Протекторная роль биологически активных веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

ПРОТЕКТОРНАЯ РОЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Саратов

2007

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Саратовский

государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Гусакова Наталия Николаевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Надежкина Елена Валентиновна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Мохонько Юлия Михайловна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Ученый секретарь диссертационного совета А.Н. Данилов

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Яровая пшеница в настоящее время принадлежит к группе высокодоходных полевых культур Нижнего Поволжья, играющих ключевую роль в укреплении экономики хозяйств. В России под посевами яровой пшеницы занято 1,3 млн га, в Нижнем Поволжье, например, в Саратовской области около 400 тыс. га, в Волгоградской области более 200 тыс. га. Однако, при возрастающем загрязнении окружающей среды получаемая в настоящее время средняя урожайность не всегда обеспечивает доходность сельскохозяйственного производства. Среди многочисленных источников загрязнения можно выделить стационарные (предприятии энергетики, металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и др. промышленности) и мобильные, главным из которых является автомобильный транспорт. С выхлопными газами в окружающую среду поступают токсичные оксиды углерода, азота, серы, углеводороды и их производные, тяжелые металлы (Pb, Cd, Ni, Cr и др.). Эмиссия свинца от автотранспорта в России резко сократилась в 2003 г., когда был установлен запрет на использование бензина содержащего тетраалкилсвинец. Однако на протяжении длительного времени Pb, обладающий низкой мигрирующей способностью и большим периодом полуудаления, аккумулировался в почве сельхозугодий вдоль автострад. В настоящее время он остается одним из главных загрязняющих компонентов придорожных экосистем.

Анализ литературы свидетельствует, что высокие урожаи яровой пшеницы могут быть достигнуты при разработке приемов агротехники культуры основанных на повышении адаптивности растений к конкретным условиям окружающей среды. В настоящее время в России и за рубежом накоплен обширный материал по применению в технологии возделывания различных культур биологически активных веществ. Однако по вопросу эффективности их использования при возделывании яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях мнения авторов (Пейве, 1963, Ягодин и др., 1987, Самуилов, Юнусов, 1999, 2000) разрозненны и порой противоречивы.

Перспективным направлением более полной реализации потенциала яровой пшеницы может стать предпосевная обработка семян синтетическими биологически активными веществами, способными не только повышать продуктивность этой культуры, но и оказывать протекторную роль по отношению к некоторым тяжелым металлам. Для почвенно-климатических условий Нижнего Поволжья исследования в этом направлении отсутствуют. Поэтому, совершенствование технологии предпосевной обработки семян яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях способствующей повышению урожайности и качества зерна весьма актуально.

В связи с этим, нами проведено систематическое исследование протекторной роли новых биологически активных веществ при влиянии тяжелых металлов, на примере свинца, на качество зерна и урожайность яровой пшеницы в Нижнем Поволжье.

Диссертация выполнена в соответствии с госбюджетными планами НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» по теме «Биомелиоративные ресурсосберегающие технологии повышения продуктивности сельскохозяйственных земель и обеспечение устойчивости агроландшафтов», по разделу «Изучение иммунизирующего действия биологически активных веществ на зерновых и овощных культурах и их влияние на активность ферментов».

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось исследование протекторной роли биологически активных веществ (БАВ) по отношению к ионам свинца (II) на качество зерна и урожайность яровой пшеницы в Нижнем Поволжье.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

выявить стимулирующие концентрации БАВ для предпосевной обработки семян яровой пшеницы;

определить токсические концентрации ионов свинца (II), приводящие к замедлению роста и развития растения;

установить влияние предпосевной обработки семян растворами БАВ, Pb⁺² и их сочетаний на параметры прорастания и прохождение этапов органогенеза яровой пшеницы;

исследовать фотосинтетическую деятельность посевов яровой пшеницы в зависимости от способов предпосевной обработки семян;

выявить влияние вариантов предпосевной обработки семян на показатели продуктивности и урожайность яровой пшеницы;

оценить влияние способов предпосевной обработки на качество зерна яровой пшеницы;

провести биоэнергетическую и экономическую оценку вариантов предпосевной обработки в технологии возделывания яровой пшеницы.

Научная новизна. Впервые установлен стимулирующий эффект предпосевной обработки семян яровой пшеницы биологически активными веществами - фурилзамещенными и гетероциклическими мочевинами различных рядов, функционально замещенными азолами, азинами и их насыщенными аналогами.

Впервые обнаружена ярко выраженная протекторная роль новых биологически активных веществ при влиянии свинца на посевные качества семян. Доказано влияние исследуемых БАВ на фотосинтетическую деятельность, урожайность и качество зерна яровой пшеницы.

Выявлены корреляционные связи показателей фотосинтетической деятельности посевов яровой пшеницы с урожайностью и качеством продукции. биологический ион свинец пшеница

Разработана методология применения новых БАВ для повышения урожайности яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях.

