Фотопериодическая регуляция роста и развития Raphanus sativus в условиях умеренного климата центральной полосы России

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фотопериодическая регуляция роста и развития Raphanus sativus в условиях умеренного климата центральной полосы России

Белова Т.А., Протасова М.В., Курский государственный университет; Панкова Т.И., Белгородский университет кооперации, экономики и права (филиал - Курский институт кооперации)

Аннотация

В статье представлены результаты исследований по изучению фотопериодической чувствительности растений Raphanus sativus в условиях умеренного климата центральной полосы России. Отмечено, что фотопериодизм является одним из важнейших физиологических свойств, от которого зависит вегетативное и генеративное развитие растений Raphanus sativus. Изменяя продолжительность светлого времени суток в экспериментальной обстановке, возможно регулировать онтогенез растений в самых широких пределах -- от максимального ускорения до полного подавления фазы цветения, обеспечивая тем самым максимальную массу корнеплодов и их хорошие вкусовые качества.

Ключевые слова: фотопериод, фотопериодическая реакция, фотопериодизм, растения длинного дня, вегетативное и генеративное развитие.

фотопериодизм вегетативный онтогенез редис

Свет как экологический фактор имеет важнейшее значение для растительного организма, так как служит источником энергии для процесса фотосинтеза. Важнейшей характеристикой светового режима местообитания является фотопериод -- продолжительность светлого времени суток, обусловленная вращением Земли вокруг своей оси. Растения приспособились к жизни при чередовании определенной продолжительности дня и ночи. Способность организмов реагировать на суточный ритм освещения называется фотопериодической реакцией, которая выражается в изменении процессов роста и развития при изменении длины дня и обеспечивает адаптацию онтогенеза растений к сезонным особенностям климата. Продолжительность светлого времени суток используется растением как часы, показывающие лучшее время для перехода к цветению или для подготовки к неблагоприятному сезону [1].

Основным критерием фотопериодической реакции считается стимулирование некоторой продолжительностью дня перехода к генеративной фазе развития [2]. Фотопериодические условия занимают важное место в системе экологического контроля развития, обеспечивая необходимую пространственно-временную регуляцию физиологических процессов в растительном организме, оптимизируя условия для фотосинтетической деятельности. Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволила организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений [3].

Фотопериодизм Raphanus sativus - одно из важнейших физиологических свойств, от которых зависит его вегетативное и генеративное воспроизведение. Изучение фотопериодизма как одного из наиболее общих физиологических явлений имеет большое значение для развития фундаментальной биологической науки и для решения практических задач, связанных с выращиванием данной овощной культуры. Целью настоящих исследований явилось изучение фотопериодической чувствительности образцов Raphanus sativus в условиях умеренного климата центральной полосы России, а также выявление реакции растений на увеличение продолжительности светового дня.

Редис посевной (Raphanus sativus L. var. sativus Mans.) -- самое скороспелое и относительно холодостойкое растение, цикл вегетации проходит за 18-30 дней. Это растение длинного дня и поэтому фотопериодическая реакция является составной частью экологического контроля, обеспечивающей синхронизацию онтогенеза с ходом сезонных изменений внешней среды [4].

Открытие фотопериодизма сыграло выдающуюся роль в изучении физиологической природы процессов зацветания растений, поскольку переход растений от вегетативного роста к цветению оказался для исследуемого вида наиболее тесно связанным с продолжительностью дневного освещения. Это позволяет в экспериментальной обстановке регулировать цветение с помощью длины дня в самых широких пределах -- от максимального ускорения до полного подавления -- и в то же время контролировать одновременно протекающие внутренние процессы. Длина дня явилась настолько сильным средством регулирования скорости развития растений в экспериментальных условиях, что все последующее изучение внутренних факторов зацветания и фотопериодизма растительных организмов идет в неразрывной связи [5].

