Технология предпосевной обработки зерен пшеницы растворами неорганических и органических веществ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

на контроле. Достоверных различий между вариантами применения гербицидов не наблюдалось.

Заключение

Таким образом, за один год парования можно в значительной степени снизить засоренность полей вьюнком полевым, используя для опрыскивания Эстерон, КЭ в норме 1,2 л/га, Дианат, ВР 0,4 л/га или их смеси с глифосатом (Раундап, ВР 2 л/га + Дианат, ВР 0,2 л/га, Раундап, ВР 2 л/га + Эстерон, КЭ 0,6 л/га). Данные гербициды и смеси способствуют снижению численности побегов вьюнка полевого в среднем на 94-99%.

Выбор средства опрыскивания зависит от состава сорной растительности в момент обработки, если в паровом поле отсутствуют злаковые сорняки — достаточно применить дикотициды. Если на поле присутствуют малолетние злаковые сорняки, для их уничтожения необходимо применение баковой смеси дикотицидов с глифосатом.

Срок ожидания после гербицидной прополки должен составлять не менее 4 недель теплого периода для более глубокого про-

никновения гербицида в корневую систему сорняка.

Библиографический список

1. Фитосанитарный прогноз на 2009 год и рекомендации по борьбе с вредителями болезнями и сорняками сельскохозяйствен ных культур в Алтайском крае: метод. рек

— Барнаул, 2009. — 102 с.

2. Потьомкін В.О. Біологічні особливості та контролювання березки польової в посівах зерново-бурякової сівозміни: дис. .. канд. сільськогосподарських наук. — Київ 2006. — 140 с.

3. Байтканов А.К. Сорные растения и меры борьбы с ними в посевах яровой пшеницы в Павлодарском Прииртышье: авто-реф. дис... канд. с.-х. наук. — Алма-Ата, 1991. — 23 с.

4. Власенко Н.Г., Власенко А.Н., Садо-

хина Т.П., Кудашкин П.И. Сорные растения и борьба с ними при возделывании зерновых культур в Сибири // Методическое пособие: РАСХН. Сиб. отд-ние,

СибНИИЗХим. — Новосибирск, 2007. —

128 с.

+ + +

УДК 633.111:631.811.98

Ю.В. Рогожин, В.В. Рогожин

ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ РАСТВОРАМИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Ключевые слова: зерна пшеницы, биологически активные вещества, антиоксиданты, прорастание зерен пшеницы, ди-гидрокверцетин.

Введение

Зерна пшеницы при отсутствии воды находятся в состоянии вынужденного покоя [1, 2]. Однако при насыщении зерновок водой (45-50%) при благоприятной температуре (15-25оС) и наличии кислорода они

способны активно прорастать. При этом уже на 2-е сутки зерновки пшеницы можно условно разделить на две группы: непро-клюнувшиеся и проклюнувшиеся (рис. 1) [2].

Среди непроклюнувшихся с помощью тетразольного метода можно выделить группы зерновок, которые имеют полностью окрашенный зародыш — жизнеспособные, а также неокрашенный или частично окрашенный зародыш — нежизнеспособные.

Жизнеспособные зерновки пшеницы входят в группу покоящихся зерен, т.е. тех, которые находятся в данное время в состоянии покоя.

На 7-е сутки прорастания семян проклюнувшиеся зерновки можно условно разделить на две группы: непроросшие и проросшие зерновки. В группе непроросших присутствуют зерновки с уродливыми корешками и побегами или с их зачатками. Среди проросших зерновок можно выделить следующие группы: активно растущие, замедляющие и ускоряющие рост, а также медленно растущие проростки пшеницы [2].

Наличие такого множества групп зерновок пшеницы в процессе прорастания свидетельствует о сложности регуляторных процессов, протекающих в зерновках в начальный период их набухания, роста и развития. Поэтому присутствие в этот период в зерновках различных неорганических и органических соединений позволяет повлиять на механизмы прорастания, компенсируя недостаток в функционально активных веществах.

Неорганические и органические вещества очень часто используются для повышения всхожести семян [3]. В зависимости от при-

роды они могут регулировать протекание метаболических процессов, активировать или ингибировать различные ферменты, влиять на проницаемость мембран клеток

[4]. Среди этой группы следует выделить соединения, обладающие антиоксидантной активностью, к которым относятся строфантин, дигоксин, аскорбиновая кислота, дигид-рокверцетин, кверцетин, гидрохинон и др.

