Агробиологическое обоснование применения биопрепаратов для озимой пшеницы

Введение. Современное сельскохозяйственное производство нуждается в сортах, как с высокой уро^айностью, так и хорошо адаптированных к местным условиям, способных переносить экстремальные условия выращивания.

^нализ механизмов формирования адаптивных реакций растений на гипотермию является одной из фундаментальных проблем современной агрономии. Кроме сельскохозяйственного аспекта, проблема холодо- и морозостойкости имеет большое природно-экологическое значение [1].

Проблема морозостойкости и зимостойкости, а так^е болезнеустойчивости особенно актуальна в связи с широким использованием озимых растений в сельскохозяйственной практике. ^даптация растений к условиям зимнего периода вызывает многочисленные перестройки в метаболизме растений и связана с их видовыми и сортовыми особенностями. Да^е холодоустойчивые формы могут в суровые зимы поредеть или погибнуть. Повре^денные растения замедляют свой рост, опаздывают с созреванием, из-за чего сни^ается стойкость против болезней, а соответственно и уро^айность. Для получения гарантированно высоких уро^аев необходимы такие условия и факторы, а так^е средства защиты, которые бы способствовали росту, развитию озимой пшеницы, связанному с динамикой накопления пластических веществ. В связи с чем, актуальным является применение комплексных биопрепаратов для озимой пшеницы, направленных на повышение вы^иваемости растения при неблагоприятных факторах зимы и повышающих иммунный статус. Задача известна в науке, но ну^дается в новых подходах и методах [2, 3].

Сельское хозяйство сталкивается с серьезными проблемами по обеспечению не только валового сбора уро^ая, но и высокого качества продукции. Современные элементы технологии возделывания озимой пшеницы, включая способы предпосевной обработки семян, способствуют эффективности растениеводства, тем самым сни^ая стоимость и повышая качество продуктов питания. Технологические возмо^ности могут предоставить ученым новые подходы к выведению высокоуро^айных и более питательных сортов сельскохозяйственных культур, повышению устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям или сни^ению потребности в удобрениях и других дорогостоящих агрохимикатах [4].

Озимая пшеница не имеет глубокого периода покоя, но способна при низких температурах резко сни^ать темпы роста и интенсивность физиологических процессов. Во время осеннего периода происходит формирование главных органов, в этот ^е период растения накапливают вещества способные защищать узел кущения – это сахара, флавоноиды, в том числе антоцианы, пролин, гваякол пероксидаза и другие энергетические и активные компоненты. Поэтому для получения гарантированно высоких уро^аев необходимы такие условия и факторы, которые бы способствовали не только росту, но и развитию озимой пшеницы, связанному с динамикой накопления пластических веществ. Установлено, что эти процессы тесно сопря^ены с условиями и продол^ительностью осеннего роста и развития растений, а так^е действием факторов абиотической природы. Вы^иваемость растений при неблагоприятных факторах окру^ающей среды зависит от устойчивости отдельных органов, например, узла кущения, который во многом определяет перезимовку всего растения [5-7].

В связи с этим актуальным является поиск и разработка биопрепаратов, обеспечивающих регулирование фотосинтеза и фотодыхания, которые позволяют дыхательному аппарату растений помогать формировать развитие органов и реакцию растений на стресс окру^ающей среды. Митохондриальное дыхание у растений обеспечивает энергию для биосинтеза, а его баланс с фотосинтезом определяет скорость накопления растительной биомассы, качество уро^ая.

Целью работы является изучение влияния обработки биологическими препаратами семян и посевов на особенности роста, развития озимой пшеницы и качество уро^ая.

Услови^, материалы и мето^ы. Объектами исследований являлись сорта озимой пшеницы: Кристелла, Синева, Гром, Леонида, Скипетр, отличающиеся по зимостойкости (табл. 1). Оценка зимостойкости проводилось по состоянию посевов в баллах по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Максимальный балл имеет сорт Леонида, минимальный Синева.

Таблица 1 – Характеристика сортов по зимостойкости

№ п/п	Сорт	Зимостойкость, балл
1	Леонида	4,5
2	Скипетр	4
3	Гром	3
4	Кристелла	2
5	Синева	1

Обработка семян осуществлялась путем замачивания в течение 2 часов биопрепаратами (БП) на основе компонентов клеток – лектинов (БП1), биофлавоноидов (БП2), а так^е микроэлементов и сочетанного действия этих веществ (БП3).

Посев осуществляли на делянках учетной площади 15 м2 селекционной сеялкой СКС-6-10, ширина ме^дурядий 15 см. Норма высева 5 млн. всхо^их зерен на гектар.

