Биологическая продуктивность некоторых видов бобовых культур в условиях почвенной засухи

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №5-6_

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.132.633.11

Х.Х.Сайдаминов, Н.А.Маниязова, М.Х.Атоев, член-корреспондент АН Республики Таджикистан А.Абдуллаев

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ БОБОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ

Институт ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан

Изучено влияние почвенной засухи на рост и биологическую продуктивность некоторых видов бобовых культур. Показано, что, начиная от фазы стеблевания до полной спелости зерна, в опытных вариантах существенные изменения по высоте растений наблюдались только у растений фасоли сортов «Чёрный глаз» и «Пёстрая». В условиях дефицита почвенной влаги сырая биомасса у фасоли сорта «Чёрный глаз» была в два раза меньше, чем у контрольных растений, а у сортов «Золотистая фасоль» и фасоли «Пёстрая» на 20-22% меньше, соответственно. Накопление сухой биомассы растений в этих условиях у изученных растений не отличалось и имело такой же характер, как при формировании сырой биомассы.

Ключевые слова: фасоль, почвенная засуха, рост, развитие, биомасса.

В последние годы внимание многих исследователей направлено на изучение действия глобальных изменений климата на экосистемы. В первую очередь это вызвано тем, что развитие промышленности привело к выбросу в атмосферу большого количества веществ, которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду и жизнедеятельность человека [1-4]. Повышение содержания в атмосфере углекислого газа приводит к усилению парникового эффекта и, как следствие этого, к глобальному повышению температуры [5-7]. Климатические и антропогенные факторы окружающей среды инициируют изменения в природе, которые могут негативно повлиять на жизнедеятельность живых организмов [8,9]. Повышение температуры вызывает атмосферную засуху и на протяжении длительного времени может усилить эвапоиспарение, приводящую к иссушению корнеоби-таемого слоя почвы и повышению содержания солей. Известно, что температурный и водный стрессы приводят к нарушению биосинтетической способности растений, распаду белков, изменению коллоидно-химического состояния цитоплазмы, и в конечном итоге, к снижению количества накапливаемого растениями органического вещества [10]. В связи с этим исследование физиологии устойчивости сельскохозяйственных растений к засухе и поиски путей её повышения стали актуальной задачей современного растениеводства. Для более глубокого изучения физиологии устойчивости растений к стрессовым факторам, индуцируемых изменением климата, в круг исследований вовлекаются различные растительные объекты. Одними из объектов, характерных для республик Центральной Азии, являются бобовые культуры. Известно, что зернобобовые растения являются основными культурами, используемыми как источник питания для человека во всех континентах, в том числе и в

Адрес для корреспонденции: Сайдаминов Хабибулло Хуснудинович. 734017, Республика Таджикистан, Душанбе, ул. Карамова, 27, Институт ботаники, физиологии и генетики растений АН РТ. E-mail: Habib-25041986@mail. ru

Таджикистане. Как продукты питания, фасоль, горох, маш, конские бобы и другие являются одними из наиболее древних и распространенных культур в Таджикистане. Ценность бобовых культур в большой степени определяется их химическим составом и пищевыми достоинствами. Анализ литературы показал, что в настоящее время мало исследовано влияние почвенной засухи на бобовые культуры, выращиваемые в Таджикистане.

В связи с этим целью нашей работы явилось изучение влияния почвенной засухи на рост, развитие и биологическую продуктивность бобовых культур.

Материалы и методы исследований Объектами исследования служили сорта бобовых культур - фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris L.), сорт «Чёрный глаз», фасоль огненнокрасная (Phaseolus coccineus L.) сорт «Пёстрая» и фасоль золотистая (Phaseolus aureus Roxb.) маш . Полевые опыты проводились на экспериментальном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан (г. Душанбе), расположенном в восточной части Гиссарской долины на высоте 834 м над ур. м. Растения выращивались в вегетационных сосудах (22 кг почвы). Посевы были произведены в весенние сроки (18 апреля 2015 г.). Равномерные всходы были получены через 10-12 дней. Продуктивность растений определяли по В.А.Кумакову [11], фенологические наблюдения за посевами бобовых культур проводились с начала всходов до полного созревания зерна.

Результаты исследований и их обсуждение Полученные результаты по влиянию почвенной засухи (рис.1-3) показали, что она по-разному действует на растения. Так, у фасоли «Пёстрая» засуха приводила к снижению высоты растений к концу вегетационного периода, а у фасоли «Чёрный глаз» и маша отмечается замедленный рост растений (рис.1). В фазе стеблевания наблюдались различия между опытными и контрольными растениями. Этот показатель составил у растений фасоли «Чёрный глаз» в контроле 18.7 см, в опыте - 16.3 см, у фасоли «Пёстрая» в контроле - 23.5 см, в опыте - 19.4 см и у растений маша в контроле - 16 см и опыте - 12.6 см соответственно. Разница по высоте растений между контрольными и опытными растениями в фазе бутонизации у фасоли «Чёрный глаз» составила 14.4 см, у фасоли «Пёстрая» - 14.2 см, а у маша - 8.4 см соответственно; в фазе цветения у фасоли «Чёрный глаз» - 13.7 см, у фасоли «Пёстрая» - 19.3 см и у маша - 10.7 см; в фазе плодоношения у фасоли «Чёрный глаз» - 21 см, у фасоли «Пёстрая» - 24 см, а у маша - 6.9 см соответственно. Максимальное различие между вариантами опыта наблюдалось у фасоли «Чёрный глаз» в фазе созревания, которое составляло 44.5 см, у фасоли «Пёстрая» - 21.8 см соответственно, а у растений маша - 6.5 см.