Практическая значимость. На основании результатов исследований:

разработан новый методологический подход к повышению урожайности яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях, основанный на применении фурилзамещенных и гетероциклических мочевин различных рядов, функционально замещенных азолов, азинов и их насыщенных аналогов в качестве БАВ.

выявлена возможность протекторного действия новых БАВ на фоне свинцового загрязнения на физиологические процессы, качество зерна и урожайность яровой пшеницы.

апробированы в производственных условиях (на базе ЧП «Борщев» Саратовской области и КХ «Кувшинов» Волгоградской области) приемы предпосевной обработки семян яровой пшеницы растворами БАВ.

установлено, что внедрение предпосевной обработки семян технологически мало затратно и приводит к повышению урожайности на 16 - 32 % и рентабельности на 38 - 60 %.

материалы исследований внедрены в учебный процесс: используются при чтении лекционного курса и проведения практикума по дисциплине «Экологическая химия» для студентов специальностей «Лесного хозяйства», «Садово-парковое и ландшафтное строительство», «Защита растений», «Агроэкология» в ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», а также при чтении лекций и проведении лабораторных работ и курсового проектирования по дисциплинам «Экология растений», «Экологическая токсикология» для студентов Архитектурно-строительного и Энергетического факультетов Саратовского государственного технического университетов.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации доложены на Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, АГУ, 2005 и 2006), Международной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СГТУ, 2005), V Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, СГУ, 2005), 1-ом Международном форуме «Естественные науки» (Самара, СГТУ, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, СГАУ, 2003, 2005 и 2006), Всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по направлению «Живые системы» (Киров, ВятГУ, 2005), Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006» (секция «Химия» и секция «Почвоведение», Москва, МГУ, 2006), 10-й Пушкинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, ПНЦ РАН, 2006), VI Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2006» (Самара, СГТУ, 2006), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы в АПК» (Саратов, СГАУ, 2006), Межрегиональном учебно-методическом семинаре «Инновации химического образования в учебных заведениях аграрной направленности» (Саратов, СГАУ, 2006), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения» (Ульяновск, УГУ, 2006), Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых Приволжского федерального округа «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК» (Саратов, СГАУ, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, СГТУ, 2005, 2007), научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ (Саратов, СГАУ, 2005 - 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 1 статья в центральном журнале по списку ВАК РФ, 2 статьи в сборнике статей «Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения», выпускаемом СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 12 статей и 4 тезиса докладов в материалах Международных и Всероссийских конференций общим объемом 5,43 п.л., авторский вклад 1,93 п. л.

Личный вклад соискателя. Соискатель принимал личное участие в разработке плана работ, сборе и критической оценке литературных источников, проведении лабораторных и полевых исследований, апробации и внедрении полученных результатов на полях некоторых сельскохозяйственных угодий Нижнего Поволжья. Анализ полученных экспериментальных данных осуществлен непосредственно автором. Самостоятельно подготовленные автором рукописи диссертации, статей и тезисов докладов были отредактированы научным руководителем. Материалы диссертации изложены в работах опубликованных в соавторстве. Доля личного участия автора в подготовке и написании данных публикаций составляет 70 - 80 %.

Основные положения, выносимые на защиту.

роль предпосевной обработки семян яровой пшеницы новыми БАВ в повышении посевных качеств и фотосинтетической деятельности яровой пшеницы;

протекторная роль новых БАВ при влиянии ионов свинца на всхожесть семян и фотосинтетическую активность яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях;

количественная оценка изменения основных показателей продуктивности, урожайности и качества яровой пшеницы под влиянием БАВ, ионов свинца и их сочетаний;

биоэнергетическая и экономическая оценка применения предпосевной обработки новыми БАВ семян яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, выводов и предложений производству, списка литературы из 146 источников, в том числе 12 % на иностранных языках. Работа изложена на 161 странице компьютерного текста, содержит 40 таблиц, 41 рисунок и 32 приложения.

1. Обзор литературы

Выполнен обзор работ отечественных и зарубежных авторов по проблеме развития техногенной обстановки на сельскохозяйственных угодьях, а также разработке комплекса мероприятий по производству экологически чистой сельскохозяйственной продукции, базирующегося на знании особенностей миграции тяжелых металлов в агроландшафтах и оценке значимости факторов, влияющих на поведение загрязняющих веществ в системе почва - растение. На основе критического анализа литературных данных были определены основные направления исследований, и выявлена актуальность изучения протекторной роли биологически активных веществ по отношению к свинцу при выращивании яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях.

2. Методы испытания, материалы и реактивы

Полевые исследования осуществлены автором в 2004 - 2006 гг. на территории Волгоградской области (СПКк «Малокоробковское» Котовского района) и в 2006 г. Саратовской области (ЧП «Борщев»). Объектом исследования являлась яровая пшеница сорта Альбидум 188 в Волгоградской области и яровая пшеница сорта Саратовская 42 в Саратовской области.

