CC BY
22УДК 633.11.004.12 321:631.811.1
КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ФИТОРЕГУЛЯТОРОВ
Н.Н. Новиков, д.б.н., А.А. Жарихина, РГАУ-МСХА
В опытах с мягкой яровой пшеницей, проведенных на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, установлено, что при повышении уровня азотного питания пшеницы увеличиваются стекловидность и натура зерна, масса 1000 зёрен, содержание в зерне клейковины, но возрастает активность а-амилаз и ухудшаются реологические свойства клейковины. Некорневая азотная подкормка пшеницы в фазе начала формирования зерна увеличивает накопление в нём клейковины и снижает активность а-амилаз. Выявлено положительное действие на технологические свойства зерна фито-регуляторов Эпин-экстра и Альбита при их применении в фазе колошения.
Ключевые слова: мягкая яровая пшеница, оптимизация азотного питания, фиторегуляторы, качество зерна, активность амилаз.
Главные факторы снижения качества зерна пшеницы при её выращивании в Нечернозёмной зоне - неблагоприятные гидротермические условия во время созревания зерна и недостаточное питание растений азотом. При влажной и прохладной погоде зерно формируется с низким содержанием белков и клейковины, ухудшаются реологические свойства клейковины, возможно «стекание» и скрытое прорастание зерна. Высокие температуры и засуха в период налива зерновок инициируют раннее прекращение оттока веществ из листьев, что может стать причиной щуплости и ухудшения технологических свойств зерна пшеницы [1, 5, 7, 12].
В опытах по изучению действия удобрений на урожайность и качество зерна хлебопекарной пшеницы установлено, что для формирования высококачественного зерна с улучшенными технологическими свойствами необходим такой режим питания растений, при котором достигается оптимальное соотношение азота с фосфором и калием. При дефиците азота понижаются как продуктивность растений, так и накопление в зерновках запасных белков [6, 7, 11, 13, 14].
Исследованиями многих авторов показано, что на формирование урожая пшеницы существенно влияют фиторегуля-торы, которые вызывают интенсификацию физиолого-биохимических процессов в вегетирующих растениях и созревающем зерне [4, 8, 10]. Однако действие фиторегуляторов на формирование качества зерна пшеницы изучено недостаточно. Выявлен небольшой набор регуляторных веществ и не определена специфика их действия на растения с учётом гидротермических условий года, а также режима питания растений.
Цель наших исследований - изучение действия факторов внешней среды, уровня азотного питания растений и фиторе-гуляторов на формирование урожая и качества зерна мягкой яровой пшеницы в условиях Центрального района Нечернозёмной зоны.
Методика. Мелкоделяночные опыты с мягкой яровой пшеницей сорта Иволга проводили на полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева в 2010-2011 гг. Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесугли-нистая, содержание гумуса - 2,4-2,5 %, Р2О5 (по Кирсанову) - 22, К2О (по Масловой) - 16 мг/100 г почвы, рНсол. 5,8. Площадь делянок 1 м2, повторность опыта пятикратная, норма высева - 5,5 млн всхожих семян на 1 га. Схема опыта по изучению азотного питания пшеницы включала следующие варианты: 1 - без внесения азота (Р20К20); 2 - N60; 3 - N90; 4 -N120; 5 - N150; 6 - N120 + N30 (некорневая подкормка); 7 - N150 + N30 (некорневая подкормка). Основную дозу азота вносили до посева в виде аммиачной селитры, некорневую азотную подкормку пшеницы проводили раствором мочевины в фазе начала формирования зерна.
На фоне внесения дозы азота 150 кг/га изучали действие фиторегуляторов Альбит, Эпин-экстра, Новосил и Рибав-экстра. Обработку растений пшеницы фиторегуляторами проводили в фазе колошения при следующих концентрациях рабочего раствора: Эпин - 0,003, Рибав - 0,01, Альбит - 0,003, Новосил - 0,006 мл/л; расход рабочего раствора - 30 мл/м2.
