Влияние биоудобрений и осмотического стресса на морфологические показатели проростков ярового ячменя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние биоудобрений и осмотического стресса на морфологические показатели проростков ярового ячменя

А.Л. Панфилов, Р.Р. Абдрашитов

Аннотация

стресс яровой ячмень биоудобрение

Один из путей повышения устойчивости сельскохозяйственных растений к абиотическим стрессам--применение биоудобрений, обладающих антистрессовыми и рострегулирующими свойствами. Они способствуют улучшению усвоения азота и фосфора из органических удобрений и почвенных запасов. Цель исследований--изучение посевных качеств семян, морфологических показателей проростков ярового ячменя при предпосевной обработке семян биоудобрениями в условиях достаточного увлажнения и на фоне осмотического стресса. Приведены данные лабораторного опыта по действию биоудобрений на проростки ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Губернаторский в условиях достаточного и недостаточного увлажнения. Обработку семян ячменя проводили однократно по следующей схеме: 1) контроль (дистиллированная вода) 10 л/т; 2) Гуми 20 М калийный (0,4 л/т); 3) Борогум-М комплексный (0,2 л/т); 4) ПЭГ-6000 (100 г/л); 5) Гуми 20 М (0,4 л/т) - ПЭГ-6000 (100 г/л); 6) Борогум-М комплексный (0,2 л/т) - ПЭГ 6000 (100 г/л). Обработка семян ярового ячменя биоудобрениями повышала энергию прорастания на 3...5 %, всхожесть на 2 %. При моделировании засухи с помощью препарата ПЭГ-6000 посевные качества семян снижались на 4 %. Изучаемые биоудобрения в условиях достаточного увлажнения оказывали комплексное положительное влияние на массу ростков и корней 3-дневных проростков ячменя, при этом увеличивались средняя длина 1 корешка, ростка и суммарная длина корней. Количество корешков существенно не изменялось. При недостатке влаги эффективность биоудобрения Борогум-М комплексный снижалась, в то время как биоудобрение Гуми 20 М калийный в условиях индуцированного водного стресса оказывало положительное влияние на изученные показатели проростков ячменя.

Ключевые слова: яровой ячмень, семена, биоудобрения, энергия прорастания, всхожесть, осмотический стресс, проростки ячменя, Hordeum vulgare L.

Abstract

Effect of biofertilizers and osmotic stress on morphological parameters of spring barley seedlings

Alexander L. Panfilov, Rinat R. Abdrashitov

One of ways to increase resistance of agricultural plants to abiotic stresses is the use of biofertilizers with anti-stress and growth-regulating properties. They improve absorption of nitrogen and phosphorus from organic fertilizers and soil. The purpose of the research was to study sowing qualities of seeds, morphological indicators of spring barley seedlings after presowing seed treatment with biofertilizers under conditions of sufficient humidification and osmotic stress. The laboratory experiment was carried out to study the effect of biofertilizers on seedlings of spring barley (Hordeum vulgare L.) cv. Gubernatorsky under conditions of sufficient and insufficient humidification. The barley seeds were treated once according to the following scheme: 1. control (distilled water) 10 L/t; 2. Gumi 20 M potash (0.4 L/t); 3. Borogum-M complex (0.2 L/t); 4. PEG 6000 (100 g/L); 5. Gumi 20 M (0.4 L/t) - PEG 6000 (100 g/L); 6. Borogum-M complex (0.2 L/t) - PEG 6000 (100 g/L). Treatment of spring barley seeds with biofertilizers increased the germination rate and germination capacity by 3...5 and 2 %, respectively. When modeling drought using PEG-6000, the sowing qualities of seeds decreased by 4 %. Under conditions of sufficient humidification, the studied biofertilizers had a complex positive effect on shoot and root weight of barley seedlings. In addition, the average length of roots, shoots and the total root length increased. The number of roots did not change significantly. Lack of moisture decreased the effectiveness of Borogum-M complex biofertilizer, while Gumi 20 M potassium biofertilizer had a positive effect on the parameters of barley seedlings under water stress conditions.

Key words: spring barley, seeds, biofertilizers, germination rate, germination capacity, osmotic stress, seedlings

Введение

Ячмень яровой--важнейшая продовольственная и кормовая культура России [1]. Его посевная площадь в РФ в 2020 г. по данным Росстата составила 9,8 млн га при урожайности 24,7 ц с 1 га, валовой сбор -- 18,9 млн т, или 14,0 % от общего валового сбора зерна в стране [2].