Полевые опыты закладывали в 3-х кратной повторности на делянках с учетной площадью 50 м² в соответствии с методикой и техникой постановки полевых опытов на стационарных участках. Почвы опытного поля - каштановые разного гранулометрического состава: от глинистого до супесчаного. Содержание гумуса в почвах колеблется 2,0 до 4,0 %, подвижного фосфора колеблется от очень низкого (? 10 мг/кг почвы) до среднего (? 28 мг/кг почвы). Содержание калия - в пределах от 100 (очень низкое) до 300 мг/кг почвы (среднее).

В экспериментальной части работы использовали три группы гетероциклических соединений, представленных в таблице 1, в виде водных растворов с массовой долей растворенного вещества 10^-3 % и 10^-4 %. Контролем в опытах служила дистиллированная вода, стандартом - промышленный иммуномодулятор и стимулятор роста растений - иммуноцитофит. Семена опрыскивали перед посевом водной суспензией БАВ, закрывали брезентом и оставляли в таком состоянии на 24 часа. Варианты сочетания БАВ и ионов Pb⁺² различных концентраций представлены в таблице 2.

Почвенные образцы для анализа отбирали вращательным почвенным буром в вегетационный период в соответствии с ГОСТ 28168-89. С каждой площадки размером ? 25 м² с глубины до 10 см брали 10 - 15 отдельных проб. Пробоподготовка и анализ почвенных образцов проводились по ГОСТ 26483-85.

Определение интегральных физико-химических характеристик почвы осуществляли потенциометрическим методом с помощью иономера И-500 не менее чем в трехкратной повторности для каждого образца почвы. При определении рН использовали электродную систему, включающую электрод сравнения ЭВЛ-1 М 3.1 и стеклянный электрод с водородной функцией ЭСЛ-63-07. ОВП измеряли в милливольтах как обратимый потенциал комбинированного электрода ЭСК-10601/7. Активность фермента пероксидазы определяли с орто-фенилендиамином фотоколориметрическим методом на приборе КФК-2-УХЛ-4.2 при длине волны 490 нм в кюветах с толщиной поглощающего слоя 10 мм. В ходе исследования также определяли содержание общего белка по методу Кьельдаля, количество клейковины и качество на приборе ИДК-1.

Фенологические наблюдения проводили в соответствии с ГОСТ 10842-64 согласно методике государственного сортоиспытания; густоту стояния растений определяли по 2 рядка на учетных площадках в 3-х местах делянки с длинной рядка 111 см во всех повторениях опыта.

Таблица 1 Исследуемые биологически активные вещества

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 2 Варианты обработки семян перед посевом.

Формирование площади листовой поверхности определяли путем промера пятидесяти закрепленных растений на каждом варианте по фазам развития растений. Расчет фотосинтетического потенциала проводили по фазам развития. Динамику накопления сухой массы проводили по методике Н.В. Пильщиковой (1990). Структуру урожая определяли путем отбора с каждой делянки снопов из 50 растений, учет урожая проводился поделяночно с последующим взвешиванием и пересчетом на стандартную 14 % влажность; масса 1000 семян (ГОСТ-12042-80). Биоэнергетическая эффективность рассчитывалась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции (В.М. Володина и др., 1999). Экономическая эффективность проводилась по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий СПКк «Малокоробковское» (2004). Полученные данные подвергли дисперсионному и корреляционному анализу по программам «AGROS 2.09».

3. Агроэкологические условия проведения исследований

Нами изучены интегральные физико-химические характеристики почв сельскохозяйственных угодий, на которых в дальнейшем были проведены полевые исследования.

3.1. Характеристика СПКк «Малокоробковское». Преобладающими в пределах хозяйства являются каштановые почвы разного гранулометрического состава: от глинистого до супесчаного. Содержание гумуса в почвах 2,0 - 4,0 %, подвижного фосфора 10 - 28 мг/кг почвы. Содержание калия 100 - 300 мг/кг почвы. Климат резко континентальный. Большая часть осадков, выпадающих в летнее время, под влиянием высоких температур воздуха и сильных ветров в значительной степени испаряется. В 2004 г. выпало 303 мм осадков, в 2005 г. - 439 мм, в 2006 г. -364 мм. Наиболее жарким оказался 2006 г. (7,17є С).

3.2. Характеристика ЧП «Борщев». Почвенный покров пестрый: черноземы обыкновенные и южные. Содержание гумуса в почвах 4,0 - 5,5 %. Обеспеченность фосфором 26 - 23 мг/кг почвы, калия содержится 135 - 380 мг/кг почвы.

Климат умеренно-континентальный. В исследуемый период температура воздуха составила +6.6^о С. Осадков выпало сравнительно немного - 373 мм.

3.3. Анализ интегральных физико-химических характеристик почв. Нами установлено, что ОВП исследуемых почв варьируют в интервале от 403 до 479 мВ, что соответствует категории слабоокислительные и в интервале от 200 до 256 мВ - умеренно восстановительные. Изучаемые почвы имели слабощелочную и щелочную реакцию среды. Гидролитическая кислотность почвенной вытяжки находилась в интервале от 7,71 до 8,58. Буферная емкость почв по кислоте колебалась в интервале 26 - 37 ммоль/кг, по щелочи интервал составил 35 - 37 ммоль/кг. Эксперимент показал, что актуальная кислотность почв находилась в пределах 4,0 - 5,2.

