Устойчивость к засухе прорастающих семян ярового ячменя, обработанных в переменном электромагнитном поле промышленной частоты
Автор: Казакова Алия Сабировна, Кулешова Лариса Анатольевна
Журнал: Вестник аграрной науки Дона @don-agrarian-science
Рубрика: Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование
Статья в выпуске: 4-1 (44), 2018 года.
Бесплатный доступ
В работе изучено влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты (ПЭМП ПЧ) на их всхожесть и параметры проростков при проращивании в условиях дефицита влаги. Объектом исследования явились 20 сортов, линий и разных партий семян одного сорта ярового ячменя, полученных в один год. В работе изучили всхожесть, энергию прорастания, длину ростка и самого длинного корешка, а также массу проростков, полученных из контрольных и обработанных в ПЭМП ПЧ семян. Варианты опытов включали проращивание контрольных и обработанных в ПЭМП ПЧ семян на воде (контроль) и на растворе осмотика (засуха). Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги. Засуху моделировали с помощью 0,2 М раствора сахарозы. Показано, что при проращивании контрольных семян в условиях засухи снижаются всхожесть, линейные размеры корешка и ростка и масса проростка. Снижение значений изученных признаков для каждого образца имеет свои пределы. При проращивании обработанных семян в условиях засухи повышается всхожесть по сравнению с необработанными семенами, причем у некоторых генотипов она достигает исходных значений...
Переменное электромагнитное поле, ячмень, семена, обработка, всхожесть, раствор осмотика, проросток, росток, корешок, засуха
Короткий адрес: https://sciup.org/140243642
IDR: 140243642
Текст научной статьи Устойчивость к засухе прорастающих семян ярового ячменя, обработанных в переменном электромагнитном поле промышленной частоты
Введение. Способность растений на первых этапах развития экономно использовать влагу в условиях недостаточного водоснабжения служит одним из важных биологических и хозяйственно-полезных характеристик сорта. В нашей зоне в период после посева ярового ячменя частым явлением является весенняя почвенная засуха, которая приводит к снижению полевой всхожести семян, угнетению роста проростков, изреженности всходов и снижению урожая.
Ячмень относится к засухоустойчивым культурам, однако весенняя почвенная засуха может нанести значительный урон урожаю [1]. Определяя количество проросших семян на растворах с высоким осмотическим давлением, имитирующих условия почвенной засухи, можно на ранних этапах онтогенеза растений установить относительную засухоустойчивость видов и сортов. Этот прием используют также для оценки потенциальной устойчивости к засухе ячменя [3, 4, 10, 12], для синхронизации прорастания семян ячменя при пониженных температурах [2].
В настоящее время большое внимание уделяется применению экологически безопасных способов обработки семян перед посевом с помощью физических факторов, в том числе и обработке электромагнитными полями [11]. Предпосевная обработка семян ярового ячменя в ПЭМП ПЧ ускоряет наступление и сокращает продолжительность микрофенологических фаз прорастания [9] и увеличивает урожайность.
На семенах голозерного овса [9] и ячменя [12] было показано, что устойчивость к водному стрессу во время прорастания зависит от размера семян. Было высказано мнение, что биологический эффект низко частотного электромагнитного поля на поглощение воды и прорастание семян ячменя заключается в изменении структуры внутриклеточной воды [8].
Однако не было проведено комплексного сравнительного анализа всхожести, энергии прорастания после обработки семян ярового ячменя в ПЭПМ ПЧ, массы проростков, длины корешков и ростков в условиях оптимального и недостаточного увлажнения на большом наборе генотипов.
Цель исследования. Провести оценку влияния ПЭМП ПЧ на устойчивость ярового ячменя к почвенной весенней засухе путем комплексного изучения посевных качеств семян ярового ячменя, мощности и массы проростков.
Объект исследования. Объектом исследований служили семена 20 сортов и линий ярового ячменя одного года репродукции. Семена были получены в питомнике конкурсного сортоиспытания, а также на участках размножения семян.
Методика исследований. Обработку семян в ПЭМП ПЧ проводили на лабораторной установке [6]. Семена обрабатывали 1 секунду, затем оставляли для отлежки на 4 суток, после чего закладывали их на прорастание [5].
Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги при оптимальном увлажнении при +20 °C (контроль) или на 0,2 М растворе сахарозы, с помощью которого моделировали засуху. Энергию прорастания и всхожесть семян определяли согласно ГОСТ 12038-84 [7]. Всхожесть определяли через 7 суток проращивания, энергию прорастания - через трое суток.
Определение линейных размеров проводили путем замера длины самого длинного корешка и длины ростка у 100 проростков.
