CC BY
16
УДК 581.1:581.19
НОВЫЕ СОРТА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ
РЕСПУБЛИКИ ИНГУШЕТИЯ
© 2005 г. Л.Х. Слонов, М.А. Хашагульгова
Phisiological-biochemical characteristic of new sorts of winter wheat in the condition of foothill area of Ingushetia Republic is given in the work
В растениеводстве одним из основных и надежных способов увеличения продуктивности растений является селекция. Задача настоящей работы - изучение новых сортов пшеницы с целью отбора наиболее перспективных.
Методика
Исследования проводили в условиях предгорной зоны Республики Ингушетия на базе сельскохозяйственной опытной станции. Размер учетной делянки
- 100 м2, норма высева семян - 5 млн шт./га. По-вторность опытов - 3-4-кратная. Изучение новых сортов озимой пшеницы (Донской маяк, Зимородок, Русса, Дар Зернограда) проводили при одинаковых агроэкологических условиях, принятых для данной зоны. В качестве стандарта в опыт включили районированный сорт озимой пшеницы Безостая-1. В вегетационный период в динамике проводили фи-зиолого-биохимические исследования.
О состоянии фотосинтетического аппарата и его функционировании судили по фотохимической активности - интенсивности реакции Р.Хилла (1937), содержание общего и кислоторастворимого органического фосфора в листьях определяли по методике [1], суммарного количества растворимых сахаров -ускоренным полумикрометодом [2], белкового азота
- микрометодом Кьельдаля, активность синтеза сахарозы (гидролиз и синтез сахарозы в мг инвертного сахара, образуемого в течение 3 ч работы фермента на 1г абсолютно сухого вещества) - методом А. Л. Курсанова [3], сухую массу 10 растений каждого сорта - методом высушивания, высоту растений перед уборкой, кустистость, число сохранившихся к уборке растений и продуктивных стеблей, учет урожая - по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [4]. Результаты исследований обработаны статистически [5].
Результаты и обсуждение
В оптимальную модель продуктивного сорта помимо морфофизиологических характеристик необходимо включить также ряд показателей, отражающих функциональное состояние фотосинтетического аппарата. Особое значение имеют первичные
процессы фотосинтеза, поскольку именно они определяют его специфику и являются наиболее уязвимыми в процессе запасания солнечной энергии. Повреждающее действие ряда внешних факторов (высокая или низкая температура, частичное обезвоживание, длительное затенение и др.) может снижать активность первичных реакций, нарушая транспорт электронов между 2 и 1-й фотосистемами, активность кислородвыделяющей системы, степень сопряжения переноса электронов с переносом протонов или уменьшать размер светособирающего антенного комплекса. Это приводит к тому, что лимитирующей для фотосинтетической активности становится световая стадия фотосинтеза [6].
Английский физиолог растений Р.Хилл (Я.ИШ) впервые в 1937 г. показал, что изолированные хло-ропласты под действием света способны разлагать воду и выделять кислород в присутствии акцепторов электронов (феррицианида, бензохинона и др.). Однако хлоропласты не могли восстановить СО2. Известно, что реакция Хилла состоит в том, что она продемонстрировала возможность разделения двух процессов - фотохимического этапа, в частности, выделения кислорода в результате диссоциации воды и восстановления углекислоты при фотосинтезе
[7].
Выяснение связи между первичными реакциями фотосинтеза и продуктивностью целого растения полезно для диагностики физиологического состояния фотосинтетического аппарата и для отбора высокопродуктивных сортов. Относительная оценка величины нециклического потока электронов может быть сделана на основе данных по восстановлению феррицианида изолированными хлоропластами. В этой связи при сравнительном изучении новых со-тров озимой пшеницы о состоянии фотосинтетического аппарата и его функционировании судили по фотохимической активности - интенсивности реакции Хилла. Выяснено, что в период колошения и цветения, в особенности в последней фазе, интенсивность реакции Хилла была значительно выше у сортов Дар Зернограда, Донской маяк и Зимородок по сравнению со стандартным сортом Безостая-1 (табл.1).
Таблица 1
Фотохимическая активность гомогенатов листьев разных сортов озимой пшеницы, мкмоль феррицианида. Среднее за 2002-2003 гг.