Сравнение полученных нами данных с показателями, приведенными в литературе прошлых лет, показало, что за последнее десятилетие содержание свинца в почвах возросло с 0,24 мг/кг (в 1995 г.) до 5,82 мг/кг почвы (в 2005 г.), вместе с тем эти значения находятся в пределах ПДК (ПДК = 30 мг/кг).

Кроме того, нами изучено изменение содержания подвижных форм свинца в почвах сельскохозяйственных угодий, находящихся вблизи автострад. Показано, что на расстоянии 10 - 30 м от дорожного полотна содержание свинца в почве превышает ПДК в 10 - 30 раз, и только на расстоянии более 50 м содержание токсиканта приближается к значению ПДК. Вместе с тем, поля сельскохозяйственных угодий зачастую расположены на расстоянии от полотна автострады менее 20 м, что повышает вероятность загрязнения почвы ионами свинца (II). Поэтому для повышения урожайности сельскохозяйственных культур актуально использование биологически активных веществ, нивелирующих токсическое действие свинца.

4. Исследование нивелирующего влияния биологически активных веществ на морфометрические показатели яровой пшеницы

В настоящей главе приведены результаты полевых испытаний за период 2004 - 2006 гг., проведенных в Нижнем Поволжье на опытных полях двух областей Волгоградской и Саратовской.

4.1. Выбор наилучших биологически активных веществ. В ходе предварительных лабораторных экспериментов изучено влияние 9 препаратов (табл. 1) на энергию прорастания пшеницы, массу проростков (рис. 1), активность фермента пероксидазы (рис. 2).

На основе анализа результатов для последующего исследования в полевых условиях нами выбраны следующие биологически активные вещества - ДХБФМ, ДФП, цис-ОПП (табл. 1).

4.2. Выбор диапазона концентрации ионов свинца (II). В ходе предварительных лабораторных исследований нами изучено влияние ионов свинца (II) на энергию прорастания, массу проростков и содержание фермента пероксидазы в проростках яровой пшеницы. Исследованный диапазон концентраций Pb(NO₃)₂ составляет 10^-6 - 10^-2 %.

Рис. 1. Влияние БАВ на массу проростков яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Рис. 2. Влияние БАВ на содержание фермента пероксидазы в проростках яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Анализ полученных данных показал, что при концентрации нитрата свинца (II) 10^-2 % в 1,5 - 2 раза снижаются значения исследуемых показателей на проростках яровой пшеницы. В данном варианте энергия прорастания была меньше чем в контрольном варианте на 9,9 %, масса проростков - на 27,3 %, активность фермента пероксидазы - на 82,0 %. Следовательно, эта концентрация является токсичной. Интересный эффект проявляется при замачивании семян пшеницы в растворе Pb(NO₃)₂ в концентрациях 10^-6 и 10^-5 %: активность фермента пероксидазы возросла в 2 раза, масса проростков и энергия прорастания были на уровне контроля и стандарта. Можно предположить, что Pb⁺² в данной концентрации работает как микроэлемент. Для дальнейшего полевого исследования нами использованы растворы Pb(NO₃)₂ в концентрациях 10^-6 - 10^-3 %.

4.3. Исследование морфометрических показателей яровой пшеницы в Волгоградской области. Нами изучено влияние растворов БАВ, ионов свинца (II) и их сочетаний на полевую всхожесть.

Рис. 3. Влияние БАВ (вариант 2-5), ионов свинца (II) (вариант 6-9) и их сочетаний (вариант 10-25) на всхожесть яровой пшеницы сорта Альбидум 188 (среднее за 3 года)

Результаты трехлетнего эксперимента показали, что нитрат свинца способствовал снижению полевой всхожести на 4 - 15 %. При комплексном использовании БАВ и нитрата свинца различных концентраций изучаемые препараты нивелировали негативное действие свинца, и способствовали повышению полевой всхожести семян, по сравнению с контролем, на 3 - 7 %. Максимально - на 6 - 7 % ? повысил всхожесть препарат цис-ОПП.

Результаты анализа трехлетнего полевого эксперимента показали, что обработка посевного материала «чистыми» растворами БАВ в течение изучаемых лет привела к более быстрому, по сравнению с контролем, появлению всходов (на 1 - 3 дня раньше), наступлению фаз кущения (на 2 - 3 дня), выхода в трубку (на 2 - 5 дня) и колошения (на 2 - 4 дня); высокие концентрации ионов свинца (10^-3 - 10^-4 %) задержали наступление всех этапов органогенеза на 2 - 5 дня. Низкие концентрации - 10^-5 - 10^-6 % оказались на уровне контроля; применение сочетаний БАВ+Pb⁺² способствовало нивелированию негативного действия ионов свинца и сокращению вегетационного периода на 3 - 8 дней по сравнению с контролем. Наилучший нивелирующий эффект получен при использовании препарата цис-ОПП (варианты 22-25). При его использовании растения быстрее проходили все фазы развития, что в конечном итоге выразилось в сокращении вегетационного периода на 8 - 10 дней (рис. 4).