Полученные данные показывают, что, начиная от фазы стеблевания до полной спелости зерна, в обоих вариантах опыта существенные различия по высоте растений наблюдались только у растений фасоли «Чёрный глаз». У созревших растений фасоли «Чёрный глаз» в контрольном варианте высота растений достигала 82.2 см, у фасоли «Пёстрая» - 55,3 см, а у растений маша - 49.5 см. В условиях засухи длина стебля у фасоли «Чёрный глаз» достигла 37.6 см, у фасоли «Пёстрая» - 35 см, а у растений Маша - 43 см соответственно.

80

70

60

2 50 о

40 30 20 10 0

Полив  Засуха

^ N

N

V

V —

N

V

V

N

Ч N N

VN N

VN

VN N

1 2 3 4 5 1

Фасоль «Чёрный глаз»

2 3 4 5 1

Фасоль «Пёстрая»

2 3 4 5 Маш

Рис.1. Высота растений в период вегетации в зависимости от почвенной засухи.

Примечание: здесь и далее на рисунках: 1 - стеблеобразование; 2 - бутонизация; 3 - цветение;

4 - плодообразование; 5 - созревание.

Динамика накопления сырой и сухой биомассы бобовых культур представлена на рис. 2, 3.

Как видно из рисунков, в обоих вариантах опыта, начиная с фазы стеблевания до фазы созревания, сырая масса у растений фасоли «Чёрный глаз» увеличивалась. В фазе бутонизации в контрольном варианте сырая масса листа увеличивалась в 3.5 раза, сырая масса стебля в 5 раз, масса корня в 2 раза по отношению к фазе стеблевания. В условиях засухи сырая масса листа, стебля и корня была больше в 1.7, 2.8 и 1.8 раза, соответственно.

Сравнивая массу стеблей растений фасоли «Чёрный глаз» и фасоли «Пёстрая» в фазе стеблевания можно видеть, что у растений фасоли «Чёрный глаз» этот показатель в 1.5 раза меньше. Однако в фазе бутонизации наблюдается обратная картина. В фазе бутонизации заметно увеличивалась масса исследуемых растений, как в контрольном варианте, так и в опытном большей частью за счет массы стеблей.

Во все исследованные фазы развития растений в условиях засухи сырая масса растений была ниже, чем у контрольных растений.

В фазе плодоношения масса листьев и стеблей у фасоли «Чёрный глаз» увеличивалась на 2.4 и 2.2 г соответственно у контрольных растений, по сравнению с фазой цветения и в 2.5 и 2.3 раза по сравнению с опытными растениями. У фасоли «Пёстрая» - в 2.0 и 1.8 раз соответственно, а у маша -1,3 раза. Следует отметить, что в фазе созревания только у фасоли «Пёстрая» наблюдается снижение сырой массы листьев, незначительное увеличение массы стеблей, но масса корней увеличилась почти в 1.5 раза. А у остальных сортов наблюдается стабильное повышение биомассы растений (рис.2).

Анализ рис. 3 показывает, что у растений фасоли «Чёрный глаз» в фазе стеблевания между вариантами опыта заметных различий не наблюдалось. При этом, по мере дальнейшего развития растений, отмечалось повышение общей сухой биомассы и проявились существенные различия между обоими вариантами эксперимента.

Рис.2. Динамика накопления общей сырой биомассы некоторых видов бобовых культур в условиях засухи.

Рис.3. Динамика накопления общей сухой биомассы некоторых видов бобовых культур в условиях засухи.

В фазе созревания общая сухая масса у этого сорта в опытном варианте была в 2 раза меньше, по сравнению с контрольными растениями. Аналогичная картина наблюдалась и у других объектов исследования. Необходимо отметить, что в фазе созревания по отношению к фазе плодоношения общая сухая биомасса в обоих вариантах у растений фасоли «Чёрный глаз» и у маша увеличивается в 2 раза. Увеличение общей биомассы идёт за счет стеблей и плодов, а у фасоли «Пёстрая» наблюдается плавное увеличение. Накопление сухой биомассы в завершающей фазе вегетации в условиях достаточного водоснабжения у фасоли «Чёрный глаз» заметно возросло и составляет 14.35 г/растение, а в опытном варианте 7.43 г/растение.

По накоплению общей сухой биомассы между сортами и вариантами опыта в фазе стеблевания существенной разницы не обнаруживалось. Однако с наступлением фазы бутонизации в динамике накопления сухой биомассы между вариантами опыта наблюдались существенные различия. Сухая биомасса в контрольном варианте была больше, чем у растений опытного варианта (рис.3).