Почвы опытного поля – тёмно-серые лесные, среднесуглинистые, средне окультуренные. Микрорельеф участка выровненный. Пахотный и метровый слои почвы характеризуются высокой водоудер^ивающей способностью 118 и 345 мм соответственно. Перед посевом была внесена азофоска (N 15 P 15 K 15 ) в количестве 150 кг/га. Вторая обработка пшеницы биопрепаратами проводилась опрыскиванием всходов в фазе третьего листа.

Для введения в БП микроэлемента цинка, отвечающего за образование хлорофилла, осуществляли подбор его концентрации для озимой культуры. На основании показателей энергии прорастания и всхожести было выявлено, что в концентрации 10-4моль/л Zn2+∙ наиболее эффективен. При исследовании влияния кобальта, способствующего усвоению азота в растениях, оптимальной концентрацией является также∙10-4 моль/л. Введение цинка в БП обосновано тем, что цинк активирует множество ферментов: дегидрогеназы, альдолазы, изомеразы, трансфосфорилазы. Важным компонентом протонной помпы в тонопласте являются неорганические пирофосфатазы (ПФазы). Кроме хорошо известной Mg-зависимой пирофосфатазы (Mg-ПФаза), в листьях существует изозим, активируемый цинком (Zn-ПФаза). Добавление кобальта основано на том, что он является важным компонентом нескольких ферментов и коферментов, влияет на рост и метаболизм растений, повышает устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам.

Результаты и обсуждение. У озимой пшеницы в процессе жизненного цикла две фазы – прорастание и кущение происходит осенью. В связи с чем, были рассмотрены некоторые показатели роста через 2 недели после всходов, когда температура окружающей среды составила 5-8ºС и через 2 месяца с учетом особенностей данного сезона. На рисунке 1 представлены количество растений на 1 м² после обработки биопрепаратами.

■ контроль ■ БП1 ■ БП2 ■ БПЗ

Рисунок 1 – Влияние биопрепаратов на количество всходов

Густота насаждений опытных и контрольных семян отличалась уже через 8 дней после посева. Под влиянием биопрепаратов происходит увеличение количества растений на 1 м2 при одинаковой норме высева: у сорта Гром на 1013%; Леонида – 22-30%; Кристелла – 22-23%; Синева до 30%.

Применение препаратов способствует увеличению всхожести. При этом их степень воздействия различна и зависит от входящего действующего вещества и его природы происхождения. Максимальный эффект воздействия проявил препарат на основе флавоноидов гречихи. По результатам опыта разница в показателях полевой всхожести опытных и контрольных вариантов составила в среднем по сортам: при использовании БП1 – 12,8%; БП2 – 14,3%; БП3 – 5,6% (рис. 2).

Рисунок 2 – Влияние биопрепаратов на полевую всхожесть

Глубина залегания узла кущения является значимым показателем, оказывающим влияние на перезимовку растений: чем глубже заложен узел кущения, тем выше зимостойкость озимой пшеницы. Исследованиями было выявлено, что обработка пшеницы биопрепаратами изменяет глубину залегания узла в зависимости от зимостойкости сорта (рис. 3). Так, менее устойчивый сорт Синева более отзывчива на обработку, длина его увеличивается на 25-30%; относительно устойчивый сорт Скипетр изменяет данный показатель на 5-10%, на остальные сорта обработка не привела к положительному увеличению данного показателя. На отдельных сортах под влиянием биопрепарата 1 происходит уменьшение глубины залегания узла кущения на 5-10%, остальные препараты на данный показатель этих сортов не оказывают влияние.

Рисунок 3 – Расстояние от зерна до узла кущения через 2 недели после всходов (температура окружающей среды 5-8ºС, см)

Таким образом, применение биопрепаратов повышает показатели жизнеспособности семян: полевую всхожесть, глубину залегания узла кущения. Также предварительные исследования показывают, что обработка семян озимой пшеницы биопрепаратами способствует более интенсивному накоплению криозащитных соединений отдельными сортами, в результате чего улучшаются механизмы адаптации популяции озимой пшеницы к абиотическим факторам среды, а, следовательно, и улучшается выживаемость растений после перезимовки.

