Влияние стрессовых экологических факторов на рост и продуктивность сортов твёрдой пшеницы

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №9_

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 633.11:581.1

Дж.Салимов, А.Эргашев

ВЛИЯНИЕ СТРЕССОВЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РОСТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОРТОВ ТВЁРДОЙ ПШЕНИЦЫ

Таджикский национальный университет

В статье приводятся экспериментальные данные по влиянию повышенных концентраций СО2 и других стрессовых экологических факторов (высокая температура воздуха, почвенная засуха) на рост и продуктивность пшеницы. Показано, что при повышенной концентрации СО2 и других неблагоприятных факторах уменьшается высота и продуктивность растений. На основе анализа физиолого-генетических систем адаптации растений и аттракции ассимилятов установлена различная устойчивость двух сортов пшеницы к действию высоких температур воздуха и почвенной засухи на фоне повышенных концентраций СО2 в воздухе.

Ключевые слова: пшеница - рост - продуктивность - распределение ассимилятов - высокая температура - почвенная засуха - повышенная концентрация СО2.

Концентрация СО2 и температура входят в число ключевых факторов, влияющих на рост, развитие и продуктивность растений.

В последние годы содержание СО2 в атмосфере значительно увеличивалось вследствие антропогенных воздействий [1]. Следствием такого возрастания количества СО2 является повышение температуры земной поверхности и приземных слоев атмосферы, а также возможное глобальное изменение климата [2]. Поэтому повышение концентрации СО2 вместе с сопутствующими изменениями температуры, несомненно, влияет на структуру и характер функционирования агроэкосистем, повлияет на продуктивность растений и агрофитоценозов, потребует переоценки их роли как стабильных акцепторов СО2 [2].

В связи с этим, целью наших исследований явилось изучение влияния высокой температуры и почвенной засухи на фоне высокой концентраций СО2 в воздухе на рост и продуктивность твёрдой пшеницы.

Объекты и методы исследований

Объектами исследований служили сорта твёрдой пшеницы (Triticum durum Desf.) Шамъ и Президент, которые выведены в Институте земледелия Таджикской академии сельскохозяйственных наук.

Полевые опыты проводились на экспериментальном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан, расположенном в восточной части

Адрес для корреспонденции. Салимов Джамолидин Сангалиевич. 734025, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. Е-mail: Jamolidin-salimov.87@mail.ru

Гиссарской долины на высоте 834 м над ур. м. Растения выращивались в вегетационных сосудах (12 кг почвы). Посевы были произведены в весенние сроки (начало марта 2011 г.). Сосуды с растениями были разделены на две группы: первая - растения выращивались в условиях оптимальной почвенной влажности - 75-80% от ППВ (предельная полевая влагоёмкость) (условно «полив»), вторая - растения выращивались в условиях недостаточной почвенной влажности - 45-50% от ППВ (условно «засуха»). Первая и вторая группы сосудов были размещены в трёх микротеплицах, в которых были созданы условия воздействия разных вариантов экологического стресса: вариант I - высокая температура (35...40°С) и высокая концентрация СО2 (0.15%), вариант 2 - влажность воздуха 45-70% и умеренно высокая концентрация СО2 (0.06%), вариант 3 - высокая температура (35...40°С) и умеренно высокая концентрация СО2 (0.06%).

Определение продуктивности растений и структурный анализ колоса проводили по В.А.Кумакову [3].Анализ физиолого-генетической системы микрораспределения продуктов фотосинтеза (из мякины к зерновке) определяли по методике В.А.Драгавцева [4]. Согласно этой методике в признаковых координатах наносили значения средней массы мякины из главного колоса и средней массызерна из главного колоса как точки отдельных растений. В зависимости от расположения этих точек определяли систему микрораспределения, адаптивность и аттрагирующую способность растений [4,5].

