CC BY
64
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
А.А. Лихачев, В.М. Феодоритов // Самарская лука: проблемы региональной и глобальной экологии - 2009 - Т 18. - № 2. - Самара, 2009. - С. 26-30.
7. Лихачев, А.А. Опыт биогеографического исследования территории городского округа Королев в целях обоснования создания сети ООПТ местного значения / А.А. Лихачев // Материалы докладов XVI международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» / Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костылев, А.И. Андреев. [Электронный ресурс] - М.: МГУ, 2009. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
8. Соболева, Е.Д. Состояние и проблемы лесов городского округа Королева / Е.Д. Соболева, О.А. Саватеева // Сб. статей «Научный потенциал Московской области - устойчивому развитию террито-
рий центрального региона России». - Ярославль-Королев: Канцлер, 2009. - С. 47-55.
9. Беднова, О.В. Структурное разнообразие лесных биогеоценозов как параметр лесоэкологического мониторинга городских охраняемых природных территорий / О.В. Беднова // Вестник МГУЛ-Лес-ной вестник. - 2009.- № 5(68). - С. 182-191.
10. Беднова, О.В. Использование функции желательности Харрингтона для оптимизации многокритериальной оценки состояния лесных экосистем в условиях урбанизированной территории / О.В. Беднова // Вестник МГУЛ-Лесной вестник. - 2011.- № 7(83). - С. 35-41.
11. Jongman, R. Ecological Networks and Greenways: Concept, design, implementation / R. Jongman, G. Pungetti. - Cambridge: CUP, 2004 - 344 pp.
ВЛИЯНИЕ ДОЗЫ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ В РАСТВОРАХ НА СТИМУЛЯЦИЮ РОСТА
растений при предпосевной обработке семян
ГН. ФЕДОТОВ, ст. научн. сотр. института экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, д-р биол. наук,
Т.Ф. РУДОМЕТКИНА, ст. научн. сотр., канд. хим. наук,
В.С. ШАЛАЕВ, проф., директор ИСИЛ, д-р техн. наук
Повышение урожайности за счет предпосевной обработки семян биологически активными веществами (БАВ) зависит от многих факторов [1, 2]:
- условий выращивания семян, подвергаемых обработке БАВ (место выращивания растений, климатические условия их произрастания, состояние почв, наличие сорняков, болезней и вредителей, применение пестицидов при выращивании и др.);
- условий уборки и хранения посевного материала;
- способов предпосевной подготовки и обработки семян, включая сортировку;
- методов посева обработанных семян (предшественники, глубина заделки семян, густота посева и т.д.);
- условий выращивания (место выращивания растений, климатические условия их произрастания, состояние почв, наличие сорняков, болезней и вредителей, применение пестицидов и др.).
Невозможность контроля и управления всеми перечисленными выше факторами
gennadiy.fedotov@gmail.com затрудняет процесс исследования и зачастую делает невозможным получение воспроизводимых результатов при изучении влияния предпосевной обработки семян БАВ на урожай сельскохозяйственных растений.
Кроме того, при перенесении результатов лабораторных по предпосевной обработке семян БАВ в полевые условия возникают достаточно большие сложности. Как правило, в лабораторных условиях проводят обработку семян, смачивая их растворами с определенной концентрацией. В результате на семенах остается раствор, содержащий БАВ, причем количество БАВ на семенах пропорционально количеству остающегося на них раствора. При лабораторной обработке объем раствора значительно превышает объем раствора, остающегося на семени при обработке в протравочной машине при расходе 10 л раствора на тонну семян.
Хорошо известно, что в медицине и токсикологии эффект воздействия БАВ пропорционален дозе БАВ - массе БАВ, приходящейся на единицу массы биологического
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 9/2012
71
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
Таблица
Результаты обработки семян пшеницы сорта «Оренбургская-10» препаратом «Форасид» в различных условиях после выращивания в течение 3 дней
№ Концентрация рецептуры и способ обработки Средняя длина корня, мм
1 С (в проволочных каркасах) 168
2 С х 19 (в проволочных каркасах) 125
3 С (в аналоге протр. машины) 170
4 С х 19 (в аналоге протр. машины) 124
Рисунок. Проволочные каркасы пустые и с семенами пшеницы
материала. Взаимосвязь же параметров дозы и концентрации БАВ при предпосевной обработке семян нам в литературе обнаружить не удалось.
Целью работы было исследование вопроса - какие параметры раствора надо использовать при предпосевной обработке семян на протравочной машине, имея результаты лабораторных испытаний?
Анализ литературных данных позволяет заключить, что для многих БАВ существует некая оптимальная концентрация растворов, которая оказывает максимальное стимулирующее влияние на развитие семян. Причем эффективность обработки снижается при использовании растворов как с более высокими, так и с более низкими концентрациями. Наличие подобного эффекта позволяет при помощи экспериментов получить ответ на вопрос о соотношении понятий концентрации и дозы при обработке семян БАВ.
В работе использовали семена пшеницы сорта «Оренбургская-10» и ячменя сорта «Атаман». В качестве БАВ использовали препарат «Альбит» [7] и разработанный нами экспериментальный препарат «Форасид».