Детальный анализ результатов полевого исследования (25 вариантов опыта) по расчету площади листьев в различные фазы развития яровой пшеницы позволили сделать следующие выводы: применение «чистых» растворов биологически активных веществ способствовало увеличению площади листовой поверхности практически на всех стадиях развития яровой пшеницы. Исключение составил препарат ДХБФМ. Под его воздействием не наблюдалось явного увеличения площади листовой поверхности.

Рис. 4. Влияние БАВ (вариант 2-5), ионов свинца (II) (вариант 6-9) и их сочетаний (вариант 10-25) на продолжительность вегетационного периода

Использование растворов Pb(NO₃)₂ высоких концентраций (10^-3 - 10^-4 %) привело к снижению площади листовой поверхности на всех стадиях развития пшеницы за исключением молочно-восковой спелости. На стадии колошения эффект более выражен (уменьшение листовой поверхности ? 50 % по сравнению с контролем). При использовании растворов Pb(NO₃)₂ низких концентраций (10^-5 - 10^-6 %) значение данного показателя находилось на уровне или несколько выше контроля.

Сочетания БАВ+Pb⁺² во всех случаях нивелировали отрицательное влияние токсиканта и повысили площадь листьев на 20 - 40% по сравнению с контролем. Причем с уменьшением концентрации свинца (II) эффект нивелирования возрастал. Отмечено, что сочетания ДХБФМ+Pb⁺² в концентрации свинца 10^-3 - 10^-4 % снизили негативное воздействие свинца на ? 20%. На стадии молочно-восковой спелости эффект нивелирования меньше. Сравнение протекторного действия исследуемых БАВ на площадь листьев позволяет выделить препарат цис-ОПП как наиболее эффективный. При замачивании семян в растворах цис-ОПП в сочетании с Pb⁺² различных концентраций негативное воздействие свинца снижается, площадь листьев увеличивается на 20 - 60 % в стадии колошения, на 20 - 30 % в период молочно-восковой спелости и за весь вегетационный период на 38 - 74 %. Промышленный препарат иммуноцитофит в сочетании с различными концентрациями ионов свинца (II) повысил площадь листовой поверхности только на 20 - 30 %. Нами выявлена тесная корреляционная связь урожайности с площадью листьев при использовании различных растворов БАВ (r = 0,86…0,95) и при использовании препарата цис-ОПП (r = 0,90…0,96).

Рис. 5. Влияние БАВ (вариант 2-5), ионов свинца (II) (вариант 6-9) и их сочетаний (вариант 10-25) на фотосинтетический потенциал

Анализ представленных данных показал (рис. 5): растворы БАВ, использованные в «чистом» виде, повысили фотосинтетический потенциал (ФП) растений по сравнению с контрольным вариантом на 15 - 45 %. Наилучший эффект получен от применения препарата цис-ОПП. При его использовании значения ФП превышали контрольные на 11 - 15 %; растворы Pb(NO₃)₂ во всех концентрациях свинца в течение периода вегетации негативно сказались на фотосинтетическом потенциале, способствовали его снижению на 17 - 45 %. Интересно отметить, что при использовании Pb(NO₃)₂ в концентрации 10^-6 % ФП превышение составило ? 12 %; все сочетания БАВ со Pb⁺² во всех случаях нивелировали отрицательное действие ионов свинца на 20 - 40 %. Следует отметить, что наибольший эффект нивелирования негативного действия свинца получен при использовании препарата цис-ОПП. В наших исследованиях установлена тесная корреляционная связь между урожайностью и фотосинтетическим потенциалом при применении «чистых» растворов БАВ (r = 0,89…0,92), при использовании сочетаний БАВ+Pb⁺² (r = 0,95…0,99).

Нами проведено изучение влияния биологически активных веществ, ионов свинца (II) и их сочетаний на накопление сухой массы растениями яровой пшеницы. В качестве примера на рис. 6. представлено изменение этого показателя за период вегетации (средние за 3 года значения).

Рис. 6. Влияние БАВ (вариант 2-5), ионов свинца (II) (вариант 6-9) и их сочетаний (вариант 10-25) на накопление сухой массы за вегетацию яровой пшеницей сорта Альбидум 188 (среднее за 3 года)

Как видно, изучаемые БАВ в «чистом» виде (варианты 2-5) привели к накоплению сухой массы на 6 - 14 % больше чем в контрольном варианте. Растворы нитрата свинца (II) в чистом виде на 7 - 14 %, по сравнению с контролем, снизили количество сухой массы. Сочетания БАВ+Pb⁺² нивелировали негативное действие ионов свинца (II) и дали прибавку к контролю. Наилучший эффект получен при использовании препарата цис-ОПП (15 - 26 %). На основании корреляционного анализа установлена тесная корреляционная связь накопления сухой массы и урожайности при применении сочетаний БАВ+Pb⁺² (r = 0,95…0,98).

