CC BY
21
УДК 631.81.095.337:661.162.2:632.152
ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ АБИОТИЧЕСКИХ СТРЕССОВЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН СЕЛЕНОМ, КРЕМНИЕМ И ЦИНКОМ
П.А. Яковлев, аспирант (научный руководитель - профессор И.В. Верниченко, д.б.н.)
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail:[email protected]
В статье представлены результаты микрополевого опыта по изучению протекторного действия селена, кремния и цинка к модельным стрессовым факторам (некорневые обработки гербицидом сплошного действия Дикватом и раствором хлорида кадмия) на примере зерновых культур пшеницы и тритикале.
Ключевые слова: окислительный стресс; селен; кремний; цинк; пшеница; тритикале; продуктивность; полевой опыт; белок; клейковина.
SPRING GRAIN CROPS PRODUCTIVITY UNDER INFLUENCE OF ABIOTIC STRESS FACTORS AFTER SEEDS TREATMENT BY SELENIUM, SILICON AND ZINC
P.A. Yakovlev (Scientific supervisor - Dr. Sci., prof. I.V. Vernichenko)
Russian Timiryazev State Agrarian University, e-mail: [email protected]
The article presents the results offield experience with the study of the protective effect of selenium, silicon and zinc to model stress factors (foliar treatment with herbicide Diquat and a solution of cadmium chloride) as an example of crops of wheat and triticale.
Keywords: oxidative stress; selenium; silicon; zinc; wheat; triticale; productivity; field experience; protein; gluten.
Негативное влияние на рост и развитие растений оказывают такие абиотические факторы, как воздействие тяжелых металлов [1-4], а также гербицидов [5]. Отсюда возникают потери продуктивности зерновых культур, которые необходимо снижать. Один из путей снижения негативного воздействия стрессов на растения - применение микроэлементов, повышающих устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. Наряду с цинком [6] важная роль в усилении адаптивного потенциала растений может принадлежать также селену [6-10]. В литературе имеются также отдельные экспериментальные данные, показывающие положительное влияние соединений кремния на стрессоустойчивость растений [11].
Для оценки протекторного действия селена, кремния и цинка в условиях негативного воздействия абиотических факторов в 2012-2013 гг. проводили микрополевые опыты на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Объектами исследования были яровые пшеница (сорт Лада) и тритикале (сорт Ярило). Предшественником яровых зерновых культур был картофель.
Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая: гумус 2,4-2,5-%; рНH2O 6,1-6,3; рН^ 4,7-5,2; P2O5 290-380 и ^ 120-144 мг/кг. Размер опытной делянки 1 м2. Повторность четырехкратная. Норма высева семян 4,5 млн/га. Перед посевом вносили комплексное удобрение Кемира полевое-9, содержащее
Схема опыта включала варианты с предпосевной обработкой семян Se (2,5 г на гектарную норму), Si (50 г) и Zn (30 г) путем смачивания растворами (5% от массы семян). Микроэлементы применяли в виде растворов солей ZnSO4x7H2O, Na2SeOз и №^Ю3*9Н20. В качестве негативного абиотического фактора была некорневая обработка растений раствором CdCl2 (500 мг/м2) и гербицида сплошного действия Дикватом (0,01 мМ/л). Обработку растений проводили на VI этапе органогенеза в период выхода в трубку. Растения выращивали до полной спелости. Уборку осуществляли прямым комбай-нированием.
Данные таблицы 1 показывают, что отмечена тенденция к увеличению прибавки урожая пшеницы при применении Se в 2012 г. В 2013 г. достоверная прибавка урожая получена у растений, семена которых обрабатывали перед посевом Si и Zn. Наибольшая продуктивность яровой пшеницы получена в 2013 г. при применении Si и составила 522 г/м2. В опыте с яровой тритикале в 2012-2013 гг. предпосевная обработка семян Se и Si не дала достоверной прибавки. В 2013 г. при применении Zn отмечено увеличение урожая зерна яровой тритикале на 11%.
Реакция опытных растений на воздействие негативных абиотических факторов была различной, что связано с климатическими условиями года и особенностями культуры. Некорневая обработка вегетирующих растений раствором CdQ2 достоверна снижала урожай зерна яровой пшеницы как в
1. Урожайность яровых пшеница и тритикале в условиях негативного воздействия абиотических факторов при предпосевной
2012 г., так и в 2013 г. Применение гербицида сплошного действия Диквата на 19 и 14% снизило массу зерна яровой пшеницы соответственно в 2012 и 2013 гг.
В вариантах с растениями яровой тритикале снижение продуктивности от воздействия раствора CdQ2 отмечено лишь в 2012 г. При этом масса зерна была выше в 1,4 раза по сравнению с аналогичным вариантом у пшеницы. Применение Диквата, как и в случае с пшеницей, достоверно снижало урожай зерна яровой тритикале в оба года исследований.
