АГРОХИМИЯ, 2014, № 4, с. 60-69
Агроэкология
УДК 631.524.84:581.132:581.134:633.11"321":631.811.93
ПРОДУКТИВНОСТЬ, ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ РАСТЕНИЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИЛИКАТА КАЛИЯ
© 2014 г. И.И. Серегина, Н.Т. Ниловская, А.В. Баранов
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова 127550 Москва, ул. Прянишникова, 31а, Россия Е-таИ: seregina.i@inbox.ru
Поступила в редакцию 17.10.2013 г.
В модельном эксперименте с почвенной культурой исследовали влияние разных способов применения силиката калия на продуктивность, фотосинтетическую деятельность и донорно-акцеп-торные отношения растений яровой пшеницы сорта Эстер и сортообразца Л 907. Установлено положительное влияние предпосевной обработки семян силикатом калия на зерновую продуктивность как сорта Эстер, так и сортообразца Л 907, по сравнению с вариантами, где силикат калия вносили в почву при закладке опыта. Кремний способствовал улучшению эффективной работы ассимиляционного аппарата растений обоих сортов пшеницы. Использование силиката калия для предпосевной обработки семян способствовало лучшему обеспечению колоса ассимилятами за счет их накопления и усиления транспорта из листьев и побега.
Ключевые слова: силикат калия, яровая пшеница, предпосевная обработка семян, фотосинтетическая деятельность, донорно-акцепторные отношения.
ВВЕДЕНИЕ
Кремний, являясь наиболее распространенным элементом в природе, участвует в важнейших физиологических процессах энергетического, углеводного и водного обмена растений, однако в окружающей среде он присутствует преимущественно в форме нерастворимых соединений. В результате исследований установлено явление перераспределения кремния в растениях различных сельскохозяйственных культур [1, 2]. В опытах с кукурузой и ячменем показано, что общие размеры поступления кремния в элементы урожая зависят от его величины: с ростом урожая увеличивается вынос элемента [3]. Общее содержание кремния в корнях растений больше, чем в надземной части, и представлено органогенной и растворимой формами кремния. При этом доля органогенного Si в корнях всегда <50% и составляет 34.0-36.6% от общего содержания. Количество растворимого и полимерного кремния в корневой системе различных растений значительно больше, чем в листьях. В листьях злаковых органогенный Si составляет 67.5-69.2% от суммы всех форм, в стебле -
от 48.0 до 52.5%. Доля растворимого Si в стеблях и листьях составляет соответственно 9.1-14.3% и 11.5-14.7%. В листьях злаковых растений фракция полимерного Si обнаружена в количестве 17.6-20.2% от общего содержания элемента, в стеблях доля этой фракции составляет уже 36.4-38.5% [2]. В надземной части зерновых культур содержание кремния в соломе выше, чем в зерне [3].
Изучению роли кремния в жизни растений, а также закономерностей его круговорота в поч-венно-растительных системах посвящено много исследований. В последнее время возрастающий интерес к защитной роли кремния для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур обусловливается его положительной ролью в оптимизации физиолого-биохимических показателей растительной клетки. Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы [4-6]. Поскольку окристаллизованный диоксид кремния является одной из составляющих коронарных клеток корневого чехлика, авторы считают, что дефицит кремниевого питания служит одним
из лимитирующих факторов развития корневой системы растений. При этом отмечено, что всхожесть семян как при нормальных условиях, так и при действии какого-либо стресса повышается от присутствия в растворе или почве высоких концентраций монокремниевой кислоты. Исследования, проведенные с различными культурами, показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корней на 20-100% и более.
Известно, что кремний является важной составной частью клеточных стенок и тканей, а также играет большую роль в защите от болезней и вредителей. Предполагается, что особая прочность клеточной стенки связана с высоким содержанием в ней кремния в виде ортокремние-вой (и олигокремниевой) кислоты, образуя в клеточной стенке ортокремниевые эфиры с белками, а также с полисахаридами, что и обусловливает термоизоляцию клетки [7, 8]. В большинстве растений преобладает форма кремния, связанная с высокомолекулярными органическими соединениями. Основная часть органогенного кремния (до 66.0% на примере древесных растений) оказалась связанной с белком либо через свободные ОН-группы оксиаминокислот (серина, тирозина и треонина), либо посредством образования N-Si связей с аминогруппами аминокислот. Показано, что в препарате белка из листьев Amaranthus hypochondriacus при общем содержании кремния 2.7% зафиксировано следующее распределение этого элемента по фракциям: 0.77% - свободный, 1.53% - легкогидролизуемый и 0.41% - про-чносвязанный. У бобовых, например у Trifolium pratense, с общим белком связано в 4 раза меньше кремния (0.14% на сухую массу листа), хотя содержание белка находится в тех же пределах, что и в листьях амарантов [9, 10]. Кремний образует комплексы и с другими органическими соединениями, например с клетчаткой, образуя силоксановые мостки, с липидами - посредством водородных связей или за счет простых ионных связей между ортокремниевой кислотой и №-ато-мами липида. Эти комплексы обладают растворимостью в полярных органических растворителях. Кремний может образовывать комплексы с фос-фолипидами, где он, вероятно, частично замещает фосфор [9]. В растениях также присутствуют ортокремниевые эфиры углеводов, оксикарбоно-вых, оксибензойных кислот и полифенолов, способные растворяться в органических растворителях [7].
