CC BY
99
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2010. Вып. 2. С. 281-288
Биология =
УДК 581.1
Влияние стимуляторов роста на рост и развитие якона в условиях Тульской области
Н.В. Сидорова, В.В. Иванищев, Л.С. Мельник, П.Ф. Кононков
Аннотация. Якон (РоИшша вопсЬНоИа) — нетрадиционное для России растение семейства Сложноцветные. Обладает запасающими корневыми клубнями, содержащими значительное количество олигосахаров. Изучено влияние стимуляторов роста и развития на выживаемость рассады и фотосинтетические показатели. Выявлена эффективность использования химических препаратов на исследованные характеристики растений якона.
Ключевые слова: биоанализ, микробные сенсоры, биосенсоры, экологический мониторинг, углеводороды нефти.
Введение
Интродукция растений — прикладной раздел экспериментальной ботаники. Поэтому сравнительное изучение особенностей роста и развития растений в онтогенезе в природных местообитаниях и при выращивании их в новых условиях среды представляет практический интерес для успешного освоения растительных богатств любой страны. Интродукция ценных видов овощных культур в условиях различных зон России позволит расширить ассортимент потребляемых продуктов, и, следовательно, улучшить питание населения, сделать его более полноценным, качественным и разнообразным [1].
Одним из таких перспективных овощных растений является якон (Ро1ут-ша вопеЫГоНа Роерр. & Епё1.), который с древних времен выращивают в Перу и других латиноамериканских странах. Якон используют для получения сахара, инулина и спирта, а также как кормовое растение [2]. Устойчивый интерес к подобным культурам объясняется низким содержанием сложных углеводов, повышенным содержанием минеральных элементов и витаминов. Введение подобных растений в рацион будет способствовать поддержанию здорового образа жизни.
При анализе свежих корневых клубней было показано, что они содержат 69-83% воды, 0.4-2.2% белка и до 20% сахаров. Корневые клубни содержат 4-7% сухого вещества, из которого 6-7% белка, 0.4-1.3% жиров, 4-6%
клетчатки и около 65% сахаров. Следует отметить высокое содержание в корневых клубнях калия. В сухих листьях якона содержится 11-17% белка,
2-7% жира и 38-41% безазотистых соединений [3]. К настоящему времени якон интродуцирован в США, Новой Зеландии, Японии, южной Европе, Молдове и России.
Основной проблемой в интродукции якона в условиях Тульской области является его слабая устойчивость к отрицательным температурам и замедление всех физиологических процессов при низких положительных температурах. При этом характерный для данного региона майский весенний возврат холодов затрудняет возделывание якона в открытом грунте Нечерноземной зоны России.
Изучение повышения адаптационного потенциала рассады указанной культуры при использовании стимуляторов и регуляторов роста антистрессового действия явилось целью нашего исследования.
Методика исследования
Зеленые стеблевые черенки якона были срезаны с материнского растения, зимующего в теплице. Размер черенка — 5-7 см, с 2-4 листьями и апикальной почкой.
Черенки выдерживали сутки в растворах регуляторов роста при следующих концентрациях: эпин-экстра — 1 мл на 0,25л дистиллированной воды; цитовит, феровит, циркон — 0,1 мл на 1 литр; альбит — 0,1 г на 300 мл; амир — 0,1 мг на 1 литр. Были использованы рекомендованные концентрации для семейства Пасленовые, поскольку имеется ряд схожих агротехнических приемов при выращивании якона и картофеля. Черенки укореняли в почвенно-торфяном грунте. Рассада в возрасте 40-45 дней была высажена в открытый грунт при установлении ночной температуры воздуха не ниже
3-4°С и прогревании почвенного покрова на глубине 15-20 см до +12°С.
Повторную внекорневую обработку (опрыскивание) проводили на вегетирующих растениях через 35 дней после высадки в открытый грунт из расчёта 10 мл рабочего раствора на 1 растение.
Полевой опыт был заложен на базе БЭОС ТГПУ им. Л.Н.Толстого (Ленинский район Тульской области) по стандартной схеме. Количество вариантов в опыте — семь (регуляторы + контроль — растения, обработанные водой), повторность опыта двукратная, размещение делянок систематическое.
Использованные препараты эпин-экстра, альбит, ферровит, циркон, ци-товит и амир обладают широким спектром стимулирующего и защитного действия, что приводит к увеличению урожайности и повышению качества сельскохозяйственной продукции. Они являются эффективными иммуномодуляторами, увеличивают устойчивость растений к стрессу, фитопатогенам, болезням [4]. Амир представляет собой концентрат сухих листьев амаранта и
является природным стимулятором роста с ярко выраженной антиоксидант-ной активностью, стимулирует физиологические процессы в растении [5].
