Продуктивность, морфометрические признаки растений яровой пшеницы и накопление кадмия в урожае под влиянием регулятора роста Циркон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Продуктивность, морфометрические признаки растений яровой пшеницы и накопление кадмия в урожае под влиянием регулятора роста Циркон

Л.Н. Ульяненко, С.П. Арышева, А.С. Филипас, С.В. Круглов, Н.Н. Малеванная, Е.П. Пименов

Изучали влияние препарата Циркон, используемого для предпосевной обработки семян и вегетирующих растений, на продуктивность растений яровой пшеницы (Triticum vulgare L.) и содержание кадмия в зерне и соломе. Определяли зависимость фитотоксического эффекта и интенсивности накопления кадмия в урожае от содержания этого элемента в почве.

Результатом хозяйственной деятельности человека является увеличение техногенной нагрузки на агроэкосистемы и повышение содержания загрязняющих веществ в почвах сельскохозяйственного назначения (1-4). В последнее время в растениеводстве все большее внимание уделяют современным средствам химизации, направленным как на увеличение урожайности культур, так и на повышение устойчивости компонентов агробиоценозов к неблагоприятным воздействиям (5, 6).

Кадмий относится к числу основных химических загрязнителей почвы не только из-за широкого распространения техногенных источников, но и высокой способности элемента аккумулироваться в биологических объектах и ингибировать физиологическую активность важных органических соединений. Достаточно легко перемещаясь из корней в надземную часть растений, кадмий в относительно больших количествах проникает в репродуктивные органы и органы запасания ассимилятов и, являясь химическим аналогом цинка, способен замещать последний в сложных метаболических процессах (2, 3). Основная причина токсичности кадмия для растений связана с нарушением энзиматической активности, что приводит к дестабилизации метаболизма и может проявляться в ингибировании роста и торможении фотосинтеза (1).

Снижение фитотоксического эффекта техногенных загрязнителей и ограничение накопления их в урожае возможно за счет использования при возделывании сельскохозяйственных культур биологически активных соединений -- регуляторов роста. Применение препарата Циркон связано прежде всего с повышением адаптационных возможностей растений к стресс-агентам, к которым вполне можно отнести и наличие в почве большого количества тяжелых металлов. Кроме того, с помощью препарата Циркон можно компенсировать дефицит природных регуляторов роста, возникающий при выращивании растений в неблагоприятных условиях окружающей среды (7-10).

Известно, что фенольные соединения, к которым относятся гидроксикоричные кислоты, входящие в состав действующего вещества препарата Циркон, обусловливают различные физиологические и биохимические функции растений. У растений, способных адаптироваться к действию стресс-факторов, выявлено значительное повышение содержания этих соединений в клетках по сравнению с формами, характеризующимися низкой жизнеспособностью и адаптивной реакцией. Например, внесение кадмия в питательные среды каллусных культур льна-долгунца позволяет повысить содержание фенольных соединений в клетках, причем у дикого вида в меньшей степени (на 20 %), чем у культурных форм (30-200 %), что обусловлено большей приспособленностью первых к действию абиотических факторов среды (11).

В связи с этим в задачу нашей работы входила оценка влияния препарата Циркон на урожайность и показатели роста растений яровой пшеницы, а также фитотоксичность кадмия и накопление этого элемента в зерне и соломе в условиях вегетационного опыта.

Методика. Объектом исследований служил районированный сорт яровой пшеницы Иргина (Triticum vulgare L.). Растения выращивали до получения урожая на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (Калужская обл.): рНKCl -- 6,4; содержание гумуса -- 2,1 %, Р2О5 и К2О -- соответственно 23,0 и 17,0 мг/100 г почвы. Перед посевом в предварительно измельченную и просеянную почву вносили питательные элементы в виде водных растворов солей NH4NO3, KCl и KH2PO4 из расчета N, P2О5 и К2О соответственно 0,2; 0,14 и 0,14 г/кг почвы. Одновременно с внесением элементов питания в почву добавляли раствор соли Cd(NO3)24H2O в количестве, соответствующем содержанию кадмия 10 (Cd10) и 20 (Cd20) мг/кг воздушно-сухой почвы. Выбор дозы кадмия базировался на значениях ПДК этого элемента для дерново-подзолистой почвы. В заполненные почвой сосуды емкостью 5 кг высевали по 21 зерновке пшеницы. В фазу начала кущения растения прореживали и оставляли по 15 шт. на один сосуд; повторность опыта 4-кратная. Полив производили дистиллированной водой, поддерживая влажность на уровне 60 % от полной полевой влагоемкости.