Определение массы проростков проводили весовым методом. Для этого отделяли проросток от семени, затем высушивали его до постоянной массы. В опыт брали по 100 проростков.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием пакета компьютерных программ Excel.
Результаты исследований. Всхожесть семян. Первым и основным условием получения высокого урожая является посев семенами с высокой всхожестью, поэтому мы оценили влияние предпосевной обработки семян в ПЭМП ПЧ на их посевные качества при проращивании в различных условиях (таблица 1). Контрольные семена проращивали в оптимальных условиях увлажнения и на растворе осмотика (засуха), обработанные в ПЭМП семена проращивали в условиях засухи, а затем оценивали изменение всхожести семян в зависимости от условий проращивания и их обработки.
Контрольные семена имели среднюю всхожесть по группе 93%, максимальная всхожесть составила 99% (Максим 2), а минимальная - 87% (Максим). Варьирование значений всхожести по изученным образцам составило 4,3%, что свидетельствует о почти полном отсутствии различий между ними.
В условиях засухи всхожесть семян снизилась в среднем на 20%, при этом выявилась существенная разница по их устойчивости к недостатку влаги: снижение всхожести было от минимального значения -2% (Рубикон) до максимального значения -49% (Дуплет). Различия в устойчивости к недостатку влаги привели к увеличению коэффициента вариации почти в четыре раза (г = 16,6%).
Предпосевная обработка семян в ПЭМП ПЧ привела к увеличению их всхожести при проращивании в условиях засухи в среднем на 16%, размах значений составил от 0% (Влад) до 43% (Дуплет). Интересно, что обработка семян может приводить как к полному (Рубикон, Стимул, Миг 2, Виконт 1, Влад), так и почти полному (Миг 4) восстановлению всхожести.
Таблица 1 - Всхожесть и изменение всхожести семян ярового ячменя различных сортов и линий при проращивании в различных условиях. Варианты опыта: «контроль» - исходные семена проращивали на воде;
«засуха» - семена проращивали в условиях модельной засухи на растворе сахарозы 0,2 М;
«засуха + обработка» - обработанные в ПЭМП ПЧ семена проращивали на растворе осмотика
|
№ п/п |
Сорт, линия |
Всхожесть, % |
Изменение всхожести, ± % |
||||
|
Контроль |
Засуха |
Засуха + обработка |
Контроль -Засуха |
«Засуха + обработка» -Засуха |
«Засуха + обработка» -Контроль |
||
|
1 |
Мамлюк |
94 |
67 |
89 |
-27 |
22 |
-5 |
|
2 |
Стимул |
98 |
59 |
98 |
-39 |
39 |
0 |
|
3 |
649-1/636-2 |
94 |
66 |
89 |
-28 |
23 |
-5 |
|
4 |
Акцент |
91 |
74 |
88 |
-17 |
14 |
-3 |
|
5 |
Миг-2 |
93 |
69 |
93 |
-24 |
24 |
0 |
|
6 |
Рубикон |
91 |
89 |
91 |
-2 |
2 |
0 |
|
7 |
Миг-3 |
96 |
84 |
93 |
-12 |
9 |
-3 |
|
8 |
Мистер |
96 |
81 |
93 |
-15 |
12 |
-3 |
|
9 |
Миг-4 |
93 |
82 |
92 |
-11 |
10 |
-1 |
|
10 |
73М1 |
86 |
70 |
85 |
-16 |
15 |
-1 |
|
11 |
Виконт |
97 |
56 |
83 |
-21 |
27 |
-14 |
|
12 |
Дуплет |
97 |
48 |
91 |
-49 |
43 |
-6 |
|
13 |
Кумир |
87 |
63 |
84 |
-24 |
21 |
-3 |
|
14 |
Максим |
86 |
51 |
77 |
-35 |
26 |
-9 |
|
15 |
Максим 1 |
88 |
81 |
87 |
-7 |
9 |
-1 |
|
16 |
Максим 2 |
99 |
69 |
94 |
-30 |
25 |
-5 |
|
17 |
Влад |
96 |
89 |
89 |
-7 |
0 |
-4 |
|
18 |
Вадим |
91 |
70 |
73 |
-21 |
3 |
-18 |
|
19 |
Дипломат |
93 |
87 |
89 |
-6 |
2 |
-4 |
|
20 |
Виконт 1 |
97 |
88 |
97 |
-9 |
9 |
0 |
|
Среднее |
93 |
73 |
89 |
-20 |
16 |
-4 |
|
|
Максимум |
99 |
89 |
98 |
-2 |
0 |
0 |
|
|
Минимум |
86 |
48 |
73 |
-49 |
43 |
-18 |
|
|
г, % |
4,3 |
16,6 |
7,0 |
- |
- |
- |
|
Коэффициент вариации значений всхожести в условиях засухи (г = 7%) обработанных семян снизил- ся по сравнению со всхожестью необработанных семян в 2,4 раза.