[5]. Обладая разным механизмом действия, они в малых концентрация активируют прорастание семян, а в высоких — понижают их всхожесть. При этом проявляется индивидуальная чувствительность семян пшеницы к используемым соединениям. Было показано, что низкие концентрации аскорбиновой кислоты, ацетальдегида и этанола повышали всхожесть семян пшеницы на 15-20%, тогда как высокие концентрации исследуемых соединений понижали всхожесть семян [6].

Замачивая зерна в водных растворах биологически активных веществ (БАВ), можно добиваться повышения их посевных качеств, а также сопротивляемости зерен и растений к экзогенным патогенным факторам (действию низкой и высокой температуры, микробам и др.).

Зерновеи с влажностью

5-10%

Период набухания (1-е сутки)

Набухшие зерновки (влажность более 50%)

Период проклевывания (2-е сутки)

Нежизнеспособные Жизнеспособные Непроросшне .

Погибшие зерновки: (загнив-

шие, твердые) с не пояжктью прокрасившимся зародышем.

Зерновки, находящиеся 8. ГТОКОе (набухшие, но не проклюнувшиеся с прокрасившимся зародышем).

Период прорастания (3-7-е сутки)

Проросшие

Зерновки, отстающие в развитии, погибающие на начальных этапал прорастания.

1.Зачаток побега и корешка;

2_Уродлнвый корешок и побег;

З.Осутствие корешка; 4-Отсутствие ггабега-

Зерновкн способны нормально прорастать (корешок — не менее длины, а побег - не менее половины длины зерновки).

1.Активно растущие побеги;

2.Ускоряющие рост побеги; 3 Замедляющие рост побеги. 4.Медленно расту щие побегн.

Рис. 1. Состояние зерновок пшеницы при прорастании

Поэтому целью исследований было изучить влияние различных концентраций неорганических и органических соединений на всхожесть, рост и развитие проростков пшеницы и на основании этих данных предложить технологию предпосевной обработки зерен пшеницы, повышающую урожайность зерновых культур.

Экспериментальная часть

Исследования проводили на семенах пшеницы (Triticum aestivum L.) сортов При-ленская 19 и Омская 12, которые замачивали в дистиллированной воде (контроль) или растворах неорганических и органических соединений различной концентрации в течение 24 ч, а затем проращивали на фильтровальной бумаге в чашках Петри при 23оС на свету в течение 7 сут., смачивая их дистиллированной водой (10 мл на чашку Петри). Количество зерен в одной чашке — 100 шт., повторность опыта 4-кратная. Образцы для исследования отбирали в одно и то же время суток. Жизнеспособность зерновок пшеницы определяли по тетразольному методу [7].

Взвешивание образцов проводили на лабораторных исследовательских весах фирмы ОНА№ (США), с точностью измерений ±0,1 мг.

В работе использовали этанол, очищенный перегонкой, перекись водорода (30%-ный водный раствор), а также дигид-рокверцетин и другие соединения марки «о.ч.». Статистическую обработку данных проводили по Лакину [8].

Результаты и их обсуждение

Нами установлено, что неорганические и органические соединения, различающиеся строением и молекулярной массой, в низких концентрациях ускоряют прорастание зерен пшеницы, а в высоких — понижают их всхожесть (табл. 1). При этом проявляется индивидуальное действие исследованных соединений на зерна, зависящее от природы неорганического и органического вещества. Это подтверждает ранее высказанное мне-

ние о влиянии БАВ на рост и развитие проростков пшеницы. Кроме того, нами были установлены диапазоны концентраций БАВ, при которых проявлялся эффект активирования и ингибирования прорастания зерен пшеницы.

Наибольшим активирующим эффектом обладали соединения, относящиеся к группе антиоксидантов. Все антиоксиданты можно условно разделить по мере возрастания активирующего действия на прорастание зерен в следующей последовательности: гид-рохинон<дигоксин<аскорбиновая кисло-та<дигидрокверцетин.

В клетках живых организмов антиоксиданты способны выполнять следующие функции:

- подавлять образование свободных радикалов, в том числе и активных форм кислорода;

- осуществлять контроль за уровнем пе-рекисного окисления липидов;

- регулировать процесс окислительного фосфорилирования;

- являются метаболитами различных ферментативных процессов;

- окисляются при участии оксидаз, в том числе и пероксидазы, активность которой резко возрастает в проростках пшеницы;

- служат донорами атомов водорода;

- участвуют в энергетических процессах клеток;

- служат основой для формирования пластических молекул клеток (аминокислот, липидов, альдегидов, карбоновых кислот и др.);

- участвуют в процессах формирования лигнина.