Семена пшеницы перед посевом или растения в период вегетации (фаза кущения) обрабатывали препаратом Циркон (фирма ННПП «НЭСТ М», Москва) в разных концентрациях. Действующим веществом (д.в.) препарата является смесь гидроксикоричных кислот (0,1 мг/мл), относящихся к фенолкарбоновым соединениям и обладающих иммуномоделирующим, антистрессовым действием. Семена перед посевом и вегетирующие растения обрабатывали препаратом Циркон в дозах соответственно 2 мл/т зерна (Ц2) и 10 мл/га (Ц10). Схема опыта предусматривала применение препарата Циркон как для обработки семян, так и растений в одном и том же варианте (Ц2 + Ц10).

В течение всего вегетационного периода проводили фенологические наблюдения за развитием растений. Через 90 сут после посева растения срезали и определяли высоту от корня до конца колоса, количество стеблей, озерненность и массу зерна с главного колоса и подгонов, массу 1000 зерен и общую продуктивность.

Агрохимический анализ почвы проводили по общепринятым методам (12): содержание гумуса -- по Тюрину; pH (KCl) -- потенциометрически в суспензии почва/раствор (1 М KCl) при соотношении твердой и жидкой фаз 1:2,5; содержание обменных ионов калия и фосфора -- по Кирсанову. Содержание кадмия в почве (после полного разложения силикатной матрицы почвы плавиковой кислотой), зерне и соломе (после озоления растительного материала смесью кислот HNO3 + HClO4 в соотношении 3:1) измеряли атомно-абсорбционным методом (в пламенном варианте) на приборе Varian Spectr AA 250+ («Varian», Австралия-США).

Влияние препарата Циркон на рост и продуктивность растений пшеницы, а также накопление кадмия в зерне и соломе оценивали в следующих вариантах опыта: I -- Cd10; II -- Cd10 + Ц2; III -- Cd10 + Ц10; IV -- Cd10 + Ц2 + Ц10; V -- Cd20; VI -- Cd20 + Ц2; VII -- Cd20 + Ц10 и VIII -- Cd20 + Ц2 + Ц10. Контролем служил вариант без внесения в почву кадмия и при отсутствии обработки семян и растений препаратом Циркон. Достоверность различий между вариантами опыта определяли на основе парного двухвыборочного t-теста для средних.

Результаты. Фитотоксический эффект кадмия проявлялся в запаздывании вхождения растений в соответствующую фазу онтогенеза и снижении некоторых морфологических показателей. Независимо от варианта опыта на ранних фазах (от всходов до кущения) растения пшеницы не различались по интенсивности роста. Однако, начиная с фазы выхода в трубку и до полного созревания урожая, загрязнение почвы кадмием приводило к отставанию развития растений на 1-2 сут по сравнению с контролем. При использовании препарата Циркон наблюдалась стимуляция роста растений, интенсивность которого существенно зависела от способа применения и дозы препарата. Наиболее эффективной с точки зрения стимуляции развития оказалась обработка растений пшеницы препаратом Циркон в фазу кущения (VII вариант), что выразилось в более раннем наступлении всех фаз органогенеза.