Таким образом, предпосевная обработка семян ярового ячменя в ПЭМП ПЧ существенно повышает их всхожесть при проращивании в условиях водного дефицита, а у некоторых генотипов обработка восстанавливает исходную всхожесть семян.
Параметры проростков. При прорастании в условиях весенней почвенной засухи семена должны не только тронуться в рост, но и сформировать проростки, достаточно сильные для того, чтобы вынести росток на дневную поверхность, а корешок - для интенсивного роста вглубь вслед за влажным слоем почвы. Чтобы оценить реакцию генотипов, определяли число корешков, длину самого длинного корешка и ростка, а также абсолютно сухую массу проростка при проращивании контрольных и обработанных семян в условиях засухи и нормы (таблица 2).
Засуха угнетающе влияет на изученные параметры проростков всех сортов и линий ярового ячменя. В среднем по всем образцам число зародышевых корешков изменяется в зависимости от варианта опы та. В условиях оптимального увлажнения оно составляло в среднем 5,9 штук, а в условиях недостаточного увлажнения - 4,5 шт. Величина коэффициента вариации значений данного признака в засухе увеличивается в 5,5 раза, что отражает разную чувствительность изученных образцов к недостатку влаги в период прорастания. Предпосевная обработка семян в ПЭМП ПЧ увеличивает среднее число корешков до 5 штук в условиях засухи и снижает коэффициент вариации данного признака.
Длина самого длинного корешка - важный признак, так как от его длины зависит способность корневой системы снабжать водой и минеральными элементами растущее растение. Длина корешка в среднем по группе образцов составила 13,3 см в контроле, а в условиях засухи уменьшилась в 2,7 раза. Предпосевная обработка увеличила длину корешка до 7,8 см, что в 1,6 раза больше, чем значения в засухе. Но это значение все равно остается ниже соответствующих значений в контроле в 1,7 раза (75% от длины в контроле).
Таблица 2 - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя в ПЭМП ПЧ на число корешков, длину самого длинного корешка и ростка, а также на массу проростка при проращивании в оптимальных условиях и при недостаточном увлажнении
|
№ п/п |
Сорт, линия |
Число корешков, шт. |
Длина корешка, см |
Длина ростка, см |
Масса ростка, мг |
||||||||
|
о Q, н X о |
си си со |
+ S аз о ю о си CU О_ со ю |
о Q, н X о ы |
си ^ си со |
+ S g о о Я га iR-со ю |
о н X о |
си си со |
+ S g о о Я га iR-со ю |
о н X о |
си си со |
+ S g о о Я га iR-со ю |
||
|
1 |
Мамлюк |
5,9 |
5 |
5,1 |
10,4 |
3,9 |
5,9 |
8,3 |
1,9 |
2,2 |
19,9 |
9,2 |
11 |
|
2 |
Стимул |
5,9 |
5,5 |
5,5 |
12,3 |
4,2 |
9,3 |
8,8 |
1,9 |
3,4 |
16,7 |
8,4 |
12,8 |
|
3 |
649-1/636-2 |
5,8 |
4,9 |
4,9 |
12,2 |
4,7 |
7,2 |
9,2 |
2 |
2,4 |
17,8 |
10,6 |
12,1 |
|
4 |
Акцент |
5,8 |
4,8 |
4,8 |
13,3 |
4,8 |
5,9 |
9 |
1,4 |
2,9 |
17,8 |
8,5 |
9,8 |
|
5 |
Миг-2 |
5,8 |
4,9 |
5,3 |
13,3 |
5,3 |
6,7 |
9 |
1,8 |
4,6 |
16,7 |
9,5 |
13 |
|
6 |
Рубикон |
6 |
4,9 |
5,5 |
13,3 |
7,9 |
9,4 |
9,9 |
2,5 |
4,7 |
19,8 |
11,1 |
14,1 |
|
7 |
Миг-3 |
5,8 |
4,8 |
4,8 |
14,3 |
6,1 |
6,8 |
9,8 |
2,4 |
3,8 |
22,8 |
9,2 |
12,1 |
|
8 |
Мистер |
6 |
4,9 |
4,9 |
15,1 |
6,1 |
