Агробиологическое обоснование применения биопрепаратов для озимой пшеницы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ТРИБУНА АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

УДК / UDC 633.11 "324":631.5:631.811.98

АГРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ

ДЛЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

AGROBIOLOGICAL SUBSTANTIATION OF BIOLOGICAL PRODUCTS APPLICATION FOR WINTER WHEAT

Горьков A.A., аспирант

Gorkov A.A., Postgraduate Student ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия

Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia E-mail: aleksey555.zbk@gmail.com

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-316-90021 на базе ЦКП «Орловский региональный центр сельскохозяйственной биотехнологии», кафедры биотехнологии ФГБОУ ВО Орловский ГАУ и ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур»

В статье рассмотрены пути повышения устойчивости растений к абиотическим и биотическим факторам, современное состояние развития растениеводства с учетом внедрения новых элементов технологии. Адаптация растений к условиям зимнего периода вызывает многочисленные перестройки в метаболизме растений и связана с их видовыми и сортовыми особенностями. Поврежденные растения замедляют свой рост, опаздывают с созреванием, из-за чего снижается стойкость против болезней, а соответственно и урожайность. Для получения гарантированно высоких урожаев необходимы такие условия и факторы, а также средства защиты, которые бы способствовали росту, развитию озимой пшеницы, связанному с динамикой накопления пластических веществ. В связи с чем, актуальным является применение комплексных биопрепаратов для озимой пшеницы, направленных на повышение выживаемости растения при неблагоприятных факторах зимы и повышающих иммунный статус. Исследования проведены на озимых культурах с целью улучшения физиолого-биохимического состояния в осенне-зимний период. Применение биопрепаратов повышают густоту растений озимой пшеницы на 1м2 в среднем на 10%. Обработка семян озимой пшеницы перед посевом повышает энергию прорастания на 15% и всхожесть на 1016% в зависимости от сорта. Биопрепараты оказывают существенное влияние на формирование элементов структуры урожая. Так, озерненность колоса по вариантам опыта увеличилась в среднем на 7,71%, продуктивность колоса на 11%, масса 1000 зерен на 3,3%. Наибольшая урожайность зерна озимой пшеницы получена у сорта Леонида с применением БП3 - 8,67 т/га, максимальная прибавка урожая составила у твердого сорта Кристелла - 0,87 т/га или 33% при применении БП1 и БП2. Внедрение разработанного приема предпосевной обработки биопрепаратами в сочетании с микроэлементами, опрыскивание всходов гарантирует повышение урожая озимой пшеницы на 5-30%, а также улучшение технологических и посевных качеств семян.

Ключевые слова: озимая пшеница, всхожесть, биопрепараты, урожайность, адаптация, стресс, зимостойкость.

The article discusses ways to increase plant resistance to abiotic and biotic factors, the current state of crop development, taking into account the introduction of new technology elements. Adaptation of plants to the conditions of the winter period causes numerous rearrangements in the metabolism of plants and is associated with their species and varietal characteristics. Damaged plants slow down their growth, they are late with maturation, which reduces resistance to diseases, and, accordingly, productivity. To obtain guaranteed high yields, such conditions and factors, as

well as protective equipment are necessary that would contribute to the growth and development of winter wheat associated with the dynamics of the accumulation of plastic substances. In this connection, it is relevant to use complex biological products for winter wheat, aimed at increasing plant survival with adverse winter factors and increasing the immune status. The studies were conducted on winter crops in order to improve the physiological and biochemical state in the autumn-winter period. The use of biological products increases the density of winter wheat plants by one square meter by an average of 10%. Processing seeds of winter wheat before sowing increases germination energy by 15% and germination by 10-16%, depending on the variety. Biological products have a significant impact on the formation of crop structure elements. Thus, spike grains according to the experimental variants increased on average by 7.71%, spike productivity by 11%, weight of 1000 grains by 3.3%. The highest yield of winter wheat grain was obtained from the Leonid variety using a biological product containing lectins and bioflavonoids -8.67 tons per hectare, the maximum yield increase for the hard variety Kristella was 0.87 tons per hectare or 33% when using biological products with active lectin substances and buckwheat bioflavonoids. The introduction of the developed method of pre-sowing treatment with biological products in combination with microelements, spraying of seedlings guarantees an increase in the yield of winter wheat by 5-30%, as well as an improvement in the technological and sowing qualities of seeds

Key words: winter wheat, germination, biological products, productivity, adaptation, stress, winter hardiness.