Таким образом, полученные результаты показывают, что условия влагообеспечения растений существенно влияют на динамику накопления биомассы. В условиях дефицита почвенной влаги сырая биомасса у фасоли сорта «Чёрный глаз» была в два раза меньше, чем у контрольных растений, а у сортов «Золотистая фасоль» и фасоли «Пёстрая» на 20-22% меньше, соответственно. Накопление сухой биомассы растений в этих условиях у изученных растений не отличалось и имело такой же характер как при формировании сырой биомассы.

Поступило 28.03.2016 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Eulenstein N. F., Olejnik J., Willms M. Possible effects of climate changes on land use in North Central Europe and consequences for land use planning. - Eisforia, 2005, v. 3, pp. 16-32.

2. Alam Zeb., Zahir Ali., Taufiq Ali., Abdullaev A. Physiological characteristics of wheat varieties growing in same and different ecological regions of Pakistan. - Pakistan Journal of Biological Science, 2006, v. 9, pp.1823-1827.

3. Crabbe M.J.C. Climate change and tropical marine agriculture. - J. Exptl. Botany, 2009, v.60, № 10, pp.2839-2844.

4. Reyer C., Bachinger J., Bloch R. et al. Climate change adaptation and sustainable regional development: a case study for the Federal State of Brandenburg, Germany. - Reg. Environ Change, 2012, v. 12, pp. 523-542.

5. Lal M., Harasawa H., Murdiyarso D. - Climate change 2001: Impacts, Adaptation and Vulnerability. -Cambridge University Press, 2001, Asia, pp. 533-590.

6. Challinor A., Ewert F., Arnold S., Simelton E., Fraser E. Crops and climate change: progress, trends, and challenges in simulating impacts and informing adaptation. - J. Exptl. Botany, 2009, v.60, №10, pp. 2775-2789..

7. Abdullaev S.F., Nazarov B.I., Abdullaev A. et al. Study of the greenhouse gases (CO2, O3) concentrations in arid and high-mountain regions of Tajikistan. - Proceeding Book of XVII-th International Energy and Environment Fair and Conference 15-17 June, 2011, Istanbul, pp. 275-276.

8. Hansen J.W., Jones J.W. Scaling-up crop models for climate variability applications. - Agricultural Systems, 2000, v. 65, pp. 43-72.

9. Каримов Х.Х. Приоритетные направления научных исследований по влиянию изменения климата на биоразнообразие. - Изв. АН РТ. Отд. биол. и мед. н., 2008, №1 (162), с.7-14.

10. Taiz L., Zeigez F. - Plant Physiology, 2006, p.764.

11. Кумаков В.А. Физиологическое обоснование моделей сортов пшеницы. - М.: Колос, 1985, 270 с.

Х.Х.Сайдаминов, Н.А.Маниёзова, М.Х.Атоев, А.Абдуллаев

МАХ,СУЛНОКИИ БИОЛОГИИ БАЪЗЕ ЗИРОАТ^ОИ ЛУБИЁГЙ ДАР ШАРОИТИ ХУШКИИ ХОК

Институти ботаника, физиология ва генетикаи растании Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола маълумотдо оид ба таъсири хушкии хок ба сабзиш ва мадсулнокии биологии баъзе намуддои зироатдои лубиёгй оварда шудааст. Нишон дода шудааст, ки аз мардилаи хо-силшавии тана то расиши пурраи дон дар варианти тачрибавй дар лубиёи «Чёрный глаз» ва «Пёстрая» тагйиротдои назаррас дар андозаикади растанидо ба мушодида расид. Дар шароити норасоии намнокии хок биомассаи тари лубиёи «Чёрный глаз» 2 маротиба кам шудааст нисбат ба варианти назоратй ва дар навъдои мош ва «Пёстрая» мутаносибан 20-22% кам ба мушодида расид. Дар ташаккулёбии биомассаи хушк дар шароити камобй низ чунин долат ба назар мера-сад.

Калима^ои калиди: лубиё, хушкии хок, рушд, инкишоф, биомасса.

H.H.Saidaminov, NA.Maniyazova, МЛА^^ А.Аbdullaev BIOLOGICAL PRODUCTIVITY OF CERTAIN LEGUMES UNDER SOIL

DROUGHT

Institute of Botany, Plant Physiology and Genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The effect of soil drought on growth and biological productivity of some legumes were study. It is shown that from the phase of stem formation to full ripeness in the experimental variants of both kinds significant changes in plant height were observed only in plants phaseolus sorts "Black Eyes" and "Coccineus". In terms of soil moisture deficit at the bean wet biomass "Black Eyes" was almost two times less than in control plants, and the plants Phaseolus aureus and "Coccineus" motley 22 to 20% lower, respectively. Dry biomass plants in these conditions in the studied legumes were also similar as that of raw biomass. Key words: leguminous, drought of soil, growth, development, biomass.