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты исследований влияния повышенных концентраций СО2 и других стрессовых экологических факторов на высоту растений пшеницы представлены на рис. 1. Как видно из данных рис. 1, в фазе стеблевания высота растений в условиях почвенной засухи на фоне других стрессовых факторов была немного ниже, чем в контрольном варианте. Влияние этого стрессового фактора на высоту растений наблюдалось, начиная с фазы колошения. Этот показатель у сорта Президент на фоне полива в контроле составил 55.1 см, в опыте - 44.3-50.5 см, а на фоне почвенной засухи в контроле - 35.6 см, в опыте - 32.4-37.3 см соответственно. У сорта Шамъ высота растений на фоне полива в контроле была 50.0 см, в опыте - 40.0-45.0 см, а на фоне почвенной засухи в контроле - 38.6 см, в опыте - 30.0-34.6 см. В фазе молочной спелости высота растений пшеницы при воздействии повышенной концентрации СО2 и высокой температуры у сорта Президент на фоне полива уменьшилась на 5-18%, а на фоне почвенной засухи - на 31-41%. У сорта Шамъ этот показатель в условиях полива был меньше на 9-23%, а в условиях почвенной засухи - на 34-42%.

В фазе восковой и полной спелости разница по высоте растений между контрольными и опытными растениями у сорта Президент в условиях оптимальной влажности почвы составила 7-15 см, а в условиях почвенной засухи - 5.6-14 см, соответственно. У сорта Шамъ этот показатель был на уровне 6-13 см и 7-11 см.

У созревшей пшеницы в контрольном варианте на фоне полива высота растений у сорта Президент достигла 69.2 см, у сорта Шамъ - 63.3 см, а в опытном варианте у сортов Президент и Шамъ -53.5-65.5 см и 47.0-55.6 см соответственно. В условиях почвенной засухи этот показатель в контрольном варианте у сорта Президент достиг 50.0 см, у сорта Шамъ - 46.1 см, а в опытном варианте у изученных сортов этот показатель находился в пределах 38.2-45.4 см и 36.3-42.1 см соответственно.

80

70

« 60

X 50 ш

£ 40 а

£ 30

о и

3 20

П

Сорт Президент Оптимальная влажность почвы Почвенная засуха

10

5 6 12

Фаза развития

70

60

и , £ 50

35

<и 40

н

и «

а 30 «

н о й 20 >А

П

Сорт Шамъ

Оптимальная влажность почвы Почвенная засуха

10

а в

5 6 1 2

Фаза развития

а

0

1

2

3

4

3

4

5

6

0

1

2

3

4

3

4

5

6

Рис. 1. Высота растений твёрдой пшеницы в условиях почвенной засухи на фоне других экологических факторов, а - контроль (открытый участок), б - вариант 1, в - вариант 2, г - вариант 3, в течение вегетации растений (2011). Фаза развития растений: 1 - стеблевание, 2 - колошение, 3 - молочная спелость, 4 - восковая спелость, 5 - полная спелость, 6 - созревание.

Таким образом, эти данные свидетельствуют о том, что к концу вегетационного периода на фоне других стрессовых факторов почвенная засуха приводит к уменьшению высоты растений.

В таблице приведены результаты анализа влияния повышенной концентрации СО2 и других стрессовых факторов на структуру урожая исследованных сортов пшеницы.

Структурный анализ колоса созревших растений пшеницы показал (таблица), что при повышенных концентрациях СО2 и других стрессовых факторов длина и масса колоса, масса зёрен в одном колосе и масса мякины уменьшались в сравнении с контрольным вариантом. Масса 1000 зёрен под воздействием повышенной концентрации СО2 и высокой температуры у сорта Президент в условиях оптимальной влажности почвы уменьшилась на 26.3-42.8%, а в условиях почвенной засухи - на 61.4-71.0%. У сорта Шамъ этот показатель на фоне оптимальной влажность почвы уменьшился на 30.0-44.4%, а на фоне почвенной засухи - на 62.4-72.5%.

