CC BY
102
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 581.524:635.53
МЯГКОЛУЧЕВАЯ РЕНТГЕНОСКОПИЯ -
ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ «ПУСТОСЕМЯННОСТИ» ОВОЩНЫХ ЗОНТИЧНЫХ КУЛЬТУР
А. Ф. Бухаров, д-р с.-х. наук, гл. науч. сотрудник, Д. Н. Балеев, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотрудник,
ФГБНУ ВНИИО, д. Верея, стр. 500, Раменский район, Московская область,140153; E-mail: baleev.dmitry@yandex.ru
Ф. Б. Мусаев, канд. с.-х. наук, зав. сектором адаптивного семеноводства, ФГБНУ ВНИИССОК,
ул. Селекционная, д. 14, п. ВНИИССОК, Одинцовский район, Московская область, 143080 E-mail: musayev@bk.ru
Аннотация. Одним из наиболее перспективных методов регистрации скрытых дефектов в семенном материале является метод мягколучевой рентгенографии, позволяющий, не разрушая семени, визуализировать все его внутренние формообразующие элементы, их плотность, объем и структурные аномалии. Рентгенографический анализ как эффективный метод контроля качества семян позволяет получить принципиально новую информацию об их внутренних свойствах и, являясь неразрушающим, обеспечивает в совокупности с другими методами (мор-фофизиологическим, биохимическим, люминесцентным и др.) более высокий уровень экспертной оценки качества семян. Для проведения рентгенографического анализа внутренней структуры использованы семена укропа кустового (сорт Кентавр), моркови (сорт Рогнеда), пастернака (сорт Кулинар) и любистока лекарственного (сорт Дон Жуан). С помощью метода мягколу-чевой рентгенографии выявлено, что беззародышевость семян варьирует у различных изучаемых культур. У моркови беззародышевость семян изменяется от 9 до 11%, у укропа - от 5 до 9 %, у любистока лекарственного - от 2 до 12 %, а у пастернака достигает 15%. Количество семян с дегенерированным эндоспермом, в зависимости от года исследований, составляет 7-36 %. Общая доля семян, имеющих повреждения зародыша и (или) эндосперма, достигает у разных изучаемых культур 19-79 %. Повреждения приводят к снижению семенной продуктивности (на 11-45%), массы 1000 семян (на 12-40 %), энергии прорастания (на 13-100%) и всхожести (на 1082%), в зависимости от культуры.
Ключевые слова: семена, эндосперм, зародыш, зонтичные, рентгенографический анализ, беззародышевость.
Введение. Качество семян напрямую связано с их морфо-анатомическим, физиологическим и биохимическим состоянием. Снижение качества семян как культурных, так и диких видов овощных зонтичных культур может быть обусловлено отсутствием или значительной дегенерацией зародыша и эндосперма.
Одной из причин снижения качества семян овощных зонтичных культур является пустосемянность и беззародышевость. В. Кро-кер и Л. Бартон [7] приводят обширную информацию о распространении беззародышевых семян, особенно среди зонтичных куль-
тур. В результате обследования 200 образцов моркови, сельдерея, укропа, петрушки, пастернака, фенхеля, тмина, кориандра и аниса было выявлено, что среднее содержание беззародышевых семян изменяется в пределах от 8 до 34 %. Ссылаясь на исследования [8], авторы указывают, что причиной беззароды-шевости является повреждение семян клопами Lygus oblineatus (Say). Семенам зонтичных культур также вредят клопик зонтичный светлый (Orthops campestris (L.)) и клопик зонтичный темноватый (Orthops basalis (Costa)), представители отряда полужесткокрылых, ко-
торые высасывают сок из эндосперма, что приводит к образованию щуплых семян с пониженной всхожестью, а химические меры защиты от данных вредителей не разработаны [3].
