Взаимосвязь продуктивности яровой пшеницы с содержанием пигментов под влиянием нанокремния

Введение. Кремний является вторым по распространенности элементом на планете после кислорода, составляя около 25% земной коры. Он используется для изготовления блоков двигателей, станков, силиконов, как ва^нейший компонент микроэлектроники и компьютерных чипов, как наиболее распространенный компонент песка и ^изненно ва^ный элемент ^изни растений и ^ивотных [1]. Несмотря на значительные преимущества в сельском хозяйстве, Si, как правило, не рассматривается в качестве основного растительного элемента.

В природе кремний встречается в виде оксида (кремнезема) и силикатов, в которых он используется как удобрение. Он усиливает рост и уро^айность всех однолетних и овощных культур. Кремний играет роль в укреплении клеточной стенки растений, и предполагается, что из-за этого он мо^ет способствовать повышению устойчивости растений к болезням, таким как мучнистая роса, септориоз, пятнистости, а так^е многим насекомым-вредителям посредством стимуляции защитных реакций растений. Он предотвращает полегание, уменьшает абиотический стресс при засухе и отрицательных температурах, солености, токсичности тя^елых металлов и алюминия [2].

В своих работах ^. Яшин (2004); Е.^. Бочарникова, В.В. Матыченков (2011); О.С. Дронина (2009); В.Н. Капранов (2009); ^.Х. Куликова (2010, 2013); ^.В. Козлов (2013) [3], показали, что применение кремнийсодер^ащих веществ на зерновых культурах способствует увеличению листовой поверхности растений, стимуляции общего роста, ускорению наступления фаз колошения (выметывания) и созревания зерна [4, 5].

В настоящее время проблемой кремниевого питания занимаются очень активно, все большее значение придают кремнию как неотъемлемому фактору продуктивности агробиогеоценоза [6].

В отличие от обычного кремния Нанокремний – это препарат с частицами активного кремния размером от 0,005 мкм, без дополнительных примесей. Наночастицы в составе препарата составляют 50%. Так^е удобрение содер^ит более крупные включения кремниевых кислот, полиэтиленоксид и микроэлементы (^елезо, цинк, медь) – последних в составе не более 10% [7].

Основное назначение кремния в сельском хозяйстве – повышение стрессоустойчивости и уро^айности сельскохозяйственных культур.

Целью данного исследования являлось выяснение роли нового удобрения Нанокремния на фотосинтетическую продуктивность яровой пшеницы в условиях Орловской области.

Условия, материалы и методы. Мелкоделяночные опыты заложены на полях ФГБНУ Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур, поселок Стрелецкий Орловской области. Семена яровой пшеницы замачивали в течение 2 часов в препарате Нанокремний, рабочий расход 5 мл препарата разводится в 5 литрах воды. Контрольные образцы замачивали в воде и протравителе Винцит: 1,2 мл препарата Винцит и 3,8 мл воды. Общая площадь опытов составила 30 га. Площадь делянки 7 м².

Продуктивность фотосинтеза яровой пшенице изучали по A.A. Ничипоровичу [8]. Изменения биомассы рeгистрировали, беря пробы в фазу 3-х листьев, в фазу кущения, в фазу выхода в трубку, колошение, цветение, в фазу молочной спелости зерна, в фазу полной спелости. Измерение площади листьев проводили по Решецкому и др. [9]. Из ка^дой пробы методом случайной выборки отбирают по 10 зеленых листьев, взвешивают их, определяют площадь методом линейных измерений по длине (Д) и наибольшей ширине (Ш). Площадь измеренных листьев (S) рассчитывают по формуле:

S= Дср х Шср х 0, 7 х n,                         (1)

где n – число измеренных листьев

Спектрофотометрическое определение содер^ания пигмeнтов в рaстeниях проводили по В.Ф. Гавриленко и соавт. [10].

Яровая пшеница сорт «Дарья». Родословная: Г-18 (81.1.2 х Белорусская 80). Сорт включён в Госреестр по Центральному и Центрально-Чернозёмному регионам. Рекомендован для возделывания в Брянской, Владимирской, Ивановской, Калу^ской, Тульской, Курской, Вороне^ской и Орловской областях [11].

Средняя уро^айность в Орловской области – 48,5 ц/га, прибавка к среднему стандарту 6,8 ц/га. Максимальная уро^айность 72,6 ц/г, Основным достоинством сорта является его среднеустойчивость к полеганию и зaсухе. Содер^ание белка в среднем 14,7%, содер^ание клейковины 34-35%.

В средней степени пора^ается мучнистой росой, умеренно восприимчив к септориозу; восприимчив к бурой р^авчине, пыльной и твёрдой головне.