Сорт Колошение Цветение
Хлорофилл, мг Ткань, г Хлорофилл, мг Ткань, г
Безостая-1 (контроль) 48,4±0,3 45,3±0,5 49,6±0,7 47,7±0,6
Донской маяк 52,9±0,4 48,5±0,8 58,3±0,4 59,5±1,5
Зимородок 52,7±1,4 47,8±1,2 57,6±1,0 54,4±1,3
Русса 49,5±0,7 44,9±1,3 49,5±0,7 48,0±1,1
Дар Зернограда 54,6±1,2 49,4±0,5 60,2 ±0,9 59,8±1,6
У нового сорта Русса наблюдается большая фотохимическая активность, чем у стандартного сорта. Однако по данному параметру разница между этими сортами небольшая при расчете как на единицу пигмента (на 1 мг хлорофилла), так и на единицу массы ткани листа (на 1 г ткани). Аналогичная закономерность по сортам отмечается и по содержанию в листьях общего и кислоторастворимого органического
фосфора, включающего макроэргические соединения. Из табл. 2 видно, что в фазе цветения у всех сортов, в особенности у новых, наблюдается уменьшение как общего, так и кислоторастворимого органического фосфора. Это, видимо, связано с большей скоростью их использования при формировании генеративных органов.
Таблица 2
Содержание общего и кислоторастворимого органического фосфора в листьях сортов озимой пшеницы, % на сухую массу. Среднее за 2002-2004 гг.
Сорт Колошение Цветение
Общий фосфор Кислоторастворимый органический фосфор Общий фосфор Кислоторастворимый органический фосфор
Безостая-1 (контроль) 2,3±0,12 0,83±0,01 1,7±0,04 0,58±0,02
Донской маяк 2,8±0,08 1,01 ±0,03 1,3±0,02 0,46±0,01
Зимородок 3,6±0,17 1,00±0,02 1,4 ±0,03 0,47±0,02
Русса 2,4±0,13 0,79±0,01 1,6±0,05 0,56±0,02
Дар Зернограда 4,1±0,16 1,21 ±0,04 1,2 ±0,04 0,42±0,01
Озимая пшеница в осенне-зимне-весенний период подвергается действию комплекса неблагоприятных факторов. Поэтому важно изучить физиолого-биохимические особенности адаптаций озимой пшеницы к зимнему периоду, обусловливающие морозоустойчивость и зимостойкость растений в целом.
Из табл. 3 видно, что в ранневесенний период в фазе кущения и выхода в трубку у сортов Дар Зер-нограда, Донской маяк, Зимородок листья отличались более высоким содержанием суммы растворимых сахаров, белкового азота и отношением углеводов к белковому азоту по сравнению со стандарт-
ным сортом Безостая-1 и новым сортом Русса. У последнего величины указанных параметров находятся на уровне стандартного. На основе полученных данных можно судить о сравнительной морозоустойчивости исследованных сортов. Согласно [8], зимостойкие и морозостойкие сорта озимых пшениц накапливают больше сахаров в листьях по сравнению с менее устойчивыми. Кроме того, у более устойчивых растений озимой пшеницы в листьях значительно больше величина отношения углеводов к белковому азоту [9, 10].
Таблица 3
Содержание суммы растворимых сахаров и белкового азота в листьях озимой пшеницы в ранневесенний период, % на сухую массу. Среднее за 2002/2003 и 2003/2004 гг.
Кущение | Выход в трубку
Сорт Сумма сахаров Белковый азот Углеводы Белковый азот Сумма сахаров Белковый азот Углеводы Белковый азот
Безостая-1 (контроль) 7,97 2,13 3,74 13,98 2,69 5,19
Донской маяк 10,68 2,65 4,03 19,04 3,32 5,73
Зимородок 10,37 2,61 3,97 18,42 3,28 5,61
Русса 7,88 2,10 3,75 13,79 2,67 5,16
Дар Зернограда 11,46 2,77 4,14 21,06 3,34 6,30
По результатам наших исследований более морозостойкие сорта, такие как Дар Зернограда, Донской маяк и Зимородок, характеризуются не только
более высоким содержанием суммы растворимых сахаров в узлах кущения осенью перед уходом в зиму, но и меньшей убылью их к концу зимнего пе-
риода (табл. 4). Отсюда видно, что более морозостойкие сорта озимой пшеницы во время зимовки экономнее расходуют сахара. Аналогичная закономерность была установлена в опытах других авторов [11]. Накопление сахаров в узлах кущения, как из-
вестно, имеет большое значение для обеспечения регенерационных процессов. При гибели листьев зимой запасы сахаров ранней весной используются новыми побегами, формирующимися из точек роста уцелевших узлов кущения [11].