В зерне ячменя содержится: белка -- от 7 до 15 %, углеводов -- 65 %, жира -- 2 %, клетчатки--5...5,5 %. Белок ячменя ценен содержанием всех незаменимых аминокислот, особенно лизина и триптофана [3].

Ячмень выращивается во многих развивающихся странах, где часто подвергается сильной засухе, что существенно влияет на его продуктивность [4]. Согласно прогнозам, интенсивность засухи будет постепенно увеличиваться, что в сочетании с ростом населения планеты лишь усугубляет эту проблему и угрожает продовольственной безопасности страны [5].

Вызванные засухой нарушения физиолого-биохимических процессов отражаются на росте, анатомии и морфологии растения [6].

Лабораторные методы диагностики состояния проростков растений путем проращивания семян в растворах осмотиков, имитирующих засуху, позволяют ускорить оценку засухоустойчивости растений по сравнению с полевыми исследованиями [7].

Длина и масса ростков, развитие корневой системы проростков относятся к одним из основных критериев при создании засухоустойчивых сортов. Ухудшение перечисленных показателей приводит к значительному снижению урожайности сельскохозяйственных культур [8].

Для имитации недостатка влаги широко используется полимерный препарат полиэтиленгликоль (ПЭГ), который практически не проникает в ткани растений [9].

Под воздействием дефицита влаги изменяются форма и структура корней--они становятся более длинными, но при этом диаметр их сокращается, что приводит к снижению проводящей способности ксилемных сосудов [10] и возможности поглощать питательные вещества [11].

Хотя растения и обладают различными механизмами защиты для противодействия внешним негативным факторам, этого все же недостаточно для предотвращения губительного воздействия засушливых условий [12].

Повышение устойчивости растений к абиотическим стрессам возможно лишь на основе детального изучения физиологических особенностей формирования продуктивности и качества сельскохозяйственных культур, что является актуальной задачей [13]. Один из путей решения данной задачи--применение биостимуляторов, обладающих иммуностимулирующими свойствами и антистрессовой активностью [14].

Особенно представляют интерес препараты на основе гуминовых кислот, обладающие антистрессовыми и рострегулирующими свойствами. Они способствуют улучшению усвоения азота и фосфора из органических удобрений и почвенных запасов, повышают засухоустойчивость растений [15].

Применение органоминеральных удобрений и препаратов, содержащих гуминовые кислоты, усиливает устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды [16].

Цель исследований--изучение посевных качеств семян, морфологических показателей проростков ярового ячменя при предпосевной обработке семян биоудобрениями в условиях достаточного увлажнении и на фоне осмотического стресса.

Материалы и методы исследования

Материалом для опытов послужили биоудобрения Гуми 20 М калийный и Борогум-М комплексный. Засушливые условия моделировались с помощью полимерного препарата ПЭГ 6000 (полиэтиленгликоль).

Характеристика препаратов:

Гуми 20 М калийный -- гуминовое биоудобрение, обладающее антистрессовым, ростоускоряющим и иммуностимулирующим действием на растения. Состав: калийные соли биоактивированные по молекулярному весу гуминовых кислот; макрои микроэлементы,%: N -- 1; P₂O₅--1; K₂O -- 2; B -- 0,15; S -- 0,3; Cu -- 0,01; Zn -- 0,01; Mn -- 0,05; Co -- 0,002; Mo -- 0,007; Ni -- 0,002; Li -- 0,0005; Se -- 0,0002; Cr--0,0007. Cu, Zn, Mn, Co, Cr, Ni и Li содержатся в хелатной форме.

Борогум-М комплексный--органогуминовое биоудобрение--способствует стимуляции роста и быстрому корнеобразованию с выраженными иммуностимулирующими свойствами. Состав: калийные соли биоактивированные по молекулярному весу гуминовых кислот--1 %. Фитоспорин-М--титр не менее 5*10⁸ КОЕ/мл. B -- 4; S -- 0,17; Fe -- 0,05; Cu -- 0,2; Zn -- 0,01; Mn -- 0,02; Mo -- 0,05; Co -- 0,005; Ni -- 0,001; Li -- 0,0002; Se -- 0,0001; Cr--0,0002. Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Ni, Li, Cr--в хелатной форме.