При оценке различия в дозах БАВ при лабораторной обработке и на стандартной протравочной машине семена пшеницы и ячменя помещали в проволочные каркасы (ри-
сунок), опускали в раствор, избыток раствора стряхивали, и сушили семена в каркасах в подвешенном состоянии.
Было установлено, что доза БАВ, рассчитанная по количеству остающегося на семенах раствора, превышает для пшеницы дозу при полевых обработках на стандартном оборудовании в 19 раз, а для ячменя - в 25 раз.
Для оценки влияния стимулирующего эффекта параметров раствора определяли силу роста семян [1] в реальных почвах. Семена проращивали в небольших пластиковых чашечках диаметром 70 мм в конкретных почвах, в темноте, в течение 3 суток при температуре 22 °С. В одну чашечку помещали от 10 семян. Оценку эффективности проводили по 3 параметрам: среднему числу первичных корней, средней длине первичных корней и средней длине ростка. Наиболее чувствительным оказался параметр - «средняя длина первичных корней».
Была проведена обработка семян пшеницы сорта «Оренбургская-10» путем смачивания в растворах БАВ в проволочных каркасах и на аналоге протравочной машины, обеспечивающей расход раствора 10 литров на тонну семян (таблица).
В первом и третьем опытах для разных способов обработки совпадают концентрации, а в первом и четвертом опытах - дозы.
72
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 9/2012
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
Из полученных данных хорошо видно, что при разных способах обработки эффект действия БАВ определяется концентрацией раствора, а не дозой БАВ, попадающей на семена.
Данный результат оказался довольно неожиданным, так как количество БАВ на семени (доза) никак не влияло на эффективность действия препаратов. Для объяснения полученных результатов рассмотрим данные по изучению механизма взаимодействия воды с семенами.
Существуют разные объяснения стимулирующего механизма действия БАВ при обработке семян. Наиболее проработанными можно считать представления о действии гиб-береллинов [3-5]. Выдвигается предположение о том, что гиббереллины осуществляют деблокирование ферментов (амилаз) и и-РНК, обеспечивающих синтез амилаз. В результате возрастает концентрация амилаз и, как следствие, концентрация сахаров, образующихся при гидролизе амилазами крахмала эндосперма. Это и приводит к ускорению развития семян и более полному использованию запасов питательных веществ эндосперма. С точки зрения эволюции (сохранения растений) в семенах запасается питательных веществ значительно больше, чем нужно для развития из них растений. Природа ориентирует растения на запасание питательных веществ в семенах на самые неблагоприятные погодные условия. Как следствие, при прорастании семян до 50 % запасных питательных веществ не используется при развитии [6]. Стимуляция семян БАВ позволяет увеличить скорость переработки этих запасов и приводит к росту вырабатываемой в единицу времени энергии в семени. Эта энергия расходуется на ускорение развитие семян, но ее вырабатываемого избытка хватает и для синтеза ферментов, если необходимо противостоять неблагоприятным факторам среды.
Однако подобный подход с биохимических позиций никак не коррелирует с полученными данными. Из этого механизма следует, что чем больше молекул БАВ будет участвовать в деблокировании, тем активнее должно функционировать семя, чего в реаль-
ности не наблюдается. Это позволяет сделать вывод, что механизм является более сложным и, по-видимому, многостадийным. Разработанные представления о механизме действия гиббереллинов являются чисто биохимическими и позволяют нам понять, как действуют гиббереллины, попав в нужное место семени. Однако вполне очевидно, что для реализации этих механизмов БАВ должны попасть при обработке внутрь семян. При этом не возникает никаких сомнений, что от эффективности их попадания в нужную точку семени процесс активации прорастания будет зависеть никак не в меньшей степени, чем от взаимодействия БАВ с объектами-мишенями, о природе которых достоверная информация в настоящее время отсутствует. Для того чтобы лучше разобраться в этом вопросе, рассмотрим процесс проникновения в семена воды.
Методом спинового эха ЯМР было показано [8-10], что поступающая вода, по крайней мере на начальных этапах набухания семян пшеницы, распределена неравномерно. В семенах довольно быстро появляется вода в жидкой фазе, тогда как ее проникновение в клетки эндосперма, несмотря на быстрое распространение воды в капиллярном и межклеточном пространстве, оказывается существенно замедленным. Однако необходимо отметить, что используемый метод спинового эха ЯМР не дает прямых сведений о пространственной локализации зон с водой в жидкой фазе.
Такая возможность открывается при использовании метода ЭПР-томографии, который основан на регистрации спектра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) электронно-спиновых центров в неоднородном магнитном поле и позволяет восстановить пространственную картину распределения этих центров [11-12].
Было показано, что через 12 ч водный раствор, содержащий спиновый зонд, находится практически лишь в центральной части среза, где имеются сосудистый пучок и крупная воздушная полость, образованная в результате неплотного срастания перикарпия с семенной оболочкой. Распространение зонда в эндосперме зерна происходит в основном в продольном
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 9/2012
73