Статистическая обработка данных проводилась по Доспехову [12].

Результаты и обсуждение. Основным показателем, характеризующим состояние посевов с точки зрeния их фотосинтетической деятельности, являeтся рaзвитиe повeрхности листьев. По мнению ^.^. Ничипоровича (1970) [13], посевами, обладающими оптимальной площадью листьев и хорошей динамикой ее развития и формирования, считаются такие, в которых листовая поверхность быстро вырастает до 40-50 тыс. м²/га, затем долго сохраняется в активном состоянии на этом уровне и в конце вегетационного периода значительно уменьшается или полностью отмирает, отдавая ассимилянты на формирование продуктивных органов. Листьям принадле^ит основная роль в создании биологического уро^ая пшеницы (около 80%). Накопление сухого вещества определяется в основном числом и размерами листьев, продол^ительностью их функционирования, величиной чистой продуктивности фотосинтеза. Биологические, природные и агротехнические факторы изменяют продуктивность пшеницы, воздействуя в первую очередь именно на эти показатели фотосинтеза [14].

Наиболее ва^ной характеристикой сельскохозяйственных посевов, определяющих продуктивность фотосинтеза в расчете на единицу площади, является поддер^ание фотосинтезирующего покрова в активном состоянии на протя^ении как мо^но более длительного времени, чтобы обеспечить максимальное поглощение света растениями. Для этого существует интегральный показатель ДСЛП (длительность существования листовой повeрхности). Рост и уро^ай часто коррелирует с ДСЛП.

По нашим данным [15], площадь листовой повeрхности яровой пшеницы в варианте с Нанокремнием значительно превышает контроль и вариант с Винцитом. Это указывает на более длительную работу фотосинтетического аппарата пшеницы под влиянием препаратов.

Перерасчет листового индекса на количество растений на 1 м2 почвы около (500 растений) показал следующие результаты:

Листовой индекс по вариантам (м2/м2):

Контроль2,33

Винцит2,67

Нанокремний3,00

Таким образом, Нанокремний способствует повышению листового индекса яровой пшеницы.

Поскольку процесс фотосинтеза – это накопление ассимилятов, т.е. сахаров, то их измерение показывает интенсивность фотосинтеза в учетном варианте (табл. 1).

Таблица 1 – Содер^ание сахаров в листьях, %

Вариант	02 июня	06 июня	01 июля	07 июля	26 июля
Контроль	11,75	19,70	18,08	14,48	4,41
Винцит	9,05	14,73	14,92	14,30	8,03
Нанокремний	16,44	13,63	14,68	14,79	8,41

Количество сахаров при этом в контроле и в варианте с Винцитом максимально в период от 6 июня до 1 июля, а далее их доля начинает сни^аться. Под влиянием Нанокремния накопление сахаров продол^ается еще неделю, а к 26 июля их содер^ание в два раза больше, чем у контроля. Это указывает на то, что ассимиляты накапливаются в варианте с Нанокремнием более длительное время, чем в контроле.

Работа фотосинтетического аппарата происходит в хлоропластах, благодаря светособирающему комплексу, включающему хлорофиллы А , Ви каротиноиды. Установлено, что количество хлорофилла ^, рассчитанного на абсолютно-сухую массу (рис.1), в контрольном варианте резко сни^ается к 1 июля (фаза кущения – начало трубкования), а в варианте с Нанокремнием сни^ение содер^ания хлорофилла ^ происходит незначительное и в фазе цветения. К периоду созревания содер^ание хлорофилла ^ в варианте с Винцитом в 1,5 раз больше, чем в контроле, а в варианте с Нанокремнием – в три раза больше, чем в контрольном варианте.

02 июня 06 июня 01 июля 07 июля 26 июля

Контроль Винцит нанокремний

Рисунок 1 – Содер^ание хлорофилла ^, мг на 1 г абсолютно-сухой массы

Известно, что содер^ание хлорофилла ^ к хлорофиллу В находится в соотношении 3:1, что подтвер^дается нашими исследованиями. Закономерность накопления хлорофилла В во всех вариантах соблюдается та ^е, что и для хлорофилла ^ (рис. 2).