Анализ фотопериодической чувствительности Raphanus sativus проводился в условиях полевого опыта на черноземных почвах Курской области. Территория области расположена в поясе умеренно-континентального климата в пределах лесостепной зоны, долгота дня в период апреля-июня изменяется от 12.55 до 16.40 часов. Материалом для исследований был выбран скороспелый сорт редиса «Французский завтрак». Для оценки чувствительности Raphanus sativus к фотопериоду посев производили в условиях естественного освещения в три срока: при продолжительности светового дня 13-14 ч (апрель), 14-15 ч (май), 15-16 ч (июнь). В июне параллельно закладывали 2 варианта опыта: в контрольном варианте растения редиса выращивали в естественных условиях светового дня (15-16 ч), для опытной группы создавался искусственный световой день - 12 часов (путем укрытия непрозрачным материалом).

В течение вегетации проводили оценку развития растений, скорость прохождения определенных фаз онтогенеза, учеты и наблюдения длины, диаметра и массы корнеплодов, массы надземной части, площади листьев и интенсивности фотосинтеза, органолептический анализ корнеплодов.

На 25 сутки развития выявили, что в вариантах с продолжительностью светового дня 13-14 и 14-15 ч. растения оставались в вегетативном состоянии, а на делянках с долготой дня более 15 часов растения переходили к репродуктивной фазе развития. Сравнительные биометрические данные корнеплодов редиса, в зависимости от продолжительности светового периода, имели существенные различия (рис. 1).

Рис. 1. Сравнительные биометрические данные корнеплодов редиса в зависимости от продолжительности фотопериодической реакции

Исходя из данных представленной диаграммы, видно, что наиболее высокими показателями из всех определяемых значений характеризовались корнеплоды, выращенные при продолжительности светлого времени суток в пределах 14-15 часов (май), т.к. в данный период наблюдается оптимальное сочетание длины светового дня с температурой воздуха. В сравнении с первым сроком посева масса корнеплодов редиса увеличивается на 57%, с третьим - на 38%. Изменение диаметра корнеплода также имеет статистически значимые различия: увеличивается на 21% по сравнению с экземплярами, выращенными в апреле, и на 11% относительно экземпляров 3 срока посева. Анализ длины корнеплодов указывает также на увеличение данного показателя у растений 2 срока посева на 41% и 52% по сравнению с первым и третьим сроком посева.

Исследования контрольных и опытных образцов у растений 3 срока посева выявил следующее: растения редиса, которые произрастали в условиях с искусственно созданным световым периодом 12 часов, оставались в вегетативном состоянии, а экземпляры, выращенные с фотопериодом 15-16 часов, переходили к репродуктивной фазе развития.

Таким образом, при выращивании редиса в эколого-географических условиях Курской области была выявлена различная реакция растений на изменение светового периода, что отражалось, в первую очередь, на развитии корнеплодов. В частности, длина корнеплодов редиса, произрастающих в условиях искусственно сокращенного светового дня, в среднем на 55,2% больше, чем у растений естественного светового дня. При этом диаметр корнеплодов увеличился на 66,1%. Масса целого растения уменьшается в опытном варианте, при этом следует отметить увеличение массы корнеплода, который занимает 52% от общей массы (рис. 2).

Анализ растений редиса, выращенных в условиях естественной продолжительности дня, показал, что масса корнеплодов занимает 35% от массы всего растения, остальные же 65% приходятся на надземную часть растений. Так как редис относят к растениям длинного дня, это означает, что такое растение на генном уровне запрограммировано на продолжение своего рода во время длинного светового дня [6].

Рис.2. Соотношение массы корнеплодов и надземной части растений, выращенных в условиях различной продолжительности светового дня

Поэтому, чем длиннее световой день, тем сильнее растение стремится образовать цветоносы и семена для продолжения своего рода. А корнеплод в этом случае выполняет лишь роль проводника питательных веществ в листья, стебли и, основное, в семена. При коротком световом дне розетка листьев остается небольшой, цветоноса нет, а корнеплоды быстро формируются и благодаря оттоку углеводов в корневую систему и становятся сочными (рис. 3).

Таким образом, сущность фотопериодической реакции заключается в том, что увеличение светлого времени суток переводит растение из вегетативного в репродуктивное состояние. При этом фотопериодическая реакция затрагивает не только процессы роста и развития растений, но и вызывает некоторые изменения физиологических процессов [7].

