Действие кремнийорганических соединений на фотосинтетическую активность, урожайность и технологические качества зерновых культур

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

Известия ТСХА, выпуск 2, 2008 год

УДК 631.81.095.337:631.559:633.1

ДЕЙСТВИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ, УРОЖАЙНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Л.Э. ГУНАР, к. б. н.; В.А. КАРАВАЕВ*, д. ф.-м. н.; Р.В. СЫЧЕВ, асп.

Показано непосредственное участие первичных процессов фотосинтеза в продукционном процессе озимой ржи при двух способах обработки фиторегуля-торами. Установлена тесная взаимосвязь между интенсивностью прохождения первичных реакций фотосинтеза и урожайностью озимой ржи. Установлено положительное воздействие кремнийорганических соединений на процесс формирования урожайности и технологические свойства зерна ярового ячменя.

Одним из направлений в создании высокоэффективных фиторегуляторов роста растений является разработка и исследование препаратов природного происхождения, содержащих в своем составе композиции различных биологически активных соединений.

Целью работы явилось изучение воздействия ранее не применяемых на яровом ячмене и озимой ржи стимуляторов роста на основе оксикоричных кислот (циркон), брассиностероидов (эпин) и кремнийорганических соединений (крезивал, мивал), которые, как показывают результаты научных исследований, оказывают влияние на процессы развития растений и их сопротивление различным неблагоприятным воздействиям. Данные о степени воздействия указанных препаратов на первичные процессы фотосинтеза сопоставлялись с биометрическими показателями, величиной урожайности и .показателями технологических свойств зерна.

Методика исследований

Полевые опыты проводили в 20032004 и 2007 гг. в типичных условиях Нечерноземной зоны на базе лаборатории растениеводства РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева по общепринятой агротехнике возделывания. По-вторность опыта — 4-кратная, учетная площадь делянки — 5 м2.

В опытах изучали действие фито-регуляторов на люминесцентные, физиологические и технологические показатели озимой ржи сорта Данков-ская Золотистая и ячменя сорта Михайловский; на ржи применяли предпосевную обработку семян и опрыскивание вегетирующих растений в фазу кущения — начала выхода в трубку, на ячмене — только второй способ. Препараты мивал и крезивал (20032004 гг.) применяли в виде 0,01% растворов, а крезацин (2007 г.) — в виде 1%-го раствора. Действие данных препаратов сопоставляли с действием ра-

* Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет.

нее изученных препаратов на основе оксикоричных кислот (циркон) и брас-синостероидов (эпин) [1, 3]. Для предпосевной обработки использовали эпин (200 мл/т) и циркон (2 мл/т), а при опрыскивании — соответственно 50 и 20 мл/га. Медленную индукцию флуоресценции (МИФ) определяли по методике, описанной в работе [6]. В качестве параметра МИФ использовали отношение (Fm - Ft)/Ft. Ранее было показано, что этот показатель характеризует фотосинтетическую активность растений [2, 8].

Математическую обработку, структурный анализ урожайных данных и анализ качественных показателей проводили согласно ГОСТам.

Результаты и их обсуждение

Как показали результаты опыта, обработка семян ржи фиторегулятора-ми приводила к увеличению значений (Fm - Ft)/Ft МИФ по сравнению с контролем (табл. 1); максимальный эффект наблюдался через 5 недель при применении мивала и крезивала —

соответственно 24 и 36%. Значительное стимулирующее действие препаратов было зарегистрировано и при II отборе проб, наибольший стимулирующий эффект оказывал крезивал.

Стимулирующее действие фиторе-гуляторов, обнаруженное нами по показателю (Fm - Ft)/Ft, характеризующему интенсивность прохождения первичных реакций фотосинтеза, сохранялось достаточно долго (7 недель), что отразилось на продуктивности растений. Достоверное повышение урожайности отмечалось во всех вариантах (табл. 2), при этом оно сопровождалось улучшением показателей, характеризующих структуру урожая. Применение циркона благоприятно отразилось на всех показателях, кроме высоты растений, в этом случае не было выявлено достоверных различий. Единственным препаратом, применение которого способствовало достоверному увеличению высоты растений, был мивал; при его использовании также достоверно повышались все элементы структуры урожая.

Таблица 1

Значения показателя (Fm - Ft)/Ft медленной индукции флуоресценции листьев ржи после обработки фиторегуляторами. Полевой опыт 2003-2004 гг.

Вариант Обработка семян Обработка растений

I отбор

Контроль

Эпин

Циркон

Мивал

Кризевал

0,55

0,68

0,61

0,67

Таблица 2

Урожай и элементы структуры урожая озимой ржи

Вариант

Урожай, ц/га

Высота растения, см

Общая кустистость, шт.