Оценку технологических показателей зерна осуществляли стандартными методами [2]. Состав белков изучали фракционированием по Осборну, активность амилолитических ферментов - методом йодкрахмальной пробы [9]. Для диагностики азотного питания растений в соке листьев определяли концентрацию свободных аминокислот [7]. Диагностику проводили с использованием пробы вегетативной массы, которая включала второй лист сверху, взятый с главных побегов растений в фазе выхода в трубку при образовании первого стеблевого узла. Статистическую обработку экспериментального материала выполняли по Б.А. Доспехову [3] с использованием компьютерных программ в модификации информационно-вычислительного центра РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева.
Результаты исследований и их обсуждение. В острозасушливом 2010 г. растения пшеницы подверглись действию не только сильного вододефицитного стресса, но и экстремально высоких температур во время созревания зерна, поэтому сбор зерна был невысоким - 134-256 гЛм\ Однако даже в таких условиях наблюдалось положительное действие азота, внесённого до посева. При увеличении дозы азота до 150 кг/га наблюдалось существенное повышение продуктивности растений с 134 до 236 г/м2 (табл. 1). В результате прибавка урожая от максимальной дозы азота составляла 76 % по отношению к контролю (без внесения азота). Поздняя некорневая азотная подкормка не влияла на продуктивность растений пшеницы.
1. Зерновая продуктивность, физико-химические свойства зерна и концентрация аминокислот в соке листьев пшеницы
Вариант опыта Урожай зерна, Стекловидность, Натура, Масса 1000 Сырая клей- ИДК, ст. Концентрация аминокислот в соке
г/м2 % г/л Зёрен, г ковина,% ед. листьев, ед. оптическои плотности
Без внесения азота 134/201 82/80 661/710 26,8/ 25,7/24,4 70/70 0,73/0,64
N60 157/210 85/83 673/721 27,2/30,5 25,9/25,3 73/70 0,65/0,60
N90 175/254 86/80 682/731 28,5/33,7 27,6/25,8 78/65 0,59/0,53
N120 210/281 87/86 694/728 28,4/36,1 28,5/27,1 78/70 0,56/0,50
N150 236/296 92/85 708/748 30,7/38,4 30,0/27,8 80/75 0,53/0,50
N120+ N30 в подк. 215/285 87/83 702/738 28,6/35,5 31,8/29,7 80/75 -
N150+ N30 в подк. 240/283 90/87 707/751 29,7/38,2 33,5/30,5 81/75 -
^50+Альбит 247/302 88/87 715/750 30,7/38,5 29,2/27,8 80/75 -
^о+Рибав 243/315 87/86 710/752 29,5/38,8 30,1/28,3 80/80 -
М150+Эпин 256/310 85/83 718/754 29,8/38,2 28,6/28,0 73/70 -
М150+Новосил 230/295 88/85 707/748 30,5/38,1 30,0/27,5 80/80 -
НСР05 14/15 5/5 5/5 2,2/2,1 2/2 5/5 -
Примечание. В числителе данные за 2010 г., в знаменателе — за 2011 г.
Хотя фиторегуляторы применяли в фазе колошения для воздействия на физиолого-биохимические процессы в созревающем зерне, связанные с формированием его качества, получена существенная прибавка урожая пшеницы от применения фиторегулятора Эпин-экстра. Положительное действие этого регулятора связано, очевидно, с его влиянием на функционирование клеточных мембран растений, в результате чего повышается их устойчивость к вододефицитному и высокотемпературному стрессам.
При увеличении дозы азота повышаются стекловидность и натура зерна, масса 1000 зёрен, возрастает содержание клейковины, но наблюдается некоторое ухудшение реологических свойств клейковины (увеличение показателя ИДК). В варианте с дозой азота 150 кг/га по сравнению с контролем (без внесения азота) стекловидность зерна увеличивается на 10%, натура - на 47 г/л, масса 1000 зёрен - на 3,9 г, содержание сырой клейковины - на 4,3%, однако наблюдается ослабление клейковины на 10 единиц ИДК. Зерно с содержанием сырой клейковины более 28% (отвечает требованиям к сильной пшенице) сформировалось при дозах азота 150 и 120 кг/га. Однако качество клейковины (II группа) не отвечало требованиям к сильной пшенице.