Существенный вред семенным растениям овощных культур семейства зонтичных наносит итальянский линейчатый или полосатый щитник (Graphosoma ¡¡пваШт Ь). Повреждение цветоносных побегов на семенниках приводит к опадению цветков или щуплости семян [4,5,9,10].
Сотрудниками Агрофизического НИИ совместно с коллективом Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета разработан метод мягколучевой рентгенографии с прямым рентгеновским увеличением, который оказался наиболее пригодным для исследования внутренней структуры семян [1,2]. Метод отличается своей экспресс-ностью и пригодностью для массовых анализов, а «неразрушающий» характер делает его незаменимым при работе с малыми селекционными и коллекционными партиями семян. Он хорошо отработан для исследований внутренней структуры зерновки злаковых культур, семян технических и масличных культур.
Современные технологии выращивания, которые применяются для получения качественного урожая в овощеводстве, требуют использования посевного материала высокого качества. Поэтому выявление причин, приводящих к беззародышевости, усовершенствование методов контроля и повышение качества семян в современных условиях являются одной из важнейших и актуальных задач.
Цель данного исследования - изучить возможность использования метода мягколучевой рентгенографии при анализе пустосемянности плодов овощных зонтичных культур.
Методика. Для проведения рентгенографического анализа внутренней структуры использованы семена укропа кустового (сорт Кентавр), моркови (сорт Рогнеда), пастернака (сорт Кулинар) и любистока лекарственного (сорт Дон Жуан). Подготовка пробы семян для анализа включала изготовление картонных рамок размером окна 40-60 мм и крепление к ним с помощью клейкой ленты семян в количестве 50 штук. Рентгенографические съемки семян проведены на установке ПРДУ-2. Режим съемки следующий: напряжение 18 кВ, сила тока 98 мкА, экспозиция 5 сек. (для укропа, моркови), 7 сек. (для пастернака, лю-бистока). Полученный скрытый образ переводится в цифровой вид сканером «БЮОЯА».
Повторность опыта трехкратная. Статистический и математический анализ осуществляли по Б.А. Доспехову [6] и с использованием пакета программ 81ай8йса 10.0.
Результаты. Для изучения качества семян, в том числе степени развития или дегенерации зародыша и эндосперма овощных зонтичных культур, традиционно используют метод морфометрического анализа.
В 2011 - 2013 гг. в условиях Московской области отмечена высокая распространенность полосатого щитника (Graphosoma Ипва-Шт Ь.) на семенниках овощных зонтичных культур (пастернак, любисток лекарственный, укроп, морковь), численность которого достигала в среднем 7,3 экземпляра на растение.
При исследовании партий семян овощных зонтичных культур, формирующихся в условиях сильной распространенности полосатого щитника (Graphosoma ¡ineatum Ь), этим методом выявлены многочисленные нарушения в развитии зародыша и эндосперма. В зависимости от года исследований беззародыше-вость варьирует у различных изучаемых культур (рис. 1). Так, у моркови беззародышевость семян изменялась от 9 до 11%, у укропа - от 5 до 9 %, у любистока лекарственного - от 2 до 12 %, а у пастернака достигала 15%.
Повреждения приводили к снижению семенной продуктивности (на 11-45%), массы 1000 семян (на 12-40 %), энергии прорастания (на 13-100%) и всхожести (на 10-82%), в зависимости от культуры. Изучено влияние G. Ип-eatum Ь. на дегенерацию (разрушение) зародыша и эндосперма.
У поврежденных клопом семян часто наблюдалась дегенерация той или иной части эндосперма. Количество семян с недоразвитым эндоспермом, в зависимости от года исследований, составляло 7 - 36 %. Общая доля семян, имеющих повреждения зародыша и (или) эндосперма, достигала у разных изучаемых культур 19 - 79 %, именно этим можно объяснить существенное снижение посевных качеств семян в опыте.
Однако метод морфометрического анализа имеет ряд недостатков: он трудоемок, требует высокой квалификации исследователя, приводит к повреждению исследуемого материала.