Протекторный эффект при применении микроэлементов в разной степени выражался у опытных культур. Так, в условиях стресса (обработка раствором CdQ2) при применении Se у яровой пшеницы в 2012-2013 гг. наблюдалась тенденция к увеличению урожайности по сравнению с контролем
(обработка водой). Предпосевная обработка семян Si и Zn в условиях того же стресса достоверно повышала продуктивность пшеницы в 2013 г. Протекторный эффект от окислительного воздействия гербицида отмечен только в варианте с предпосевной обработкой семян Si в 2013 г.
У яровой тритикале максимальный протекторный эффект был выражен в вариантах с использованием Si и Zn в условиях воздействия некорневой обработки CdQ2 в 2013 г., как и у пшеницы. В условиях негативного воздействия Диквата у тритикале при применении Se и Si отмечена тенденция к увеличению урожая в 2013 г., а при обработке семян Zn -достоверное в 1,2 раза увеличение массы зерна.
Помимо урожая основной продукции важным показателем продуктивности служит качество зерна (табл. 2).
Содержание белка у растений яровой пшеницы в зависимости от года и обработки семян варьировало от 12,2 до 14,5% и от 12,4 до 13,4% соответственно в 2012 и 2013 гг. У яровой тритикале в 2012 г. содержание белка в зерне было 12,3-13,2%, в 2013 г. - 13,7-14,4%, что в целом выше по сравнению с пшеницей. Наибольшее содержание белка в зерне 15,0% отмечено у яровой тритикале в варианте с предпосевной обработкой семян Zn в условиях некорневой обработки вегетирующих растений CdCl2. В ряде работ отмечается положительное влияние малых доз кадмия на рост и развитие сельскохозяйственных культур [3, 4].
Содержание и качество клейковины определяет хлебопекарные свойства муки зерна хлебных злаков. В 2012 г. применение всех испытуемых микроэлементов способствовало повышению содержания клейковины в зерне яровой пшеницы с 18,5 до 21,8%. Также отмечено в большинстве случаев повышение клейковины при использовании микроэлементов в условиях стрессовых факторов в 2012 г., а в 2013 г. различий не выявлено.
обработке семян микроэлементами, г/м2
Вариант Пшеница Тритикале
2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.
Optimum Н2О 377 431 527 391
Se 402 468 535 388
Si 363 522 515 408
Zn 349 501 442 431
ТМ (обработка CdQ2) Н2О 338 391 482 394
Se 346 413 447 385
Si 272 461 460 410
Zn 317 465 476 426
Гербицид (обработка Дикватом) Н2О 318 379 481 359
Se 310 374 442 364
Si 237 465 427 365
Zn 313 364 425 436
НСРАВ (взаимодействие факторов) 65 80 64 49
НСРА (ПОС) 37 46 37 28
НСРВ (воздействие стресса) 32 40 32 24
2. Влияние предпосевной обработки семян на содержание белка и клейковины в зерне в условиях негативного воздействия абиотических факторов, % (на базисную влажность 14%)
Вариант Пшеница Тритикале
белок клейковина белок клейковина
2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.
Н2О 12,2 13,4 18,5 20,4 13,1 14,0 15,0 15,4
Optimum Se 14,1 12,4 21,4 18,5 12,3 14,4 11,8 16,4
Si 13,9 12,4 21,5 18,6 13,2 14,2 15,0 15,2
Zn 14,5 12,9 21,8 20,2 12,3 13,7 12,2 15,3
ТМ (обработка CdCl2) Н2О 13,1 13,2 19,0 20,6 13,3 14,4 14,1 16,2
Se 12,6 12,9 18,1 20,9 12,3 14,5 12,0 17,0
Si 13,4 13,5 19,2 20,7 12,7 14,1 12,9 15,8
Zn 14,3 13,0 21,8 20,1 13,0 15,0 13,7 17,9
Гербицид (обработка Дикватом) Н2О 13,4 13,0 19,5 20,9 13,0 14,3 14,4 15,8
Se 13,9 12,9 21,1 20,2 12,8 14,1 12,9 15,5
Si 14,9 13,6 22,3 21,1 12,9 14,4 12,6 16,1
Zn 13,7 12,8 21,2 19,2 13,1 14,2 13,6 15,4
3. Влияние предпосевной обработки семян
на сбор белка в условиях негативного воздействия абиотических факторов, г/м2
Вариант Пшеница Тритикале
2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.
Optimum Н2О 46,0 57,8 69,0 54,7
Se 56,7 58,0 65,8 55,9
Si 50,5 64,7 68,0 57,9
Zn 50,6 64,6 54,4 59,0
ТМ (обработка CdCl2) Н2О 44,3 51,6 64,1 56,7
Se 43,6 53,3 55,0 55,8
Si 36,4 62,2 58,4 57,8
Zn 45,3 60,5 61,9 63,9
Гербицид (обработка Дикватом) Н2О 42,6 49,3 62,5 51,3
Se 43,1 48,2 56,6 51,3
Si 35,3 63,2 55,1 52,6
Zn 42,9 46,6 55,7 61,9
В зерне яровой тритикале содержание клейковины в целом было ниже, чем у пшеницы. Стоит отметить снижение содержания клейковины на 0,42,0% при применении микроэлементов в условиях воздействия стрессовых факторов в 2012 г. Возможно это связано с биологическими особенностями культуры. Как видно из таблицы 2, в 2013 г. содержание клейковины в зерне яровой тритикале выросло в среднем в 1,2 раза.