Исследования показывают, что многие растения являются концентраторами кремния, среди которых есть важнейшие сельскохозяйственные
культуры, в том числе зерновые. Злаковые культуры поглощают в 10-20 раз больше кремния, чем бобовые, подсолнечник и другие двудольные. Поглощение кремния в основном связывают с транспирацией [11]. Биологическая роль кремния сравнима с ролью микроэлементов, что обусловливает его использование в сельском хозяйстве. Именно тот кремний (на правах микроэлемента), который связан с фосфолипидами, белком и пектинами, вовлекается в метаболизм липидов, фосфора и кальция [9, 12].
Таким образом, в результате многочисленных исследований выявлено, что кремний играет существенную роль в жизнедеятельности растений. Однако до сих пор недостаточно изученными остаются вопросы влияния различных способов применения кремнийсодержащих соединений на продуктивность, фотосинтетическую деятельность и донорно-акцепторные отношения растений зерновых культур, в частности яровой пшеницы. В связи с этим возникает необходимость дальнейшего изучения аспектов воздействия кремния на рост, развитие и формирование продуктивности пшеницы.
Цель работы - изучение влияния различных способов применения силиката калия на формирование продуктивности, фотосинтетическую деятельность и донорно-акцепторные отношения растений яровой пшеницы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленных задач был проведен вегетационный опыт в лаборатории физиологии питания и продуктивности растений ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. Объектами исследования служили яровая пшеница сорта Эстер и сортооб-разец Л 907.
Закладку эксперимента осуществляли по методике [13]. Для опыта использовали дерново-подзолистую среднесуглинистую почву со следующей агрохимической характеристикой: рНкс1 6.7 (потенциометрический метод в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26483-91), Нг - 0.4 мг-экв/100 г почвы (по Каппену), - 12.9 мг-экв/100 г почвы (по Каппену-Гильковицу, ГОСТ 27821-88), V -97%. Содержание щелочногидролизуемого азота составляло 50 мг/кг почвы (по Корнфилду, в модификации ЦИНАО), обеспеченность подвижными формами фосфора и калия - 28.6 и 38.0 мг/кг почвы соответственно (по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26207-91) [14].
В качестве кремнийсодержащего соединения использовали силикат калия, имеющий более высокую скорость растворения в воде по сравнению с силикатом натрия [15]. В опыте изучали различные способы применения кремнийсодержащего соединения: предпосевную обработку семян 0.3%-ным раствором силиката калия и внесение его в почву при закладке опыта из расчета 2.5 мг/кг почвы. Дозы были взяты на основании литературных данных [16, 17] и лабораторных опытов, проведенных авторами ранее [18, 19]. Контрольным являлся вариант без применения кремния. Уровень минерального питания (КРК) создавали путем внесения КН4К03, КН2Р04 и КС1 из расчета 75 мг каждого элемента/кг почвы. Растения выращивали в условиях оптимального водообес-печения и освещения в фитотронной установке, где поддерживали постоянные световые условия при 16-часовом световом дне. Источником света в установке служили лампы 3Н-8 мощностью 500 Вт, помещенные в водяной экран. Температурный режим при выращивании растений в световой период составлял 23-24°С и в темновой период - 18-20°С. Условия водообеспечения создавали путем полива сосудов по массе до 70% ПВ.
Для изучения влияния силиката калия на динамические характеристики накопления биомассы и изменение ассимиляционной поверхности с целью оценки закономерностей формирования яровой пшеницы последовательно проводили отбор проб растений на 3-х основных этапах органогенеза: на VI (фаза выхода в трубку), VII (начало колошения), IX (цветение-оплодотворение). Определение площади листьев у отобранных растений проводили с использованием стандартных формул [20, 21].
В фазе выхода в трубку проводили учет числа заложившихся колосков и цветков в зачаточном колосе. При этом использовали микроскоп МБС-19. Для изучения закономерностей формирования элементов продуктивности необходимо сочетание метода морфофизиологического контроля за наступлением этапов органогенеза и определения интегральных показателей физиологических процессов: донорно-акцепторных отношений, динамических показателей накопления биомассы, изменений ассимиляционной поверхности листьев, фотосинтет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.