В ходе эксперимента определяли биометрические параметры (высоту главного побега, количество листьев и боковых побегов, площадь листовой пластинки), содержание фотосинтетических пигментов (фотоколориметри-ческий метод) [6], коэффициент хозяйственной эффективности [5], урожайность корневых клубней.
Результаты
В условиях Тульской области якон возделывается как однолетнее травянистое растение. За вегетационный период формируется куст высотой от 60 до 120 см, образующий компактное гнездо корневых клубней. Стебель и листья опушенные, светло зеленые или умеренно бордовые (при низких положительных температурах). К фазе цветения при выращивании в открытом грунте не переходит.
Рис. 1. Якон
При высадке рассады растений якона в открытый грунт в первой декаде мая без использования укрывного материала в контрольном варианте наблюдали 80%-ную выживаемость растений. Использование регуляторов роста позволило существенно уменьшить потери рассады. Наиболее эффективными оказались эпин-экстра и циркон, при использовании которых выживаемость рассады составила 98%.
В ходе эксперимента происходило значимое для растений снижение температуры (вплоть до +1 °С) в течение полутора недель. В результате этого произошло отмирание нижних листовых пластинок и сохранение лишь верх-
него яруса листьев. Процесс сопровождался внешним изменением окраски надземной части растений (от бордовой до тёмно-фиолетовой).
При установлении среднесуточной температуры выше +7 °С наблюдали медленный рост боковых побегов на листовых рубцах. Активное нарастание главного побега и вегетативной массы началось во второй половине июля при установлении дневной температуры воздуха выше +20 °С.
Таблица 1
Биометрические показатели якона в возрасте 115-125 суток
Вариант опыта Высота растения, см Площадь листовой массы, см2 Кол-во боковых побегов, шт Урожайность с 1 м2, кг
Контроль 75,4±0,9 105,4±0,4 2,7±0,1 2,45±0,25
Цитовит 89,8±0,8 119,6±0,3 4,9±0,2 4,20±0,30
Циркон 90,2±0,9 120,6±0,4 5,4±0,4 3,96±0,25
Феровит 82,4±0,7 114,6±0,6 4,5±0,2 3,60±0,28
Эпин-экстра 94,9±0,9 124,1±0,3 5,1±0,3 4,42±0,32
Амир 88,6±0,8 118,7±0,4 4,9±0,2 4,18±0,25
Альбит 84,2±0,8 114,3±0,6 4,7±0,2 3,46±0,18
На начальных этапах развития растения контрольного варианта характеризовались лучшими биометрическими показателями. Так, высота главного побега у контрольных растений превышала высоту побега экспериментальных растений на 2,8-3,6 см, а облиственность растений контрольного варианта в среднем была выше на 2-4 листа. Растения, обработанные амиром, на начальных этапах развития, несколько отставали по указанным параметрам. Однако к концу вегетационного периода (в наших условиях 132-145 дней с момента высадки в грунт) они превзошли контрольный вариант. Наибольшим положительным действием в отношении изученных параметров обладали регуляторы роста эпин-экстра и альбит.
Определение содержания фотосинтетических пигментов в листьях якона показало, что суммарное содержание хлорофиллов в контрольном варианте составило 6,2 мг/г, что соответствует данным, полученными другими авторами [7]. Стимулирующее действие на содержание хлорофиллов оказывали все исследованные препараты регуляторного характера (табл. 2). При этом наивысшие показатели были получены при использовании цитовита, циркона и эпина. Указанные данные позволяют ожидать соответствующего увеличения фотосинтетических показателей.
Аналогичная картина была получена и в отношении разных форм хлорофилла — а и Ь. В то же время использованные регуляторы в большей степени оказали влияние на синтез хлорофилла Ь, который является важнейшей частью светособирающего комплекса. Но и число реакционных центров также было увеличено (хлорофилл а) [5]. Такие данные говорят об увеличении
Таблица 2
Влияние регуляторов роста на содержание фотосинтетических пигментов в
листьях якона
Варианты опыта сумма хлорофиллов, мг/г содержание хлорофилла а, мг/г содержание хлорофилла Ь, мг/г содержание каротиноидов, мг/г
контроль 6,2±0,01 4,2±0,01 2,0±0,01 1,5±0,01
Цитовит 11,3±0,03 6,8±0,02 4,5±0,01 2,6±0,01
Циркон 10,3±0,02 6,2±0,02 4,1±0,01 2,4±0,01
Феровит 7,7±0,01 5,1±0,01 2,7±0,01 2,0±0,01
Эпин-экстра 9,7±0,02 6,2±0,01 3,5±0,01 1,8±0,01
Амир 7,9±0,02 5,1±0,01 2,8±0,01 1,8±0,01
Альбит 6,7±0,02 4,4±0,01 2,3±0,01 1,5±0,01
потенциальных фотосинтетических возможностей растений якона (в соответствующих условиях) при обработке регуляторами роста и развития. При этом также несколько менялось соотношение форм хлорофилла в сравнении с контрольным вариантом.
