Продуктивность и содержание кадмия в растениях яровой пшеницы в зависимости от применения циркона Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

8. Edwards K. A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis / K. Edwards, C. Johnstone, C. Thompson // Nucleic Acids Res, 1991. V. 19 (6). P. 1349.

9. Jin Y. Genetic spatial clustering: significant implications for conservation of wild soybean (Glycine

soja: Fabaceae) / Y. Jin, T. He, B.-R. Lu // Genetica. 2006. V. 128. P. 41—49.

*

10. Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from small number of individuals /

M. Nei // Genetics. 1978. V. 89. P. 583—590.

11. Nybom H. Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants / H. Nybom // Molecular Ecology, 2004. V. 13. p. 1143 — 1155.

12. The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis / W. Powell, M. Morgante, C. Andre, M. Hanafey, J. Vogel, S. Tingey, A. Rafalski // Molecular Breeding,

1996. V. 2 (3). P. 225—238.

Поступила 04.02.08.

ПРОДУКТИВНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ КАДМИЯ В РАСТЕНИЯХ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИРКОНА

И. И. Серегина, И. П. Малахова, Н. К. Сидоренкова

В настоящее время неотъемлемой частью вещенности в вегетационном домике кафед-комплекса проблем, связанных с охраной окру- ры агрохимии РГАУ-МСХА имени К. А. Тими-

жающей среды, является необходимость изу- рязева. Закладка опытов осуществлялась по

*

чения токсического действия тяжелых метал- методике 3. И. Журбицкого. Растения пшеницы сорта «Лада» выращивались в вегетационных сосудах типа Вагнера, вмещающих 5 кг действия тяжелых сухой почвы. Использовали дерново-подзолис-

лов, закономерностей их поступления и накоп-

Основным механизмом

ления в растениях, снижения токсического

металлов в растениях является инактивация их высокими концентрациями метаболически важных белков и других макромолекул, выполняющих каталитические или регуляторные функции. Это, например, фенольные соединения, в частности оксикоричные кислоты, которые могут проявлять антиоксидантную активность за счет связывания ионов тяжелых ме-

таллов в устойчивые комплексы. Поскольку

действующим веществом циркона является смесь гидроксикоричных кислот, можно говорить о его влиянии на многие ферменты растений и рост растений. Подобный эффект действия наблюдался у различных культур.

Для изучения влияния циркона в условиях высокого содержания в почве кадмия был проведен вегетационный опыт в условиях естественного фотопериода, температуры и ос-

тую, среднесуглинистую почву с агрохимическои характеристикой: рН (КС1) 6,4; Н. 1,29 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену), S 20,8 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену-Гильковицу); V 94,0 %. Содержание гумуса составляло 1,7 % (по Тюрину), общего азота — 0,12 % (по Къельдалю), N щ. г. — 17,0 мг / кг (по Корнфилду) (I класс). Почва хорошо обеспечена подвижными формами фосфора — 270 мг/кг (V класс), обменного калия — 300 мг/кг ((VI класс), по Кирсанову). Содержание кадмия составляло 0,18 мг/кг почвы.

Перед посевом в почву вносили питательные элементы в виде водных растворов солей NH4N03, КН2Р04 и КС1 из расчета 150 мг/кг каждого элемента. В опыте создавали различные уровни содержания кадмия в почве путем внесения при закладке опытов раствора

1 I i J

© И. И. Серегина, И. П. Малахова, Н. К. Сидоренкова, 2008

Серия «Биологические науки»

37

соли Сс1(шз)2х Н20, из расчета 5 и 50 мг Сё на 1 кг почвы. Контролем служил вариант без внесения кадмия в почву.

В эксперименте изучали различные способы применения циркона: предпосевная обработка семян — ПОС — и опрыскивание веге-тирующих растений — ОВР. Препарат применяли в виде раствора 1 мл / 10 л воды. Намачивание осуществлялось в течение 10 ч. Опрыскивание — раствором препарата в той же концентрации дважды в течение вегетационного периода на V и VI этапах органогенеза. Контролем служили варианты с обработкой семян водой.

В течение вегетационного периода проводили морфофизиологический контроль, а также изучали динамику накопления биомассы растениями яровой пшеницы. После уборки урожая в опытах определяли структуру урожая, структуру биомассы, продуктивность, а также химический состав зерна и соломы яровой пшеницы.

Условия водообеспечения создавались оптимальные путем полива сосудов по весу до 70 % ППВ. Посев осуществляли набухшими семенами по 30 шт. в каждый сосуд, с после-

I

дующим прореживанием в вегетационных опытах до 15 шт. в фазу кущения. Опыты проводили в четырехкратной повторности.

Проведенные исследования с использованием пшеницей сорта «лада» позволили установить, что увеличение содержания кадмия в почве приводило к снижению массы зерна и соломы. Отмечалось резкое замедление роста главного побега и снижение ассимиляционной поверхности растений при высокой концентрации кадмия в почве, что обусловило ингибиро-вание процессов фотосинтеза. Следовательно, можно сделать заключение, что лишь высокие

концентрации кадмия оказывают отрицатель-

9

ное влияние на рост и развитие растений.

