированного к условиям недостаточного и неустойчивого увлажнения // Зерновое хозяйство России. 2013. № 4 (28). С. 29-33.

3. Ионова Е. В., Некрасов Е. И. Физиологические методы оценки засухоустойчивости сортов и линий озимой пшеницы // Зерновое хозяйство России. 2013. № 5 (29). С. 12-21.

4. Кривошеев Г. Я., Шевченко Н. А., Ионова Е. В. Устойчивость к водному стрессу новых самоопыленных линий и гибридов кукурузы // Зерновое хозяйство России. 2013. № 6 (30). С. 30-35.

5. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям. Л. : ВИР, 1988. 228 с.

References

1. Nosatovsky A. I. Wheat (biology). M., 1965. 257 p.

2. Krivosheev G. Ya., Ignatiev A. S. Features for selection of initial material, adapted to the conditions of insufficient and unstable moistening // Grain Economy of Russia. 2013. № 4 (28). P. 29-33.

3. Ionova E. V., Nekrasov E. I. Physical methods of evaluation of winter wheat varieties and lines drought resistance // Grain Economy of Russia. 2013. № 5 (29). P. 12-21.

4. Krivosheev G. Ya., Shevchenko N. A., Ionova E. V. Water stress resistance of new self-pollinated lines and hybrids of maize // Grain Economy of Russia. 2013. № 6 (30). P. 30-35.

5. Diagnostics of plant resistance to stress factors. L. : VIR, 1988. 228 p.

Н опыт  поле

Рисунок 12

Водопоглощающая способность растений озимой мягкой пшеницы в естественных и искусственных условиях развития

Выводы. Рекомендации.

По комплексу показателей водного режима листьев выделились образцы озимой мягкой пшеницы, относящиеся к степному экотипу и имеющие высокую устойчивость и адаптивность к комплексной засухе: Дон 93, Ермак, Капитан, Аскет, Изюминка. Проведенные исследования показывают, что высокий уровень засухоустойчивости в разные фазы развития, который демонстрируют эти сорта, объясняется быстрой реакцией их водного баланса на изменение условий внешней среды, то есть проявление адаптивных свойств при воздействии стресса. Высокопродуктивные сорта пшеницы степного экотипа обладают стабильным водообменном по сравнению с влаголюбивыми сортами лесостепного экотипа. Это позволяет сортам зерноградской селекции более длительное время переносить различные типы засух и формировать высокую продуктивность в условиях почвенного и воздушного стрессов.

0

250

200