Важнейшим фактором, влияющим на урожайность полевых культур, является густота стояния растений. Она определяется нормой высева семян, их полевой всхожестью, сохранностью растений от посева до уборки урожая; зависит от плодородия почвы, обеспеченности растений влагой, пищей, светом, от сортовых особенностей и других условий. Основными показателями при определении эффективности приемов предпосевной обработки семян, которые воздействуют на густоту стояния растений озимой пшеницы, являются полевая всхожесть и сохранность растений в течение вегетационного периода. Они в немалой степени зависели от стимулирующего действия предпосевных обработок семян на рост растений и повышения продуктивности (табл. 2). Например, число зерен в колосе при обработке БП1 увеличивается у сорта Кристелла с 35,6 шт. до 41,5 (на 16,57%); у сорта Леонида с 38 до 42,8 (на 12,63%); у сорта Синева с 55,5 до 57,2 (на 3,06%); у сорта Скипетр с 40,7 до 42,9 (на 5,4%); у сорта Гром с 33,6 до 33,9 (на 0,89%). Масса 1000 зерен с главного колоса также увеличивается в среднем на 3,3%.

Таблица 2 – Структурный анализ зерна озимой пшеницы

Вариант обработки	Кустистость	Длина колоса	Масса колоса	Число зерен в колосе	Масса зерна	Масса зерна с подгона	Масса 1000 зерен с главного колоса
Сорт Синева
контроль	4,7	11,1	3,18	55,5	2,51	5,89	45,1
1	3,3	10,2	3,28	56,3	2,65	3,64	46,7
2	6,4	11,0	3,36	57,2	2,66	9,98	46,5
3	2,6	9,0	2,38	40,4	1,83	1,96	44,4
Сорт Скипет					р
контроль	2,8	8,4	2,30	40,7	1.85	2.09	45.5
1	1,9	8,1	2,08	34,7	1,41	1,17	40,6
2	2,7	9,3	2,56	42,9	2,05	2,36	47,8
3	2	8,5	2,49	40,7	2,01	1,14	49,4
Сорт Кристелла
контроль	3,5	4,9	2,15	35,6	1,64	2,72	45,7
1	2,0	4,6	2,02	34,4	1,57	1,12	45,5
2	4,0	5,4	2,32	41,5	1,82	2,65	43,9
3	2,6	5,1	1,93	33,2	1,47	1,42	44,2
Сорт Леонида
контроль	3,0	7,8	2,11	38,0	1,67	2,20	43,9
1	2,2	8,4	2,65	41,1	2,12	1,29	51,6
2	2,7	8,0	2,41	42,8	1,93	1,49	44,2
3	2,1	8,1	2,41	37,2	1,89	1,22	50,9
Сорт Гром
контроль	3,8	7,2	1,84	33,6	1,53	2,17	45,5
1	3,0	7,8	1,96	34,6	1,62	1,71	46,7
2	4,2	7,3	1,82	31,9	1,47	2,63	46,2
3	3,6	8,0	2,06	36,8	1,74	2,25	47,3

Применение препаратов способствует и увеличению длины и массы колоса. При этом высота растения, сухая масса, кустистость снижается. Все это позволило получить дружные всходы весной и прибавку урожая: у сорта Гром на 5%; Леонида на 7%; Кристелла на 22% при применении лектинов. Использование биофлавоноидов позволило получить прибыль урожайности у сортов Гром и Кристелла на 13 и 31% соответственно.

Выводы . Проведенные исследования расширят знания в понимание механизмов зимостойкости озимых зерновых культур. Полученный экспериментальный материал открывает перспективы для дальнейших исследований в области морозостойкости и зимостойкости растений под влиянием биопрепаратов.

Применение биопрепаратов показывает существенное влияние на ростовые и физиологические процессы, повышая устойчивость растений к заморозкам. При этом интенсивность воздействия препаратов на растения зависит от вида препарата, его концентрации, способа их применения кратности обработки. Испытываемые препараты повышают густоту растений озимой пшеницы на 1м2 в среднем на 10%. Обработка семян озимой пшеницы перед посевом повышает энергию прорастания на 15% и всхо^есть на 10-16% в зависимости от сорта.

Биопрепараты оказывают существенное влияние на формирование элементов структуры уро^ая. Так, озерненность колоса по вариантам опыта увеличилась в среднем на 7,71%, продуктивность колоса на 11%, масса 1000 зерен на 3,3%. Наибольшая уро^айность зерна озимой пшеницы получена у сорта Леонида с применением БП3 – 8,67 т/га, максимальная прибавка уро^ая составила у твердого сорта Кристелла – 0,87 т/га или 33% при применении БП1 и БП2.

Внедрение разработанного приема предпосевной обработки биопрепаратами в сочетании с микроэлементами, опрыскивание всходов гарантирует повышение уро^ая озимой пшеницы на 5-30%, а так^е улучшение технологических и посевных качеств семян.

Благо^арности. ^втор выра^ает признательность научному руководителю проекта заслу^енному работнику высшей школы РФ, доктору биологических наук, профессору, зав. кафедрой биотехнологии ФГБОУ ВО Орловский Г^У Павловской Нинэль Ефимовне.