Таблица

Структура урожая пшеницы под воздействием почвенной засухи на фоне других

стрессовых экологических факторов

Условия выращивания Масса растений, г Длина колоса, см Масса колоса, г Масса зёрен одного колоса, г Масса мякины, г Масса 1000 зёрен, г

Сорт Президент

Оптимальная влажность почвы

Контроль (открытый участок) 5.3 6.3±0.3 1.4 0.9 0.5 34.5

Вариант 1 3.5 5.3±0.4 0.8 0.4 0.4 19.7

Вариант 2 4.4 5.6±0.1 1.1 0.6 0.5 25.4

Вариант 3 3.8 6.0±0.0 0.9 0.5 0.4 22.2

Сорт Президент

Почвенная засуха

Контроль (открытый участок) 2.6 5.5±0.1 0.8 0.5 0.3 18.1

Вариант 1 1.8 4.8±0.1 0.4 0.1 0.2 10.0

Вариант 2 2.0 5.0±0.0 0.6 0.3 0.2 13.3

Вариант 3 1.9 5.0±0.0 0.5 0.2 0.2 10.6

Сорт Шамъ

Оптимальная влажность почвы

Контроль (открытый участок) 6.4 6.1±0.1 1.9 1.2 0.6 39.4

Вариант 1 3.8 5.0±0.0 1.0 0.5 0.4 21.9

Вариант 2 4.8 5.3±0.1 1.3 0.8 0.5 27.6

Вариант 3 4.0 5.1±0.1 1.1 0.7 0.4 24.5

Сорт Шамъ

Почвенная засуха

Контроль (открытый участок) 3.1 4.4±0.1 1.0 0.6 0.3 20.3

Вариант 1 2.0 4.0±0.0 0.5 0.3 0.2 10.8

Вариант 2 2.5 4.3±0.2 0.7 0.4 0.3 14.8

Вариант 3 2.2 4.1±0.1 0.6 0.3 0.2 12.4

Сорт Президент

1.2

е с о л о к

а

а

л

-

а

а н а е

м

а с с а

№ №

н

д

е &

и

0.8

0.6

0.4

0.2

4-ш1с +

\ КСНТ ррлЬ (ПОЛИВ)М

Вариа 1НТ 2 (ПОЛИВ) .

КОНТРС

Ва ^риАытЗ (ЗАСУ « ВА1 ХА) ^ (ЗА ИАыТ 2 СУХА) \

-(аа+аМ Г) ♦ ВАРИА1 (ЗАСУХ !Т 1 А) -Ш1С

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Средняя масса мякины в главном колосе, г.

0.6

Сорт Шамъ

е с о л о к

в а

л г

в а н а е

м

а с с а

я я

н

д

е

.

С

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

\ +Ш1С контроль^ :С+Иа!)+а"г)

\ /

ВАРИ щант 2 (полив).

Кон ГРСЛЬ

ВАРИАНТ 3

//^АРИАНТ 1 ХА)

-(аа+аИ (ЗАСУХА) г) -Ш1С

0.2 0.4 0.6

Средняя масса мякины в главном колосе, г.

0.8

1

0

0

1

0

0

Рис. 2. Распределение средних значений признаков сортов пшеницы Президент и Шамъ в системе координат «средняя масса зерна в главном колосе» - «средняя масса мякины в главном колосе».

Представляет интерес изучить вопрос, как ведут себя полигенные системы микрораспределения продуктов фотосинтеза (шю), адаптивности (аф и аттракции (айг) по В.А.Драгавцеву [4] у сортов Президент и Шамъ в зависимости от воздействия стрессовых экологических факторов. Результаты этого анализа представлены на рис. 2.

Как видно из рис. 2, соотношение признаков «масса зерна с колоса» и «масса мякины с колоса» свидетельствует о том, что повышенная концентрация СО2 и другие неблагоприятные факторы

отрицательно влияют на физиолого-генетическую систему микрораспределения продуктов фотосинтеза из мякины к зерновке.