Контроль Винцит нанокремний

Рисунок 2 – Содер^ание хлорофилла В, мг на 1 г абсолютно-сухой массы

Сумма хлорофиллов ^ и В соответствует тем ^е закономерностям, что для отдельных пигментов в динамике (рис. 3). Установлено существенное увеличение содер^ания пигментов, участвующих в фотосинтезе, под влиянием препарата. Так, если в фазе 4-х листьев (2 июля) хлорофилла в варианте с препаратом было на 10% больше, то в фазе начала цветения хлорофилла в опытном варианте было на 70% больше, что указывает на продление ^изни зеленого листа и сохранения ассимиляционной деятельности. Максимальное содер^ание зеленых пигментов приходится на период фазы кущения – начала трубкования (6 июля) и сни^ается к началу цветения 7 июля, доходя до минимума в период созревания 26 июля. В варианте с Нанокремнием содер^ание зеленых пигментов в конце вегетации в три раза больше, чем в контрольном варианте и в два раза больше, чем в варианте с Винцитом. Это указывает на более длительную работу фотосинтетического аппарата пшеницы под влиянием препарата, обеспечивающего максимально высокий уровень поглощения солнечной энергии растительного покрова.

02 июня 06 июня 01 июля 07 июля 26 июля

■ Контроль ■ Винцит ■ нанокремний

Рисунок 3 –Содер^ание зеленых пигментов в листьях яровой пшеницы Дарья

Желтые пигменты каротиноиды защищают хлорофиллы от фотовыцветания и окисления, а так^е играют роль в опылении и оплодотворении и входят в состав светособирающего комплекса фотосистемы 1 и фотосистемы 2. Их содер^ание в варианте с Нанокремнием в пересчете на сырую массу в период кущения – начала трубкования 1 июля практически не отличается ни от контроля, ни от варианта с Винцитом. Однако в пересчете на абсолютно сухую массу в 1,5 раза выше контроля, а в период созревания – в три раза выше контроля (рис. 4).

02 июня 06 июня 01 июля 07 июля 26 июля

■ Контроль ■ Винцит ■ нанокремний

Рисунок 4 –Содер^ание каротиноидов, в мг на 1 г абсолютно сухой массы

Изучение влияния препаратов на уро^айные данные пшеницы показало поло^ительное влияние Нанокремния. Под влиянием обработки происходит увеличение размера колосьев пшеницы в 1,5-2 раза и по сравнению с контрольными и по сравнению с обработанными Винцитом (рис. 5).

Рисунок 5 – Влияние препарата Нанокремний на размеры колосков пшеницы Дарья

Уро^айность пшеницы в пересчете на гектар под влиянием Нанокремния возросла на 16% (табл. 2).

Таблица 2 – Влияние препаратов на уро^айность пшеницы Дарья

Вариант	Уро^айность
	ц/га	% к контролю
Контроль	28,9	100,0
Винцит	31,4	108,7
Нанокремний	33,7	116,6
НСР05	1,7	-

Установлено, что уро^айность пшеницы Дарья под влиянием обработки Винцитом увеличилась на 8% по сравнению с контролем без обработки, а под влиянием Нанокремния ее прирост составил 16,6% по сравнению с необработанными.

Увеличение уро^айности пшеницы под влиянием Нанокремния произошло в основном за счет увеличения как количества зерен в колосе, так и за счет их массы (табл. 3).

Таблица 3 – Влияние препарата Нанокремний на структуру уро^ая пшеницы Дарья

Вариант	Количество зерен в колосе, шт.	Масса зерен в колосе, г	Масса 1000 зерен, г	Масса зерна, г/ м2
Контроль	37,6	1,2	28,4	289
Винцит	39,1	1,25	29,9	314
Нанокремний	40,1	1,3	31,0	337
НСР05	0,6	0,01	0,7	9,8

Достоверное увеличение уро^айности яровой пшеницы сорта Дарья происходит при применении препарата Нанокремний на 16,6% и составляет 33,7 ц/га. При использовании Винцит, уро^айность возрастает до 31,4 ц/га, что на 8,7% больше чем контроль.

Выводы: 1. Листовой индекс у пшеницы под влиянием Нанокремния увеличивается по сравнению с контролем на 28% и по сравнению с Винцитом – на 14%.

• 2.    Установлено существенное увеличение содер^ания пигментов, участвующих в фотосинтезе, под влиянием Нанокремния. В фазе начала цветения хлорофилла в опытном варианте было на 70% больше, чем в контрольном, что указывает на продление ^изни зеленого листа и сохранения ассимиляционной деятельности.

• 3.    Под влиянием Нанокремния накопление сахаров в листьях продол^ается на неделю больше, чем у контрольных вариантов, а их содер^ание в два раза больше, чем у контроля.

• 4.    Уро^айность пшеницы Дарья под влиянием обработки Винцитом увеличилась на 8% по сравнению с контролем без обработки, а под влиянием Нанокремния ее прирост составил 16,6% по сравнению с необработанными.

• 5.    Увеличение уро^айности пшеницы под влиянием Нанокремния произошло за счет увеличения как количества зерен в колосе, так и за счет их массы.