CC BY
57
* - Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. - * iii^
_Агрономия
УДК 633.15+57.036
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ХЛОРОФИЛЛА КУКУРУЗЫ
С. К. МИНГАЛЕВ,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Уральский государственный аграрный университет
(620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42; тел.: 8 (343) 371-33-63),
А. Ю. ОВСЯННИКОВ,
соискатель, Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук
(620000, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202),
Ю. А. ОВСЯННИКОВ,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, И. В. СУРИН,
аспирант, Уральский государственный аграрный университет
(620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42; тел.: 8 (343) 371-33-63)
Ключевые слова: кукуруза, хлорофилл, фотосинтез, флуоресценция, минеральные удобрения. Приводятся результаты исследований по изучению влияния уровня минерального питания на флуоресценцию хлорофилла кукурузы. Наблюдения делали в лабораторных условиях на срезанных растениях в фазу наиболее интенсивного роста и в фазу выброса метелки. Регистрация флуоресценции в июле проводилась на третьем снизу, а в августе на третьем сверху листьях. Статистическая обработка результатов показывает, что, несмотря на небольшую разницу между вариантами, внесение минеральных удобрений в условиях проведенного опыта достоверно повышала фотосинтетическую активность хлорофилла кукурузы. Особого внимания заслуживает вопрос образования органического вещества и формирования урожая. Данные о продуктивности кукурузы на разных уровнях минерального питания приведены. При этом наблюдалось заметное увеличение продуктивности кукурузы. Сбор ее сухого вещества увеличился на 43 %, а урожайность зеленой массы — на 24 %. Более высокий уровень прироста сухого вещества объяснится тем, что при внесении удобрений наблюдалось существенное увеличение содержания сухого вещества в зеленой массе кукурузы. Сопоставление данных о влиянии минерального питания на показатели активности хлорофилла и продуктивности кукурузы показывает, что уровень повышения урожайности кукурузы при внесении удобрений существенно выше, чем уровень повышения фотосинтетической активности хлорофилла. Есть предположение, что это могло произойти по следующим обстоятельствам: минеральные удобрения слабо влияют на процессы фотосинтеза, которые обуславливают появление эффекта флуоресценции, но, возможно, повышают эффективность фотосинтетической системы на последующих этапах; минеральные удобрения слабо влияют на процессы фотосинтеза, которые обуславливают появление эффекта флуоресценции, но существенным образом изменяют направления использования растениями продуктов фотосинтеза. Повышение урожайности происходит в результате перераспределения продуктов фотосинтеза в пользу надземной массы.
INFLUENCE OF THE LEVEL OF MINERAL NUTRITION ON CHLOROPHYLL FLUORESCENCE OF MAIzE
S. K. MINGALEV,
doctor of agricultural sciences, professor, head of department, Ural State Agrarian University
(42 K. Libknehta Str., 620075, Ekaterinburg; tel: +7 (343) 371-33-63)
A. Y. OVSYANNIKOV,
competitor, Botanical garden of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
(202 8 March Str., 620000, Ekaterinburg),
Y. A. OVSYANNIKOV,
doctor of agricultural sciences, professor,
I. V. SURIN,
competitor, Ural State Agrarian University
(42 K. Libknehta Str., 620075, Ekaterinburg; tel: +7 (343) 371-33-63)
Keywords: maize, chlorophyll, photosynthesis, fluorescence, mineral fertilizers.
The results of studies on the effect level of mineral nutrition on chlorophyll fluorescence of maize. Observations made in the laboratory on cut plants in the most intensive phase of growth and in the ejection phase panicles. Registration of the fluorescence was carried out on July third bottom and third from the top August leaves. Statistical analysis shows that the despite the small difference between the options of mineral fertilizers in the conditions of the experiment significantly increased photosynthetic activity of maize chlorophyll. Special attention should be paid to the formation of organic matter and crop formation. Data on the productivity of maize were at different levels of mineral nutrition given. Thus there was a significant increase in productivity of corn. Gathering her dry matter increased by 43 %, while the yield of green mass by 24 %. Higher rate of growth of dry matter were explained by the fact that when the fertilizer was a significant increase in dry matter content in the green mass of corn. Comparison of data on the effect of mineral nutrition on the activity rate of chlorophyll and productivity of maize shows that the level of increase maize yields in fertilizer significantly higher than the increase in photosynthetic activity of chlorophyll. There is speculation that it could occur in the following circumstances: fertilizers have little influence on the process of photosynthesis, which cause the appearance of the fluorescence effect, but may increase the efficiency of the photosynthetic system at later stages; fertilizers have little influence on the process of photosynthesis, which cause the appearance of the fluorescence effect, but significantly change the direction of the products of photosynthesis by plants. Increasing productivity is the result of redistribution of the products of photosynthesis in favor of the above-ground mass.