Некорневая азотная подкормка в фазе начала формирования зерна не оказала существенного влияния на стекловид-ность и натуру зерна, а также на массу 1000 зёрен, но повышала содержание в зерне сырой клейковины на 3,3-3,5% без изменения её реологических свойств. Альбит несколько увеличивал натуру зерна, Эпин-экстра понижал стекловидность, но увеличивал натуру зерна и улучшал реологические свойства клейковины, переводя её в I группу качества.
В более благоприятном по погодным условиям 2011 г. сбор зерна в опыте превышал показатели 2010 г. в среднем на 30 %. Увеличение дозы азота до 150 кг/га обеспечило существенное повышение продуктивности растений пшеницы с 201 до 296 г/м2, при этом прибавка урожая составляла 47 %. Поздняя некорневая азотная подкормка, как и в опыте 2010 г., существенно не влияла на продуктивность растений пшеницы. В условиях вегетации 2011 г. отмечено слабое действие на продуктивность пшеницы фиторегулятора Эпин-экстра и более сильное действие Рибав-экстра.
При повышении уровня азотного питания в опыте 2011 г. увеличились стекловидность (на 5-6%), натура зерна (на 38 г/л), масса 1000 зёрен (на 9,9%), содержание сырой клейковины (на 3,4%); ослабление клейковины было минимальным - 5 ед. ИДК. Во всех вариантах опыта сформировалась клейковина I и II групп качества. Под влиянием поздней некорневой подкормки существенно не изменялись стекловидность и натура зерна, масса 1000 зёрен; содержание сырой клейковины повышалось на 2,6-2,7% без существенного изменения её реологических свойств. Под действием фиторегуляторов Ри-бав-экстра и Новосил отмечалось небольшое ослабление клейковины, а под влиянием Эпин-экстра - увеличение натуры зерна и укрепление клейковины.
Увеличение дозы азота, вносимого до посева, повышало уровень а-амилазной активности в зерне, что отрицательно влияло на хлебопекарные свойства зерна. Особенно заметно это было в варианте с дозой азота 150 кг/га (табл. 2). При некорневой азотной подкормке пшеницы мочевиной существенно снижалась активность а-амилаз за счёт некоторого увеличения в-амилазной активности, которое обычно не вызывает ухудшения хлебопекарных свойств зерна. Понижение уровня а-амилазной активности в зерне пшеницы отмечалось также в варианте с применением Альбита.
2. Активность амилаз в зерне пшеницы, мг гидролизованного _крахмала/мг белка за 1 час ( 2010 г.)_
Вариант опыта Активность а-амилаза в-амилаза
Общая амилаз а- амилаз в- амилаз % от общей активности
Без внес. азота 20,2 1,3 18,9 6,4 93,5
N60 21,7 1,5 20,2 6,9 93,0
N90 20,6 1,9 18,7 9,2 90,7
N120 23,8 2,1 21,7 8,8 91,1
N150 24,5 3,4 21,1 13,8 86,1
N120+ N30 в подк. 24,7 1,1 23,6 4,4 95,5
N150+ N30 в подк. 25,8 1,5 24,3 5,8 94,1
^50+Альбит 24,4 2,3 22,1 9,4 90,5
ЭД50+Рибав 24,7 2,8 21,9 11,3 88,6
^50+Эпин 23,9 3,2 20,7 13,3 86,6
^50+Новосил 24,5 2,8 21,7 11,4 88,5
НСР05 0,6 - - - -
Для отработки нового способа диагностики азотного питания и прогнозирования величины и качества урожая зерна пшеницы [7] в соке листьев (второй лист сверху на главном побеге растения) определяли концентрацию аминокислот, отражающих интенсивность синтеза структурных и функционально активных белков в ходе роста и развития растений. При низком уровне азотного питания растений интенсивность синтеза белков и ростовых процессов ослабляется, в результате концентрация свободных аминокислот в соке листьев возрастает. Повышение уровня азотного питания растений изменяет ход указанных процессов в обратном направлении, поэтому концентрация аминокислот в соке листьев уменьшается.
