ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОДУКТИВНОСТИ ЯЧМЕНЯ
НА СЕВЕРЕ
д.б.н. Т. Головко
Г. Табаленкова
Научные интересы: физиология и биохимия растений, продуктивность растений Целевой республиканской программой "Развитие агропромышленного комплекса Республики Коми на 2001-2005 гг." намечено восстановление посевных площадей в целом и резкое (в 2.5 раза) увеличение посевов зерновых. Расширение зернового хозяйства крайне необходимо для обеспечения животноводства и птицеводства собственными высокоэнергетическими кормами. Для разработки стратегии северного растениеводства большое значение имеет познание закономерностей продукционного процесса различных культур и выявление наиболее общих физиологических реакций растений в холодном климате. Многолетними исследованиями нами установлены особенности жизнедеятельности растений в северных широтах. Им свойственны: широкий диапазон варьирования скорости СО2-газообмена при изменении температурных и световых условий; сравнительно низкий температурный оптимум фотосинтеза (10-20 °С); повышенное содержание фотосинтетических пигментов; продолжительный рост листовой поверхности и увеличение дыхательных трат на ее формирование и поддержание; распределение значительной части ассимилятов в вегетативные органы; повышенная гиббереллиновая активность, усиливающая рост вегетативной сферы и замедляющая переход растений к репродукции; снижение интенсивности биосинтезов, сдвиг метаболизма в сторону уменьшения накопления высокомолекулярных азотистых и фосфороорганических соединений – компонентов энергетического обмена [1]. Указанные свойства способствуют накоплению урожая кормовых трав, но ограничивают продуктивность культур, возделываемых для получения семян, плодов и клубней. Следовательно, оптимизированные к условиям Севера экотипы должны отличаться мощным фотосинтетическим аппаратом и быстрым ростом листовой поверхности, более ранним переходом к формированию репродуктивных и запасающих органов, усиленным распределением в них продуктов фотосинтеза и превращением ассимилятов в высокополимерные соединения. По этим критериям мы оценивали важную зерновую культуру – ячмень. Следует отметить, что ячмень возделывался на территории республики с давних времен. Первые сведения относятся к VII-IX вв. н. э. В 1851 г. И.А. Михайлов писал, что зыряне Усть-Сысольского уезда сеяли преимущественно ячмень и рожь, затем лен, коноплю, овес и отчасти пшеницу [2]. В отчетах Печорской опытной станции имеются данные о том, что ячмень созревал даже в условиях приполярного севера и давал неплохие урожаи (в среднем 15 ц/га). По данным П.В. Порначева, исследовавшего в 1947-1950 гг. более 150 образцов стародавних местных ячменей, их урожайность достигала 30 ц/га [2]. В 50-70-х годах в республике были районированы сорта Винер, Машин, Полярный 14, Отра, Северный, в 80-90-х – сорта Неван и Дина. В настоящее время в НИИСХ Северо-Востока (с которым мы тесно сотрудничаем и выполняем совмест-ный межрегиональный проект по изучению и рациональному использованию биологических ресурсов европейского Северо-Востока в продовольственном комплексе) введен целый спектр новых скороспелых ячменей, позволяющих существенно расширить набор сортов для использования в сельскохозяйственном производстве Республики Коми. Целью работы было изучить физиолого-биохимические особенности пяти сортов, определить их продукционную способность и адаптированность к местным условиям. Для этого исследовали показатели роста и развития, фотосинтетическую деятельность и метаболические свойства растений, а также эффективность действия некоторых биологически активных препаратов. Мелкоделяночные опыты закладывали в течение двух лет на Биологической станции Коми НЦ УрО РАН, производственные испытания проводили в 2000 г. на полях агрошколы-интерната им. А.А. Католикова. Изучаемые сорта ячменя формировали в 2-3 раза меньшую листовую поверхность (табл. 1), чем стародавний экстенсивный сорт Машин [4]. Однако фотосинтетическая деятельность листьев определяется не только их размерами, но и функциональной активностью. Информацию о состоянии и активности фотосинтетического аппарата дают исследования скорости ассимиляции СО2. Определения показали, что при насыщающей освещенности скорость фотосинтеза листьев достигала довольно высоких величин – 25-30 мг СО2/дм2.