Введение. Современное сельскохозяйственное производство нуждается в сортах, как с высокой урожайностью, так и хорошо адаптированных к местным условиям, способных переносить экстремальные условия выращивания.

Анализ механизмов формирования адаптивных реакций растений на гипотермию является одной из фундаментальных проблем современной агрономии. Кроме сельскохозяйственного аспекта, проблема холодо- и морозостойкости имеет большое природно-экологическое значение [1].

Проблема морозостойкости и зимостойкости, а также болезнеустойчивости особенно актуальна в связи с широким использованием озимых растений в сельскохозяйственной практике. Адаптация растений к условиям зимнего периода вызывает многочисленные перестройки в метаболизме растений и связана с их видовыми и сортовыми особенностями. Даже холодоустойчивые формы могут в суровые зимы поредеть или погибнуть. Поврежденные растения замедляют свой рост, опаздывают с созреванием, из-за чего снижается стойкость против болезней, а соответственно и урожайность. Для получения гарантированно высоких урожаев необходимы такие условия и факторы, а также средства защиты, которые бы способствовали росту, развитию озимой пшеницы, связанному с динамикой накопления пластических веществ. В связи с чем, актуальным является применение комплексных биопрепаратов для озимой пшеницы, направленных на повышение выживаемости растения при неблагоприятных факторах зимы и повышающих иммунный статус. Задача известна в науке, но нуждается в новых подходах и методах [2, 3].

Сельское хозяйство сталкивается с серьезными проблемами по обеспечению не только валового сбора урожая, но и высокого качества продукции. Современные элементы технологии возделывания озимой пшеницы, включая способы предпосевной обработки семян, способствуют эффективности растениеводства, тем самым снижая стоимость и повышая качество продуктов питания. Технологические возможности могут предоставить ученым новые подходы к выведению высокоурожайных и более питательных сортов сельскохозяйственных культур, повышению устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям или снижению потребности в удобрениях и других дорогостоящих агрохимикатах [4].

Озимая пшеница не имеет глубокого периода покоя, но способна при низких температурах резко снижать темпы роста и интенсивность физиологических процессов. Во время осеннего периода происходит формирование главных органов, в этот же период растения накапливают вещества способные защищать узел кущения - это сахара, флавоноиды, в том числе антоцианы, пролин, гваякол пероксидаза и другие энергетические и активные компоненты. Поэтому для получения гарантированно высоких урожаев необходимы такие условия и факторы, которые бы способствовали не только росту, но и развитию озимой пшеницы, связанному с динамикой накопления пластических веществ. Установлено, что эти процессы тесно сопряжены с условиями и продолжительностью осеннего роста и развития растений, а также действием факторов абиотической природы. Выживаемость растений при неблагоприятных факторах окружающей среды зависит от устойчивости отдельных органов, например, узла кущения, который во многом определяет перезимовку всего растения [5-7].

В связи с этим актуальным является поиск и разработка биопрепаратов, обеспечивающих регулирование фотосинтеза и фотодыхания, которые позволяют дыхательному аппарату растений помогать формировать развитие органов и реакцию растений на стресс окружающей среды. Митохондриальное дыхание у растений обеспечивает энергию для биосинтеза, а его баланс с фотосинтезом определяет скорость накопления растительной биомассы, качество урожая.

Целью работы является изучение влияния обработки биологическими препаратами семян и посевов на особенности роста, развития озимой пшеницы и качество урожая.

Условия, материалы и методы. Объектами исследований являлись сорта озимой пшеницы: Кристелла, Синева, Гром, Леонида, Скипетр, отличающиеся по зимостойкости (табл. 1). Оценка зимостойкости проводилось по состоянию посевов в баллах по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Максимальный балл имеет сорт Леонида, минимальный Синева.