1. Показатели роста и развития растений яровой пшеницы сорта Иргина в зависимости от способа применения препарата Циркон (вегетационный опыт)

Добавление в почву кадмия в дозах 10 и 20 мг/кг, как правило, не оказывало существенного влияния на рост растений пшеницы, но способствовало снижению общей и продуктивной кустистости (табл. 1). Однако на фоне некоторого варьирования показателей продуктивности как главного колоса, так и подгонов (особенно в I варианте) общая продуктивность в расчете на одно растение практически не изменялась (табл. 2).

2. Элементы продуктивности растений яровой пшеницы сорта Иргина в зависимости от способа применения препарата Циркон (в расчете на одно растение)

Интенсивность роста и продуктивность растений пшеницы сорта Иргина повышались после обработки семян и вегетирующих растений препаратом Циркон (см. табл. 1 и 2). Независимо от способа применения препарата выявлено достоверное увеличение биомассы (кроме II варианта опыта). Наиболее общим результатом использования препарата (который не удается увязать с конкретным способом применения) явилось увеличение числа зерен с одного растения и уменьшение размера зерновок (по показателю массы 1000 зерен).

Токсичность тяжелых металлов для растений связана с поглощением корнями ионов металлов и их распределением по органам. Растения обладают неспецифическими защитными механизмами, тормозящими поступление тяжелых металлов в надземную часть, что связано с избирательным поглощением ионов или их метаболическими превращениями (1, 4). В свою очередь физиологически активные вещества, легко включающиеся в метаболические процессы, способны не только изменять накопление и распределение по органам растений токсичных элементов, но и активировать реакции детоксикации последних.

Валовое содержание кадмия в почве составляло в нашем опыте 0,490,04 мг/кг воздушносухой массы, что находится в пределах варьирования содержания этого элемента в дерново-подзолистой почве -- 0,72,31 мг/кг (13). При дополнительном внесении кадмия в почву содержание элемента в хозяйственно полезной части растений в I и V вариантах опыта (Cd10 и Cd20) было практически одинаковым и составляло для соломы и зерна соответственно 9,04-8,82 и 3,47-3,55 мг/кг (рис.). Это свидетельствует о нелинейной зависимости коэффициента накопления (Кн) кадмия, определяемого как отношение содержания элемента в растениях (мг/кг воздушно-сухой массы) к его валовому содержанию в почве (мг/кг), от количества металла в почве. В I варианте Кн составлял для соломы и зерна соответственно 6,170,50 и 2,370,17, тогда как в V варианте -- 2,710,08 и 1,090,10, то есть был в 2,3-2,2 раза ниже.

Рис. 1 - Содержание и коэффициент накопления кадмия (Сd) в соломе и зерне яровой пшеницы сорта Иргина по вариантам вегетационного опыта: I -- Cd10; II -- Cd10 + Ц2; III -- Cd10 + Ц10; IV -- Cd10 + Ц2 + Ц10; V -- Сd20; VI -- Cd20 + Ц2; VII -- Cd20 + Ц10; VIII -- Cd20 + + Ц2 + Ц10; 1 и 2 -- содержание кадмия соответственно в соломе и зерне; ? и ¦ -- коэффициент накопления кадмия соответственно в соломе и зерне.

кадмий почва пшеница циркон

При дозе кадмия в почве 10 мг/кг предпосевная обработка семян Цирконом практически не оказывала влияния на переход металла в растения, тогда как обработка вегетирующих растений (как самостоятельно, так и на фоне предварительной обработки семян) вызывала значимое уменьшение Кн до 1,8 раза (Р < 0,05). Вероятно, действующее вещество препарата Циркон, включающееся в метаболизм растений на более поздней стадии развития (фаза кущения), оказывает большее влияние на транспорт минеральных элементов из почвы в растение, тем более что к свойствам препарата относят стимулирование как роста корней, так и синтеза хлорофилла (7-10).

