CC BY
400
УДК 633.11 577.118
А. Н. Гундарева Астраханский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ЗЛАКОВЫХ РАСТЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ПШЕНИЦЫ)
Долгое время считалось, что для нормального роста и развития растений помимо так называемых «органогенов» - углерода, водорода, кислорода и азота - необходимы только шесть минеральных, или зольных, элементов: фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо.
В дальнейшем была обоснована необходимость для роста растений помимо указанных десяти еще целого ряда микроэлементов. К ним в первую очередь относятся бор, марганец, цинк, медь и молибден.
С помощью микроэлементов, используемых в качестве биостимуляторов роста и развития злаковых растений с учетом мест их произрастания и физиологических потребностей, можно значительно увеличить урожайность злаковых, в частности пшеницы.
Микроэлементы содержатся в растениях в незначительных количествах. Однако недостаток, как и избыток многих микроэлементов, вызывает, неблагоприятные последствия для роста и продуктивности растений, что сказывается на обеспечении человека и животных полноценным питанием определенного качественного состава. В связи с этим проблема снабжения растений микроэлементами все больше приобретает общебиологическое значение.
Целью нашей работы стало исследование влияния меди, марганца и цинка на рост и развитие злаковых культур на примере пшеницы.
Материал и методы
Опыты проводили при постоянной температуре воздуха. Всего было посажено 250 семян. Растения обрабатывали растворами сернокислой меди, марганца и цинка в концентрации 0,1 г/л по металлу. Отбор проб осуществляли по мере вступления растений в новую фазу развития.
Микроэлементы определяли методом атомно-абсорбционного анализа на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Нй^Ы 180-50». Метод основан на количественном анализе по спектрам поглощения, находящимся в определённой функциональной зависимости между концентрацией элемента в поглощающем слое и одним из параметров, характеризующим линию поглощения.
У пшеницы имеются критические точки роста и развития, когда она особенно сильно нуждается в микроэлементах. Растения могут иметь не один, а два или несколько критических периодов, связанных с их потребностью в том или ином химическом элементе. Если одним из критических периодов являются ранние этапы роста, то очень перспективным оказывается метод предпосевной обработки семян в растворах микроэлементов. Если же таких периода два - один на более раннем этапе развития, другой на
более позднем, - то наиболее эффективным может оказаться сочетание метода предпосевной обработки семян и внекорневого питания этим элементом. Нам удалось проследить рост и развитие растения до фазы колошения. За это время был выявлен один критический период в развитии пшеницы, когда она нуждается в меди и цинке - фаза кущения. Эта фаза характеризуется закладкой и развитием вегетативных органов: побегов (придаточных корней и боковых побегов), а также узла кущения. Заключительный этап фазы всходов - это критический период в развитии пшеницы, когда растение нуждается в повышенном содержании марганца в почве. Этот период наблюдался на 8 день опыта.
Количество микроэлементов, потребляемых растением на определенной стадии развития, объясняется фазами вегетации выращиваемой пшеницы. Первые отборы проб (в 1, 3 и 4 день после обработки семян микроэлементами) состоялись на фазе всходов, когда развитие проростков пшеницы происходит за счет использования запасных питательных веществ эндосперма, а также необходимой почвенной влаги для превращения их в усвояемую форму. Вероятно, поэтому на этой стадии проросток не нуждается в дополнительной подкормке микроэлементами. На 4 день у всходов появились корешки, благодаря которым растение смогло усваивать из среды все необходимые компоненты. С этого момента начинается постепенное увеличение концентрации в растении изучаемых микроэлементов. До образования корешков большая часть микроэлементов поглощалась пшеницей в основном из эндосперма. С появлением корней питание развивающегося растения в основном происходит за счет минеральных и органических веществ почвы.
