Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной го наиболее значимых задач современной физиологии сельскохозяйственных растений является создание методов, позволяющих быстро оценить физиологическое состояние растений в полевых и лабораторных условиях. Для этой цели желательно использовать интегральные показатели, характеризующие оптимальность роста и развития растений, при которой, в конечном счете, достигается высокая их продуктивность. Однако в настоящее время круг таких интегральных показателей весьма ограничен (Адыгезалов, 1987). Весьма перспективными в этом отношении являются электрофизиологические методы, в частности, регистрация поверхностных биоэлектрических потенциалов растительных клеток, тканей и органов. К сожалению, пока не до конца раскрыто то содержание, которое несут электрические характеристики растений. Тем не менее, электрическая разность потенциалов (РП), регистрируемая поверхностно между полярными концами органов и различными участками тканей, как интегральный показатель, позволяет оценивать состояние целого органа или ткани по электрическому критерию через механизмы формирования физиологической полярности, отражая и даже определяя уровень их обмена веществ (Медведев, 1996).
Разработка и внедрение электрофизиологических методов контроля за состоянием растений идет в нескольких направлениях: диагностика устойчивости растений в период действия неблагоприятных факторов среды (Гунар и др., 1971, 1974; Александров, 1985; Третьяков, 1996; Веселова и др.,1993; Голодрига и др. 1986); оценка пола растений на ранних стадиях (Мишин и др., 1994); условий влагообеспечения и минерального питания (Кардамонов, 1990; Зражевский, 1977; Муромцев и др.,1987; Третьяков, 1985), определение жизнеспособности семян (Рубцова и др. 1990; Подлиток, 1990,1998; Андреева, 1993; Федулина, 1999), прогнозирование качественных и количественных характеристик будущего урожая (Рубцова и др., 1994; Крутова и др., 1997; Лебедева и др., 1997).
На сегодняшний день по имеющимся литературным данным трудно составить полное представление об общих закономерностях изменения биоэлекгрической полярности колоса в процессе репродукции, о влиянии различных факторов на электрические характеристики репродуктивного органа пшеницы. Индикация физиологического состояния сельскохозяйственных растений можег найти применение при прогнозировании характеристик будущего урожая, при оценке эффективности агротехнических мероприятий, а также в селекции.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы являлась оценка возможности раннего прогнозирования продуктивности пшеницы на основе выявления общих
закономерностей в изменении поверхностной разности потенциалов репродуктивных органов на разных фазах онтогенеза в зависимости от поступающих в колос положительно и отрицательно заряженных органических и минеральных ионов и от условий выращивания растений. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи;
-
разработать наиболее оптимальную методику регистрации биопотенциалов репродуктивного органа пшеницы;
-
изучть динамику разности потеїщиалов колоса пшеницы на разных фазах формирования и налива зерна;
-
оценить взаимосвязь поступления положительного и отрицательного органических ионов аминокислот (аргинина и аспартата) и катиона кальция с разностью потенциалов колоса;
-
выявить возможную связь между разностью потенциалов, некоторыми морфологическими признаками и продуктивностью колоса пшеницы в ранние фазы;
-
провести анализ изменения разности потенциалов колоса пшеницы, выращенной с использованием различных доз удобрений и сопоставить эти данные с урожайностью.
Научная новизна работы
Впервые подробно прослежена динамика биоэлектронотенциалов колоса пшеницы в ходе репродукции, в том числе в фазы ранее не изученные - фазу колошения, цветения, период формирования зерна, и выявлены общие закономерности изменения этого показателя для яровых и озимого сортов. Отмечена зависимость величины разности потенциалов колоса аг поступивших в колос органических и минеральных ионов, как положительных, так и отрицательных. Впервые обнаружена высокая корреляция между разностью потенциалов, морфологическими характеристиками и продуктивностью колоса в фазу колошения и период формирования зерна. Впервые с помощью измерения разности потенциалов колоса, и применяя методы вариационной статистики, выявлены наиболее эффективные варианты применения различных доз удобрений и возможность ранней диагностики продуктивности пшеницы.
Теоретическая и практическая значимость работы
Разработана наиболее оптимальная методика регистрации биоэлектрических характеристик колоса. Установлена полная динамика биоэлектрической активности поверхностных тканей репродуктивного органа пшеницы яровых и озимого сортов в процессе репродукции. Изучение влияния положительных и отрицательных ионов аминокислот и кальция на разность потенциалов колоса дает возможность понять некоторые механизмы, определяющие её величину. С практической точки зрения, измерение разности потенциалов колоса пшеницы может использоваться для диагностики продуктивности колоса и выявления наиболее эффективных вариантов применения удобрешш.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Наиболее стабильным и информативным является показатель «средняя РП по колосу», измеренная в период формирования зерна и в фазу молочной спелости зерна.
-
Имеется связь между РП колоса и фазой развития: в фазу колошения РП колоса имеет наименьшие отрицательные значения, в последующие фазы периода репродукции происходит увеличение отрицательных значений ' ;.. ;. .-.-.г РП, в фазу молочной спелости РП колоса наиболее отрицательная, в более поздние фазы происходит уменьшение этих значений РП.
-
Положительные и отрицательные ионы аминокислот (аргинин и аспартат) изменяют РП в соответствии со своим знаком. Поступление указанных аминокислот во все исследованные элементы колоса происходит как пассивно, так и активно.
-
Са2+ существенно влияет на величину РП колоса, но действие его неоднозначно. Поступление кальция в форменные элементы колоса происходит в основном за счет пассивного транспорта (транспирация), а в зерновку - активно (фаза молочной спелости зерна).
-
В период формирования зерна имеется корреляция между РП колоса и морфологическими показателями колоса, в фазу колошения имеется корреляция между РП колоса и средней урожайностью зерна.
-
Используя регистрацию РП колоса пшеницы и методы вариационной статистики можно прогнозировать наиболее высокоурожайные варианты применения минеральных и бактериальных удобрений.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на |(| съезде Общества физиологов растений РЛН (С.-Петербург, 1993), на 1 Всероссийской научной студенческой конференции по агрономическим наукам (1 Шовгород, 1994), на конференции, посвященной 90-летию со дня рождения профессора В.П.Нарциссова (Н.Новгород, 1997), на международной научной конференции «Развитие научного наследия акад. Н.И. Вавилова (Саратов, 1997), на 1V съезде Общества физиологов растений РЛН (Москва, 1999).
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объём диссертации
Материалы диссертации изложены на 135 страницах машинописного текста, иллюстрированы 7 таблицами и 25 рисунками. Работа состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, глав результатов исследований, заключения, основных выводов, списка литературы, который содержит 295 источников, в том числе 80 на иностранных языках, и приложения.