Таблица 1 - Характеристика сортов по зимостойкости

№ п/п Сорт Зимостойкость, балл

1 Леонида 4,5

2 Скипетр 4

3 Гром 3

4 Кристелла 2

5 Синева 1

Обработка семян осуществлялась путем замачивания в течение 2 часов биопрепаратами (БП) на основе компонентов клеток - лектинов (БП1), биофлавоноидов (БП2), а также микроэлементов и сочетанного действия этих веществ (БП3).

Посев осуществляли на делянках учетной площади 15 м2 селекционной сеялкой СКС-6-10, ширина междурядий 15 см. Норма высева 5 млн. всхожих зерен на гектар.

Почвы опытного поля - тёмно-серые лесные, среднесуглинистые, средне окультуренные. Микрорельеф участка выровненный. Пахотный и метровый слои почвы характеризуются высокой водоудерживающей способностью 118 и 345 мм соответственно. Перед посевом была внесена азофоска (N^15^15) в количестве 150 кг/га. Вторая обработка пшеницы биопрепаратами проводилась опрыскиванием всходов в фазе третьего листа.

Для введения в БП микроэлемента цинка, отвечающего за образование хлорофилла, осуществляли подбор его концентрации для озимой культуры. На основании показателей энергии прорастания и всхожести было выявлено, что в концентрации 10-4моль/л Zn2+• наиболее эффективен. При исследовании влияния кобальта, способствующего усвоению азота в растениях, оптимальной концентрацией является также10-4 моль/л. Введение цинка в БП обосновано тем, что цинк активирует множество ферментов: дегидрогеназы, альдолазы, изомеразы, трансфосфорилазы. Важным компонентом протонной помпы в тонопласте являются неорганические пирофосфатазы (ПФазы). Кроме хорошо известной Мд-зависимой пирофосфатазы (Мд-ПФаза), в листьях существует изозим, активируемый цинком ^п-ПФаза). Добавление кобальта основано на том, что он является важным компонентом нескольких ферментов и коферментов, влияет на рост и метаболизм растений, повышает устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам.

Результаты и обсуждение. У озимой пшеницы в процессе жизненного цикла две фазы - прорастание и кущение происходит осенью. В связи с чем, были рассмотрены некоторые показатели роста через 2 недели после всходов, когда температура окружающей среды составила 5-8°С и через 2 месяца с учетом особенностей данного сезона. На рисунке 1 представлены количество растений на 1 м2 после обработки биопрепаратами.

шт/м2

Гром Леонида Кристелла Скипетр Синева

сорт

■ контроль БП1 БП2 БП3 Рисунок 1 - Влияние биопрепаратов на количество всходов

Густота насаждений опытных и контрольных семян отличалась уже через 8 дней после посева. Под влиянием биопрепаратов происходит увеличение количества растений на 1 м2 при одинаковой норме высева: у сорта Гром на 1013%; Леонида - 22-30%; Кристелла - 22-23%; Синева до 30%.

Применение препаратов способствует увеличению всхожести. При этом их степень воздействия различна и зависит от входящего действующего вещества и его природы происхождения. Максимальный эффект воздействия проявил препарат на основе флавоноидов гречихи. По результатам опыта разница в показателях полевой всхожести опытных и контрольных вариантов составила в среднем по сортам: при использовании БП1 - 12,8%; БП2 - 14,3%; БП3 - 5,6% (рис. 2).