4.4. Исследование морфометрических показателей яровой пшеницы в Саратовской области. С целью расширения ареала использования исследуемых подходов в 2006 г. полевые опыты были поставлены нами не только в Волгоградской области, но и в Саратовской.

Первым этапом настоящего исследования явилось изучение полевой всхожести яровой пшеницы под действием БАВ, ионов свинца (II) при варьировании концентраций от 10^-6 до 10^-3 % и сочетаний БАВ+ Pb⁺². Обработка семян растворами свинца (II) различных концентраций снизила всхожесть посевного материала на 5 % (концентрация 10^-6 %) - 15 % (концентрация 10^-3 %). Анализ результатов полевой всхожести, полученной после обработки семян сочетаниями БАВ+Pb⁺², показал, что возможно нивелирование негативного действия свинца, что способствует повышению полевой всхожести зерна, по сравнению с контролем, на 6 - 10 %, наилучшим оказался препарат цис-ОПП.

Негативное действие ионов свинца (II) на прохождение этапов органогенеза наилучшим образом нивелировал препарат цис-ОПП. При его использовании обозначенные этапы проходили на 3 - 4 дня раньше, чем в контроле, что позволило сократить вегетационный период яровой пшеницы до 113 дней.

Результаты по изменению площади листовой поверхности, фотосинтетического потенциала и сухой массы в Саратовской области были аналогичными данным по Волгоградской области. Сравнение протекторного действия исследуемых БАВ на изучаемые показатели позволяет выделить препарат цис-ОПП как наиболее эффективный, так как в случае его сочетания со свинцом в различных концентрациях негативное воздействие свинца снижается, и площадь листьев увеличивается на 30 - 62 %, фотосинтетический потенциал на 43 - 65 % и сухая масса возрастает на 20 - 30 %.

Таким образом, изучение влияния БАВ, ионов свинца (II) и их сочетаний на полевую всхожесть, прохождение этапов органогенеза, площадь листовой поверхности, фотосинтетический потенциал и накопление сухой массы показало возможность нивелирования токсического действия ионов свинца (II), что открывает перспективу использовании ДФП и цис-ОПП для повышения всхожести, сокращения вегетационного периода и увеличения вегетативной массы растений яровой пшеницы.

5. Исследование нивелирующего влияния биологически активных веществ на показатели продуктивности яровой пшеницы в нижнем Поволжье

Исследуемыми показателями являлись: озерненность колоса, роль кущения в формировании урожая, элементы структуры урожайности (высота растений, количество продуктивных стеблей, длина колоса, число зерен в колосе, масса зерен с колоса, масса 1000 семян, урожайность) показатели качества урожая (содержание белка, количество и качество клейковины).

5.1. Исследование структуры урожайности и показателей качества яровой пшеницы и его качества в Волгоградской области. Одним из важных показателей продуктивности яровой пшеницы является озерненность колоса. Нами исследовано изменение озерненности колоса под влиянием предпосевной обработки растворами БАВ, Pb⁺² и их сочетаний в вегетационные периоды 2004 - 2006 гг.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что обработка семенного материала только раствором цис-ОПП (табл. 3, вариант 5) способствовала увеличению количества зерен в главном колосе на 8,5 - 8,7 %, а также количества зерен в боковых колосьях на 10,8 - 10,9 %.

Предпосевное замачивание зерна пшеницы в растворах нитрата свинца негативно сказалось на озерненности колоса (табл. 3, варианты 6-9). Обработка семян растворами сочетаний БАВ+Pb⁺² способствовала снижению негативного действия свинца на показатель озерненности. Наилучшим из изучаемых БАВ

Таблица 3. Влияние предпосевных обработок семян пшеницы растворами БАВ, Pb⁺² и их сочетаний на озерненность колоса яровой пшеницы сорта Альбидум 188

оказался препарат цис-ОПП. Он не только нивелировал негативное действие токсиканта, но и увеличил, по сравнению с контролем, количество зерен в главном колосе и количество зерен в боковых колосьях на 8 и 12 %.

От того, как сильно в весенний период раскустилась пшеница, зависит количество полученного урожая. В связи с этим нами было изучено влияние БАВ, ионов свинца (II) и их сочетаний на роль кущения в формировании урожая яровой пшеницы сорта Альбидум 188.

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы: в контроле с побегов кущения получено 62,0 - 68,2 г/м² зерна, в среднем за 3 года это составляет 55 % от общего урожая (вариант 1 рис. 7). Применение «чистых» растворов БАВ (варианты 2 - 5) способствовало получению с побегов кущения 43 - 65 % от общего урожая, что составило 59,3 - 93,4 г/м² зерна. Применение «чистых» растворов нитрата свинца (II) снизило долю урожая с побегов кущения до 36 - 41 %. При обработке семян сочетаниями БАВ+Pb⁺² мы получили увеличение показателей. Лучшие результаты отмечены для сочетаний цис-ОПП +Рb⁺². С побегов кущения получено до 116,5 г/м², что составило 72 % урожая.