В опытах двух лет показано (см. табл. 1), что изменение концентрации аминокислот в соке листьев достаточно хорошо отражает уровень азотного питания растений пшеницы, коэффициенты корреляции (г в 2010 г. - 0,99, в 2011 г. - 0,96) данного показателя с дозой азота составляли. Кроме того, установлено, что концентрация аминокислот в соке листьев тесно коррелирует с уровнем урожайности пшеницы (г = -0,95 в 2010 г., г = - 0,97 в 2011 г.), натурой зерна (г = - 0,96 в 2010 г., г = - 0,85 в 2011 г.), массой 1000 зёрен (г = - 0,87 в 2010 г., г = - 0,96 в 2011 г.), содержанием в зерне сырой клейковины (г = - 0,92 в 2010 г., г = - 0,93 в 2011 г.), активностью амилаз (г = - 0,80 в 2010 г.).
В целом при сопоставлении результатов исследований в опытах 2010 и 2011 гг. можно отметить, что при повышении дозы азота до 150 кг/га возрастают содержание в зерне сырой клейковины (на 3,4-4,3%), стекловидность (на 5-10%) и натура зерна (на 38-47 г/л), масса 1000 зерен (на 3,9-9,9 г/л), но происходят ослабление клейковины (на 5-10 ед. ИДК) и увеличение активности в зерне а-амилаз. Поздняя некорневая азотная подкормка растений пшеницы мочевиной повышала содержание в зерне сырой клейковины на 2,6-3,5% и понижала активность а-амилаз в зерне до минимального уровня.
В условиях вододефицитного и высокотемпературного стресса в период созревания зерновок пшеницы выявлено положительное действие фиторегулятора Эпин-экстра при обработке растений в фазе колошения, который повышал (на 8%) продуктивность растений, увеличивал натуру зерна и улучшал реологические свойства клейковины. Под действием этого фиторегулятора указанные технологические показатели улучшались также в условиях более благоприятного 2011 г. В стрессовых условиях 2010 г. отмечалось увеличение натуры и понижение а-амилазной активности зерна под действием фиторегулятора Альбита.
Полученные в опытах коэффициенты корреляции между концентрацией аминокислот в соке листьев, дозами азота, продуктивностью растений и технологическими показателями зерна свидетельствуют о том, что по результатам анализа сока листьев можно проводить диагностику азотного питания и прогнозировать уровень урожайности и качества зерна яровой мягкой пшеницы.
Заключение. В мелкоделяночных опытах, проведенных на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в условиях Центрального района Нечернозёмной зоны, установлено, что при повышении уровня азотного питания пшеницы увеличиваются показатели стекловидности и натуры зерна, масса 1000 зёрен, содержание в зерне клейковины (на 3,4-4.3%), но в сформировавшихся в таких условиях зерновках повышается активность а-амилаз и ухудшаются реологические свойства клейковины. Проведение поздней некорневой азотной подкормки мочевиной в вариантах с высоким уровнем азотного питания увеличивает накопление в зерне клейковины (на 2.63,5%) и снижает активность а-амилаз, в результате чего улучшаются технологические свойства зерна.
Выявлено положительное действие фиторегуляторов на формирование качества зерна мягкой яровой пшеницы при их применении в фазе колошения. Под действием Эпин-экстра увеличивается натура зерна и улучшаются реологические свойства клейковины. Фиторегулятор Альбит увеличивает натуру зерна и снижает активность а-амилаз в зерне, которое формировалось в условиях повышенных температур и водо-дефицитного стресса.