Гром

Кристелла БП1 БП2

Леонида ■ контроль

Рисунок 2 - Влияние биопрепаратов на полевую всхожесть

Скипетр ■ БП3

Синеву

орт

Глубина залегания узла кущения является значимым показателем, оказывающим влияние на перезимовку растений: чем глубже заложен узел кущения, тем выше зимостойкость озимой пшеницы. Исследованиями было выявлено, что обработка пшеницы биопрепаратами изменяет глубину залегания узла в зависимости от зимостойкости сорта (рис. 3). Так, менее устойчивый сорт Синева более отзывчива на обработку, длина его увеличивается на 25-30%; относительно устойчивый сорт Скипетр изменяет данный показатель на 5-10%, на остальные сорта обработка не привела к положительному увеличению данного показателя. На отдельных сортах под влиянием биопрепарата 1 происходит уменьшение глубины залегания узла кущения на 5-10%, остальные препараты на данный показатель этих сортов не оказывают влияние. 3,5 см

Гром

Леонида

Синева сорт

Кристелла Скипетр

■ контроль БП1 БП2 БП3 Рисунок 3 - Расстояние от зерна до узла кущения через 2 недели после всходов (температура окружающей среды 5-8°С, см)

Таким образом, применение биопрепаратов повышает показатели жизнеспособности семян: полевую всхожесть, глубину залегания узла кущения. Также предварительные исследования показывают, что обработка семян озимой пшеницы биопрепаратами способствует более интенсивному накоплению криозащитных соединений отдельными сортами, в результате чего улучшаются механизмы адаптации популяции озимой пшеницы к абиотическим факторам среды, а, следовательно, и улучшается выживаемость растений после перезимовки.

Важнейшим фактором, влияющим на урожайность полевых культур, является густота стояния растений. Она определяется нормой высева семян, их полевой всхожестью, сохранностью растений от посева до уборки урожая; зависит от плодородия почвы, обеспеченности растений влагой, пищей, светом, от сортовых особенностей и других условий. Основными показателями при определении эффективности приемов предпосевной обработки семян, которые воздействуют на густоту стояния растений озимой пшеницы, являются полевая всхожесть и сохранность растений в течение вегетационного периода. Они в немалой степени зависели от стимулирующего действия предпосевных обработок семян на рост растений и повышения продуктивности (табл. 2). Например, число зерен в колосе при обработке БП1 увеличивается у сорта Кристелла с 35,6 шт. до 41,5 (на 16,57%); у сорта Леонида с 38 до 42,8 (на 12,63%); у сорта Синева с 55,5 до 57,2 (на 3,06%); у сорта Скипетр с 40,7 до 42,9 (на 5,4%); у сорта Гром с 33,6 до 33,9 (на 0,89%). Масса 1000 зерен с главного колоса также увеличивается в среднем на 3,3%.

Таблица 2

- Структурный анализ зерна озимой пшеницы

Вариант обработки

Кустистость

Длина колоса

Масса колоса

Число зерен в колосе

Масса зерна

Масса зерна с подгона

Масса 1000 зерен с главного колоса

Сорт Синева

контроль

4,7

11,1

3,18

55,5

2,51

5,89

45,1

1

3,3

10,2

3,28

56,3

2,65

3,64

46,7

6,4

11,0

3,36

57,2

2,66

9,98

46,5

2,6

9,0

2,38

40,4

1,83

1,96

44,4

Сорт Скипетр

контроль

2,8

8,4

2,30

40,7

1.85

2.09

45.5

1

1,9

8,1

2,08

34,7

1,41

1,17

40,6

2,7

9,3

2,56

42,9

2,05

2,36

47,8

8,5

2,49

40,7

2,01

1,14

49,4

Сорт Кристелла

контроль

3,5

4,9

2,15

35,6

1,64

2,72

45,7

1

2,0

4,6

2,02

34,4

1,57

1,12

45,5

4,0

5,4

2,32

41,5

1,82

2,65

43,9

2,6

5,1

1,93

33,2

1,47

1,42

44,2

Сорт Леонида

контроль

3,0

7,8

2,11

38,0

1,67

2,20

43,9

1

2,2

8,4

2,65

41,1

2,12

1,29

51,6

2,7

8,0

2,41

42,8

1,93

1,49

44,2

2,1

8,1

2,41

37,2

1,89

1,22

50,9

контроль 1

3,8 3,0 4,2 3,6

7.2 7,8

7.3 8,0

1,84 1,96 1,82 2,06

Сорт Гром 33,6 34,6 31,9 36,8

1,53 1,62 1,47 1,74

2,17 1,71 2,63 2,25

45,5 46,7

46.2

47.3

Применение препаратов способствует и увеличению длины и массы колоса. При этом высота растения, сухая масса, кустистость снижается. Все это позволило получить дружные всходы весной и прибавку урожая: у сорта Гром на 5%; Леонида на 7%; Кристелла на 22% при применении лектинов. Использование биофлавоноидов позволило получить прибыль урожайности у сортов Гром и Кристелла на 13 и 31% соответственно.