Одним из наиболее перспективных методов регистрации скрытых дефектов в семенном материале является альтернативный метод мягколучевой рентгенографии, позволя-
ющий, не разрушая семени, визуализировать все его внутренние формообразующие элементы и их плотность, объем и структурные аномалии. Рентгенографический анализ как эффективный метод контроля качества семян, позволяя получить принципиально новую ин-
формацию об их внутренних свойствах и являясь неразрушающим, обеспечивает в совокупности с другими методами (морфофизио-логическим, биохимическим, люминесцентным и др.) более высокий уровень экспертной оценки качества семян.
% 90
пастернак любисток укроп морковь
■ неповреждённые семена ■ повреждён эндосперм
■ повреждён зародыш ■ повреждено семя
Рис. 1. Доля семян овощных зонтичных культур, имеющих повреждение зародыша и (или) эндосперма (среднее за 2011-2013 гг.)
Рентгенографический анализ семян изучаемых нами культур выявил наличие невыполненности эндосперма в разной степени выраженности, что отражено на рентгенограммах соотношением светлых и темных участков на проекции семян (рис. 2). На рентгенограмме семян моркови невыполненность носит нерегулярный характер, что заметно по размытым темным пятнам, и, скорее, связано с вредным воздействием колюще-сосущих насекомых (рис. 2-а). Более четко выражена и легко определяется пустосемянность на семенах укропа и пастернака (рис. 2-б,г). Выполненные семена более плотные, они частично отражают рентгеновские лучи и на рентгенограммах светятся; невыполненные (пустые) семена, наоборот, пропускают лучи сквозь и оставляют темное пятно. Судя по рентгенограмме, семена люби-стока можно характеризовать как недовыполненные (рис. 2-в), потому как они, возможно, жизнеспособные, но вряд ли смогут формировать полноценные ростки с малым количеством запасных питательных веществ.
Выявленные рентгенографическим методом недостатки семян рассматриваемых культур, наряду с морфометрической оценкой, расширяют представление о качественном состоянии семенной партии. Метод отличается
большей информативностью и позволяет дать заключение о дальнейшем использовании анализируемого материала.
Заключение. Полученные результаты свидетельствует о перспективности рентгенографических исследований семян овощных зонтичных культур. Целесообразно как расширение списка исследуемых культур, так и детализация изучения внутренней структуры семян каждой культуры.
Следует отметить, что возможности рентгенографии семян не ограничиваются определением степени выполненности эндосперма или семядолей зародыша семян и влиянием данных недостатков на жизнеспособность семян. Метод также позволяет определить наличие механических травм, скрытую заселенность и поврежденность насекомыми, внутреннее прорастание, другие дефекты и аномалии внутренней структуры семян, проявляемые на разных видах в разной степени интенсивности.
Перспектива развития рентгенографии семян овощных культур широкая. Создание банка данных по рентген признакам дефектов семян позволит в дальнейшем осуществлять не только детальную оценку их качества, но и автоматическую скоростную сепарацию.
Литература
1. Архипов М.В., Алексеева Д.И., Батыгин Н.Ф., Великанов Л.П., Гусакова Л.П., Дерунов И.В., Желудков А.Г., Николенко В.Ф., Никитина Л.И., Савин В.Н., Пономоренко Е.Н., Якушев В.П. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве. М.: РАСХН. 2001. 93 с.
2. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб: Изд-во «Технолит». 2008.
192 с.
3. Ахатов А. К. Болезни и вредители овощных культур и картофеля. М.: КМК, 2013. 463 с.
4. Богданов-Катьков Н. Н. Энтомологические экскурсии на огороды и бахчи (полевой и лабораторный практикум). М.-Л. 1931. 479 с.
5. Балеев Д.Н., Бухаров А. Ф., Багров Р. А. Повреждение овощных зонтичных культур щитником полосатым (Graphosoma lineatum L.) как фактор снижения продуктивности и качества семян // Вестник АГАУ. 2014. №10 (120). С. 19-26.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат. 1985. 351 с.