Активирующее действие перекиси водорода осуществляется за счет того, что Н2О2 способствует насыщению среды кислородом, повышая дыхательную активность митохондрий.

Этанол способен участвовать в энергетических процессах клеток, обеспечивая на начальных этапах прорастания зерен их потребности в энергетических и пластических ресурсах.

Таблица 1

Концентрации биологически активных веществ, повышающие и понижающие всхожесть

зерен пшеницы сорта Омская 12

Реагенты Повышающие всхожесть концентрации, мМ Повышение всхожести, % Понижающие всхожесть концентрации, М

Аскорбиновая кислота 0,002-2,0 15±5 0,01-2,0

Гидрохинон 0,01-0,1 12±2 0,005-0,05

Дигидрокверцетин 0,0001-1,0 6±4 -

Дигоксин 0,005-0,01 10±4 0,01-0,1

Перекись водорода 0,001-0,01 8±3 0,01-1,0

Салицилат натрия 0,001-0,01 9±5 0,01-1,0

Этанол 0,1-1,0 9±3 0,1-1,6

По величине ингибирующего эффекта исследуемые соединения можно расположить в следующем порядке: этанол<аскор-биновая кислота<перекись водорода<са-лицилат натрия<дигоксин<гидрохинон.

Для дигидрокверцетина в исследованном диапазоне концентраций (10-7-10-1 М) ингибирующий эффект не выявлен. Поэтому для активирования процессов прорастания зерен пшеницы мы предлагаем использовать ди-гидрокверцетин в концентрации 0,1-1,0 мМ (табл. 2). В диапазоне этих концентраций мы наблюдали максимальный эффект активации дигидрокверцетином процессов прорастания зерен пшеницы. Действие дигидрокверцетина проявлялось не только в повышении всхожести зерен, но и в увеличении их вегетативной массы на 6-24% и массы одного проростка на 10-18%.

Поступление дигидрокверцетина в период набухания восстанавливает антиокислитель-ную активность клеток зародыша, способствуя их делению. В этот период происходит насыщение клеток кислородом, избыток которого может повлиять на развитие проростка.

В низких концентрациях дигидрокверце-тин подавляет образование активных форм кислорода, избыток которых в период набухания и прорастания может повреждать мембраны клеток, влияя на активность генома и процессы биосинтеза белков.

Аналогичный эффект был получен при изучении влияния биологически активных веществ на прорастание зерен пшеницы сорта Приленская 19 (табл. 3). Из данных таблицы 3 следует, что действие БАВ зависит от природы и концентрации используемых соединений. Причем все применяемые соединения обладали способностью повышать всхожесть зерен пшеницы на 14-18%, массу побегов — на 10-28, массу одного побега — на 5-17, длину одного побега — на

6-15%.

Таким образом, использование БАВ в предпосевной период может ускорить процесс прорастания зерен и на начальных этапах активировать процессы прорастания зерен, ускорять выход их из состояния покоя, способствуя активному росту и развитию. В результате в процессе набухания активированные БАВ зерна пшеницы начинают активно прорастать, приобретая избыток массы за счет активного роста побега.

Кроме того, нами было выявлено действие высоких концентраций БАВ на всхожесть зерен пшеницы в зависимости от времени набухания (табл. 4). Набухание зерен в течение 0,5-1,5 ч в растворах БАВ, содержащих высокие концентрации веществ, могут проявлять активирующий эффект на их всхожесть. При этом всхожесть повышается на 5-30%. Однако более длительное замачивание зерен пшеницы в этих растворах проявляло ингибирующий эффект этих БАВ.

Из данных таблицы 4 следует, что действие веществ в этот период проявляет индивидуальный характер в механизме БАВ. Так, замачивание зерен в 1 М растворе этанола в течение 0,5-8,0 ч способствовало повышению их всхожести на 5-30%, а более длительное набухание в этом растворе на протяжении 10-24 ч проявляло ингибирующее действие этилового спирта. При повышении концентрации этанола до 2 М мы наблюдали в течение 0,5-20,0 ч набухания зерен понижение их всхожести, а после 22 ч — полное подавление процессов прорастания зерен.