Увеличение светового периода значительно стимулирует развитие фотосинтезирующей поверхности. Площадь отдельного листа и общая листовая поверхность растения позволяют оценить фотосинтетический потенциал, и интенсивность его работы указывает на максимальную степень развития данных показателей у растений проходящих свой онтогенез в условиях светового дня более 15 часов. Средняя площадь листовой пластинки в этот период достигает 31,40 см². Для сравнения: при первом и втором сроках посева - 18,7 см² и 29,1 см², соответственно. Данная закономерность была тесно связана с изменениями интенсивности фотосинтеза анализируемых вариантов опыта (рис. 4).

Рис. 3. Сравнительные морфометрические данные растений, выращенных в условиях полного и сокращенного светового периода

Рис. 4. Интенсивность фотосинтеза в разные сроки светового периода

У растений, оставшихся в вегетативном состоянии, интенсивность фотосинтеза составляла 0,114 мг/ мг/. В фазу цветения растений интенсивность фотосинтеза достигает наибольших значений: 0,152 мг/.

Это происходит за счет усиления ростовых процессов, повышения облиственности, что приводит к активизации фотосинтетической деятельности [8].

Для объективного контроля качества полученных корнеплодов использовался метод органолептической оценки, который заключается в прямой рейтинговой оценке качества образцов по некоторым ключевым органолептическим характеристикам.

Качество корнеплодов устанавливали при помощи органов чувств по внешнему виду, консистенции, вкусу и запаху. Внешний вид продукта определяли осматриванием его с поверхности и на разрезе, при этом обращая внимание на равномерность цвета и наличие посторонних включений, состояние мякоти, вкус, запах. Оценка производилась по пятибалльной шкале. Общая оценка качества рассчитывалась как среднее арифметическое значение всех оценок.

Органолептическая оценка показала, что партия образцов, произрастающих в условиях светового дня 14-15 часов, имеет более высокий средний балл по всем показателям, наименьшими же значениями характеризуются образцы, выращенные в контрольном варианте при световом дне более 15 часов (табл. 1).

Таблица 1. Органолептическая оценка образцов редиса

Таким образом, изменение продолжительности светового дня напрямую влияет на развитие растений. В условиях длинного дня фотопериодическая чувствительность редиса проявляется в усилении роста надземной части растений и развитии генеративных органов. При выращивании в условиях короткого светового дня растения остаются в вегетативном состоянии, что обеспечивает максимальную массу корнеплодов и их хорошее потребительское качество. Для ингибирования генеративного развития в период длинного светового дня необходимо создавать искусственное затенение.

Список использованных источников

1. Маракаев О.А. Экологическая физиология растений: фотосинтез и свет. - Ярославль: ЯрГУ. - 2005. - 95 с.

2. Аксенова Н.П., Баврина Т.В., Константинова Т.Н. Цветение и его фотопериодическая регуляция. - М.: Наука. - 1973. - 295 с.

3. Чайлахян М.Х. Регуляция цветения высших растений. - М.: Наука. - 1988. - 560 с.

4. Белик В.Ф., Советкина В.Е. Овощные культуры и технология их возделывания. - М.: Агропромиздат. - 1991. - 252 с.

5. Цыбулько В.С. Анализ экспериментальной обоснованности основных теорий и гипотез биологической природы фотопериодизма // Физиология и биохимия культурных растений. - 1997, т. 29, №?4. - С. 258-264.

6. Мошков Б.С. Влияние продолжительности и интенсивности освещения на рост и развитие растений // Физиология растений. - 1955. - С. 539-548.

7. Зубкова Е.Н., Белова Т.А. Физиология фотопериодической чувствительности у растительных организмов при различной продолжительности светового периода // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2017, т. 25, № 1. - С. 50-57.

8. Шахов A.A. Эколого-физиологическая перестройка растений на фотоэнергетической основе // Физиологические вопросы северного растениеводства. - М: Наука. - 1965. - С. 5-17.

Размещено на Allbest.ru