Через несколько дней после всходов растения пшеницы образуют 3-4 листа. С этого момента рост стебля и листьев замедляется и начинается фаза кущения. Процесс кущения представляет собой образование побегов из подземных стеблевых узлов. Эта фаза приходится на 17 день опыта. В процессе роста и развития растение начинает поглощать микроэлементы из почвы все в большем количестве. Это объясняется возрастающими потребностями растения, которые связаны с интенсификацией роста, повышенной активностью обменных процессов и фотосинтеза.
На 17 день после отбора проб растение было помещено в неблагоприятные условия (прекращен полив, укорочен световой день и т. д.), т. е. было нарушено его полноценное развитие. Последние пробы были отобраны на 54 день, когда растение вступило в фазу выхода в трубку. Эта фаза характеризуется удлинением междоузлий главного побега. Если фаза кущения заключается в образовании новых морфологических единиц (придаточных корней, боковых побегов) и сопровождается замедлением роста стебля и листьев, то фаза выхода в трубку сопровождается активными ростовыми процессами. На фазе кущения развивается узел кущения - своеобразная кладовая растения, где накапливается основное количество питательных веществ, главным образом углеводов. Установлено, что гибель узлов кущения неизбежно приводит к гибели всего растения [1], поэтому на этой фазе так важно, чтобы растение получало достаточное количество необходимых веществ из окружающей среды. Фаза выхода в трубку обычно сопровождается снижением количества исследуемых микроэлементов.
Применение сернокислой меди в концентрации 0,1 мг/л меди привело к интенсификации роста растения на всех стадиях развития по сравнению с контролем и составило примерно 9 % к концу опыта. На фазе всходов (первые три точки отбора проб) развитие проростков пшеницы происходит за счет питательных веществ эндосперма.
На 4 день у пшеницы появились корешки, и с этого момента до 8 дня опытная пшеница прибавила в росте на 3 см больше, чем контрольная. Высота пшеницы резко увеличивается на 17 и 54 день. Контрольное растение вырастает за этот период времени на 23 см, а опытное - на 29 см. Такой большой скачок в росте можно объяснить тем, что на 17 день приходится фаза кущения, которая характеризуется замедлением темпов роста, а последующая фаза - выхода в трубку - активными ростовыми процессами. Таким образом, сернокислая медь в концентрации 0,1 мг/л меди оказывает положительное влияние на интенсивность роста развивающейся пшеницы. Таким образом, с появлением корешков развивающаяся пшеница начинает усиленно поглощать микроэлементы из окружающей среды, что подтверждается увеличением концентрации микроэлементов в изучаемом растении.
Под действием сернокислой меди наблюдается не только активный рост пшеницы, но и интенсивное развитие новых вегетативных органов -корней, листьев, междоузлий. Появление корешков и первых листьев в контрольной пшенице происходило позже, чем в опыте. Даже если появление корешков происходило одновременно и в контрольных, и в опытных образцах, то затем в опытных образцах развитие корневой системы шло несколько быстрее. Так, на 5 день опыта в пробе, обработанной сернокислой медью, у растений было по 4-5 корешков, а в контрольной пробе -по 3-4. Когда появились листья, то их размеры в опытных и контрольных пробах отличались примерно на 1 см в пользу опытных образцов. Все это свидетельствует о том, что подкормка растений микроэлементами обеспечивает ускорение их роста и развития. Такой эффект достигается за счет специфического значения микроэлементов для жизни растения: они входят в состав большого количества ферментов, тем самым активируя процессы дыхания и фотосинтеза.
Для того чтобы лучше проанализировать динамику накопления микроэлементов в пшенице под воздействием сернокислой меди, марганца и цинка в концентрации 0,1 мг/л по металлу, необходимо рассмотреть содержание этих микроэлементов в контрольной пробе (табл.).