В варианте опыта с альбитом получены результаты близкие к контрольным, и хотя препарат способствовал повышению стойкости рассады и защите ее от низких температур и вредителей, не наблюдали его влияния на увеличение содержания пигментов в листьях якона и урожайность культуры. Наибольшее влияние на синтез каротиноидов оказали цитовит и циркон (табл. 2). Эти данные также свидетельствуют о возрастании возможностей светособирающего комплекса листьев.
Обсуждение результатов. Интродукция нетрадиционных культур в новых почвенно-климатических условиях сопряжена с необходимостью поиска особенностей агротехники и возделывания. Применение регуляторов роста и развития может оказаться ключевым звеном в решении проблемы сохранения растений и управления их продуктивностью.
Известно, что рост растений является одним из самых чувствительных к стрессовым воздействиям процессов, и его интенсивность тесно связана с эффективностью фотосинтеза и перераспределением ассимилятов. Резкие перепады температур, уменьшение вегетационного периода и изменение длины светового дня при интродукции растений, а также недостаток влаги, приводят к выработке определенных адаптивных реакций, в том числе и на уровне пигментной системы.
Результаты исследования показывают, что якон является пластичным растением и имеет определенные механизмы защиты от низкотемпературного стресса. Один из них может состоять в усиленном синтезе каротиноидов и антоцианов, что внешне проявляется в изменении окраски надземных побегов (от бордовой до темно-фиолетовой) при понижении температуры до
7-8°С. С другой стороны, подобный внешний эффект может быть вызван разрушением хлорофиллов при снижении температуры.
Показано, что в обычных условиях в растении идет постоянный процесс обновления пигментного фонда, а действие стрессовых факторов значительно усиливает деградацию пигментов. Поэтому можно полагать, что ведущей причиной смены окраски листьев при снижении температуры являлось разрушение зеленых пигментов. Также показано, что адаптация растений якона к экстремальным условиям обусловлена лабильностью активности фотосинтетического аппарата [7].
Багаутдиновой Р.И. с сотрудниками (2003) был проведен сравнительный анализ анатомической структуры листьев якона седьмого-восьмого ярусов с закончившими рост листьями картофеля среднего яруса, имеющими аналогичную структуру и одинаковый период формирования (фазу развития). Было показано, что листья растений якона характеризуются мелкоклеточно-стью, и в них обнаружено пониженное число хлоропластов (в расчете на одну клетку). Объем клеток у растений якона — в 5 раз меньше, чем у растений картофеля, а площадь листовой пластинки — в 4 раза больше. При низком количестве хлоропластов на единицу листовой поверхности, функциональная активность отдельного хлоропласта листа якона превышала таковую картофеля более чем в 3 раза [8].
Эксперименты с регуляторами роста на картофеле показали, что в хлоропластах данной культуры увеличивалось содержание хлорофилла а, а чистая продуктивность фотосинтеза колебалась в пределах от 4 до 9 г сухого вещества на 1 кв.м. листовой поверхности в сутки. Пересчет этих данных при 10 часовой продолжительности дня дает величины 4-9 мг сухого вещества на кв.дм в час. Аналогичные результаты получены и другими авторами, причем контрольный вариант обладал интенсивностью фотосинтеза примерно в 12 мг, а при воздействии ИУК — примерно в 27 мг сухого вещества на кв. дм в час [9]. Сравнение таких данных с представленными выше для якона подтверждают высокую эффективность фотосинтетического процесса у интро-дуцируемой культуры. Всё это делает интересной культуру якона в качестве объекта дальнейшего изучения с позиций особенностей фундаментальных фотосинтетических процессов на уровне хлоропластов, а также ферментов.