7. Крокер В., Бартон Л. Физиология семян. М.: ИЛ. 1955. 56 с.
8. Flemion F., Poole H., Olson J. Relation of Lygus bugs to embryoless seeds in dill // Contrib. Boyce Thompson Inst., 1949.15: 299 - 310.
9. Johansen A., Tullberg B. S., Gambrale-Stille G. Motion level in Graphosoma lineatum coincides with ontogenetic change in defensive colouration // Entomologia Experimentalis et Applicata, 2011. 141: 163-167.
10. Ozyurt N., Candan S., Suludere Z. Morphology and Histology of the Male Reproductive System in Graphosoma lineatum (Heteroptera: Pentatomidae) Based on Optical and Scanning Electron Microscopy // Journal of Entomology and Zoology Studies, 2013. 1 (4): 40-46.
SOFT-RAY RADIOGRAPHY - EFFECTIVE METHOD
OF IDENTIFYING GERMLESSNESS VEGETABLE UMBRELLA CULTURES
Bukharov A.F., Dr.Agr.Sci., Chief Researcher, Baleev D.N., Cand.Agr.Sci., Senior Researcher,
FGBNU VNIIO, build. 500, Vereya, Ramenskii district, Moscow oblast 140153 Russia E-mail: baleev.dmitry@yandex.ru
Musaev F.B., Cand. Agr. Sci., Head of the sector for adaptive seed production FGBNU VNIISSOK,
14 Selektsionnaya St, VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow oblast, 143080 Russia E-mail: musayev@bk.ru
ABSTRACT
One of the most promising methods for detecting hidden defects of seed is the method of soft-ray radiography that allows without destroying the seed visualizing all its internal forming elements and their density, size and structural abnormalities. X-ray analysis as an effective method of seed quality control allows you to get fundamentally new information about their intrinsic properties and being non-destructive, provides in combination with other methods (morphophysiological, biochemical, luminescent and others) a higher level of expert assessment of seeds quality. Seeds of fennel, carrots, parsnip and lovage were used for X-ray analysis of the internal structure. The method of soft-ray radiography revealed that germlessness varies in different seed cultures studied. In carrot seeds, germlessness varies from 9 to 11%, in dill from 5 to 9%, in lovage from 2 to 12%, and it reaches 15% in parsnip. The number of seeds with endosperm degenerated depending on the year of studies is 7 - 36%. The overall proportion of seeds that have a damaged fetus and (or) the endosperm up in different cultures studied is 19 - 79%. Damages result in reduced seed production (by 11-45%), 1000 seeds mass (by 12-40%), plant vigor (by 13-100%) and germination (by 10-82%) depending on the crop. Key words: seeds, endosperm, germ, Umbelliferae, radiographic analysis, germlessness.
References
1. Arkhipov M.V., Alekseeva D.I., Batygin N.F., Velikanov L.P., Gusakova L.P., Derunov I.V., Zheludkov A.G., Ni-kolenko V.F., Nikitina L.I., Savin V.N., Ponomorenko E.N., Yakushev V.P. Metodika rentgenografii v zemledelii i rasten-ievodstve (X-ray diffraction technique in agriculture and crop production), M., RASKhN, 2001, 93 p.
2. Arkhipov M.V., Potrakhov N.N. Mikrofokusnaya rentgenografiya rastenii (Microfocus X-ray radiography of plants), SPb: Izd-vo «Tekhnolit», 2008, 192 p.
3. Akhatov A. K. Bolezni i vrediteli ovoshchnykh kul'tur i kartofelya (Diseases and pests of vegetable crops and potatoes), M., KMK, 2013, 463 p.
4. Bogdanov-Kat'kov N. N. Entomologicheskie ekskursii na ogorody i bakhchi (polevoi i laboratornyi praktikum) (Entomological tours to the gardens and plantations (field and laboratory practice)), M.-L, 1931, 479 p.