Рис. 7. Доля урожая с побегов кущения в общем урожае зерна яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Таким образом, нами показано, что предпосевная обработка семян яровой пшеницы сорта Альбидум 188 сочетаниями БАВ +Pb⁺² позволяет не только нивелировать негативное действие ионов свинца (II), но и повысить урожайность с побегов кущения на 20 %.

В полевых условиях нами исследовано влияние изучаемых биологически активных веществ, ионов свинца (II) и их сочетаний на структуру урожайности, в которую входят: высота растений, количество продуктивных стеблей, длина колоса, число зерен в колосе, масса зерен с колоса, масса 1000 семян и урожайность яровой пшеницы.

Как показал анализ полученных результатов, высота растений яровой пшеницы колебалась в зависимости от обработки. В контрольном варианте растения достигали 65,1 - 70,0 см. Применение растворов БАВ в «чистом» виде привело к увеличению высоты растений по сравнению с контролем на 5 - 20 % и колебалась от 67,3 см до 92,8 см. Обработка растворами Pb(NO₃)₂ в «чистом» виде негативно сказалось на высоте растений. Использование сочетаний БАВ и ионов свинца (II) способствовало нивелированию негативного действия свинца и повышению растений до 81 - 83 см, что на 10 - 24 % больше контрольных растений. Наилучший эффект получен от применения препарата цис-ОПП.

Результаты определения длины колоса показали, что она в контроле колебалась от 8,4 см в 2004 г. до 9,0 см в 2006 г. В варианте с иммуноцитофитом (стандарт) она достигала значений 9,0 (2004 г.) - 9,2 см (2006 г.). Применение БАВ в «чистом» виде способствовало росту колоса до 10 см в 2005 г. и в среднем за три года до 9,6 см. Обработка семенного материала «чистыми» растворами нитрата свинца (II) способствовала уменьшению длины колоса до 7,5 - 8,2 см). Сочетания БАВ+Pb(NO₃)₂ нивелировали негативное действие ионов свинца (II), длина колоса колебалась от 8,1 (ИМ+Pb⁺²·10^-5 в 2005 г.) до 10,3 (цис-ОПП+Pb⁺²·10^-5 в 2005 г.). В среднем за три года наилучший эффект получен при использовании препарата цис-ОПП - длина колоса колебалась от 9,4 см до 9,8 см, превышение контрольных значений на 10 - 15 %.

Нами изучено влияние БАВ, ионов (II) и их сочетаний на количество продуктивных стеблей яровой пшеницы сорта Альбидум 188. В контроле количество продуктивных стеблей колебалось от 224,1 шт./м² (в 2004 г.) до 300,0 шт./м² (в 2005 г.). При использовании иммуноцитофита (стандарт) количество стеблей колебалось от 242,4 шт./м² (в 2004 г.) до 320,0 шт./м² (в 2005 г.). Обработка семенного материала «чистыми» растворами БАВ привела к увеличению количества продуктивных стеблей по сравнению с контролем в среднем за 3 года на 10 - 28 %. Обработка семян растворами нитрата свинца (II) высоких концентраций негативно сказалась на количестве продуктивных стеблей снизив данный показатель на 40 %. Низкие концентрации оказали небольшое стимулирующее действие и повысили количество стеблей на 4 - 12 % по сравнению с контролем. Применение сочетаний БАВ+Pb⁺² способствовало увеличению количества продуктивных стеблей до 315,8 шт./м² в 2004 г., 450,0 шт./м² в 2005 г. и 370,6 шт./м² в 2006 г. Наилучшим образом за 2004 - 2006 гг. проявил себя препарат цис-ОПП повысив значение изучаемого показателя на 17 - 41 %.

Определение числа зерен в колосе в течение 2004 - 2006 гг. (табл. 4) показало, что в контроле оно составило 31,0 - 35,1 шт.

В варианте с иммуноцитофитом и другими БАВ - 32 - 36,5 шт. Применение «чистых» растворов нитрата свинца (II) способствовало снижению числа зерен в колосе на 8 - 11 % по сравнению с контролем. БАВ в сочетании с ионами свинца (II) способствовали нивелированию токсического действия токсиканта и увеличению количества зерен в колосе до 40 - 41 шт.

Наибольшее количество зерен в колосе сформировалось при обработке семенного материала препаратом цис-ОПП. В 2006 г. зерна в колосе сформировалось меньше, но оно было более выполненным, что отразилось на массе 1000 зерен.

Детальный анализ данных по массе зерна с колоса и массе 1000 зерен, полученных в результате полевых исследований, показал, что применение растворов нитрата свинца (II) негативно сказывается на растениях и способствует снижению этих показателей на 15 - 30 % по сравнению с контролем. Нами показано, что применение БАВ в комплексах со свинцом способствует не только нивелированию негативного действия свинца, но и увеличению данных показателей на 12 - 24 %. Наиболее эффективны были цис-ОПП и ДФП.