Продуктивная кустистость, шт. Длина главного колоса, см Число колосков в главном колосе, шт. Число зерен в главном колосе, шт. Масса зерна с главного колоса, г Число зерен с растения, шт. Средняя масса зерна с растения, г

, 1,77 7,91 28,27 42,55 1,60 105,98 3,974

2,20 8,48 30,69 45,38 1,73 156,67 5,963

2,28 8,87 32,48 50,26 2,01 160,07 6,404

2,58 9,39 32,53 49,85 2,04 167,49 6,842

0,436 0,591 2,025 4,123 0,159 39,668 1,572

Контроль

Эпин

Циркон

Мивал

НСР05

37,8 43,8 46,6 38,8 1,0

150,93 152,73 153,67 158,77 5,914

1,88 2,39 2,38 3,02, 0,496

Анализ данных, полученных методом МИФ, и урожайных данных позволяет сделать вывод о том, что предпосевная обработка семян всеми использованными в опыте фиторегу-ляторами способствовала повышению интенсивности прохождения первичных процессов фотосинтеза озимой ржи, что обеспечило получение достоверной прибавки урожая.

Обработка вегетирующих растений всеми исследуемыми препаратами также приводила к увеличению фотосинтетической активности на 11-39% (см. табл. 1).

Через одну неделю после обработки (I отбор) достоверных различий в действии препаратов обнаружено не было. Через 3 недели после обработки (II отбор) более заметное стимулирующее действие по сравнению с действием мивала и крезивала оказали эпин и циркон. Следует отметить, что наибольший стимулирующий эффект наблюдался через 3 недели при обра-

ботке растений эпином (39% по сравнению с контролем). В данном опыте обработка вегетирующих растений фи-торегуляторами, так же как и предпосевная обработка семян, стимулировала прохождение первичных реакций фотосинтеза во всех вариантах опыта.

Повышение фотосинтетической активности на протяжении довольно длительного времени способствовало активизации ростовых процессов, что положительно сказалось на урожайности озимой ржи. Достоверные прибавки урожая были получены от применения всех фиторегуляторов (табл. 3).

Предпосевная обработка семян фи-торегуляторами не оказала существенного влияния на качество урожая, лишь в варианте с применением ми-вала значительно снизился показатель число падения. Обработки цирконом и мивалом способствовали достоверному повышению массы 1000 зерен (табл. 4).

При обработке фиторегуляторами вегетирующих растений увеличение

Таблица 3

Урожай и структура урожая озимой ржи

Вариант Урожай, ц/га Высота растения, см Общая кустистость, шт. Продуктивная кустистость, шт. Длина главного колоса, см Число колосков в главном колосе, шт. Число зерен в главном колосе, шт. Масса зерна с главного колоса, г Число зерен с растения, шт. Средняя масса зерна с растения, г

Контроль 33,0 134,07 1,88 1,79 7,16 26,21 37,90 1,48 125,33 4,88

Эпин 37,9 146,39 1,85 1,72 8,52 29,87 45,63 1,75 136,83 5,29

Циркон 38,5 145,64 2,19 2,04 8,90 29,78 48,21 1,92 133,16 5,30

Мивал 39,8 130,99 2,10 2,04 7,47 27,20 56,46 2,25 143,90 5,74

Кризевал 40,9 128,64 1,82 1,78 7,43 27,81' 36,35 1,45 120,97 4,81

НСР05 3,5 22,96 0,38 0,18 0,69 2,65 15,83 0,638 39,81 1,91

Таблица 4 урожайности во всех случаях сопро-

Действие фиторегуляторов на технологические качества зерна озимой ржи

Вариант Число падения Натура, г/л Масса 1000 зерен, г

сек класс

Контроль 229 I 768 37,5

Эпин 239 I 768 38,1

Циркон 166 II 768 40,9

Мивал 213 I 774 40,0

НСР05 22,7 — — 1,1

вождалось значительным снижением показателя число падения и незначительным повышением массы 1000 зерен (табл. 5).

В опыте с ячменем для обработки растений использовали также препарат крезацин (синтетический аналог природных фитогормонов женьшеня и элеутерококка).

Действие фиторегуляторов на ячмень было аналогичным таковому на

Таблица 5 Действие фиторегуляторов на технологические качества зерна озимой ржи

Вариант Число падения Натура, г/л Масса 1000 зерен г

сек класс

Контроль 202 II 772,00 38,94

Эпин 126 III 765,33 38,35

Циркон 158 II 764,67 39,76

Мивал 155 II 766,67 39,80

Кризевал 166 II 764,67 39,81

HCPos 20,1 — — —

озимой ржи: мивал и крезацин способствовали более интенсивному росту и развитию культуры, что проявилось в увеличении ее продуктивности. Об-

работка мивалом привела к повышению урожайности ячменя на 2,8 ц/га, крезацином — на 3,5, их смесью — на 6,3 ц/га по сравнению с контролем. При этом показатели, характеризующие структуру урожая (масса 1000 зерен и число зерен в колосе), увеличились наиболее значительно (табл. 6).