5. Baleev D.N., Bukharov A. F., Bagrov R. A. Povrezhdenie ovoshchnykh zontichnykh kul'tur shchitnikom polosatym (Graphosoma lineatum L.) kak faktor snizheniya produktivnosti i kachestva semyan (Damage to vegetable umbrella crops by Graphosoma lineatum L. as a factor reducing productivity and seed quality), Vestnik AGAU, 2014, No. 10 (120), pp. 19-26.
6. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (The technique of field experience), M., Agropromizdat, 1985, 351 p.
7. Kroker V., Barton L. Fiziologiya semyan (Physiology of seeds), M., IL, 1955, 56 p.
8. Flemion F., Poole H., Olson J. Relation of Lygus bugs to embryoless seeds in dill // Contrib. Boyce Thompson Inst., 1949.15, pp. 299 - 310.
9. Johansen A., Tullberg B. S., Gambrale-Stille G. Motion level in Graphosoma lineatum coincides with ontogenetic change in defensive colouration // Entomologia Experimentalis et Applicata, 2011. 141: 163-167.
10. Ozyurt N., Candan S., Suludere Z. Morphology and Histology of the Male Reproductive System in Graphosoma lineatum (Heteroptera: Pentatomidae) Based on Optical and Scanning Electron Microscopy // Journal of Entomology and Zoology Studies, 2013. 1 (4): 40-46.
УДК 633.15:631.5
ВЫЗРЕВАНИЕ ЗЕРНА КУКУРУЗЫ В СЕВЕРНЫХ РАЙОНАХ КУКУРУЗОСЕЯНИЯ
С. Л. Елисеев, д-р с.-х. наук, профессор,
А. С. Елисеев, канд. с.-х. наук, ст. преподаватель,
ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА,
ул. Петропавловская, 23, г. Пермь, Россия, 614990
E-mail: psaa-eliseev@mail.ru
Аннотация. На примере Пермского края приведен прогноз созревания зерна различных по скороспелости гибридов кукурузы по методикам Института агроэкологии Челябинской агро-инженерной академии. Была проведена оценка тепловых ресурсов, суммы осадков и относительной влажности воздуха в различных районах края за десять лет.
Целью исследований было определение вероятности получения зерна кукурузы с уборочной влажностью не выше 28% в условиях Пермского края.
Установлено, что сумма активных температур за период вегетации культуры с 2005 по 2014 годы варьировала от 1278 °C до 2473°C. Условия теплообеспеченности в южных районах края гарантируют высокую вероятность получения гибридов кукурузы ФАО 130-180 с влажностью зерна не выше 45%.Установлено, что условия Пермского края не обеспечивают 100% гарантии вызревания скороспелых гибридов кукурузы ФАО 100-120. Вероятность достижения влажности зерна не более 28% составляет по отдельным районам от 40 до 70%. В годы с суммой активных температур за июнь - август 1850°C или менее посевы кукурузы предлагается убирать на кормовые цели.
Ключевые слова: кукуруза, сумма активных температур, спелость зерна, влажность зерна.
Введение. Кукуруза - одна из важнейших зерновых и кормовых культур в мире. Ее широкое распространение обусловлено высокой потенциальной урожайностью. Валовой сбор зерна этой культуры достигает около 800 млн т, что составляет 34% общего количества зерна, производимого в мире. В России производство зерна кукурузы составляет около 5 млн т, отмечается тенденция его роста [1].
Основная доля посевных площадей куль-
туры на зерно сосредоточена в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах, но исследования показывают, что ее с успехом можно возделывать в более северных регионах: Среднем Поволжье и Южном Урале [2,3,4], Западной Сибири [5], Центральном Черноземном районе [6], Нечерноземье [7,8,9]. С успехом возделывают кукурузу на зерно на дерново-подзолистых почвах республики Беларусь [10].
