Фотосинтетическая продуктивность и структура урожая яровой пшеницы под влиянием нанокремния в сравнении с биологическим и химическим препаратами

Фотосинтетическая продуктивность и структура урожая яровой пшеницы под влиянием нанокремния в сравнении с биологическим и химическим препаратами

Автор: Хорошилов А.А., Павловская Н.Е., Бородин Д.Б., Яковлева И.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Нанопрепараты

Статья в выпуске: 3 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Пшеница широко используется как пищевая, техническая и кормовая культура. Увеличение урожайности культуры возможно за счет смягчения последствий биотических и абиотических стрессов посредством различных технологий, включающих применение микроэлементов и регуляторов роста. Одним из перспективных препаратов представляется микроудобрение Нанокремний (ООО «НаноКремний», Россия) - экологически чистый продукт, содержащий в своей основе 50 % чистого кристаллического кремния с частицами коллоидного размера. В настоящей работе впервые было показано положительное влияние препарата Нанокремний на фотосинтетический потенциал и величину чистой продуктивности фотосинтеза, синтез хлорофилла, каротиноидов и сахаров, а также преимущество этого микроудобрения перед пестицидом Винцит, КС и экспериментальным биопрепаратом. Под влиянием Нанокремния изменилась структура урожая яровой пшеницы: увеличилось число продуктивных стеблей, колосьев и масса 1000 зерен. Нашей целью было изучение влияния препарата Нанокремний на фотосинтетическую продуктивность и структуру урожая яровой пшеницы в условиях Орловской области и сравнение его действия с таковым химического пестицида и биоактивного препарата. Полевые опыты проводили в 2016-2019 годах (ФГБУ ФНЦ зернобобовых и крупяных культур, пос. Стрелецкое, Орловская обл.) на яровой пшенице ( Triticum aestivum L.) сорта Дарья. В эксперименте было два контрольных (вода и химический пестицид Винцит, КС) и два опытных (биопрепарат на основе биофлаваноидов гречихи и препарат Нанокремний) варианта. Во всех вариантах семена перед посевом замачивали в течение 2 ч. Обработку по вегетации проводили дважды опрыскиванием вегетирующих растений в фазу кущения и выхода в трубку. Энергию прорастания и всхожести семян определяли по ГОСТ 12038-84, развитие семенной инфекции - по ГОСТ 12044-93. Фенологические наблюдения выполняли в фазы 2-3-го листа, кущения, выхода в трубку, колошения, цветения, молочной спелости и полной спелости зерна. Оценивали фотосинтетический потенциал (ФП) и чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), измеряли площадь листьев и содержание пигментов в растениях. Установлено, что предпосевная обработка семян яровой пшеницы Нанокремнием способствовала увеличению энергии прорастания на 18,5 %, всхожести - на 5,5 % (р 2ʺсут/га. Показатели ЧПФ при обработке Нанокремнием были выше контрольных на 60-80 % (вода) и 22,2 % (Винцит, КС). Наибольшее количество хлорофиллов и каротиноидов в растениях образовывалось в фазу колошение-цветение. Под влиянием Нанокремния и биопрепарата синтез пигментов увеличился по сравнению с контрольными вариантами на 20-30 %. Нанокремний способствовал увеличению синтеза сахаров в процессе фотосинтеза в меньшей степени, чем биопрепарат, что можно объяснить разницей в перераспределении ассимилятов и большим накоплением белков. Показаны незначительные преимущества обработки Нанокремнием перед биоактивным препаратом по числу зерен в колосе и массе 1000 семян. Под влиянием обработки Нанокремнием число продуктивных стеблей увеличивалось на 33,7, колосьев - на 38,7, масса колоса - на 26,8, число зерен в колосе - на 19,2, масса 1000 семян - на 19,7 % по сравнению с контролем (вода). Показатели по биопрепарату были несколько ниже, чем по Нанокремнию, но выше контрольных. Урожайность пшеницы

Еще

Яровая пшеница, нанокремний, биопрепарат, энергия прорастания, всхожесть, чистая продуктивность фотосинтеза, пигменты, структура урожая

Короткий адрес: https://sciup.org/142231365

IDR: 142231365   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.3.487rus

Список литературы Фотосинтетическая продуктивность и структура урожая яровой пшеницы под влиянием нанокремния в сравнении с биологическим и химическим препаратами

  • Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database. Режим доступа: http://www.fao.org/faostat/ru/#data/QC. Без даты.
  • Khoury С.К., Bjorkman А.D., Dempewolf H., Ramirez-Villegas J., Guarino L., Jarvis A., Rieseberg L.H., Struik P.C. Increasing homogeneity in global food supplies and the implications for food security. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(11): 4001-4006 (doi: 10.1073/pnas.1313490111).
  • Johnson V.A., Briggle L.W., Axtel J.D., Bauman L.F., Leng E.R., Johnston T.H. Grain crops. In: Protein resources and technology /M. Milner, N.S. Scrimshaw, D.I.C. Wang (eds.). AVI Pub-lishin, Westport, CT, USA, 1978: 239-255.
  • Giraldo P., Benavente E., Manzano-Agugliaro F., Gimenez E. Worldwide research trends on wheat and barley: a bibliometric comparative analysis. Agronomy, 2019, 9(7): 352 (doi: 10.3390/agronomy9070352).
  • Singh R.P., Singh P.K., Rutkoski J., Hodson D.P., He X., Jorgensen L.N., Hovmøller M.S., Huerta-Espino J. Disease impact on wheat yield potential and prospects of genetic control. Annual Review of Phytopathology, 2016, 54: 303-322 (doi: 10.1146/annurev-phyto-080615-095835).
  • Hawkesford M.J., Araus J.-L., Park R., Calderini D., Miralles D., Shen T., Zhang J., Parry M.A.J. Prospects of doubling global wheat yields. Food and Energy Security, 2013, 2(1): 34-48 (doi: 10.1002/fes3.15).
  • Slafer G.A., Savin R., Sadras V.O. Coarse and fine regulation of wheat yield components in response to genotype and environment. Field Crops Research, 2014, 157: 71-83 (doi: 10.1016/j.fcr.2013.12.004).
  • Trnka M., Rötter R.P., Ruiz-Ramos M., Kersebaum K.C., Olesen J.E., Žalud Z., Semenov M.A. Adverse weather conditions for European wheat production will become more frequent with climate change. Nature Climate Change, 2014, 4(7): 637-643 (doi: 10.1038/NCLIMATE2242).
  • Wang J., Vanga S.K., Saxena R., Orsat V., Raghavan V. Effect of climate change on the yield of cereal crops: a review. Climate, 2018, 6(2): 41 (doi: 10.3390/cli6020041).
  • Yavaş İ., Ünay A. The role of silicon under biotic and abiotic stress conditions. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 2017, 4(2): 204-209 (doi: 10.19159/tutad.300023).
  • Cooke J., Leishman M.R. Consistent alleviation of abiotic stress with silicon addition: a meta-analysis. Functional Ecology, 2016, 30(8): 1340-1357 (doi: 10.1111/1365-2435.12713).
  • Mir R.A., Bhat K.A., Shah A.A., Zargar S.M. Role of silicon in abiotic stress tolerance of plants. In: Improving abiotic stress tolerance in plants. CRC Press, 2020 (doi: 10.1201/9780429027505-15).
  • Frew A., Weston L.A., Reynolds O.L., Gurr G.M. The role of silicon in plant biology: a paradigm shift in research approach. Annals of Botany, 2018, 121(7): 1265-1273 (doi: 10.1093/aob/mcy009).
  • Abdel-Haliem M.E.F., Hegazy H.S., Hassan N.S., Naguib D.M. Effect of silica ions and nano silica on rice plants under salinity stress. Ecological Engineering, 2017, 99: 282-289 (doi: 10.1016/j.ecoleng.2016.11.060).
  • Luyckx M., Hausman J.-F., Lutts S., Guerriero G. Silicon and plants: current knowledge and technological perspectives. Front. Plant Sci., 2017, 8: 411 (doi: 10.3389/fpls.2017.00411).
  • Liang Y., Nikolic M., Bélanger R., Gong H., Song A. Silicon uptake and transport in plants: physiological and molecular aspects. In: Silicon in agriculture /Y. Liang, M. Nicolic, R. Bélanger, H. Gong, A. Song (eds). Springer, Dordrecht, 2015: 69-82 (doi: 10.1007/978-94-017-9978-2).
  • Козлов А.В., Куликова А.Х., Яшин Е.А. Роль и значение кремния и кремнийсодержащих веществ в агроэкосистемах. Вестник Мининского университета, 2015, 2: 23-31.
  • Al-Aghabary K., Zhu Z., Shi Q. Influence of silicon supply on chlorophyll content, chlorophyll fluorescence and anti-oxidative enzyme activities in tomato plants under salt stress. Journal of Plant Nutrition, 2005, 27(12): 2101-2115 (doi: 10.1081/PLN-200034641).