Таблица 4
Изменение содержания суммы растворимых сахаров в узлах кущения озимой пшеницы в зимний период, % на сухую массу. Среднее за 2002/2003 и 2003/2004 гг.
Сорт Перед уходом в зиму (18/XI) В конце зимы (5-6/Ш) Убыль за период зимовки, % к осеннему содержанию
Безостая-1 (контроль) 25,31 13,45 53,14
Донской маяк 27,60 15,81 57,28
Зимородок 26,82 15,27 56,93
Русса 25,20 13,40 53,17
Дар Зернограда 28,70 16,83 58,64
Изучение изменения активности инвертазы при переходе от более теплого осеннего (20/Х) периода к зимнему (20/Х1) показало, что гидролитическая активность фермента в ноябре растет, а синтетическая - падает, что, связано с понижением температуры
(табл. 5). При этом выяснено, что у сортов Дар Зер-нограда, Донской маяк и Зимородок синтезирующая
активность инвертазы в указанные сроки значительно больше, чем у других. Это, видимо, связано с их более высокой морозоустойчивостью.
Результаты физиолого-биохимических исследований согласуются с динамикой накопления сухой биомассы в процессе онтогенеза (табл. 6), продуктивностью исследованных сортов озимой пшеницы [12].
Таблица 5
Активность инвертазы у разных сортов озимой пшеницы, мг инвертного сахара, образуемого в течение 3 ч работы фермента на 1 г абс. сухого веществ. Среднее за 2002-2003 гг.
Сорт Гидролиз сахарозы Синтез сахарозы Отношение синтез/гидролиз
20/Х 20/Х1 20/Х 20/Х1 20/Х 20/Х1
Безостая 1 (контроль) 7,8 7,5 9,2 5,7 1,17 0,76
Донской Маяк 9,4 11,4 13,6 9,6 1,45 0,84
Зимородок 9,6 10,2 13,2 8,5 1,38 0,83
Русса 7,7 6,9 9,4 5,0 1,22 0,72
Дар Зернограда 10,7 11,8 15,6 10,9 1,46 0,92
Таблица 6
Динамика накопления сухой биомассы в онтогенезе и изменение массы зерна у разных сортов
озимой пшеницы. Среднее за 2001-2003 гг.
Сорт Сухая масса 10 растений, г Масса 1000 шт. зерна
Кущение Трубкование Колошение Цветение
Безостая-1 (контроль) 4,5±0,16 38,4±0,94 52,3±2,31 66,8±2,00 37,8
Донской маяк 4,4 ±0,14 43,2±1,26 686±2,17 78,5±3,06 42,8
Зимородок 4,6±0,17 42,8±1,85 67,5±3,02 76,9±2,84 41,5
Русса 4,3±0,19 38,3±1,45 52,5±2,17 66,9±1,96 38,9
Дар Зернограда 4,6±0,21 45,7±2,04 74,5±2,38 83,4±2,87 46,2
Изученные параметры: фотохимическая активность гомогенатов листьев, содержание общего и кислоторастворимого органического фосфора, суммарного количества растворимых сахаров, отношение углеводов к содержанию белкового азота в листьях, активность синтеза сахарозы - вполне можно использовать для диагностики физиологического состояния фотосинтетического аппарата и для отбора наиболее продуктивных сортов озимой пшеницы.
Литература
1. Жолкевич В.Н., Рогачева А.Я. // Докл. АН СССР. 1963. Т.151. № 2. С. 456-459.
2. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М., 1985.
3. Курсанов А.Л. Обратимое действие ферментов в живой растительной клетке. М.; Л., 1940.
4. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып.2. М., 1989. С. 523.
5. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М., 1984.
6. Венедиктов П.С. и др. // Физиология фотосинтеза. М., 1982. С. 55-76.
7. Холл Д., Рао К. Фотосинтез. М., 1983.
8. Туманов И.И. // Физиология устойчивости растений (морозо-, засухо- и солеустойчивость). М., 1960. С. 5-17.
9. Власюк П.А. и др. Зимостойкость озимой пшеницы на Украине. Киев, 1959.
10. Лебедев С.И. и др. // Вопросы физиологии пшеницы. Кишинев, 1981. С. 36-41.
11. Куперман Ф.М. // Физиология сельскохозяйственных растений. М., 1969. Т.4. С. 401-497.
12. Слонов Л.Х., Хашагульгова М.А. // «Ботанические исследования в Азиатской России»: Материалы 11-го съезда Русского ботанического общества Т. 3. Барнаул, 2003. С. 113-114.
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова, Нальчик_22 июня 2004 г.