Выводы. Проведенные исследования расширят знания в понимание механизмов зимостойкости озимых зерновых культур. Полученный экспериментальный материал открывает перспективы для дальнейших исследований в области морозостойкости и зимостойкости растений под влиянием биопрепаратов.

Применение биопрепаратов показывает существенное влияние на ростовые и физиологические процессы, повышая устойчивость растений к заморозкам. При этом интенсивность воздействия препаратов на растения зависит от вида препарата, его концентрации, способа их применения кратности обработки. Испытываемые препараты повышают густоту растений озимой пшеницы на 1м2 в среднем на 10%. Обработка семян озимой пшеницы перед посевом повышает энергию прорастания на 15% и всхожесть на 10-16% в зависимости от сорта.

Биопрепараты оказывают существенное влияние на формирование элементов структуры урожая. Так, озерненность колоса по вариантам опыта увеличилась в среднем на 7,71%, продуктивность колоса на 11%, масса 1000 зерен на 3,3%. Наибольшая урожайность зерна озимой пшеницы получена у сорта Леонида с применением БП3 - 8,67 т/га, максимальная прибавка урожая составила у твердого сорта Кристелла - 0,87 т/га или 33% при применении БП1 и БП2.

Внедрение разработанного приема предпосевной обработки биопрепаратами в сочетании с микроэлементами, опрыскивание всходов гарантирует повышение урожая озимой пшеницы на 5-30%, а также улучшение технологических и посевных качеств семян.

Благодарности. Автор выражает признательность научному руководителю проекта заслуженному работнику высшей школы РФ, доктору биологических наук, профессору, зав. кафедрой биотехнологии ФГБОУ ВО Орловский ГАУ Павловской Нинэль Ефимовне.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Физиолого-биохимическое обоснование создания биологических средств защиты растений от болезней и вредителей: монография / Н.Е. Павловская, В. И. Зотиков, И.Н. Гагарина [и др.]. Орел: Изд-во ГНУ ВНИИЗБК, 2013. 188 с.

2. Биологическая роль лектинов в формировании иммунитета яровой пшеницы / И.В. Горькова, И.Н. Гагарина, А.Ю. Гаврилова, Е.В. Костромичева, A.A. Горьков // Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству. Орел, 2014. С. 209212.

3. Структурно-функциональная реорганизация фотосинтетического аппарата растений пшеницы при холодовой адаптации / Ю.В. Венжик, А.Ф. Титов, В. В. Таланова, В. А. Мирославов, Н.К. Котеева // Цитология. 2012. Т. 54. С. 916-924.

4. Прудникова Е.Г. Биотехнологический подход к созданию и использованию биологически активных веществ в сельском хозяйстве // Научные исследования - сельскохозяйственному производству: материалы Международной научно-практической Интернет-конференции. 2017. С. 112-118.

5. Биофлавоноиды соломы гречихи в создании средств защиты сельскохозяйственных растений / Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.Н. Гагарина, А.Ю. Гаврилова, К.Н. Козявина, Е.Г. Прудникова // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: Естественные, технические и медицинские науки.2014. № 3. С. 174-176.

6. Гагарина И.Н., Горькова И.В., Костромичева Е.В. Влияние лектинов зернобобовых культур на урожайные качества пшеницы яровой // Актуальные вопросы развития аграрной науки в современных экономических условиях: материалы IV-ой Международной научно-практической конференции молодых учёных. 2015. С. 36-38.

7. Павловская Н.Е. Гагарина И.Н., Горькова И.В. Производство ингибиторов протеиназ и лектинов из сельскохозяйственных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2017. № 1. С. 33-38.