Влияние микроэлементов на процесы формирования хлорофилла в листьях растений

Изучено влияние кристальную коричневого на содержание хлорофиллов а и Ь в листьях растений проса посевного, определены корреляционная их зависимость с признаками производительности, а также роль сортов проса в повышении продуктивности этой культуры.

Постановка проблемы. Изучение адаптивной стратегии и реакции растений проса посевного на основные факторы роста и развития дают возможность лучше использовать и применять их для выращивания высоких и устойчивых урожаев зерна. Важным фактором влияния на производственные процессы у растений культуры является оптимальное обеспечение их минеральным питанием [1, 2]. Кроме наличия достаточного количества доступных соединений макроэлементов (азота, фосфора, калия, кальция, серы и др.). Важное значение имеют также микроэлементы, которые влияют, в первую очередь, на формирование белков-ферментов, обеспечивающих каталитические функции в процессах прохождения фотосинтеза растений проса , что в свою очередь непосредственно проявляется на их биологической продуктивности.

Питания растений и фотосинтез — взаимообусловлены процессы. Однако механизмы их взаеморегуляции остаются еще не до конца выясненными. Механизм действия различных типов удобрений изучают, исследуя основные показатели физиологических процессов растений, в первую очередь, содержание пигментов и характеристики хлорофиллов, которые влияют не только на интенсивность фотосинтеза, но и на общий уровень метаболизма растений [3].

Хотя в составе черноземов широкий набор микроэлементов, однако, часто они недоступны для усвоения культур, которые выращивают. Дополнение традиционных минеральных удобрений микроэлементами дает положительный эффект, однако он не совсем рациональным, поскольку доступность их

© А. И. Рудник-Иващенко, 2011.

ISSN 0582-5075. Селекция и семеноводство. 2011. Выпуск 100.

соединений микроэлементов для растений быстро снижается, так как соединения микроэлементов связываются грунтовым поглощающий комплексом и становятся-трудно доступными для растений. Альтернативным путем обеспечения культурных растений микроэлементами, в том числе и проса посевного, является применение способа нанесения водных растворов соединений микроэлементов на надземные части растений [4, 5]. Для такого способа нанесения наиболее эффективным является использование химических соединений комплексонов или хелатов, содержащие в себе микроэлементы. Такие соединения диффундируют в зелени ткани растений из водных растворов на 80% и более. Поскольку растения проса посевного отмечаются высокопроизводительным фотосинтезом типа С4, то для эффективного функционирования ассимиляционного аппарата растения нуждаются соответствующее количество соединений: Mg, что является составным элементом хлорофилла; Fe, обеспечивающий работу ферментов в процессе фотосинтеза; 2п, отвечающий за развитие и жизнеспособность пыльцы растений проса посевного; S, входящей в состав большинства белков; Мп, обеспечивающего процессы энергетического обмена и другие.

Целью исследований было установить параметры влияния различных уровней обеспечения растений культуры микроэлементами на содержание хлорофиллов а и Ь в листьях растений проса посевного с установлением корреляционных зависимостей с признаками производительности.

Условия и методика проведения исследований. Полевые дослидипро-водили в течение 2006-2010 гг на Веселоподольского опытно-селекционной станции Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы НААН. В опыте использовали сорт проса мечту селекции Института земледелия УААН (ныне ННЦ «Институт земледелия НААН» и Оли-тан селекции Веселоподольского ДСС. Площадь посевной участка 5м2, учетной — 3м2, повторность вариантов семикратная, размещение участков — регулярное в три яруса. Для учетов отбирали по 40 растений с каждого повторения по вариантам. Схема опыта: без Кристалон; Кристалон коричневый 0,5 кг / га; Кристалон коричневый 1 кг / га; Кристалон коричневый 1,5 кг / га; Кристалон коричневый 2 кг / га; Кристалон коричневый 2 , 5 кг / га.

Исследования проводили в межфазный период растений культуры выхода в трубку — созревания. Для опытов растения проса резали ниже второго междоузлия, помещали между листками увлажненный фильтровальную бумагу в целлофановых пакетах, чтобы предотвратить увядание и перевозили оперативно в лабораторию для анализов. Для анализа определения содержания зеленых пигментов в тканях использовали флажковый листок растения проса. Определение содержания хлорофиллов а и Ь проводили в ацетоновая экстракте спектрофотометрическим методом по разной длины волн: 662 нм (хлорофилл а), 644 нм (хлорофилл в) [5, 6]. Для экстракции хлорофиллов использовали смесь бензина и спирта (градиент концентрации от 0,2 до 1,2%). Оптическую плотность экстрактов измеряли на спектрофотометре Spectrumlab SS2107 за 640-66 — нм.