Содержание микроэлементов в развивающейся пшенице в контрольной пробе, мг/кг сухого вещества
Сутки после обработки Медь Марганец Цинк
1 5,60 25,30 14,29
3 3,36 13,9 10,49
4 0,79 12,40 8,39
8 1,59 29,10 16,52
17 3,98 21,50 22,89
54 3,15 41,20 22,01
Из таблицы видно, что содержание меди в растениях в первый день выше, чем в последующие дни - 5,6 мг/кг. Затем концентрация меди резко уменьшается до 0,79 мг/кг, а с 8 дня происходит увеличение ее содержания, но количество этого элемента все же не достигает первоначального значения. По аналогичной схеме идет накопление цинка. Динамика марганца в развивающейся пшенице несколько отлична от цинка и меди. Здесь можно отметить его высокое содержание на 8 день, после чего идет спад, а на 54 день наблюдается самое высокое содержание марганца - 41,2 мг/кг.
В контрольной пробе изучаемые микроэлементы в развивающейся пшенице располагаются следующим образом: Мп > 2п > Си. Под действием солей металлов происходит их перераспределение на фазе кущения и выхода в трубку: 2п > Мп > Си. Это говорит о том, что соли металлов выступают в роли антагонистов в отношении марганца и вытесняют его на 2 место после цинка.
Во всех исследуемых пробах по меди и цинку наблюдается следующая тенденция: содержание элементов возрастает, достигая своего максимума на фазе кущения, после чего оно начинает уменьшаться. Для марганца выявлены такие закономерности: как в контрольных, так и в опытных образцах в наибольшей степени он накапливается на фазе всходов и выхода в трубку.
Как отмечалось ранее, эти дни являются критическими периодами в развитии растений, подтверждение этого - резкое увеличение концентрации всех элементов в этот период примерно в 2 раза.
Интенсивность поглощения элементов растением усиливается при подкормке растений сернокислой медью и снижается при обработке сернокислым цинком. При этом скорость роста и развития растения в пробах, обрабатываемых солями металлов, была выше, чем в контроле.
Заключение
Растение извлекает нужный ему элемент из почвы избирательно. Это зависит от потребности растения в данном микроэлементе и от его доступности, которая определяется формой его нахождения в почве. Регуляция форм подвижности микроэлементов в почве может быть очень полезна в сельском хозяйстве, потому как недостаток этих веществ ведет к задержке роста растения, влияет на урожайность и может привести к гибели растения. Избыток же может дать нежелательный эффект и привести к интоксикации растения.
В Астраханской области посевы пшеницы производятся в основном на аллювиальных дерновых почвах. Они характеризуются высоким содержанием подвижной меди - 1,56 мг/кг. Для того чтобы избыток меди не сказался негативно на растении, можно привнести в почву фосфаты, понижающие доступность меди для растений. На песчаных слабогумусирован-ных почвах наблюдается недостаток цинка, поэтому цинк, связанный чаще всего с органическим веществом, можно перевести в более подвижное состояние, обеспечив растению оптимальный уровень питания этим элементом.
Применение сернокислых марганца, цинка и меди, а также своевременное высвобождение этих микроэлементов из недоступной для растения формы или, наоборот, их связывание при их избыточном содержании в почве могут оказать положительное воздействие на рост и развитие злаковых культур, их урожайность и качество продукции. Если на ранних этапах развития злаковые могут обойтись без дополнительных микроэлементов и им хватает собственных запасов, то в фазе кущения они нуждаются в увеличении в почве концентрации этих микроэлементов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ 1. Морару С. А. Озимая пшеница. - Минск: Наука и техника, 1990. - 328 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06, в окончательном варианте - 20.04.06
THE INFLUENCE OF MICROELEMENTS ON THE GROWTH AND THE DEVELOPMENT OF GRAIN PLANTS (ON THE EXAMPLE OF THE WHEAT)
A. N. Gundareva
The influence of copper, manganese and zinc on the growth and the development of the wheat is investigated in the paper. It is established that the application of sulfuric copper, manganese and zinc at the wheat growing has a positive influence on its growth, development, productivity and the quality of production.