  • Molero G., Joynson R., Pinera-Chavez F.J., Gardiner L., Rivera-Amado C., Hall A., Reyn-olds M.P. Elucidating the genetic basis of biomass accumulation and radiation use efficiency in spring wheat and its role in yield potential. Plant Biotechnology Journal, 2019, 17(7): 1276-1288 (doi: 10.1111/pbi.13052).
  • Richards R.A. Selectable traits to increase crop photosynthesis and yield of grain crops. Journal of Experimental Botany, 2000, 51(Suppl. 1): 447-458 (doi: 10.1093/jexbot/51.suppl_1.447).
  • Curtis T., Halford N.G. Food security: the challenge of increasing wheat yield and the importance of not compromising food safety. Annals of Applied Biology, 2014, 164(3): 354-372 (doi: 10.1111/aab.12108).
  • Косачев И.А., Чернышков В.Н. Влияние кремнийсодержащего препарата «Нанокремний» на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур в условиях Алтайского края. Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2018, 9(167): 23-28.
  • Семина С.А., Остробородова Н.И. Перспективы применения препарата нанокремний на посевах яровой пшеницы. Мат. Межд. науч.-практ. конф., посвященной 80-летию д.с.-х.н., проф. Созырко Х.Д. «Актуальные вопросы применения удобрений в сельском хозяйстве». Владикавказ, 2017: 63-65.
  • Серкова О.П., Жандарова С.В. Влияние нанокремния на урожайность зерна яровой пшеницы в условиях умеренно засушливой колочной степи Алтайского края. Мат. XIV Межд. науч.-практ. конф. «Аграрная наука — сельскому хозяйству». Барнаул, 2019, кн. 2: 246-247.
  • Мнатсаканян А.А., Чуварлеева Г.В. Эффективность препарата нанокремний на озимой пшенице. Мат. Межд. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов «Фундаментальные основы управления селекционным процессом создания новых генотипов растений с высокими хозяйственно ценными признаками продуктивности, устойчивости к био- и абиострессорам». Орел, 2017: 135-139.
  • Чуварлеева Г.В., Мнатсаканян А.А. Влияние препарата нанокремний на урожайность и качество озимого ячменя. Мат. науч.-практ. конф., посвященной 110-летию со дня рождения академика В.И. Шемпеля. Жодино, 2018: 114-116.
  • Павловская Н.Е., Горькова И.В., Гагарина И.Н., Бородин Д.Б., Борзенкова Г.А. Средство для предпосевной обработки семян гороха. RU 2463759 C1 МПК A01C 1/06, A01C 1/08. Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный университет» (РФ). № 2011117691/13. Заявл. 03.05.2011. Опубл. 20.10.2012. Бюл. № 29.
  • Ничипорович A.A., Строгонова Л.Е., Чмора С.Н., Власова М.П. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах (Методы и задачи учета в связи с формированием урожаев). М., 1961.
  • Моисеев В.П., Решецкий Н.П. Физиология и биохимия растений: метод. указ. Горки, 2009.
  • Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений /Под ред. Б.А. Рубина. М., 1975.
  • Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки резуль-татов исследований). М., 1985.
  • Westfall C.S., Muehler A.M., Jez J.M. Enzyme action in the regulation of plant hormone responses. Journal of Biological Chemistry, 2013, 288(27): 19304-19311 (doi: 10.1074/jbc.R113.475160).
  • Zhang Y., Xu S., Ji F., Hu Y., Gu Z., Xu B. Plant cell wall hydrolysis process reveals structure—activity relationships. Plant Methods, 2020, 16: 147 (doi: 10.1186/s13007-020-00691-5).
  • Liu P., Yin L., Wang S., Zhang M., Deng X., Zhang S., Tanaka K. Enhanced root hydraulic conductance by aquaporin regulation accounts for silicon alleviated salt-induced osmotic stress in Sorghum bicolor L. Environmental and Experimental Botany, 2015, 111: 42-51 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.10.006).
  • Андрианова Ю.Е., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. М., 2000.