Продолжительное присутствие зерен в растворах с высокими концентрациями БАВ может инициировать процессы разрушения клеток зародыша, способствуя снижению их жизнеспособности (рис. 2).

Потеря зернами жизнеспособности зависит как от природы БАВ, так и их концентраций.

Таблица 2

Влияние водных растворов дигидрокверцетина на основные физиологические параметры проростков пшеницы сорта Омская 12

Концентрация дигидрокверцетина, мкМ Всхожесть, % Вегетативная масса побега, г Масса одного побега, мг

Контроль (вода) 86±5 (100) 3,20±0,36 (100) 37±6 (100)

89±6 3,97±0,45 41±7

0,1 (103,5) (124,1) (110,8)

90±6 3,70±0,32 41±6

1,0 (104,7) (115,6) (110,8)

90±7 3,96±0,30 44±6

10,0 (104,7) (123,7) (118,9)

93±5 3,81±0,35 41±5

100,0 (108,1) (119,1) (100)

92±6 3,40±0,32 37±4

1000,0 (106,9) (106,3) (100)

Таблица 3

Проявление действия биологически активных веществ на физиологические показатели проростков пшеницы сорта Приленская 19

Активатор Концентрация, мМ Всхожесть, % Вегетативная масса побегов, г Средняя масса одного побега, мг Средняя длина одного побега, см

Контроль (Н2О) - 76±6 (100) 3,79 (100) 44,2 (100) 8,0 (100)

Аскорбиновая кислота 2,0 90±8 (118,4) 4,86 (128,2) 52,1 (117,9) 9,2 (115,0)

Дигоксин 0,01 86±6 (113,2) 4,19 (110,6) 46,6 (105,4) 8,6 (107,5)

Перекись водорода 0,01 85±6 (111,8) 4,20 (110,8) 47,5 (107,5) 8,5 (106,3)

Строфантин 0,028 90±7 (118,4) 4,21 (111,1) 46,7 (105,7) 8,5 (106,3)

Этанол 0,5 87±9 (114,5) 4,22 (111,3) 47,6 (107,7) 8,8 (110,0)

Таблица 4

Влияние высоких концентраций биологически активных веществ на всхожесть зерен пшеницы сорта Омская 12

Реагенты Концентрация, М Время замачивания зерен, повышающее всхожесть, ч Повышение всхожести, % Время замачивания зерен, понижающее всхожесть, ч Время полного ингибирования всхожести, ч

Дигоксин 0,14 1,0-1,5 20-30 2,0-6,0 8,0-24,0

2,4-ДНФ 0,001 0,5-1,0 5-8 1,5-24,0 -

Салицилат № 0,1 0,5-1,0 5-6 2,0-20,0 22,0-24,0

Этанол 1,0 0,5-8,0 5-30 10,0-24,0 -

Этанол 2,0 - - 0,5-20,0 22,0-24,0

Время наблюдения, сут.

Рис. 2. Кривые жизнеспособности зерновок пшеницы сорта Омская 12 после 24 ч замачивания в водных растворах 50 мМ гидрохинона (1), 1,8 М этанола (2) и 0,5 М салицилата натрия (3)

На основании проведенных исследований нами разработана технология предпосевной обработки зерен пшеницы биологически активными веществами, которые способствуют повышению их всхожести и активизируют рост в развитие, обладая следующими преимуществами:

- технология основана на способности зерен пшеницы при набухании поглощать до 50-55% воды;

- раствор с биологически активными веществами поступает в зерновки за счет осмотических сил;

- в данной технологии можно контролировать как природу БАВ, так и их концентрацию;

- отобранные вещества обладают стимулирующим действием на начальные механизмы прорастания зерен пшеницы;

- можно использовать сложные многокомпонентные смеси, которые способны регулировать рост и развитие проростков пшеницы в начальный период их прорастания;

- низкая себестоимость технологии.

Технологическая схема предпосевной

обработки зерен пшеницы растворами биологически активных веществ представлена на рисунке 3.

Технологический процесс активирования зерен пшеницы включает подачу зерен по шнековому транспортеру (1) в зерноприем-ник (2). Компоненты раствора БАВ (3а, 3б) поступают в смеситель (4), а затем вносятся

в зерноприемник. Раствор БАВ должен полностью покрыть поверхность зерен. После окончания активирования зерен раствор БАВ сливают в бак (5) для возможности повторного использования его для активирования зерен пшеницы.