Положительная рецензия представлена М. И. Лукиных, доктором сельскохозяйственных наук, профессором Уральского государственного экономического университета.
www.avu.usaca.ru 25
-• - Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г. - < ^^^
_Агрономия
Изучение влияния отдельных технологических приемов на рост и развитие сельскохозяйственных культур, как правило, сопровождается наблюдениями за особенностями фотосинтетической деятельности в посевах. Это вопрос чрезвычайно важен, поскольку изменение условий произрастания растений неизбежно, прямо или косвенно, оказывает воздействие на продукционный процесс, а значит и формирования урожая.
Основными показателями, характеризующими продукционный процесс в посевах, являются площадь листьев, индекс листовой поверхности, фотосинтетический потенциал, чистая продуктивность фотосинтеза и коэффициент хозяйственной годности урожая. Именно эти показатели регистрируются большей частью исследователей, изучавших фотосинтетическую деятельность культурных растений [1]. Существуют общепринятые методики для определения перечисленных показателей. Наиболее важным из них является чистая продуктивность фотосинтеза, который отражает способность единицы листовой поверхности синтезировать определенное количество органического вещества. Однако существующая методика определения работоспособности фотосинтетического аппарата носит расчетный характер, что и затрудняет ее оценку.
Цель и методика исследований.
Для обстоятельного изучения фотосинтетического аппарата в настоящее время могут использоваться более современные методы. Например, такие, которые позволяют регистрировать флуоресценцию хлорофилла, возникающую в процессе усвоения растениями солнечной энергии. Для этого используются флуориметры. Эти приборы позволяют регистрировать фоновую и максимальную флуоресценции ^т), которые возникают на начальных этапах фотохимических превращений. Фоновая флюоресценция соответствует такому состоянию хлорофилла, когда его реакционные центры находятся в «открытом» рабочем положении. Такое состояние хлорофилла возникает при его облучении светом низкой интенсивности, не вызывающим изменений в фотосинтетическом аппарате. Максимальная флуоресценция регистрируется при световом потоке, полностью насыщающем реакционные центры [2, 3].
Цель нашей работы состояла в изучении влияния уровня минерального питания на световые характеристики хлорофилла кукурузы. Регистрация флуоресценции хлорофилла проводилась на приборе РАМ-2500. Исследования проводились на листьях
кукурузы, которая выращивалась в полевых опытах на двух фонах минерального питания: без удобрений и при внесении NPK по 60 кг/га каждого элемента минерального питания (4). Наблюдения делали в лабораторных условиях на срезанных растениях в фазу наиболее интенсивного роста (10 июля) и в фазу выброса метелки, которая характеризуется замедлением линейной скорости роста и переходом к образованию генеративных органов (9 августа). Срезанные в поле растения ставились в сосуд с водой и доставлялись в лабораторию в течение 1,5 часов. Регистрация флуоресценции в июле проводилась на третьем снизу, а в августе на третьем сверху листьях. Измерение флуоресцентных параметров проводили после 10-минутного периода темновой адаптации.
Результаты исследований.
В результате исследований были получены индукционные кривые флюоресценции хлорофилла (рис. 1). Индукционные кривые анализировались на предмет определения показателя фотосинтетической активности хлорофилла.
Он рассчитывался по соотношению Fv/Fm. Вариабельная флуоресценция определяется по выражению Fm-F0. Отношение Fv/Fm представляет собой безразмерную энергетическую характеристику фотосинтеза аналогичную коэффициенту полезного действия [2]. Ее значения приведены в табл. 1.
Результаты расчетов показывают, что при выращивании кукурузы на разных уровнях минерального питания средние показатели фотосинтетической активности хлорофилла изменялась в зависимости от варианта от 0,762 до 0, 772 отн. ед.
Результаты статистической обработки наблюдений на уровне значимости р 0,05 приведены на рис. 2.
Статистическая обработка показывает, что, несмотря на небольшую разницу между вариантами внесение минеральных удобрений, в условиях проведенного опыта, достоверно повышало фотосинтетическую активность хлорофилла кукурузы.
В этой связи особого внимания заслуживает вопрос образования органического вещества и формирования урожая. Данные о продуктивности кукурузы на разных уровнях минерального питания приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 следует, что внесение минеральных удобрений существенно повлияло на продуктивность кукурузы. Сбор ее сухого вещества увеличился на 43 %, а урожайность зеленой массы на 24 %. Более высокий уровень прироста сбора сухого вещества объясняется тем, что при внесении мине-
Таблица1
Влияние уровня минерального питания растений кукурузы на фотосинтетическую активность хлорофилла,
Fv/Fm в отн. ед.