Полиэтиленгликоль (ПЭГ 6000) -- полимер на основе этиленгликоля с молярной массой в 6000 единиц в виде воскообразных чешуек или плотной массы белого цвета.

Семена ячменя проращивали в растильнях между слоями фильтровальной бумаги в термостате ТСО-1М при температуре - 20 ± 2 °C, в темноте, предварительно обработанными изучаемыми препаратами по схеме:

1. Контроль (дистиллированная вода) -- 10 л/т семян.

2. Гуми 20 М калийный--0,4 л/т семян.

3. Борогум-М комплексный--0,2 л/т семян.

4. Полиэтиленгликоль (ПЭГ 6000)--100 г/л, что соответствует осмотическому давлению 0,15 МПа.

5. Гуми 20 М (0,4 л/т) - ПЭГ 6000 (100 г/л).

6. Борогум-М комплексный (0,2 л/т) - ПЭГ 6000 (100 г/л).

Повторность опыта четырехкратная, по 25 семян в каждом повторении. Объект исследования--сорт ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) Губернаторский, который характеризуется устойчивостью к засухе и корневым гнилям.

На третьи сутки проводили учет энергии прорастания, на седьмые--определяли всхожесть (ГОСТ 12038--84). Одновременно с определением энергии прорастания проводили подсчет числа, массы и длины корешков, количества и массы ростков.

Оценка достоверности выборочных средних проведена по Б.А. Доспехову (1985). Статистическая обработка полученных данных выполнена с помощью программы NCSS and PASS 2000.

Результаты исследований и обсуждение

Обработка семян ярового ячменя биоудобрениями положительно повлияла на посевные качества. Энергия прорастания увеличивалась на 3 % при обработке семян Борогумом-М комплексным и на 5 % при использовании Гуми 20 М калийного. Всхожесть семян при применении данных биоудобрений повышалась на 2 % (рис. 1). Под воздействием «искусственной засухи», смоделированной препаратом ПЭГ 6000, энергия прорастания и всхожесть семян ярового ячменя снижались на 4 %.

Биоудобрения уменьшали негативное влияние полиэтиленгликоля на посевные качества семян ячменя: энергия прорастания увеличивалась на 1 % по сравнению с контрольным вариантом и на 5 % относительно варианта с обработкой семян ПЭГ 6000; всхожесть повышалась при обработке семян Борогумом-М комплексным на 2...6 %, а при применении Гуми 20 М калийного--на 3 %--только по сравнению с вариантом с обработкой семян ПЭГ 6000.

Применение биоудобрений способствовало увеличению массы ростков и корней ярового ячменя (рис. 2).

Наибольшую эффективность показала обработка семян Гуми 20 М калийным: масса ростков 10 семян увеличивалась на 0,04 г (6 %), масса корешков 10 семян на 0,11 г (18,6 %). При обработке семян Борогумом-М комплексным масса ростков повышалась на 0,03 г (4,5 %), масса корешков--на 0,04 г (6,8 %).

Индуцированная засуха оказывала негативное влияние на развитие проростков ячменя. Под ее воздействием масса корешков 10 семян снижалась на 22,0 %, масса 10 ростков -- на 35,8 %. Использование Гуми 20 М калийного сглаживало ее отрицательное воздействие на развитие корешков ярового ячменя (масса корешков 10 семян увеличивалась на 15,2 %), но не оказывало влияния на развитие ростков. Применение биоудобрения Борогум-М комплексный в условиях засухи усиливало ее отрицательное влияние на развитие корешков 3-дневных проростков ярового ячменя (-0,02 г), масса 10 ростков при этом увеличивалась на 0,03 г.

При оптимальном уровне увлажнения количество корешков одного проростка ярового ячменя при обработке семян биоудобрениями увеличивалось не существенно ( - 0,1 шт.) (табл. 1). В условиях «искусственной засухи» обработка семян Гуми 20 М и Борогум-М комплексный приводила к незначительному сокращению среднего числа корешков.

Рис. 1 Влияние обработки семян ярового ячменя биоудобрениями и полиэтиленгликолем на посевные качества

Таблица 1

Влияние обработки семян биоудобрениями на развитие корней
проростков ярового ячменя при различных режимах увлажнения