Продуктивность и содержание кадмия в растениях яровой пшеницы в зависимости от применения циркона

И. И. Серегина, И. П. Малахова, Н. К. Сидоренкова

В настоящее время неотъемлемой частью комплекса проблем, связанных с охраной окружающей среды, является необходимость изучения токсического действия тяжелых металлов, закономерностей их поступления и накопления в растениях. Основным механизмом снижения токсического действия тяжелых металлов в растениях является инактивация их высокими концентрациями метаболически важных белков и других макромолекул, выполняющих каталитические или регуляторные функции. Это, например, фенольные соединения, в частности оксикоричные кислоты, которые могут проявлять антиоксидантную активность за счет связывания ионов тяжелых металлов в устойчивые комплексы. Поскольку действующим веществом циркона является смесь гидроксикоричных кислот, можно говорить о его влиянии на многие ферменты растений и рост растений. Подобный эффект действия наблюдался у различных культур.

Для изучения влияния циркона в условиях высокого содержания в почве кадмия был проведен вегетационный опыт в условиях естественного фотопериода, температуры и ос- вещенности в вегетационном домике кафедры агрохимии РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Закладка опытов осуществлялась по методике 3. И. Журбицкого. Растения пшеницы сорта «Лада» выращивались в вегетационных сосудах типа Вагнера, вмещающих 5 кг сухой почвы. Использовали дерново-подзолистую, среднесуглинистую почву с агрохимической характеристикой: pH (KCI) 6,4; Нг 1,29 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену), S 20,8 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену-Гильковицу); V 94,0 %. Содержание гумуса составляло 1,7 % (по Тюрину), общего азота — 0,12 % (по Кьельдалю), N щ. г. — 17,0 мг / кг (по Корнфилду) (I класс). Почва хорошо обеспечена подвижными формами фосфора — 270 мг/кг (V класс), обменного калия — 300 мг/кг ((VI класс), по Кирсанову). Содержание кадмия составляло 0,18 мг/кг почвы.

Перед посевом в почву вносили питательные элементы в виде водных растворов солей NH₄NO₃, КН₂РО₄ и КС! из расчета 150 мг/кг каждого элемента. В опыте создавали различные уровни содержания кадмия в почве путем внесения при закладке опытов раствора © И. И. Серегина, И. П. Малахова, Н, К. Сидоренкова, 2008

соли Cd(NO3)2 х Н2О, из расчета 5 и 50 мг Cd на 1 кг почвы. Контролем служил вариант без внесения кадмия в почву.

В эксперименте изучали различные способы применения циркона: предпосевная обработка семян — ПОС — и опрыскивание вегетирующих растений —- ОВР. Препарат применяли в виде раствора 1 мл / 10 л воды. Намачивание осуществлялось в течение 10 ч. Опрыскивание — раствором препарата в той же концентрации дважды в течение вегетационного периода на V и VI этапах органогенеза. Контролем служили варианты с обработкой семян водой.

В течение вегетационного периода проводили морфофизиологнческий контроль, а также изучали динамику накопления биомассы растениями яровой пшеницы. После уборки урожая в опытах определяли структуру урожая, структуру биомассы, продуктивность, а также химический состав зерна и соломы яровой пшеницы.

Условия водообеспечения создавались оптимальные путем полива сосудов по весу до 70 % ППВ. Посев осуществляли набухшими семенами по 30 шт. в каждый сосуд, с последующим прореживанием в вегетационных опытах до 15 шт. в фазу кущения. Опыты проводили в четырехкратной повторности.

Проведенные исследования с использованием пшеницей сорта «лада» позволили установить, что увеличение содержания кадмия в почве приводило к снижению массы зерна и соломы. Отмечалось резкое замедление роста главного побега и снижение ассимиляционной поверхности растений при высокой концентрации кадмия в почве, что обусловило ингибирование процессов фотосинтеза. Следовательно, можно сделать заключение, что лишь высокие концентрации кадмия оказывают отрицательное влияние на рост и развитие растений.

В результате нашего эксперимента выявлено, что при воздействии высоких концентраций кадмия в почве снижалась продуктивность пшеницы в результате нарушения процессов закладки цветков на конусе нарастания, что выразилось в уменьшении их числа почти в 1,4 раза (табл.). При этом существенно уменьшаясь доля реализации цветков в зерна (на 10 %) и число колосков в колосе (на 15 %), что определило снижение числа зерен в колосе более чем в два раза, массы 1 000 зерен — в 1,4 раза. Это, возможно, связано с нарушением гормонального баланса в растениях.