ч. В более благоприятном по погодным условиям 1999 г. максимальные значения фотосинтеза были на 15-25 % выше, чем в сухом и теплом 2000 г. Зона температурного оптимума фотосинтеза находилась в пределах 12-23 °С (см. рисунок). Характер температурной зависимости фотосинтеза свидетельствует об адаптированности данных сортов к умеренным температурам. Тот факт, что для роста ячменя предпочтительны умеренные температуры подтверждается и результатами микрокалореспирометрического изучения растений. Важное значение для продуктивности имеет хлорофилльный потенциал растений. У новых сортов ячменя, наряду с листьями, существенный вклад в валовое содержание хлорофилла дают стебли и колосья. Полученные результаты показали, что доля стеблей в хлорофилльном фотосинтетическом потенциале составляла 50, колоса – 20, листьев – 35 %. Это в определенной мере компенсирует сравнительно небольшую площадь листьев, а в репродуктивный период обеспечивает ассимиляционную активность растений. Суммарное содержание хлорофилла в растении может быть использовано при характеристике потенциальной продуктивности отдельных растений и посева. В целом, по показателям СО2-газообмена, накоплению и использованию азота и углерода, исследованные сорта ячменя можно отнести к группе растений с высоким уровнем метаболической активности, а следовательно к интенсивному типу. В мелкоделяночных опытах общая продуктивность сухой массы варьировала в пределах 65-100 ц/га, а урожай зерна составлял 30-40 ц/га. Следует отметить, что такие показатели продуктивности были достигнуты при сравнительно умеренных значениях листового индекса (1.0-1.5 м2/м2). В производственных опытах в Межадоре урожай зерна был ниже (22-27 ц/га), в значительной мере потому, что легкие супесчаные почвы в засушливом 2000 г. не обеспечили необходимого запаса влаги. Важно отметить значение оптимизации густоты ценоза. Разреженные и загущенные агроценозы почти не отличались по продуктивности (табл. 2). Низкая густота стояния растений компенсировалась повышенным побегообразованием и формированием большей листовой поверх-ности. Кроме того, в разреженном посеве отмечали улучшение показателей структуры урожая: повышение массы и числа зерен в колосе на главном побеге. Снижение нормы высева при сохранении урожайности позволяет получить существенный экономический эффект. Физиологам известно множество препаратов, проявляющих рострегулирующую активность. Учитывая биологические свойства изученных сортов ячменя, в качестве препаратов для повышения устойчивости растений к условиям среды и улучшению питания азотом мы выбрали, соответственно, янтарную кислоту и ризоагрин. Янтарная кислота (ЯК) – сравнительно дешевый препарат отечественного производства (г. Казань). В последние годы интерес к ЯК значительно возрос благодаря развитию работ по созданию синтетических аналогов янтарной кислоты, обеспечивающих возможность широкого использования в сельскохозяйственном производстве. Особенно перспективно использование ЯК в составе инкрустирующих смесей для предпосевной обработки семян. Однако действие ЯК на рост, развитие и продуктивность зерновых культур практически не изучено. Ризоагрин – препарат, созданный во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии на основе высокоэффективного штамма ассоциативных азотфиксирующих бактерий, применяемых для инокуляции злаковых культур. Использование биопрепаратов увеличивает не только продуктивность растений, но и оказывает положительное влияние на качество продукции, повышая в зависимости от культуры содержание в ней протеина, крахмала, сахаров и витаминов [3]. Результаты испытаний эффективности биостимуляторов роста на растениях ячменя показали, что обработка семян способствовала улучшению роста и развития растений, повышению побегообразования и общей продуктивности. Под влиянием препаратов увеличивалась высота растений и величина листовой по-верхности. Обработка семян ЯК и ризоагрином усиливала синтез фотосинтетических пигментов. Их содержание увеличилось на 12-23 %. Ризоагрин снижал дыхательную активность растений. Интенсивные ростовые процессы при обработке семян ризоагрином в большей степени обеспечивали накопление общей сухой биомассы, которая составила в опыте 1419-1700, в контроле – 715-988 г/м2. Янтарная кислота оказывала значительное влияние на зерновую продуктивность (табл. 3). Положительное влияние препараты оказывали на элементы структуры урожая: повышались количество и масса зерен в колосе, масса 1000 семян, что привело к увеличению урожая зерна в опыте с ризоагрином на 1.1-2.7 ц/га, а с ЯК – на 6.6 ц/га. Полученные результаты показали целесообразность применения ЯК при выращивании ячменя на зерно, а ризоагрина – на зеленую массу. Итак, в результате проведенной работы выявлены физиолого-биохимические особенности новых интенсивных сортов ячменя и показана их перспективность для расширения зернового хозяйства республики. По нашему мнению, целесообразно продолжить исследования, чтобы подтвердить сделанные выводы с учетом погодных и эдафических условий, отработать элементы управления продукционным процессом на основе применения ростовых регуляторов и оптимизации норм высева семян. ЛИТЕРАТУРА 1. Головко Т.К. Эколого-физиологические факторы продуктивности культурных растений в холодном климате // Агробиологические ресурсы Республики Коми и их рациональное использование. Сыктывкар, 1999. С. 56-60. 2. Порначев П.В. Местные ячмени Коми АССР и их особенности // Сельское хозяйство Коми АССР. М., 1951. С. 103-108. 3. Тихонович И.А. Создание высокоэффективных микробно-растительных систем // Сельскохозяйственная биология, 2000. № 1. С. 28-33. 4. Физиология и биохимия культурных растений на Севере / Под ред. П.П. Вавилова. Л., 1976. 120 с.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3130 посещений с 31.12.2001 |