Обращает на себя внимание тот факт, что при более сильном загрязнении почвы кадмием (V вариант) под влиянием Циркона накопление металла в хозяйственно полезной части растений достоверно снижалось (Р < 0,05). Вместе с тем относительный Кн в VIII варианте (Cd20 + Ц2 + Ц10) по сравнению с V (Cd20) составлял для соломы и зерна соответственно 28,0 и 35,8 %, а в I варианте -- 45,5 и 41,8 %. Следовательно, обработка семян и растений пшеницы препаратом Циркон эффективнее при невысоком загрязнении почвы кадмием (10 мг/кг почвы) и определяется способом применения этого регулятора роста.

Из-за более выраженного влияния препарата Циркон на снижение накопления кадмия в различных частях растений, чем на увеличение продуктивности, вынос элемента c урожаем при использовании этого препарата был ниже (за исключением II варианта), чем в I и V вариантах (табл. 3).

3. Оценка выноса кадмия из почвы растениями яровой пшеницы сорта Иргина в зависимости от способа применения препарата Циркон (в расчете на одно растение)

Таким образом, предпосевная обработка семян и растений яровой пшеницы сорта Иргина в фазу кущения регулятором роста (при совместном последовательном и раздельном применении препарата Циркон) способствует снижению фитотоксического действия кадмия при повышенном содержании этого элемента в почве. Эффективность действия препарата Циркон существенно зависит от способа его применения. В целом применение препарат Циркон стимулирует развитие растений, положительно сказывается на формировании элементов продуктивности, уменьшает накопление кадмия в хозяйственно полезной части растений.

Литература

1. Кабата - Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.

2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва--растение. Новосибирск, 1991.

3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л., 1987.

4. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. М., 1999.

5. Галактионова А.А. Экологические аспекты использования торфогуминовых удобрений. Аграрная наука, 1998, 6: 13-15.

6. Кандыба Е.В., Никитина М.Б., Фатеев А.М. Использование биопрепаратов в сельском хозяйстве. Химия в сельском хозяйстве, 1996, 6-8.

7. Малеванная Н.Н. Циркон -- новый стимулятор роста и развития растений. В сб.: Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях. М., 2001: 111.

8. Воронина Л.П. Эффективность действия Циркона на рост и развитие кормовых и злаковых культур. В сб.: Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях. М., 2001: 222-223.

9. Каширская Н.Я. Циркон и повышение устойчивости плодово-ягодных культур к грибным болезням. В сб.: Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях. М., 2001: 244-245.

10. Пушкина Г.П., Бушковская Л.М. Ростстимулирующее действие препарата Циркон на лекарственных культурах. В сб.: Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях. М., 2001: 268-269.

11. Гончарук Е.А., Алявина А.К. Изучение изменений в содержании фенольных соединений у каллусных культур диких и культурных видов растений льна при воздействии кадмия. Тез. докл. VI симпозиума по фенольным соединениям (28-30 апреля 2004 г.). М., 2004: 25-26.

12. Кауричев И.С. Методы агрономического анализа почв. М., 1989.

13. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах /Под ред. Н.Г. Зырина и Л.К. Садовниковой. М., 1985.

Summary

PRODUCTIVITY, MORPHOMETRIC PARAMETERS IN SPRING WHEAT AND CADMIUM ACCUMULATION IN HARVEST UNDER THE INFLUENCE OF CIRKON GROWTH REGULATOR

L.N. Ul'yanenko, S.P. Arysheva, A.S. Filipas, S.V. Kruglov, N.N. Malevannaya, E.P. Pimenov

The authors studied the influence of the Cirkon preparation used for the treatment of presowing seeds and vegetative plants on productivity of spring wheat of the Irgina variety (Triticum vulgare L) and cadmium content in the corn and the straw. The correlation between qualitative determinants and cadmium content in harvest was determined in connection with cadmium dose in soil. It was shown, that presowing treatment of seeds and spring wheat plants of the «Irgina» variety during bushing out phase (at complex, consistent and separate apply) promote to reduction of cadmium phytotoxic action at the increased content of this element in the soil. On the whole the apply of the Cirkon preparation stimulate the plant development, positive effect on forming of productivity elements, reduce the cadmium accumulation in economically helpful part of plants.

Размещено на Allbest.ru