Влияние исследованных регуляторов на ростовые процессы якона проявилось в приспособленности растения (II балла по шкале Браун-Бланке при общем угнетении вида в нетипичных для него условиях, у экспериментальных растений отмечено более сильное развитие вегетативных органов) к температурным перепадам, повышении иммунитета (степень поражения экспериментальных растений патогенами по бальной шкале ВИР в опыте составила 0 баллов, у контрольных растений достигала 2 баллов). Действие препаратов можно считать пролонгированным, поскольку ферровит повышал сахаристость корневых клубней (на 3,7% по отношению к контролю), а наибольшая урожайность с 1м2 была отмечена в вариантах опыта с цитови-том и эпином-экстра (4,2 кг и 4,4 кг соответственно).
Таким образом, в агроклиматических условиях Тульской области можно обеспечить выращивание указанной нетрадиционной культуры рассадным способом. Использование различных регуляторов и стимуляторов роста позволяет повысить устойчивость к стрессам (в том числе и температурным), что выражается в более высокой конечной продуктивности в сравнении с контролем, а отсутствие специфических вредителей якона позволяет получить удовлетворительный урожай.
Коллектив авторов благодарит за оказанную консультацию при подготовке статьи профессора Музафарова Е.Н.
Список литературы
1. Перспективы интродукции якона в России / П.Ф. Кононков [и др.] // Докл. Россельхозакадемии. 1996. №5. С.17-18.
2. Hermann M., Heller J. Andean roots and tubers: Ahipa, arracacha, maca and yacon // International Plants Genetic Resourses Institut. 1997. P.199-242
3. Bostid N.R.C. Yacon // Lost crops of the Incas: Little - known planc of the Andes with promise for worldwide cultivation. Washington: National Akademy Press, 1989. P.115-123.
4. Шаповалова О.А, Вакуленко В.В., Прусаков Л.Д. Регуляторы роста растений для овощных культур. Обзор // Научно-информационный журнал для специалистов защищенного грунта «Гавриш». 2009. №3. С.14-18.
5. Методические рекомендации по технологии возделывания якона на приусадебных, садово-парковых участках и фермерских хозяйствах в условиях Нечерноземной зоны России / П.Ф. Кононков [и др.]. М.: ВНИИССОК, 2004. 27 с.
6. Иванов В.Б. Практикум по физиологии растений. М.: Академия, 2004.
7. Особенности вегетативного размножения / Е.В. Слетова [и др.] // Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений: матер. 4-ой Межд. научн.-практ. конф. / Ульяновск. 2002. T.2. С.343-345.
8. Багаутдинова Р.И., Федосеева Г.П., Оконешникова Т.Ф. Фруктозосодержащие углеводы растений семейств — локализация и состав // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5.
9. Король В.В., Кириллова И.Г, Пузина Т.И. Изменение гормонального баланса и физиологических процессов растения картофеля при обработке регуляторами роста // Вестник Башкирского университета. 2001. № 2 (II). С.84-86.
Кононков Петр Федорович, д.с.-х.н., профессор, заведующий лабораторией интродукции и селекции, Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур.
Иванищев Виктор Васильевич, д.б.н., старший научный сотрудник, кафедра ботаники и технологии растениеводства, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.
Мельник Людмила Станиславовна, к.с.-х.н., доцент, кафедра ботаники и технологии растениеводства, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.
Сидорова Наталья Васильевна (natalkaMyosotis@yandex.ru), аспирант, кафедра ботаники и технологии растениеводства, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.
The effect of growth regulators on the growth and development of yacon plants in Tula region
N.V. Sidorova, V.V. Ivanishchev, L.S. Melnik, P.F. Kononkov
Abstract. It has been studied the introduction of the yacon in Tula region. This cultivated plants have beneficial properties. To stimulate the plant development the yacon plants were treated with growth regulators and growth-stimulating chemicals. Influence the factors of growth and development on survival rate of sprouts and photosynthetic characteristics was studied. The efficiency of chemical preparations using on the investigated characteristics of plants yacon is revealed.
Keywords: bioassay, microbial sensors, biosensors, ecological monitoring, petroleum hydrocarbons.
Kononkov Petr, doctor of agricultural sciences, professor, head of laboratory introduction and selection, VNIISSOK.
Ivanishchev Victor, doctor of biological sciences, senior researcher, department of botany and technology plants department, Tolstoy Tula State Pedagogical University.
Melnik Ludmila, candidate of agricultural sciences, associate professor, department of botany and technology plants, Tolstoy Tula State Pedagogical University.
Sidorova Nataly (natalkaMyosotis@yandex.ru), postgraduate student, department of botany and technology plants, Tolstoy Tula State Pedagogical University.
Поступила 06.05.2010