Это, возможно, связано с тем, что под действием стрессовых факторов снижалась продуктивность фотосинтеза растений пшеницы. При повышенной концентрации СО2 и других стрессовых экологических факторов сорт Шамъ по сравнению с сортом Президент имеет лучшую адаптацию и аттрагирующиую способность.

Таким образом, полученные нами данные показывают, что под влиянием повышенных концентраций СО2 и других стрессовых экологических факторов (высокая температура воздуха, почвенная засуха) к концу вегетационного периода уменьшается высота и продуктивность растений пшеницы (в два-три раза). При этом проявляются генотипические различия в адаптационной способности растений. Анализ физиолого-генетических систем адаптации растений и аттракции ассимилятов показал, что у сорта Шамъ эта система в условиях повышенной концентрации СО2 и других стрессовых экологических факторов более устойчива и функционирует лучше по сравнению с сортам Президент.

Поступило 11.03.2015

ЛИТЕРАТУРА

1. Loreto F, Centritto M. Leaf carbon assimilation in a water-limited world. - Plant Biosystems,2008, № 1, pp.154-161.

2. Моргун В.В., Киризий Д.А., Шадчина Т.М. Экофизиологические и генетические аспекты адаптации культурных растений к глобальным изменениям климата. - Физиология и биохимия культурных растений (Украина), 2010, т. 42, №1, с. 3-22.

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

4. Драгавцев В.А. К проблеме генетического анализа полигенных количественных признаков растений. - СПб.: ВИР, 2003, 33 с.

5. Абдуллаев А., Эргашев А.Э., Джумаев К.У., Маниязова Н.А., Гиясидинов Б.Б., Каримов Х.Х. Влияние экспериментального моделирования условий почвенной засухи на продуктивность пшеницы. - ДАН РТ, 2011, т. 54, №2, с. 153-157.

Ч.Салимов, А.Эргашев

ТАЪСИРИ КОНСЕНТРАТСИЯИ БАЛАНДИ СО2 ВА ДИГАР ОМИЛ^ОИ СТРЕССИИ ЭКОЛОГИ БА РАСИШ ВА МА^СУЛНОКИИ НАВЪ^ОИ

ГАНДУМИ САХТ

Донишго^и миллииТоцикистон

Дар макола маълумотх,ои тачрибавй оид ба таъсири консентратсияи баланди СО2 ва ди-гар омилх,ои стрессии экологй (хдрорати баланди хдво, хушкии хок) ба расиш ва мах,сулнокии ду навъи гандум оварда шудааст. Нишон дода шудаст, ки хднгоми таъсири консентратсияи баланди СО2 ва дигар омилх,ои экологй кади растании гандум паст шуда, х,осилнокии он кам ме-шавад. Дар асоси та^лили системах,ои физиологию генетикй мутобикшавии растанихр ва

кобилияти чазбкунии ассимилятхо, устуворнокии гуногуни ду навъи гандум ба таъсири консентратсияи баланди СО2 ва дигар омилх,ои экологй мукаррар карда шудааст.

Калима^ои калиди: гандум - расиш- уосилнокй - тацсимоти ассимилятхо - цобилияти цазбкунй -уарорати баланди %аво - хушкии хок - консентратсияи баланди СО2.

J.Salimov, A.Ergashev

THE INFLUENCE OF HIGH CONCENTRATION OF CO2 AND DIFFERENT ECOLOGICAL STRESS FACTORS ON GROWTH AND PRODUCTIVITY OF THE

DURUM WHEAT'S

Tajik National University In this article the results the experimental findings about the effect of high concentration of CO2 and different ecological stress factors (high temperature of air, soil drought) on growth and productivity of wheat an example of two sorts are shown. On the basis of the analysis of physiological and genetic systems of adaptation of plants and attractions assimilates, the various stability of two sorts of wheat to action of high concentration of CO2 and different ecological factors is established.

Key words: wheat - growth - productivity - distribution assimilates - soil drought - high temperature of air - high concentration of CO2.