Уровень минерального питания Дата наблюдений
10 июля 9 августа
Без удобрений N. Р60 К60 0,762 0,772 0,764 0,771
Таблица 2
Влияние уровня минерального питания на сбор сухого вещества и урожайность кукурузы, 2013 г.
Уровень минерального питания Сбор сухого вещества, т/га Урожайность зеленой массы, т/га
Без удобрений N Р К 60 60 60 6,5 9,3 21,2 26,4
26
м/м/м/.avu.usaca.ru
^^»-Аграрный вестник Урала № 10 (128), 2014 г.
Агрономия Ф
CD
X I-
о
X
CD ^
О CD
О ^
е
Время, с
Рисунок 1
Вид индукционной кривой флуоресценции хлорофилла: F0 — фоновая флюоресценция;
Fm — максимальная флуоресценция
ральных удобрений наблюдалось существенное увеличение содержания сухого вещества в зеленой массе кукурузы.
Сопоставление данных о влиянии минерального питания на показатели активности хлорофилла и продуктивности кукурузы показывает, что уровень повышения урожайности кукурузы при внесении удобрений существенно выше, чем уровень повышения фотосинтетической активности хлорофилла. В настоящее время у нас нет обоснованного объяснения этого явления. Есть только предположение, что это могло произойти по следующим обстоятельствам:
1. Минеральные удобрения слабо влияют на процессы фотосинтеза, которые обуславливают появление эффекта флуоресценции, но, возможно, повышают эффективность фотосинтетической системы на последующих этапах.
2. Минеральные удобрения слабо влияют на процессы фотосинтеза, которые обуславливают появление эффекта флуоресценции, но существенным образом изменяют направления использования растениями продуктов фотосинтеза. Повышение урожайности происходит в результате перераспределения продуктов фотосинтеза в пользу надземной массы.
Оба эти предположения заслуживают внимания, и поэтому будут изучаться нами в дальнейшем.
Рисунок 2
Влияние минеральных удобрений на изменение величины Fv/Fm. 1 — без удобрений, 2 — NPK: (а) — измерения выполнены 10.07.13; (б) — измерения выполнены 09.08.13.
Выводы.
Таким образом, в результате наблюдений было установлено, что внесение минеральных удобрений при выращивании кукурузы хотя и незначительно, но достоверно повышало фотосинтетическую активность хлорофилла. При этом наблюдалось заметное увеличение продуктивности кукурузы. Сбор ее сухого вещества увеличился на 43 %, а урожайность зеленой массы — на 24 %.
Литература
1. Корепанова Е. В., Фатыхов И. Ш., Гореева В. Н. Влияние предпосевной обработки семян микроудобрениями на фотосинтетическую деятельность растений льна-долгунца Восход в Среднем Предуралье // Аграрный вестник Урала. 2011. № 6. С. 8-10.
2. Казимирко В. В. Разработка флуорометрических методов оценки состояния фотосинтетического аппарата для биоиндикации среды : дис. ... канд. биол. наук. М., 2000. 117 с.
3. Лысенко В. С., Вардуни Т. В., Сойер В. Г., Краснов В. П. Флуоресценция хлорофилла растений как показатель экологического стресса : теоретические основы применения метода // Фундаментальные исследования. Биологические науки. 2013. № 4. С. 8-9.
4. Мингалев С. К., Лаптев В. Р., Сурин И. В. Урожайность зеленой массы кукурузы с зерном молочно-восковой спелости в зависимости от приемов послепосевного ухода // Аграрный вестник Урала. 2012. № 6. С. 17-19.
References
1. Korepanova E. V., Fatykhov I. Sh., Goreeva V. N. Effect of pre-sowing treatment on microfertilizers photosynthetic activities fiber flax plants Sunrise Middle Urals // Agricultural bulletin of the Urals. 2011. № 6. P. 8-10
2. Kazimirko V V. Development fluorometric methods for assessing the state of the photosynthetic apparatus for bio-indication protection : dis. ... candidate. biol. of sciences. M., 2000. 117 p.
3. Lysenko V. S., Varduni T. V., Sawyer V. G., Krasnov V P. Plant chlorophyll fluorescence as an indicator of environmental stress : theoretical foundations of the method // Fundamental research. Biological sciences. 2013. № 4. P. 8-9.
4. Mingaliov S. K., Laptev V R., Surin I. V. Productivity of green mass of corn grain milky-wax ripeness depending on methods care // Agrarian bulletin of the Urals. № 6. 2012. P. 17-19.
www.avu.usaca.ru 27
F
m
F
0