В ходе исследований установлено, что изменение концентрации аминокислот в соке листьев зависит от уровня азотного питания растений пшеницы и тесно коррелирует с уровнем её урожайности, натурой зерна, массой 1000 зёрен, содержанием в зерне сырой клейковины, стекловидностью зерна, а также с активностью амилаз в зерне. Полученные в опытах результаты свидетельствуют о том, что по анализу сока листьев можно проводить диагностику азотного питания и прогнозировать уровень урожайности и качества зерна мягкой яровой пшеницы. Литература
1. Бебякин В.М., Старичкова Н.И., Дорогобед А.А. Качество зерна
пшеницы в зависимости от сорта и условий его произрастания// Зерновое хозяйство.- 2003.- №3.- С. 22-24.
2. Беркутова Н.С. Методы оценки и формирования качества зерна.-М.: Росагропромиздат, 1991.- 206 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований).- М.: Агропромиздат, 1985.- 351 с.
4. Завалин АА, Сергалиев Н.Х. Влияние условий азотного питания и физиологически активных веществ на формирование величины и качества урожая зерна яровой пшеницы// Агрохимия.- 2000.- №1. С. 23-29.
5. Мелешкина Е.П. Развитие системы оценки качества пшеницы для повышения хлебопекарных свойств муки// Автореферат на соискание учёной степени доктора технических наук.- М., 2006.- 52 с.
6. Минеев В.Г., Павлов А.Н. Агрохимические основы повышения качества зерна пшеницы.- М.: Колос, 1981.- 188 с.
7. Новиков Н.Н. Формирование урожая и качества зерна хлебопекарной пшеницы при выращивании на дерново-подзолистой среднесуг-линистой почве// Известия ТСХА, 2010, вып. 1.
8. Новиков Н.Н., Войесса Б.В. Формирование качества зерна яровой мягкой пшеницы в зависимости от сорта, условий выращивания и уровня азотного питания// Известия ТСХА.- 1994.- №4.- С. 14-29.
9. ПлешковБ.П. Практикум по биохимии растений.- М.: Колос, 1985.255 с.
10. Шаповал О.А. и др. Регуляторы роста растений в практике сельского хозяйства.- М.: ВНИИА, 2009.- 60 с.
11. Albert E., Jauert R., Zerche S. Computergestutzle Stickstoffdunggung des wintergetreides//Tag.- Ber./ akad. Land wirtsch - wiss DDR, Berlin. -1989.- Bd.275.
12. LaegreidM., Bockman O.C., Karstand O. Agriculture, fertilizers and the environment. - New York: CABI publishing, 1999.
13. Muller S., Vielemeyer H.P., Vanselow G., Jauert R. Operative bemessung der N-Dungung im wintergetreidebau//Getreidewirtschaft. - 1985. -№ 46.
14. Strong W.M. Effect of late application of nitrogen on the yield and protein content of wheat. «Australian J. exp. Agric. Anim. Husb», 1982, v. 222, №114-115, p. 54-61.
SPRING WHEAT GRAIN QUALITY DEPENDING ON THE NITROGEN NUTRITION LEVEL AND THE APPLICATION OF PHYTOREGULATORS ON LOAMY SODDY-PODZOLIC SOIL
N.N. Novikov, A.A. Zharikhina Russian State Agricultural University - Moscow Agricultural Academy, Russian Academy of Sciences ul Timiryazeva 49, Moscow, 127550 Russia, E-mail: [email protected]
In field experiments on loamy soddy-podzolic soil, it was shown that high-quality spring soft wheat grain could by obtained at the nitrogen application rate lower than 150 kg/ha. The nitrogen fertilizer improved the technological properties of grain (increased grain vitre-ousness, weight of 1000 grains, and gluten content), but it also increased a-amylase activity in growing seeds and decreased the elasticity of grain gluten. Nitrogen spray dressing in the beginning of seeds formation increased the content of gluten and decreased the a-amylase activity. A positive effect ofphytoregulators Epin-Extra and Albit on the technological properties of grain was revealed at their application at the earing stage.
Keywords: spring soft wheat, optimization of nitrogen nutrition, phytoregulators, grain quality, amylase activity.
