Биологическое тестирование светокорректирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биологическое тестирование светокорректирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты

А.С. Минич, И.Б. Минич, В.С. Райда, Р.А. Карначук, Г.А. Толстиков

BIOLOGICAL TESTING OF LIGHT-CORRECTIONAL FILMS IN THE CONDITIONS OF COVERED GROUND AT THE GROWING OF WHITE CABBAGE

A.S. Minich, I.B. Minich, V.S. Raida, R.A. Karnachuk, G.A. Tolstikov

For the covered ground the authors developed the technique of testing of light-correctional films containing the photoluminescent phosphor with luminescence in red spectral region (?л = = 625ј626 nm). On the seedlings of white cabbage of the Nadezhda variety it was shown, that a evaluation of morphometric and physiologo-biochemical indices permit to determine effect of light-correctional films, which don't depends from wave length, but is due to the intensity of secondary luminescent light at the same type of used photoluminescent phosphor. It was marked, that light-correctional films create in the construction of covered ground the favorable conditions for plants development and permit to reduce 8-10 days for growing of seedlings in regions of risky agriculture without use of additional lighting.

Для закрытого грунта разрабатывали методику быстрого биологического тестирования светокорректирующих пленок, содержащих фотолюминофоры с люминесценцией в красной области спектра. Оценивали морфометрические и физиолого-биохимические показатели рассады белокочанной капусты сорта Надежда с целью определения «полисветанового» эффекта. Рассматривается возможность выращивания рассады капусты в закрытом грунте в регионе рискованного земледелия в короткие сроки без использования дополнительного освещения.

Пленки с добавками фотолюминофоров на основе соединений европия, созданные в 80-х годах, нашли широкое применение в сельском хозяйстве для укрытия сооружений закрытого грунта (1-3). Преимущество этих пленок связано с преобразованием спектрального состава солнечного света за счет поглощения люминофором коротковолновых составляющих и трансформации в область красного спектра, что названо авторами «полисветановым» эффектом (1, 2). Однако опубликованные данные ограничиваются, как правило, определением хозяйственной продуктивности различных сельскохозяйственных культур (часто в несопоставимых условиях) и не содержат сведений о конкретных фотофизических свойствах испытываемых материалов.

В задачу наших исследований входила оценка влияния светокорректирующих пленок на основе полиэтилена высокого давления (ПЭВД), которые различались по качественному и количественному составу модифицирующих добавок, на морфометрические и физико-биохимические показатели растений тестовой культуры.

Описание методики. Объектом исследований служила рассада белокочанной капусты сорта Надежда (n = 30). Испытания проводили на агробиостанции Томского государственного педагогического университета в закрытом грунте -- сооружения арочного типа площадью 1?1 м2, высотой 0,5 м, укрытые светокорректирующими пленками (опыт) и пленками из немодифицированного ПЭВД (контроль). В качестве грунта использовали смесь чернозема, перегноя и торфа в равных количествах. На протяжении периода выращивания рассады в 5-кратной повторности определяли высоту растений, толщину стебля, число и площадь поверхности листьев, сухую массу растений, содержание хлорофилла а и b, а также каротиноидов (4). При статистической обработке данных использовали программу «Excel» с доверительным интервалом 0,9.

Рис. 1. Спектры люминесценции соединений европия в светокорректирующих пленках с различным составом модифицирующих добавок: а, б, в -- марка пленок соответственно И-3, И-4, И-7; г -- спектры поглощения фитохрома (цит. по 9).

биологическое тестирование грунт капуста

Полимерные композиции для изготовления пленок получали методом сухого смешивания гранул ПЭВД марки 15303-020 с порошкообразными люминофорами (5); образцы рукавных пленок толщиной 120 мкм и шириной 2?1500 мм -- методом экструзии с раздувом на пленочной линии УРП-1500. В качестве модифицирующих добавок были использованы люминофоры на основе комплекса нитрата европия с 1,10-фенантролином -- Eu(NO3)3?2фен. (6), оксида иттрия, активированного европием, -- Y2O3Eu (7) и оксосульфида иттрия, активированного европием, -- Y2S2O3Eu (8), которые различались по положению полос в спектрах фотолюминесценции (рис. 1). Состав и фотофи-зические свойства пленок пред-ставлены в таблице.

При тестировании различных сельскохозяйственных культур (томаты, огурцы, сладкий перец, капуста, зеленные культуры) наибольшие изменения в онтогенезе при выращивании под светокорректирующими пленками были выявлены у белокочанной капусты, что послужило основанием для выбора последней в качестве тестовой культуры (10). Для получения сравнимых результатов необходимо соблюдение одинаковых параметров среды при выращивании растений -- минеральный состав почвы, влагообеспеченность, температура, равномерность освещения, что достигалось использованием сооружений закрытого грунта (11).

При использовании светокорректирующих пленок наблюдалось ускоренное развитие растений по сравнению с контролем (рис. 2, А). Так, было отмечено, что более быстрое появление первого настоящего листа, а в дальнейшем и ускоренный рост листовых пластинок способствовали увеличению общей ассимилирующей поверхности от 20 до 100 % (соответственно под пленками И-3 и И-7) по сравнению с контролем. В контроле у 30-суточных растений отсутствовал шестой лист, а пятый находился в зачаточном состоянии. При выращивании рассады под светокорректирующими пленками начало образования шестого листа приходилось на 22-24-е сут.

Фотофизическая характеристика полиэтиленовых светокорректирующих пленок

При увеличении количества и площади поверхности листьев растений в опыте формировались стебли бульшего диаметра (на 15 %), что не сопровождалось удлинением листовых пластинок по сравнению с контролем. Это является важным показателем для дальнейшего практического использования рассады. Сухая масса растений в контроле составляла 730 мг, в опыте под пленками И-5, И-4, И-3 и И-7 она увеличивалась соответственно на 340, 630, 710 и 850 мг.

Рис. 2. Морфометрические показатели (А) и содержание пигментов в листьях (Б) 30-суточных растений белокочанной капусты сорта Надежда, выращенных под светокорректирующими пленками с различным составом модифицирующих добавок: 1, 2, 3, 4, 5 -- марка пленки соответственно И-3, И-4, И-5, И-7, И-1 (контроль); I, II, III, IV, V -- соответственно сухая масса растений, площадь поверхности листьев, толщина стебля, число листьев, высота растений (% от контроля); а, б, в, г -- содержание соответственно хлорофилла а, b, а+b и каротиноидов.

При выращивании под пленками И-3, И-4 и И-5 содержание всех пигментов в листьях растений достоверно не изменялось, под пленкой И-7 -- возрастало содержание хлорофилла а на единицу площади поверхности листьев по сравнению с контролем (до 20 %), что выражалось в увеличении суммарного содержания хлорофилла а и b (рис. 2, Б). При этом эффективность использования пленок зависела от длины волны генерируемого ими вторичного люминесцентного излучения, оказывающего влияние на систему фитохрома Ф660 и Ф730 растений (2, 3). Максимальная длина волны светокорректирующих пленок составляла 615, 618 и 626 нм (см. рис. 1, а, б, в). Люминесцентное излучение пленок находилось в пределах спектра поглощения фитохрома Ф660 и приближалось к максимуму поглощения: И-7, И-5, И-3 и И-4 -- соответственно 615, 615, 618 и 626 нм (см. рис. 1, г). Несмотря на наиболее близкое положение максимума люминесценции пленки И-4 к максимуму поглощения фитохрома Ф660, морфометрические показатели растений под этой пленкой изменялись в меньшей степени, чем под пленкой И-3, что свидетельствует об отсутствии прямой зависимости «полисветанового» эффекта от длины волны люминесцентного излучения в исследованном интервале. Выявлена прямая зависимость «полисветанового» эффекта от интенсивности вторичного люминесцентного излучения для пленок с одинаковым типом люминофора (И-5, И-7); при различных люминофорах этого не наблюдалось. Следовательно, природа «полисветанового» эффекта является более сложной и многофакторной, чем предполагалось ранее (2, 3).

Таким образом, на рассаде белокочанной капусты сорта Надежда показано влияние модифицирующих добавок светокорректирующих пленок (фотолюминофоры с люминесценцией в красной области спектра, ? = = 625ј626 нм) на морфометрические и физиолого-биохимические показатели растений. Это свидетельствует об определяющей роли фотолюминофора в формировании благоприятных для растений условий под светокорректирующими пленками, что дает возможность на 8-10 сут сократить срок выращивания рассады капусты без применения дополнительного освещения теплиц в регионах рискованного земледелия. Разработанные методики тестирования могут быть использованы для экспресс-определения фотофизических свойств пленок.

Литература

1. Kusnetsov S.I., Leplianin G.V., Mironov U.I. e.a. «Polisvetan», a high performance material for cladding grinhouses. Plasticulture, 1989

2. Карасев В.Е. Полисветаны -- новые полимерные светотрансформирующие материалы для сельского хозяйства. Вест. ДВО РАН, 1995, 2: 66-73.

3. Щелоков Р.Н. Полисветаны и полисветановый эффект. Изв. РАН, сер. хим., 1996, 6: 50-55.

4. Шлык А.А. Биосинтез хлорофилла и формирование фотосинтетических систем. В сб.: Теоретические основы фотосинтетической продуктивности. М., 1972: 154-169.

5. Райда В.С., Минич А.С., Терентьев В.А. и др. Технология производства светокорректирующих полиэтиленовых пленок для сельского хозяйства. Хим. пром., 1999, 10: 56-58.

6. Melbi L.R., Rose N.J., Abramson E. e.a. Synthesis and fluorescence of some trivalent lanthanide complexes. J. Amer. Chemic. Sosiety, 1964, 86, 23: 5117-5125.

7. Казанкин О.Н., Марковский Л.Я., Миронов И.А. и др. Неорганические люминофоры. Л., 1975.

8. Сощин Н.П. Люминесцентные материалы для электроннолучевых приборов. Электронная промышленность, 1973, 2: 100-103.

9. Кузнецов Е.Д., Сечняк Л.К., Киндрук Н.А. и др. Роль фитохрома в растениях. М., 1986.

10. Рогозин В.И., Минич А.С., Райда В.С. Опыт использования светокорректирующих пленок на агробиостанции Томского государственного педагогического университета. В сб: Светокорректирующие пленки для сельского хозяйства. Томск, 1998: 50-56.

11. Гендель С.В. Полимерные пленки для выращивания плодов и овощей. М., 1985.

Размещено на Allbest.ru