Наряду с относительным содержанием белка в зерне общий сбор белка с урожаем - один из важных показателей. Как видно из таблицы 3 в 2013 г. валовой сбор белка с зерном у пшеницы вырос по
сравнению с предыдущим годом. При применении микроэлементов также наблюдается увеличение сбора белка в обоих годах. Наибольший (69 г/м2) валовый сбор белка с урожаем отмечен у яровой тритикале в 2012 г. в контрольном варианте. Также в этом году сбор белка у тритикале был выше, чем у пшеницы. В большинстве случаев некорневая обработка растворами хлорида кадмия и Диквата, а также предпосевная обработка семян микроэлементами в этих вариантах не повлияли на валовой сбор белка с урожаем у обеих культур.
Таким образом, наибольшая урожайность зерна яровой тритикале получена в оптимальных условиях при предпосевной обработке семян Se. Также отмечены достоверные прибавки к урожаю при применении Si и 2п - у пшеницы и 2п - у тритикале.
Некорневая обработка хлоридом калия снижала урожай яровой пшеницы. В 2013 г. яровая тритикале была устойчива к стрессовому воздействию ТМ. Некорневая обработка вегети-рующих растений гербицидом сплошного действия Дикватом еще сильнее снижала урожай обеих культур.
Предпосевная обработка семян микроэлементами в ряде случаев снижала негативные действия абиотических факторов на продуктивность опытных яровых зерновых культур.
Литература
1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 141 с.
2. Минеев В.Г., Макарова А.И., Гришина Т.А. Тяжелые металлы и окружающая среда в условиях современной интенсивной химизации. Сообщение 1. Кадмий // Агрохимия, 1981, № 5. - С. 146-155.
3. Гунар Л.Э. Современные методы комплексной оценки действия пестицидов и регуляторов роста на растения. Автореф. дисс. д.б.н. - М.: РГАУ-МСХА, 2009. - 40 с.
4. Верниченко И.В. Ассимиляция различных форм азота растениями и роль микроэлементов. Дисс. д.б.н. - М., 2002. - 124 с.
5. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании: растения, животные, человек. - М.: Печатный город, 2006. - 254 с.
6. Назаров В.А., Леонтьев Ю.Г. Роль Se-содержащих биологически активных веществ в повышении качества зерна мягкой яровой пшеницы // Плодородие, 2012, № 2. - С. 41-43.
7. Вихрева В.А., Блинохвастов А.А., Климетова Т.В. Селен в жизни растений. - Пенза: ПГСХА, 2012. - 222 с.
8. Скрыпник И.Н. Эколого-биохимические аспекты протекторных функций селена при окислительных стрессах. Дисс. к.б.н. - Калининград, 2009. - 169 с.
9. Шеуджен А.Х. Агрохимия и физиология питания риса. - Майкоп: «Адыгея», 2005. - 1012 с.
References
1. Alekseev Yu.V. Heavy metals in soil and plants. - L.: Agropromizdat, 1987. - 141 p.
2. Mineev V.G., Makarova A.I., Grishina T.A. Heavy metals and environment in conditions of modern intensive chemization. Article 1. Cadmium // Agrochemistry, 1981, № 5. - P. 146-155.
3. Gunar L.E. Modern methods of pesticides and plant growth regulators complex estimation. Abstract of doctoral for biology thesis. - М.: Russian Timiryazev State Agrarian University, 2009. - 40 p.
4. Vernichenko I.V. Assimilation of nitrogen of different forms by plants and microelements role. Doctoral for biology thesis. - М., 2002. - 124 p.
5. Golubkina N.A., Papazyan T.T. Selenium in nutrition: plants, animals, human. - М.: Pechatny gorod, 2006. - 254 p.
6. Nazarov V.A., Leontiev Yu.G. Role of Se-containing biologically active compounds in increase of soft spring wheat grain quality // Fertility (Plodorodie), 2012, № 2. - P. 41-43.
7. Vikhreva V.A., Blinokhvastov A.A., Klimetova T.V. Selenium in plant life. - Penza: PSAA, 2012. - 222 p.
8. Skrypnik I.N. Ecological-biochemical aspects of protective functions of selenium under oxidation process. PhD for biology thesis. - Kaliningrad, 2009. - 169 p.
9. Zheudzhen A.Kh. Agrochemistry and physiology of rice nutrition. - Maikop: «Adygeya», 2005. - 1012 p.