Применение регулятора роста способствовало улучшению условий формирования и реализации элементов продуктивности, что определило сохранение жизнеспособности цветков главного побега, а также озерненности колоса, снижая токсическое действие кадмия на продуктивность пшеницы.

Сравнением влияния различных способов применения циркона в условиях высокого уровня кадмия в почве было установлено, что наиболее эффективное действие на продуктивность пшеницы сорта лада оказывало опрыскивание вегетирующих растений (см. табл.), обусловленное большей закладкой цветочных зачатков на IV этапе органогенеза. Растения, обработанные цирконом, опережали контрольные варианты по темпам роста и накоплению биомассы, способствуя увеличению ассимиляционной поверхности главных и боковых побегов (рис.), а также снижению токсического эффекта кадмия на процессы биосинтеза хлорофилла.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что высокое содержание кадмия в

Таблица

Влияние различных способов применения циркона на продуктивность и химический состав пшеницы сорта «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве

Варианты опыта		Число ивстко» (V) >т«п), шт,	Масса, г / растение		Масса 1 000 зерен, г	Формы азота в зерне, %		Содержание кадмия, мг/и*
кадмий, иг/кгпочеы	применение циркона		терис	солома		общий	белкозы н	зерно	солома
0		100	0,41	0,89	26,0	2,23	1,97	0,05	0,04
5		90	0Д9	1.02	23.2	2,15	1,94	0,18	0.16
50		72	0,31	0,70	19,4	1.98	1,80	0,84	027
0	опрыскивал Не вегетирующих растений	№	0.52	0,84	29,4	2.58	2,17	0,05	0.04
5		94	0,74	. 1.17	49,1	2,54	2.30	0,16	0.14
50		60	0.64	1.14	36,9	2,48	2,21	0.53	0,46
0	предпосевная обработка семян	ио	0,50	0,77	28,8	2.54	2.30	0,05	0.04
5		94	0,52	0.99	33,1	2.48	2.25	0,16	0.11
50		78	0,43	1,04	33,1	2,49	2,29	0,74	0.68
		4/3	0,10/0,08	0,07/0,05	62/4.3	0,45/0,31	020/0,15	0,40/029	0,80/031
Примечание: нал чертой ымнне доз калии» пол чертой мияннс циркона

Площадь ассимиляционной

Способ примененияциркона Доза кадмия, мг/ кг почвы

Фаза выхода в трубку

Фаза молочной спелости

Рисунок

Влияние циркона на массу и площадь ассимиляционной поверхности растений пшеницы сорта «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве почве способствовало избыточному накоплению его в растениях. Было выявлено отрицательное действие кадмия на процессы поступления азота в растениях пшеницы, что являлось, вероятно, результатом дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов (см. табл.).

Применение циркона значительно увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне при обоих уровнях содержания кадмия в почве. Циркон положительно действовал на синтез общего и белкового азота, по-ви-димому, за счет ингибирующего действия на процессы поступления кадмия в растение. Вероятно, циркон оказывал антиоксидантное воздействие на растения в условиях высокого содержания кадмия за счет снижения свободно-радикальных процессов в результате образования устойчивых комплексов с кадмием, что способствовало увеличению продуктивности пшеницы сорта «лада».

Установлено, что применение циркона снижало токсическое действие высоких концентраций кадмия на зерновую продуктивность в результате улучшения условий произрастания пшеницы, обусловленных большей закладкой цветочных зачатков на VI этапе органогенеза и влиянием на фотосинтетическую деятельность пшеницы. Растения, обработанные цир- коном, опережали по темпам роста и накоплению биомассы, площади ассимиляционной поверхности как главных, так и боковых побегов, а также по содержанию хлорофилла. Наибольшая эффективность получена при использовании опрыскивания вегетирующих растений.

Выявлено значительное увеличение содержания кадмия в урожае пшеницы, полученном в вариантах с избыточным содержанием элемента в почве. При применении циркона прослеживалась защитная функция препарата, проявляющаяся в торможении процессов поступления тяжелых ■ металлов в надземные органы.

Высокие концентрации кадмия оказывали отрицательное действие на процессы поступления азота в растениях пшеницы в результате дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов, обусловленных дисбалансом элементов минерального питания, отрицательно влияющих на синтез и функции различных органических соединений. Применение циркона увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне и снижало концентрацию кадмия в растениях пшеницы, что связано с антиоксидантной активностью действующего вещества, которое может выражаться в связывании катионов тяжелых металлов, в частности кадмия, в устойчивые комплексы.

Поступила 04.02.08.