В результате нашего эксперимента выявлено, что при воздействии высоких концентраций кадмия в почве снижалась продуктивность пшеницы в результате нарушения процессов закладки цветков на конусе нарастания, что выразилось в уменьшении их числа почти в 1,4 раза (табл.). При этом существенно умень-шалсъ доля реализации цветков в зерна (на 10 %) и число колосков в колосе (на 15 %), что определило снижение числа зерен в колосе более чем в два раза, массы 1 000 зерен — в 1,4 раза. Это, возможно, связано с нарушением гормонального баланса в растениях.

Применение регулятора роста способствовало улучшению условий формирования и реализации элементов продуктивности, что определило сохранение жизнеспособности цветков главного побега, а также озерненности колоса, снижая токсическое действие кадмия на продуктивность пшеницы.

Сравнением влияния различных способов применения циркона в условиях высокого уровня кадмия в почве было установлено, что наиболее эффективное действие на продуктивность пшеницы сорта лада оказывало опрыскивание вегетирующих растений (см. табл.), обусловленное большей закладкой цветочных зачатков на IV этапе органогенеза. Растения, обработанные цирконом, опережали контрольные варианты по темпам роста и накоплению биомассы, способствуя увеличению ассимиляционной поверхности главных и боковых побегов (рис.), а также снижению токсического эффекта кадмия на процессы биосинтеза хлорофилла.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что высокое содержание кадмия в

0,20/0,15

Таблица

Влияние различных способов применения циркона на продуктивность и химический

состав пшеницы сорта «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве

Масса 1 000 зерен, г

Формы азота в зерне, %

общий

белковый

Содержание кадмия, мг / кг

зерно

солома

Варианты опыта

6.2 / 4,3

кадмий, /кг почвы

применение циркона

опрыскивание вегетирующих растений

предпосевная обработка семян

_ ______

Примечание: над чертой влияние доз

Число цветков (VI этап), шт.

Масса, г / растение

зерно

солома

0,10/0,08

0,07/0,05

кадмия, под чертой влияние циркона

0,80/0,31

0,45/0,31

0,40 / 0,29

38

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2008 | № 2

Масса одного растения, г

Площадь ассимиляционной поверхности, дм2 / растение

1,5 --

0,5 --

11

0,5 -

Фаза выхода в трубку Фаза молочной спелости

/

Способ примененияциркона Доза кадмия, мг/ кг почвы

I.

Рисунок

Влияние циркона на массу и площадь ассимиляционной поверхности растений пшеницы сорта «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве

коном, опережали по темпам роста и накоплению биомассы, площади ассимиляционной по-

почве способствовало избыточному накоплению его в растениях. Было выявлено отрицательное действие кадмия на процессы поступ- верхности как главных, так и боковых побегов, ления азота в растениях пшеницы, что явля- а также по содержанию хлорофилла. Наиболь-лось, вероятно, результатом дезорганизации . шая эффективность получена при использова-

процессов поглощения и транспорта элементов (см. табл.).

Применение циркона значительно увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне при обоих уровнях содержания кадмия в почве. Циркон положительно действовал на синтез общего и белкового азота, по-ви-

нии опрыскивания вегетирующих ^растении.

Выявлено значительное увеличение содержания кадмия в урожае пшеницы, полученном в вариантах с избыточным содержанием элемента в почве. При применении циркона прослеживалась защитная функция препарата, проявляющаяся в торможении процессов по-

димому, за счет ингибирующего действия на ступления тяжелых металлов в надземные

процессы поступления кадмия в растение. Вероятно, циркон оказывал антиоксидантное

органы.

Высокие концентрации кадмия оказывали воздействие на растения в условиях высоко- отрицательное действие на процессы поступ-

го содержания кадмия за счет снижения сво-бодно-радикальных процессов в результате образования устойчивых комплексов с кадмием, что способствовало увеличению продуктивности пшеницы сорта «лада».

Установлено, что применение циркона снижало токсическое действие высоких концентраций кадмия на зерновую продуктивность в результате улучшения условий произрастания пшеницы, обусловленных большей закладкой цветочных зачатков на VI этапе органогенеза и влиянием на фотосинтетическую деятельность пшеницы. Растения, обработанные цир-

ления азота в растениях пшеницы в результате дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов, обусловленных дисбалансом элементов минерального питания, отрицательно влияющих на синтез и функции

различных органических соединении, нение циркона увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне и снижало концентрацию кадмия в растениях пшеницы, что связано с антиоксидантной активностью действующего вещества, которое может выражаться в связывании катионов тяжелых металлов, в частности кадмия, в устойчивые комплексы.

Поступила 04.02.08.

Серия «Биологические науки»

39