Примененные препараты не оказали существенного воздействия на технологические качества ячменя. Можно отметить положительное действие мивала на показатель выравненность, которое проявилось в увеличении крупной фракции зерна и снижении мелкой. Применение смеси мивала и крезацина также приводило к снижению содержания белка в зерне ячменя (табл. 7).

Таблица 6

Урожайность и структура урожая пивоваренного ячменя, обработанного фиторегуляторами

Вариант Урожай зерна, ц/га Масса 1000 зерен, г Общая кустистость, шт. Продуктивная кустистость, шт. Число зерен в колосе, шт. Масса зерна с колоса, г Число зерен с растения, шт. Масса зерна с растения, г

Контроль 19,0 44,9 1,8 0,9 10,7 0,48 9,4 0,42

Мивал 21,8 45,1 1,7 0,9 11,2 0,50 10,1 0,45

Крезацин 22,5 45,8 1,6 0,8 12,2 0,56 10,5 0,48

Мивал+крезацин 25,3 45,9 1,7 0,9 12,2 0,56 10,8 0,50

HCPos 3,4 0,1 — — 0,1 0,07 0,2 0,30

Таблица 7

Технологические качества пивоваренного ячменя, обработанного фиторегуляторами

Выравненность, Прорастае- На абсолютно сухое

Пленча- Круп- % От- мость, % вещество, % Нату-

Вариант тость, % ность, % 2,8 мм 2,5 мм 2,2 мм ход, % на 3-й день на 5-й день белок крахмал экстрак-тив-ность ра, г/л

Контроль 9,7 89,8 52,2 37,6 9,2 0,9 94,6 96,2 14,3 56,4 76,1 653

Мивал 9,7 90,2 54,3' 35,8 8,8 1,1 96,2 96,2 14,0 56,2 76,1 647

Крезацин 9,7 86,5 47,1 39,4 12,4 0,8 96,0 96,6 13,7 56,4 75,1 653

Мивал+

крезацин 9,8 90,5 50,4 40,1 8,8 1,2 95,8 96,4 13,8 56,6 76,1 652

Заключение

ЛИТЕРАТУРА

Результаты наших исследований показали непосредственное участие первичных реакций фотосинтеза в продукционном процессе озимой ржи при обработке её фиторегуляторами. Нами обнаружена достаточно тесная взаимосвязь между интенсивностью прохождения первичных реакций фотосинтеза и урожайностью. Установлено также, что увеличение урожайности озимой ржи при обработке вегетирующих растений фиторегуляторами сопровождалось некоторым ухудшением качества зерна. Действие фиторегуляторов зависело от их химической принадлежности.

Применение кремнийорганических соединений способствовало усилению ростовых процессов ярового ячменя, что привело к повышению его продуктивности. Наибольшее увеличение урожайности ячменя происходило при применении смеси мивала и крезацина. При этом несколько улучшились технологические качества зерна ячменя, что проявилось в увеличении крупной (2,8 мм) и уменьшении мелкой (2,2 мм) фракций зерна, а также снижении содержания белка.

1. Гунар Л.Э., Мякинъков А.Г., Караваев В.А. и др. Изменения флуоресцентных и физиологических показателей растений ячменя под действием эпина, циркона и гиббереллина // Вестник Московского государственного университета леса (Лесной вестник), 2004. №3 (34). С. 132-136. — 2. Караваев В.А. Нелинейные регуляторные процессы в фотосинтезе высших растений. Автореф. докт. дис. М., 1990. — 3. Малеванная Н.Н. Препарат циркон — иммуномодулятор нового типа. Тез. докл. Применение препарата циркон в производстве сельскохозяйственной продукции. М., 2004. — 4. Малеванная Н.Н. Брассиностероиды — новый класс фитогормонов плейотроп-ного действия // В сб.: Полифункциональность действия брассиностероидов. М., 2007. С. 75-78. — 5. Мякинъков А.Г., Гунар Л.Э., Караваев В.А. и др. Фотосинтетическая активность растений ячменя, обработанных регуляторами роста / Материалы IV международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2005. — 6. Gunar L.,Karavaev V.A.,Mya-kinkov A.G., Solntsev M.K. // Collection of scientific papers, Taculty of Agriculture in Ceske Buclejovice, Series for crop sciences, 2004. V.21. № 2. P. 195-198. — 7. Bajgyz A. // Plant Physiol. Bioch. 45(2), 95-107.— 8. Lazar D. // Biochim Biophys. Acta. 1999. V. 1412. P. 1-28.

Рецензент — д. б. н., проф. Л.А. Дорожкина

SUMMARY

The direct effect of primary photosynthesis processes in winter rye production al process in two ways of phytoregulators treatment has been shown in the article. Close interdependence between primary photosynthesis reactions intensity and winter rye crop capacity has been found. Positive effect of organic silicon compounds on both crop capacity forming process and technological characteristics of spring barley grain is observed.