Введение к работе
Актуальность проблемы. Продовольственной программой, утвержденной майским (1982 г.) Пленумом ЦК. КПСС и решениями XXVII съезда КПСС, поставлены серьезные задачи по увеличению производства сельскохозяйственной продукции. В нашей стране, и особенно в Казахстане, большие площади под сельскохозяйственными культурами размещены в зонах, в силу природно-климатических факторов, существенно лимитирующих продуктивность растений.
Проблема повышения урожаев в лимитирующих продуктивность условиях исключительно сложна, так как сочетание в одном растительном организме признаков высокой продуктивности и устойчивости к экстремальным факторам находится о определенных противоречиях. Недостаточная изученность и отсутствие теоретических разработок по преодолению этих противоречий и выявление путей оптимального сочетания признаков продуктивности и устойчивости являются серьезными препятствиями в научном обосновании^ селекционного процесса и при разработке агротехнических приемов повышения урожайности растений, обусловливающими актуальность исследований этой проблемы.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы
явилось исследование теоретических и практических аспектов
формирования продуктивности в лимитирующих этот процесс
условиях в плане выявления закономерностей взаимодействия
организма и среды. Основное внимание при этом уделялось
особенностям адаптивных реакций, которые тесно связаны с
устойчивостью растений и их продуктивностью. Использова
лись принципы системного подхода, позволяющие рассматри
вать отдельные физиологические процессы и морфологиче
ские особенности'в- связи с функционированием всего расте
ния и посева как целостной системы. Полученный материал
предназначен для физиологического обоснования селекции и
агротехники возделывания яровой пшеницы для повышения
ее продуктивности и устойчивости в климатических условиях
севера Казахстана. сХЗЗ?-^
ЦЕНТРАЛЬНАЯ | 1"
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. сольскохоз. а.чадоліц»а им. К. А. Тимирязева
Ы..г, Kir»
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Изучение и оценка ряда физиологических, биохимических и морфофизиологических показателей у сортов различного происхождения с целью выявления основных признаков, характеризующих рост, устойчивость и продуктивность яровой пшеницы в северном Казахстане.
-
Анализ закономерностей, отражающих норму реакций генотипически различающихся форм яровой пшеницы и поиск путей создания наиболее гармоничных, приспособленных к жестким климатическим условиям сортов, а также выявление возможностей активного.воздействия на растения пшеницы для повышения их устойчивости и продуктивности.
-
Выявление оптимального значения и сочетания основных признаков и свойств у растений и посевов для создания максимального урожая и разработка физиологической модели сорта и физиологического обоснования селекции и агротехники возделывания яровой пшеницы в северном Казахстане.
Научная новизна. Впервые детально охарактеризованы физиологические особенности растений и посевов в связи с устойчивостью и продуктивностью яровой пшеницы в северном Казахстане и дано физиологическое и морфофизиологическое обоснование селекции и агротехники яровой пшеницы в этой зоне.
Выявлено значение для формирования урожая зерна в условиях, лимитирующих продуктивность, показателей фотосинтетической активности растений, физиолого-биохимических н морфологических признаков, связанных с продуктивностью и устойчивостью к экстремальным абиотическим факторам..
Разработаны и сформулированы некоторые, имеющие общебиологическое значение, положения о закономерностях взаимодействия организма и среды при проявлении лимитирующих продуктивность факторов и, в частности, положение о реакции растений на окружающие условия как целостной системы и о необходимости оптимального соотношения признаков, определяющих устойчивость и продуктивность. Изучена значимость показателей, характеризующих устойчивость, и показано, что, учитывая комплексный характер свойства устойчивости, необходимо оценивать сорт пшеницы по нескольким показателям, отражающим разные стороны жизнедеятельности растений. С помощью методов-математического анализа выявлено, что при высокой степени засухи в первую очередь страдают те растения, которые потенциально способны к проявлению наиболее активных ростовых процессов..
Впервые установлено значение^ для засухоустойчивости соотношения калия и натрия в электролитах, выходящих из 2
тканей листа и узла кущения. Выдвинуто положение, что пла: стичность сортов и степень их устойчивости к неблагоприятным условиям может, быть оценена по варьированию признаков растений в посеве с помощью расчета коэффициентов вариации признаков. Осуществлен принципиально новый подход к оценке" специфичности и неспецифичности устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам, заклю1 чающийся в сравнительной оценке соотношения изменений в мембранном комплексе, в метаболических процессах и во внутриклеточной среде.
Впервыедостаточно полно обоснован и описан тип растений пшеницы, наиболее соответствующий климату северного Казахстана по биологическим особенностям. Изучена морфологическая структура растений яровой пшеницы и прослежена связь отдельных признаков с урожаем зерна. Проанализированы особенности вегетационного периода и уточнены его характеристики, необходимые для создания максимального урожая зерна.
С помощью методов математического моделирования и математического анализа проведено углубленное изучение некоторых физиологических процессов и, в частности, передвижения веществ и отложения их в запас, продолжительности вегетационного периода, взаимосвязи отдельных процессов и других.
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные исследования способствуют развитию теории фотосинтетической продуктивности растений в плане оптимизации продукционных процессов в лимитирующих условиях среды, расширяют и углубляют представления об устойчивости растений в связи с формированием урожая зерна и вносят определенный вклад в изучение частной физиологии пшеницы.
Результаты исследований могут быть широко использованы для практики возделывания яровой пшеницы в условиях, лимитирующих продуктивность, для физиологического обоснования селекционных и агротехнических мероприятий по повышению продуктивности растений и в сортоиспытании. Разработанные предложения применяются в практике селекционной работы в северном Казахстане и вошли в опубликованные «Методические рекомендации по селекции яровой пшеницы в Северном Казахстане» (1983 г.), утвержденные Советом по научно-методическому руководству селекцентрами при Президиуме ВЛСХНИЛ. Физиологическая модель сорта яровой пшеницы важна для практической селекции и для углубленных физиологических исследований, а рассмотренные прин^ ципы применения данных физиологии растений в селекционном процессе являются определенным вкладом в развитие
современного^ направления но научному обоснованию селекции. . -,; ''-
Использованные нами подходы и разработки по применению математических методов для анализа результатов, обработки материалов исследований на ЭВМ, по математическому моделированию, автоматизации и модернизированию камер искусственного климата отражены в рекомендациях «Автоматизация научных исследовании в биологии» (1983), которые утверждены Советом по автоматизации, вычислительной технике и научному приборостроению при Президиуме АН Каз-ССР как,методическое руководство для учреждений отделения биологических наук АН КазССР.
Ряд выдвинутых и разработанных положений могут быть использованы "в учебной работе. Так, опубликованные матери-' алы включены в учебник для сельскохозяйственных институтов С. А. Лебедева «Физиология растений», М., 1982, а также Используются при чтении курсов лекций по физиологии растений, растениеводству, биометрии, генетике и селекции и ряда спецкурсов в вузах Казахстана.
Разработанные в процессе исследования положения, приемы и подходы могут быть использованы при изучении проблем продуктивности и устойчивости в научных учреждениях, работающих в этом направлении.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на
1 и 11 конференциях биохимиков Средней Азии и Казахстана
(Алма-Ата, 1966; Фрунзе, 1976); на II Всесоюзном биохими
ческом-съезде (Ташкент, 1969); на Всесоюзном симпозиуме
«Транспорт ассимилятов и отложение веществ в запас* (Вла
дивосток, 1971); на II, III, IV и V республиканских конферен
циях по физиологическим и биохимическим основам повыше
ния продуктивности и устойчивости зерновых культур (Цели
ноград, 1972, 1984; Кустанай, 1976; Алма-Ата, 1980); в реги
ональном научном совете по проблемам физиологии и био
химии растений при отделении биологических наук АН Каз
ССР (Алма-Ата, 1977); на XVII научно-производственной
конференции по проблемам повышения эффективности сель
скохозяйственного производства и социально-экономического
развития целинного села (Целиноград, 1978); на республи
канском совещании по проблемам генетики и селекции рас
тений (Алма-Ата, 1979); на I Всесоюзной конференции . по
применению физиологических методов в селекции растений
(Жодино, 1981); на научно-производственном семинаре спе-.
циализированной группы по теме: «Новыегенетические и фи-
зиолого-биохимические методы селекции сельскохозяйствен
ных культур» на ВДНХ СССР (Москва, 1983); на Всесоюз
ной конференции «Физиолого-генетические проблемы интен
сификации селекционного процесса» (Саратов, 1983); на Все-
4 ~" .''''
'-'.. . .'' :.., . ; . -ч..' .."- .'
-,;. -союзной конференции"«Устойчивость к неблагоприятным.фак
торам среды н продуктивность растений» (Иркутск, 1984); на
'VIII Всесоюзном симпозиуме по водному режиму растений
\. (Ташкент, 1984); на школе-семинаре на ВДНХ КазССР «Пу
ти и перспективы повышения продуктивности и устойчивости
сельскохозяйственных культур в решении Продовольственной
''„. программы» (Алма-Ата, 1985). ,; - '
Публикация результатов исследований.-Основные положе
ния диссертации и экспериментальные данные опубликованы
-в 70 научных трудах, в том числе в 3 монографиях, методи- ,
, . ,/ческих рекомендациях и материалах. Получено 1. авторское
'.-:.. свидетельство на^изобретсние. ,:
Объем и структура работы. Диссертация изложена на
269 страницах машинописного такста. Состоит"из введения,
обзора литературы, главы о месте и условиях, проведения опы
тов, объектах исследования и методиках, трех глав, в кото
рых приводится экспериментальный материал, описания фи
зиологической модели сорта, общего заключения, сведений об,
использовании результатов исследований, основных выводов.
-и списка цитированной литературы, включающего 521 наиме
нование, в том числе 111 на иностранных языках: Эксперимен
тальный материал представлен в 82 таблицах и 52 рисунках.
Условия проведения опытов, материален методика. Иссле
дования проведены в течение 1963—1985 годов в Институте
ботаники АН КазССР (Алма-Ата) и на полях Всесоюзного
ордена Трудового Красного Знамени научно-исследователь
ского института зернового хозяйства (Шортанды), который
по климатическим условиям в целом соответствует особеннос
тям обширного района освоенных.целинных земель в север
ном Казахстане. ...