На основании собственных предыдущих исследований влияния различных форм микроудобрений на посевах проса посевного [7], был сделан вывод о целесообразности проведения более глубокой оценки влияния распространенного на сегодня в практике производства микроудобрения Кристалон коричневого, поскольку он содержит в своем химическом составе достаточный набор хелатных форм микроэлементов : N — 3%, Р — 11%, К — 38% — 4%, 8 — 11%, Бе — 0,07%, Мп — 0,04%, ги — 0,025%, Си — 0,01% , В — 0,025%, Мо — 0,004%.

Известно, что на большинство физиологических параметров растений большое влияние оказывает взаимодействие факторов агротехники, поэтому для анализа полученных результатов был использован метод нелинейной регрессии, описанный Кода-Нев И.М. [8].

Регрессионный анализ показателей проводили отдельно для каждого сорта.

Результаты и обсуждение. Результаты опытов показали, что содержание хлорофиллов а и Ь в листьях растений проса и индекс листовой поверхности исследуемых вариантов в фазу выхода в трубку — созревание достаточно отличались. Площадь ассимиляционной поверхности посевов в большей степени изменялась под действием факторов микроудобрений, чем суммарное содержание хлорофиллов а и Ь в листьях растений проса.

Влияние доз микроудобрений на количество хлорофилла в листьях проса в динамике за полный период вегетации растений культуры за годы исследований представлен на рис. 1.

Положительное влияние микроэлементов на содержание хлорофилла и индекс листовой поверхности проявлялся в обоих сортов, начиная с наименьшей их концентрации. Разница по содержанию хлорофиллов а и Ь в листьях между вариантом с минимальным внесением микроудобрений — 0,5 кг / га к контролю у сорта Олитан составляла от 0,3 (в 2007 году) до 0,18 мг/дм2 (в 2009 г.) ; индекса листовой поверхности в эти годы увеличивался соответственно на 0,12 и 0,18. У сорта мечту содержание хлорофиллов а и Ь в листьях увеличивался от 0,16 (в 2010 г.) до 0,52 мг/дм2 (в 2008 г.); индекса листовой поверхности в эти годы увеличивался соответственно на 0,16 и 0, 11.

Наибольшее влияние как на индекс листовой поверхности, так и на содержание хлорофиллов а и Ь в обоих сортов проса была норма внекорневой подкормки проса посевного Кристалон коричневым 2,0 кг / га (рис. 1). Дальнейшее увеличение нормы микроудобрений до 2,5 кг / га не имело положительного влияния как на содержание пигментов, так и на индекс листовой поверхности. У сорта Олитан индекс листовой поверхности проявляет положительную и тесное корреляционная зависимость с содержанием в листьях суммы хлорофиллов — коэффициент корреляции составляет г = 0,90 (рис. 2).

Эта зависимость аппроксимируется уравнением полиномиальной регрессии в = 1,38 + 2,44 х — 0,25 х2, которое в пределах исследуемой выборки действует в 81% случаев (Е2 = 0,81). Точность проведенных исследований высока — выше 1% (р = 0000).

На 5%-ном уровне значимости для сорта Олитан наиболее типичным индексом листовой поверхности является 3,3 — 4,3; этому диапазону листовой поверхности соответствует концентрация суммы хлорофиллов а и Ь в пределах 6,8-7,3 мг / дм 2 зеленых листьев.

Рис. 1. Влияние доз Кристалон коричневого на величину индекса листовой поверхности и содержание хлорофилла в листьях сортов проса

Рис. 2. Зависимость между индексом листовой поверхности и содержанием хлорофиллов а + б у сорта проса Олитан

Индекс листовой этажа и

Рис. 3. Зависимость между индексом листовой поверхности и в город м хлорофиллов а + б в омрту проса мечту

Сорт мечту имеет несколько другие статистические характеристики зависимости между индексом листовой поверхности и содержанием суммы хлорофиллов в листьях. Между этими элементами тоже существует положительная и тесное корреляционная зависимость (г = 0,79) (рис. 3). Она также аппроксимируется уравнением полиномиа-ной регрессии у = -10,4 + 7,50 х — 0,69 х2, которое в пределах исследуемой выборки действует в 62% случаев (Я2 = 0,62). Точность проведенных исследований высока — выше 1% (р = 0000).

На 5%-ном уровне значимости для сорта мечту типичный индекс листовой поверхности выше, чем у сорта Олитан — 3,8-4,5; этому диапазону листовой поверхности концентрация суммы хлорофиллов а и Ь соответствует уровню 6,8-7,3 мг / дм2 зеленых листьев.