6,3 |
11,4 |
2,1 |
2,8 |
20,9 |
8,2 |
9,9 |
|
9 |
Миг-4 |
5,9 |
4,6 |
5,4 |
12,3 |
6,1 |
6,7 |
11,1 |
2,3 |
3,2 |
24,1 |
9 |
9,7 |
|
10 |
73М1 |
5,9 |
4,2 |
4,6 |
14,5 |
5,5 |
5,7 |
11,9 |
1,8 |
2,9 |
20,2 |
8,7 |
11,2 |
|
11 |
Виконт |
5,8 |
4,2 |
4,7 |
15,3 |
3,1 |
4,3 |
10,4 |
1,6 |
2,8 |
15,5 |
5,5 |
8,3 |
|
12 |
Дуплет |
5,8 |
4,6 |
5,4 |
12,2 |
3,7 |
5,3 |
6,4 |
1,3 |
2,6 |
16,1 |
9,5 |
10,3 |
|
13 |
Кумир |
5,9 |
3,9 |
5,4 |
13,8 |
4,2 |
5,6 |
8,3 |
1,8 |
3,7 |
17,3 |
7,4 |
10 |
|
14 |
Максим |
5,9 |
2,9 |
4,4 |
15,3 |
7,9 |
10,9 |
9,5 |
1,5 |
3,7 |
12,3 |
6,4 |
10,2 |
|
15 |
Максим 1 |
5,8 |
3,7 |
4,6 |
11,8 |
3,9 |
9,5 |
6,2 |
1,4 |
3,1 |
15,5 |
6,6 |
10 |
|
16 |
Максим 3 |
6,2 |
3,4 |
5,5 |
15,0 |
3,9 |
9,9 |
6,3 |
1,3 |
3,6 |
12,4 |
6,6 |
13 |
|
17 |
Влад |
6,1 |
4,6 |
4,6 |
9,6 |
4,2 |
10,8 |
6,3 |
1,6 |
3,7 |
15,5 |
6,5 |
10,4 |
|
18 |
Вадим |
5,8 |
3,6 |
3,9 |
13,5 |
3,8 |
8,9 |
6,7 |
1,5 |
2,6 |
16,6 |
7,6 |
9,6 |
|
19 |
Дипломат |
5,5 |
5,2 |
5,4 |
13,9 |
5,4 |
10,1 |
7,6 |
2,6 |
2,9 |
18,4 |
12 |
12,6 |
|
20 |
Виконт 1 |
6,2 |
4,4 |
4,5 |
14,4 |
4,3 |
11 |
9,5 |
2,3 |
5,4 |
16,9 |
7,5 |
12,6 |
|
Среднее |
5,9 |
4,5 |
5,0 |
13,3 |
5,0 |
7,8 |
8,7 |
1,9 |
3,4 |
17,6 |
8,4 |
11,1 |
|
|
Максимум |
6,2 |
5,5 |
5,5 |
15,3 |
7,9 |
11,0 |
11,4 |
2,6 |
5,4 |
22,8 |
12,0 |
14,1 |
|
|
Минимум |
5,5 |
2,9 |
3,9 |
9,6 |
3,1 |
4,3 |
6,2 |
1,3 |
2,2 |
12,4 |
5,5 |
8,3 |
|
|
г, % |
2,7 |
14,9 |
9,2 |
12,2 |
26,9 |
27,6 |
19,8 |
22,1 |
24,6 |
20 |
20,1 |
13,8 |
|
Длина ростка - самый чувствительный признак проростков при прорастании семян в условиях недостаточного увлажнения. В условиях засухи среднее по группе значение длины ростка снижается в 5,3 раза
(с 8,7 до 1,9 см) по сравнению с контролем, что превышает снижение длины корешка.
Предпосевная обработка увеличивает длину ростка в 1,8 раза по сравнению с засухой, что также несколько выше реакции длины корешка.
Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ при проращивании семян в условиях недостаточного увлажнения на всхожесть и параметры проростков (значения признаков в контроле приняты за 100%). Среднее по 20 образцам
Масса проростка в условиях засухи снижается в 2,1 раза, а после обработки возрастает в 1,3 раза.
Результаты проведенных комплексных исследований влияния предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ при проращивании семян в условиях недостаточного увлажнения на всхожесть и параметры проростков отражены на рисунке.
Значения исследуемых признаков в контроле приняты за 100%, а их значения в среднем по всей группе образцов в засухе и в результате обработки даны по отношению к контролю. Поэтому с некоторым приближением мы можем интерпретировать полученные результаты как характеристику ярового ячменя по устойчивости к засухе и по его отзывчивости на предпосевную обработку в ПЭМП ПЧ. Общим выводом из анализа данных, представленных на диаграмме, является то, что в условиях засухи всхожесть и мощность проростков контрольного варианта снижаются, а после обработки семян в ПЭМП ПЧ значения этих же признаков возрастают, но ни один из них не становится равным контрольному варианту.