Заключение

Для активирования прорастания зерен пшеницы можно использовать как низкие, так и высокие концентрации БАВ. При использовании низких концентраций БАВ требуется зерна замачивать в течение 24 ч, тогда как при набухании зерен пшеницы в растворах с высокими концентрациями БАВ для этого необходимо только 0,5-1,5 ч. Вещества, накопившиеся в зерновках, способны активировать механизмы прорастания зерен, что проявляется в повышении всхожести, увеличении вегетативной массы и длины побегов.

Использование высоких концентраций БАВ сокращает время набухания зерен, проявляя эффект активирования всхожести зерен и ускорения их роста и развития. Полученные данные позволяют предложить наиболее оптимальную продолжительность замачивания семян в растворах неорганических и органических веществ и на основании этих данных — технологию предпосевной обработки зерен пшеницы растворами БАВ, повышающих урожайность зерновых культур.

Рис. 3. Технологическая схема обработки зерен пшеницы растворами биологически активных веществ:

1 — шнековый транспортер; 2 — бак для активирования;

3 — емкости для воды (а) и раствора БАВ (б); 4 — смеситель; 5 — бак сливной для раствора БАВ;

6 — водяной насос

Библиографический список

1. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. — Л.: Наука, 1985. — 347 с.

2. Рогожина Т.В., Рогожин В.В. Физиоло-го-биохимические механизмы прорастания зерновок пшеницы // Вестник АГАУ. — 2011. — № 8. — С. 17-21.

3. Протасова Н.А., Беляев А.Б. Химические элементы в жизни растений // СОЖ.

— 2001. — Т. 7. — № 3. — С. 25-32.

4. Колесников М.П. Формы кремния в растениях // Успехи биол. химии.

— Т. 41. — С. 301-332.

5. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Влияние антиоксидантов на всхожесть семян пшеницы // Сельскохозяйственная биология. — 2001. — № 3. — С. 73-78.

6. Шабанова И.В., Цокур М.Н., Долото-ва М.С. Наноматериалы в сельском хозяйстве: получение и применение // Научный журнал КубГАУ. — 2007. — № 27. —

С. 1-11.

7. Жизнеспособность семян / под ред. Е.Х. Робертса. — М.: Колос, 1978. — 415 с.

8. Лакин Г.Ф. Биометрия. — М.: Высш. шк., 1990. — 352 с.

- 2001.

+ + +

УДК 633.11«321 »:631.559:631.581:631.51 (571.15) М.Л. Цветков,

А.В. Бердышев УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ, РАЗМЕЩЁННОЙ ПО ЧИСТОМУ ПАРУ В УСЛОВИЯХ ПРИОБЬЯ АЛТАЯ

Ключевые слова: зернопаровой севооборот, основная обработка почвы, технология парования почвы, навоз, гербициды, урожайность и качество зерна яровой пшеницы по чистому пару.

Введение

Производство зерна, особой строкой при этом — яровой пшеницы, было и остаётся ключевой проблемой как в целом для страны, так и в частности для Алтайского края. Всем известно, что это стратегический товар, составляющий её безопасность. В зерновом балансе как Сибирского Федерального округа, так и страны в целом. Алтайский край занимает достаточно значимые позиции. Экономика края, как сельскохозяйственного региона, конечно же, определяется производством продукции растениеводства, главным образом при этом — производством зерна яровой пшеницы.

В предыдущей нашей работе был дан ретроспективный анализ зернового производства края и намечались пути решения

современных его проблем [1]. Было отмечено, что для решения обозначенной проблемы, как и ранее, необходимы зернопаровые севообороты с короткой ротацией. В этом случае площадь парового клина должна быть (как обозначено в «Системе..., 1981» и других источниках) не менее 1,5 млн га, а это практически пятая часть всей пашни края [2, 3]. Отсюда явно видна важность парового поля для сельскохозяйственного производства Алтайского края.

Целью исследований являлось изучение влияния основных обработок почвы под пар и технологий по его уходу на урожайность и качество зерна яровой пшеницы, размещённой по пару.

В задачи исследований входило изучение густоты стояния и сохранности растений к уборке, элементов структуры урожая, урожайности и качества зерна яровой пшеницы первой культурой по чистому пару в системе 4- и 5-польного зернопарового севооборота на безгербицидном и гербицидном, на удобренном и неудобренном фонах в условиях Приобья Алтая.