Анализ результатов полевого эксперимента показал, что обработка семенного материала растворами изучаемых препаратов сказалась на урожайности яровой пшеницы. Урожайность при обработки растворами «чистых» биологически активных веществ в 2004 г. колебалась от 1,29 т/га до 1,51 (рис. 8), в 2005 г. - от 1,01 т/га (препарат ИМ) до 1,94 т/га (препарат цис-ОПП), в 2006 г. - от 1,52 т/га (препарат ИМ) до 1,94 т/га (препарат цис-ОПП). Обработка семян растворами нитрата свинца высоких концентраций (10^-3 - 10^-4 %) негативно сказалась на урожайности, снизив ее по сравнению с контролем на 0,25 - 0,48 т/га в 2004 г. (рис. 9), на 0,26 - 0,32 т/га в 2005 г. и на 0,02 - 0,31 т/га в 2006 г. Низкие концентрации нитрата свинца (10^-5 - 10^-6 %) не снижали урожайность.

Таблица 4 Влияние БАВ, ионов (II) и их сочетаний на число и массу зерен с колоса, массу 1000 зерен яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Замачивание семенного материала в растворах БАВ+Pb⁺² во всех случаях способствовало нивелированию негативного действия токсиканта на урожайность пшеницы. Так, например, в 2004 г. препарат иммуноцитофит (стандарт) способствовал получению прибавки по сравнению с контролем в размере 0,08 - 0,29 т/га, препарат ДХБФМ снизил негативное действие свинца и повысил урожайность пшеницы на 0,07 - 0,20 т/га, применение препарата ДФП дало прибавку урожая в размере 0,11 - 0,28 т/га в 2004 г. (рис. 10).

Наилучший нивелирующий эффект получен при использовании препарата цис-ОПП, способствовавшего получению 0,23 - 0,35 т/га прибавки в 2005 г., 0,15 - 0,25 т/га прибавки в 2005 г. и 0,32 - 0,48 т/га прибавки в 2006 г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Влияние БАВ на урожайность яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Рис. 9. Влияние ионов свинца (II) на урожайность яровой пшеницы сорта Альбидум 188

Рис. 10. Влияние сочетаний БАВ+Pb⁺² на урожайность яровой пшеницы сорта Альбидум 188 (2004 г.)

Таким образом, проведенное нами исследование показало, что все изученные гетероциклические соединения не только полностью нивелируют отрицательное влияние ионов свинца при выращивании пшеницы на загрязненных территориях, но и увеличивают урожайность на 0,15 - 0,48 т/га (на 12 - 32 %), наибольшая эффективность наблюдалась при использовании гидротартрата цис-3-(5-метил-2-пирролидинил) пропанола-1 (цис-ОПП).

Нами исследовано влияние БАВ, ионов свинца (II) и их сочетаний на качество урожая яровой пшеницы. Одним из показателей является качество клейковины в зерне, которое определялось нами по стандартной методике на приборе ИДК.

При определении содержания клейковины в зерне в 25 вариантах опыта отмечено, что БАВ в «чистом виде» в среднем за 2004 - 2006 гг. повышают количество клейковины по сравнению с контролем на 6 - 9 %. Применение свинца в «чистом виде» способствовало уменьшению количества клейковины по сравнению с контролем на 2 - 11%. Детальный анализ экспериментальных данных показал, что сочетания БАВ+Pb⁺² во всех случаях нивелировали отрицательное действие свинца, повысив количество сырой клейковины по сравнению с контролем до 14 %. Наилучший эффект получен при использовании препарата цис-ОПП, который нивелировал действие свинца даже в высоких концентрациях.

В ходе исследования зерна было отмечено, что у всех образцов пшеницы качество клейковины соответствовало II группе качества «удовлетворительная» и находилось в интервале 80 - 99 единиц. Сочетания БАВ+Pb⁺² незначительно нивелировали отрицательное действие свинца. Экспериментально показано, что только препарат цис-ОПП во всех сочетаниях со свинцом снизил его отрицательное действие на 12 -19 %. При использовании цис-ОПП мука по своим свойствам максимально приближалась к I группе качества, которая характеризуется как «хорошая».

Таким образом, проведенные исследования показали, что при использовании БАВ возможно нивелировать негативное действие свинца, повышая при этом количество и качество клейковины, свойства которой (упругость, растяжимость) имеют решающее значение для получения хлебопекарной продукции высокого класса (уровень пористости, большой объемный выход, легкая усвояемость).

Аналогичные результаты получены по Саратовской области.

6. Биоэнергетическая и экономическая оценка протекторного действия бав при выращивании яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях

Расчет биоэнергетической (табл. 4) и экономической (табл. 5) эффективности применения предпосевной обработки яровой пшеницы растворами БАВ, ионами свинца (II) и их сочетаниями в Саратовской и Волгоградской областях показал, что препараты цис-ОПП и ДФП отличались большей биоэнергетической эффективностью: энергетические коэффициенты составили 1,93 (цис-ОПП) и 1,91 (ДФП) в Волгоградской области и 2,72 (цис-ОПП) и 1,9...