Увеличение в засухе следующих признаков в результате предпосевной обработки семян составило: всхожесть семян - на 17%, число корешков - на 8,4%, длина самого длинного корешка - на 21%, длина ростка - на 17,3%, масса проростка - на 22,5%. Число корешков проростка является очень консервативным признаком, так как корешки закладываются еще в зародыше семени, а условия среды только влияют на их рост. Таким образом, если не принимать в рассмотрение число корешков, то в среднем по группе изученных образцов увеличение значений признака не превышает 17-22,5%.
Выводы. Предпосевная обработка семян ярового ячменя в ПЭМП ПЧ целесообразна, так как она приводит к повышению устойчивости к дефициту влаги в период прорастания семян и роста проростков.
Степень реакции семян различных сортов, линий и даже партий семян одного сорта на предпосевную обработку в ПЭМП ПЧ по повышению всхожести и устойчивости к дефициту влаги в период прорастания различна. У одних генотипов такая обработка способна восстановить всхожесть в засухе до уровня контрольных семян, а у других лишь на несколько процентов.
Планируя проводить предпосевную обработку семян ярового ячменя в ПЭМП ПЧ, желательно предварительно оценить величину ответной реакции семян данного сорта и данной партии.
Список литературы Устойчивость к засухе прорастающих семян ярового ячменя, обработанных в переменном электромагнитном поле промышленной частоты
- Ерешко, А.С. Ячмень: от селекции к производству/А.С. Ерешко. -Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2005. -184 с.
- Игнатенко, И.С. Предпосевная обработка семян ярового ячменя повышает всхожесть и синхронизирует прорастание в условиях пониженной температуры/И.С. Игнатенко, С.Ю. Козяева, А.С. Казакова//В мире научных открытий. -Красноярск, 2010. -С. 297-299.
- Методические указания по определению засухоустойчивости сортообразцов пшеницы и ячменя по прорастанию семян на растворах с высоким осмотическим давлением//Методика диагностики устойчивости/сост.: Г.В. Удовенко, Т.В.Олейников, Н.Н. Кожушко и др. -Л., 1970. -74 с.
- Пат. 2302727 RU, МПК A01H 1/04. Способ отбора засухоустойчивых форм ярового ячменя/Казакова А.С., Гайдаш М.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА. -№ 2005129673/13; заявл. 22.09.2005; опубл. 20.07.2007, Бюл. № 20.
- Влияние продолжительности предпосевной обработки семян ячменя переменным магнитным полем промышленной частоты на всхожесть в зависимости от их исходной влажности/М.Г. Федорищенко, А.С. Казакова, Н.И. Шабанов, М.В. Жолобова//Вестник аграрной науки Дона. -2012. -№ 1 (17). -С. 81-85.
- Пат. C1 2193833 RU, МПК А01С 1/00. Установка для предпосевной обработки семян/Таранов М.А., Стародубцева Г.П., Бондаренко П.А., Федорищенко М.Г.; патентообладатель Азово-Черномор. гос. агроинж. акад. -№ 2000115106/13; заявл. 09.06.2000; опубл. 10.07.2002, Бюл. № 19.
- ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Введен 01.07.86. -М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2004. -С. 34-38.
- Amyan, A. The biological effect of extremely low frequency electromagnetic fields and vibrations on barley seed hydration and germination/A. Amyan, S. Ayrapetyan//The Scientific World Journal. -2004. -V. 4. -P. 55-69.
- New Approach to Study Stimulating Effect of the Pre-Sowing Barley Seeds Treatment in the Electromagnetic Field/A.S. Kasakova, I.V. Yudaev, M.G. Fedorishchenko, S.Y. Mayboroda, N.V. Ksenz, S.M. Voronin//On Line Journal of Biological Sciences. -2018. -V. 18 (2). -P. 197-207
- DOI: 10.3844/ojbsci.2018.197.207
- Mut, Z. Effect of seed size and drought stress on germination and seedling growth of naked oat (Avena sativa L.)/Z. Mut, H. Akay//Bulgarian Journal of Agricultural Science. -2010. -V. 16. -№ 4. -P. 459-467.
- Pietruszewski, S. Magnetic field as a method of improving the quality of sowing material: a review/S. Pietruszewski, E. Martinez//Int. Agrophys. -2015. -V. 29. -P. 377-289.
- Turk, M.A. Seed germination and seedling growth of two barley cultivars under moisture stress/M.A. Turk, A.M. Tawaha//Res. on Crops. -2002. -№ 3. -Р. 467-472.