Годы выращивания имели весьма значительное влияние как на содержание хлорофиллов а и Ь, так и на прирост листовой поверхности растений культуры. Наиболее благоприятные условия для накопления хлорофилла в листьях проса посевного и их фотосинтетической деятельности сложились в 2008 году, когда сумма эффективных температур выше 100С в течение всего вегетационного периода превышала норму и на период фазы выброса у растений метелки составляла 590-8050С при норме 5750С. В этот период растения проса имели удовлетворительное состояние по сравнению с 2007 и 2009 годами, которые отмечались не совсем благоприятными условиями для их роста и развития.

Наиболее благоприятным годом для формирования листовой площади у сорта Олитан был 2008, когда его растения на фоне внесения Кристалон коричневого нормой 2,0 кг / га имели самый высокий индекс листовой поверхности — 5,25; в этом же варианте был и высокое содержание хлорофиллов а и Ь — 7,45 мг/дм2. Сорт мечту имел высокие индекс листовой поверхности и содержание хлорофиллов а и Ь в 2007 году в варианте с внесением микроудобрений нормой 2,5 кг / га — соответственно 5,89 и 11,20 мг/дм2.

Это свидетельствует о том, что на содержание суммы хлорофиллов в листьях и индекс листовой поверхности проса зависит как от дозы микроудобрений и биологических особенностей сортов, так и погодных условий в год выращивания культуры.

По сравнению с контролем без внесения Кристалон коричневого, существенную прибавку урожайности зерна проса обеспечили все варианты норм внесения (табл. 1).

Таблица 1.

Урожайность зерна сортов Олитан и Омриянезалежно от дозы Кристалон коричневого, т / га (среднее за 2006-2010 гг)

НИР05 = сорта 0,08; Кристалон коричневого 0,14

Результаты дисперсионного анализа четко отражают влияние Крис-талона коричневого в внекорневой подкормке по вариантам внесения на урожайность сортов проса посевного (табл. 2).

Таблица 2.

Дисперсионный анализ факториальных опыта: «Влияние Кристалон коричневого в внекорневой подкормке на урожайность сортов проса посевного»

Результаты дисперсионного анализа

НИР05загальна 0,20; сорта 0,08; подпитки Кристалон коричневвим 0,14

Оптимальной дозой Кристалон коричневого для внекорневой подкормки проса оказалась 2,0 кг / га — прибавка урожайности по сортам сравнению с контроля составляла соответственно 0,57 и 0,62 т / га или 22,8 и 23,0%. Следующее повышение дозы Кристалон коричневого до 2,5 кг / га обеспечивало лишь тенденцию повышения урожайности. Сравнению с контроля без микроудобрений существенную прибавку урожайности обеспечивали все варианты доз Кристалон коричневого. Сорт мечту по урожайности существенно преобладал Олитан.

Из исследованных факторов наибольшее влияние на формирование надбавку урожайности зерна проса мало внекорневые подкормки Криста-лоном коричневым — 40%; влияние сорта составил 22%, погодных условий года 26%, других факторов 12% (рис. 4).

Рис. 4. Доля действия факторов, формирующих надвишок урожайности проса посевного

Выводы. 1. У сорта Олитан индекс листовой поверхности имеет положительную и тесное корреляционная зависимость с содержанием суммы хлорофиллов в листьях — коэффициент корреляции составляет г = 0,90; эта зависимость аппроксимируется уравнением полиномиальной регрессии в = 1,38 + 2,44 х — 0,25 х2, которое в пределах исследуемой выборки действует в 81% случаев 2 = 0,81). У сорта мечту эти показатели составляют — г = 0,79, у = -10,4 + 7,50 х — 0,69 х2, которое в пределах исследуемой выборки действует в 62% случаев (Я2 = 0,62).

2. Соотношение по содержанию хлорофиллов а и Ь в листьях растений сортов Олитан и долгожданное за годы исследований было в пользу сорта мечту соответственно в 1,2-1,6 и 0,9-1,2 раза. В условиях достаточного обеспечения растений проса микроэлементами увеличение количества хлорофилла Ь сравнению с хлорофиллом а растет, т.е. соотношение хлорофиллов а / Ь становится <3 - содержание хлорофилла Ь в пределах сортов Олитан и желанный колебался соответственно от 2,00 ± 0,05 до 2,33 ± 0,22 мг / дм 2. По содержанию хлорофиллов преимущества тоже были по сорту мечту. Так, содержание хлорофилла а в листьях растений сорта Мечту составлял в среднем 5,20 мг / дм 2, что на 0,49 мг / дм 2 больше, чем у сорта Олитан. 3. Оптимальной дозой для внекорневой внесении Кристалон коричневого в фазу выхода в трубку есть 2,0 кг / га; сравнению с контрой с урожайностью сортов Олитан и желанный соответствии 2,49 и 2,71 т / га надвишок составил соответственно 0,57 и 0,62 т / га. Наибольшее влияние на формирование надбавку урожайности зерна проса посевного мало внекорневые подкормки Кристалон коричневым - 40%; влияние сорта составил 22%.