  • Орт Д., Меландри Б.А., Юнге В., Уитмарш Дж. Фотосинтез. Т. 2 /Под ред. Д.Р. Говинджи. М., 1987.
  • Heyneke Е., Fernie A.R. Metabolic regulation of photosynthesis. Biochem. Soc. Trans., 2018, 46(2): 321-328 (doi: 10.1042/BST20170296).
  • Timm S. The impact of photorespiration on plant primary metabolism through metabolic and redox regulation. Biochem. Soc. Trans., 2020, 48(6): 2495-2504 (doi: 10.1042/BST20200055).
  • Andralojc P.J., Carmo-Silva E., Degen G.E., Parry M.A.J. Increasing metabolic potential: C-fixation. Essays Biochem., 2018, 62(1): 109-118 (doi: 10.1042/EBC20170014).
  • Мокроносов А.Т. Фотосинтез и продукционный процесс. В сб.: Физиология растений на службе продовольственной программы СССР. М., 1988, ч. 2: 3-18.
  • Никитин С.Н. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах и динамика ростовых процессов при применении биологических препаратов. Успехи современного естествознания, 2017, 1: 33-38.
  • Ничипорович А.А. Реализация регуляторной функции света и жизнедеятельности растений как целого и в его продуктивности. В сб.: Фоторегуляция метаболизма и морфогенеза растений. М., 1975: 228-244.
  • Синеговская В.Т., Абросимова Т.Е. Активизация фотосинтетической деятельности яровой пшеницы при длительном применении удобрений. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 2006, 5: 43-45.
  • Тимошенко Э.В. Действие биопрепаратов на показатели фотосинтеза и урожайность яровой пшеницы в Амурской области. МНИЖ Международный научно-исследовательский журнал, 2015, 41(10-3): 68-70 (doi: 10.18454/IRJ.2015.41.092).
  • Isaychev V., Andreev N., Bogapova M. The influence of growth regulators on the productive capacity of spring wheat. BIO Web Conf. Int. Scientific-Practical Conf. Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources. Ulyanovsk, 2020, 17: 5 (doi: 10.1051/bioconf/20201700106).
  • Waqas M.A., Khan I., Akhter M.J., Noor M.A., Ashraf U. Exogenous application of plant growth regulators (PGRs) induces chilling tolerance in short-duration hybrid maize. Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24: 11459-11471 (doi: 10.1007/s11356-017-8768-0).
  • Kaya C., Sonmez O., Aydemir S., Ashraf M., Dikilitas M. Exogenous application of mannitol and thiourea regulates plant growth and oxidative stress responses in salt-stressed maize (Zea mays L.). Journal of Plant Interactions, 2013, 8(3): 234-241 (doi: 10.1080/17429145.2012.725480).
  • Li X., Schmid B., Wang F., Paine C.E.T. Net assimilation rate determines the growth rates of 14 species of subtropical forest trees. PLoS ONE, 2016, 11(3): e0150644 (doi: 10.1371/jour-nal.pone.0150644).
  • Evans J.R. Improving photosynthesis. Plant Physiology, 2013, 162(4): 1780-1793 (doi: 10.1104/pp.113.219006).
  • Long S.P., Zhu X.-G., Naidu S.L., Ort D.R. Can improvement in photosynthesis increase crop yields? Plant, Cell & Environment, 2006, 29(3): 315-330 (doi: 10.1111/j.1365-3040.2005.01493.x).
  • Condon A.G., Farquhar G.D., Richards R.A. Genotypic variation in carbon isotope discrimi-nation and transpiration efficiency in wheat: leaf gas-exchange and whole plant studies. Australian Journal of Plant Physiology, 1990, 17(1): 9-22 (doi: 10.1071/PP9900009)
  • Rebetzke G.J., Rattey A.R., Farquhar G.D., Richards R.A., Condon A.G. Genomic regions for canopy temperature and their genetic association with stomatal conductance and grain yield in wheat. Functional Plant Biology, 2013, 40(1): 14-33 (doi: 10.1071/FP12184).
  • Ничипорович А.А., Асроров К.А. О некоторых принципах оптимизации фотосинтетиче-ской деятельности растений в посевах. В кн.: Фотосинтез и использование солнечной энергии. Л., 1971: 5-18.
  • Myśliwa-Kurdziel B., Latowski D., Strzałka K. Chapter Three. Chlorophylls c — Occurrence, synthesis, properties, photosynthetic and evolutionary significance. Advances in Botanical Re-search, 2019, 90: 91-119 (doi: 10.1016/bs.abr.2019.04.002).
  • Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Дымова О.В. Пигментный комплекс растений Припо-лярного Урала. Ботанический журнал, 2007, 92: 1732-1742.
  • Hashimoto H., Uragami C., Cogdell R.J. Carotenoids and photosynthesis. In: Carotenoids in nature. Subcellular biochemistry, vol. 79 /C. Stange (eds.). Springer, Cham, 2016: 111-139 (doi: 10.1007/978-3-319-39126-7_4).
  • Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Юдина П.К. Изменение содержания хлоро-филлов и каротиноидов в листьях степных растений вдоль широтного градиента на Юж-ном Урале. Физиология растений, 2013, 60(6): 856-864 (doi: 10.7868/S0015330313050072).
  • Bae E.J., Lee K.S., Huh M.R., Lim C.S. Silicon significantly alleviates the growth inhibitory effects of NaCl in salt-sensitive «Perfection» and «Midnight» Kentucky bluegrass (Poa pratensis L). Hortic. Environ. Biotechnol., 2012, 53: 477-483 (doi: 10.1007/s13580-012-0094-3).
  • Lee S.K., Sohn E.Y., Hamayun M., Yoon J.Y., Lee I.J. Effect of silicon on growth and salinity stress of soybean plant grown under hydroponic system. Agroforest Syst., 2010, 80: 333-340 (doi: 10.1007/s10457-010-9299-6).
  • Al-Aghabary K., Zhu Z., Shi Q. Influence of silicon supply on chlorophyll content, chlorophyll fluorescence and anti-oxidative enzyme activities in tomato plants under salt stress. Journal of Plant Nutrition, 2005, 27(12): 2101-2115 (doi: 10.1081/PLN-200034641).
  • Romero-Aranda M.R., Jurado O., Cuartero J. Silicon alleviates the deleterious salt effect on tomato plant growth by improving plant water status. J. Plant Physiol., 2006, 163(8): 847-855 (doi: 10.1016/j.jplph.2005.05.010).
  • Murillo-Amador B., Yamada S., Yamaguchi T., Rueda-Puente E., Ávila-Serrano N., García‐Hernández J.L., López‐Aguilar R., Troyo‐Diéguez E., Nieto-Garibay A. Influence of calcium silicate on growth, physiological parameters and mineral nutrition in two legume species under salt stress. Journal of Agronomy and Crop Science, 2007, 193(6): 413-421 (doi: 10.1111/j.1439-037X.2007.00273.x).
  • Artyszak A. Effect of silicon fertilization on crop yield quantity and quality — a literature review in Europe. Plants, 2018, 7(3): 54 (doi: 10.3390/plants7030054).
  • Виноградова В.С., Мартынцева А.А., Казарин С.Н. Влияние гуминовых и микроудобре-ний на урожайность яровой пшеницы. Земледелие, 2015, 1: 32-34.
  • Богомазов С.В., Левин А.А., Ткачук О.А., Лянденбурская А.В. Урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы в зависимости от применения гуминового и минеральных удобрений. Нива Поволжья, 2019, 3(52): 68-73.
  • Lavoy I., Croy R., Hageman H. Relationship of nitrate reductase activity to grain protein production in wheat. Crop Science, 1970, 10(3): 280-285 (doi: 10.2135/crop-sci1970.0011183X001000030021x).
  • Tao Z., Chang X., Wang D., Wang Y., Ma S., Yang Y., Zhao G. Effects of sulfur fertilization and short-term high temperature on wheat grain production and wheat flour proteins. The Crop Journal, 2018, 6(4): 413-425 (doi: 10.1016/j.cj.2018.01.007).
  • Khursheed M.Q. Effect of foliar application of Salicylic acid on growth, yield components and chemical constituents of Wheat (Triticum aestivum L. var. Cham 6). 5th Scientific Conference of College of Agriculture. Article Salahaddin University. Erbil, 2011. Режим доступа: https://www.re-searchgate.net/publication/313968252. Без даты.
  • Janda T., Gondor O.K., Yordanova R., Szalai G., Pál M. Salicylic acid and photosynthesis: signalling and effects. Acta Physiol. Plant, 2014, 36: 2537-2546 (doi: 10.1007/s11738-014-1620-y).
  • Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М., 1981.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp