Введение к работе
Актуальность проблемы. Хлопчатник в условиях юга Средней Азии, в том числе Таджикистана, в течение вегетационного периода ежегодно периодически подвергается действию високих экстремальных температур.
По средним многолетним данным Гидрометеослужбы Республики! Таджикистан, высокие экстремальные температуры воздуха в раз-' личных хлопкосеющих зонах бывают 15-20 дней, а абсолютный максимум в такие дни нередко достигает 42-46С и выше. К тому же в этот период наблюдаются значительные суточные колебания температуры почвенной поверхности и относительной влажности воздуха на хлопковом поле (Бабушкин. I960).
На фоне низкой влажности почвы (ниже 60% от ППВ) и высокой влажности воздуха (выше 70%) эти отрицательные воздействия еще более усугубляются и последствие высокой экстремальной температуры может продолжаться в течение нескольких дней (Альтернат, 1981; Ген-кель, 1982; Титов и др., 1987).
Такие явления, как полуденная депрессия фотосинтеза, непроизводительная трата веществ на дыхание (Насыров. I960), торможение роста, массовое засыхание бутонов и завязей, осеннее отрастание и появление бурых некротических пятен на листьях и другие явления, свидетельствуют о том, что хлопчатник страдает от перегрева. —
Период наступления высоких экстремальных температур (июнь-август) совпадает с наиболее критическим периодом развития хлопчатника— фазой начала массового цветения и формирования коробочек и, по определению Ф.Д. Скаэкнна (1971), высокая температура является одним из критических факторов, который приводит к нарушению физнолого-бнохимических процессов и оплодотворения цветка, в результате чете происходит опадение молодых завязей (Шебитченко, 1973; Имамалнез, Пак, і 977 и др.).
Несмотря на то, что физиология и биох:імия хлопчатника, как одной из ценных технических культур, в зонах его выращивания изучены достаточно хорошо (Насыров, I960; Шарда-ков, 1960; Бородулмна. 1960; Белоусов, 1974; Физиология хлопчатника, 1977; Самиев. 1979; Рахманкулов, 19R5 и др.) и разработаны оптимальные агротехнические приемы его возделывания (.Ъкнров. Мухамеджаиои, 1963; Имамалнев, 1969; Юлдашен и др.; 1977; Джуманкулов, 1990; Домуллоджанов, 1990 н тр.). нсследова-
ниє физиологии устойчивости хлопчатника к высокой температуре и поиски путей ее повышения остается актуальной задачей.
В этом отношении весьмй перспективным является изучение защитной (протекторной) функции некоторых микроэлементов, физиологически активных веществ, органических кислот и других химических соединений при воздейпвии неблагоприятных факторов внешней среды на растения (Молотковский, 1961; Сатарова, Чернявская, 1966; Сказкнн, 1971; Школьник, 1974; Полянская, 1979; Альтергот, 1981; Генкель, 1982; Гринченко, 1983; Титов и др. 1985; Муромцев, 1991 и
ДР)-
Цель и задачи исследований. Основной целью настоящей работы явилось изучение воздействия высоких экстремальных температур при различных условиях выращивания на физиологические процессы хлопчатника, выявление и повышение функциональной жароустойчивости хлопчатника в эксперименте и природной среде путем применения некоторых микроэлементов, физиологически активных веществ (ФАВ) и органических кисло г в критический период (фаза цветения — начало плодообразования) его развития.
Исходя из этого-, были поставлены следующие задачи:
анализ температурного режима в хлопкосеющих зонах Таджикистана и характер его влияния на рост и развитие хлопчатника;
изучение влияния различных способов полива на физиолого-биохимические процессы хлопчатника и формирование микро- и фн-токлнмата на хлопковом поле;
изучение действия высоких экстремальных температур в сочетании с низкой и высокой относительной влажностью воздуха на фн-зиолого-биохимические процессы и продуктивность хлопчатника в эксперименте и природной среде;
изучение влияния.микроэлемента цинка и координационных соединении (комплексонаты) цинка и железа на физиологию жароустойчивости и продуктивность хлопчатника в различных почвенно-клнматических условиях;
изучение влияния органических кислот и физиологически активных веществ на функциональную жароустойчивость и продуктивность хлопчатника.
Научная новизна результатов. Впервые проведены комплексные исследования различных способов полива .іа формирование микро- и фитоклимата на хлопковом поле, водный режим, газообмен и активность некоторых окислительно-восстановительных ферментов листьев
хлопчатника; изучены особенности формирования биологической продуктивности и хозяйственно-ценной части урожая.
Получены экспериментальные доказательства воздействия высоких экстремальных температур на физиолого-биохнмические процессы хлопчатника. При кратковременном и длительной воздействии высоких экстремальных температур у хлопчатника заметно снижается содержание сухого вещества, суммы хлорофнллов, растворимых белков /скорбииовой кислоты и удельной поверхностной плотности (УПП) листа, увеличивается стерильность пыльцы.
! Выявлено, что высокая температура в сочетании с высокой влажностью воздуха (80-90%) приводит к снижению интенсивности тран-спирации, повышению оводненносги, уменьшению степени открытости устьиц и снижению водоудерживающей способности листьев.
Доказано, что экстремальные температуры существенно нарушают водный режим растений и на фоне оптимальной влажности почвы. При этом возрастает полуденный и остаточный водный дефицит и водоудерживаютая способность листьев.
Показано, что высокая температура в сочетании с низкой или высокой влажностью воздуха вызывает массовое усыхпнне бутонов и молодых завязей хлопчатника, приводит к увеличению содержания аммиачного азота в листьях.
Установлено, что сернокислый цинк как при корневой, так и внекорневой подкормке в фазе начала цветения и плодообрззоватшя способствует повышению жароустойчивости тонко- и средневолокннстого хлопчатника на 5-6"С, при этом жизнеспособность пыльцы возрастает на, 10-20%, усиливается фотосинтетическая ассимиляция СО:, снижается интенсивное?* темпового дыхания и скорость транспирации, повышается водоудерживающая способность, содержание растворимых белков и хлорофилла, усиливается поступление и отток фосфора в репродуктивные органы, увеличивается содержание фракции органических фосфорных, і оедииений.
Впервые выявлено, что комплексонаты железа и цинка существенно влияют на физиологические процессы у хлопчатника, оказывают стимулирующее воздействие на энергию прорастания и всхожесть семян хлопчатника, интенсивность фотосинтеза, дыхания и активность некоторых окислителыю-восстаноьительных ферментов (пероксидаза, каталаза, полифенолоксидаза, дегидрогеназа, АТФ-пза). повышают жароустойчивость хлопчатника и уменьшают опадение з.чвяяей.
Усыновлено, что опрыскивание хлопчатника некоторыми органическими кислотами и ФАВ в фазе цветения—плодообразовання, активизируя физиолого-биохимические процессы, повышает жароустойчивость растении, оплодотворяющую способность пыльцы усиливает отток азотистых веществ в репродуктивные органы, снижает опадение илодоэлементов.
Экспериментально показано, что опрыскивание хлопчатника в фазе цветения и начала плодообразовання растворами комплексонатов железа и цинка, некоторых органических кислот и ФАВ, повышая за-щигао-приспособи тельную реакцию растений к воздействию высоких экстремальных температур, обусловливает увеличение их продуктивности.
Практическая и теоретическая ценность исследований. Теоретически обоснована и практически подтверждена целесообразность повышения устойчивости хлопчатника к высоким экстремальным температурам при различных условиях произрастания.
По результатам многолетних исследований разработаны приемы, улучшающие микро- и фитокдцмат на хлопковом поле, повышающие функциональную устойчивость хлопчатника к высокой экстремальной температуре. Рекомендовано применение сернокислого цинка, комплексонатов цинка и железа, некоторых органических кислот и ФАВ путем двукратного опрыскивания хлопчатника в фазе цветения— плодообразовання. Разработаны: а) способ предпосевной обработки семян хлопчатника (А.с. №1021370; Ах. №1021371); б) способ стимулирования прорастании семин хлопчатника (А.С. №904640; А.с. №1114363).
Предложенные препараты и условия их использования обеспечивают снижение опадения плодоэлеметов, ускорение созревания и повышение урожайности хлопка-сырца и его качества.
Материалы диссертации но физиологии жароустойчивости хлопчатника могут быть использованы при чтении лекции по разделу "Физиология устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды" курса "Физиология растений" на биологических и агрономических факультетах вузов Таджикистана.
Положения выносимые на защиту:
— высокая экстремальная температура (выше 37С) в период цветения и плодообразовання является одним из критических экологических факторов, обуславливающих снижение продукт шшости хлопчатника;
5 і
— высокая экстремальная температура приводит 'к нарушению
физиологических процессов как при низком, так и при оптимальном
уровнях влажности почвы, при этом происходит подавление синтеза и
(или) распад растворимых белков листьев, хлорофичла, аскорбиновой
кислоты, нарушение азотного, фосфорного и углеводного метаболиз
ма, определяющего функциональную жароустойчивость хлопчатника;
—' при высокой температуре нарушается фотоеннтетический и дыхательный газообмен, водный режнм и окислительно- восстанови-' тельные процессы листьев растений;
высокая экстремальная температура, усиливая гидролитиче
ские процессы, вызывает увеличение содержания аммиака в листьях и,
в конечном итоге, приводит к массовому усыханиго молодых бутонов и
завязей хлопчатника;
— высокая экстремальная температура, нарушая окнелительно-
вс-сстановительный режим, белково-углеводный метаболизм клетки,
снижает оплодотворяющую способность пыльцы, в результате чего
происходит опадение молодых завязей или же увеличение количества
недоразвитых семяпочек (улючность), т.е. неполноценных коробочек.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены (или представлены) на Республиканской конференции "Научные основы получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур" (Душанбе, 1979); Республиканских научно-теоретических конференциях молодых ученых и специалистов (Душанбе, 1980; 1981) III n-V-конфе-ренциях биохимиков Средней Азии и Казахстана (Душанбе, 1981; Ташкент, 1991); XXII Пленуме ГосхимкомиссиН СССР по итогам государственных испытании регуляторов роста растений в 1981 г. (Рига, 1982); Втором всесоюзном совещании по химии и применению ком-плексонов и комплексонатов металлов (Москва, 1983): Республиканском семинаре "Меры борьбы с опадением плодоэлементов хлопчатника" (Душанбе, 1985); Семинаре—совещании в Таджикском Государственном университете "Наука — народному хозяйству" (Душанбе, 1986); XXXI Международном совещании по химии и применению чистых металлов (София, 1987); Второй научной конференции Биохимического общества Республики Таджикистан (Душанбе, 1996); Научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения доктора биологических наук, профессора А.А. Прокофьева (Душанбе, 1996).
Публикации. По материалах» диссертации опубликовано 35 работ.
Структура и объем работы, Диссертация изложена na.3f страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, включающего работ, содержит } рисунков, jfj"таблиц.
