Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Влияние микроэлементов на устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды 7
1.2. Влияние комплексонатов железа и цинка на физиолого-биохимические процессы растений 20
1.3. Фотосинтетический метаболизм углерода и его регуляция факторами внешней среды 28
Глава 2. Условия, материалы и методы исследований
2.1. Условия исследований 35
2.2. Основные физико-химические свойства использованных препаратов 37
2.3. Объекты исследований 38
2.4. Методы исследований 39
2.4.1. Определение параметров водообмена 39
2.4.2. Определение потенциальной интенсивности фотосинтеза 41
2.4.3. Определение суммарного содержания хлорофилла, аскорбиновой кислоты и растворимых белков листьев. 44
2.4.4. Выделение запасных белков из семян хлопчатника 44
2.4.5. Построение калибровочного графика 47
Глава 3. Результаты исследований. Влияние координационных соединений железа и цинка на физиолого-биохимические параметры хлопчатника
3.1. Параметры водообмена 48
3.2. Параметры газообмена 50
3.3. Содержание хлорофилла и аскорбиновой кислоты 53
3.4. Влияние опрыскивания комплексонатами железа и цинка на фотосинтетический метаболизм углерода 59
3.5. Влияние опрыскивания комплексонатами железа и цинка на электрофоретическую подвижность запасных белков листьев и семян хлопчатника 66
3.6. Жизнеспособность пыльцы и хозяйственно-ценные признаки хлопчатника 71
3.7. Технологические параметры волокна хлопчатника 79
Заключение 82
Выводы 85
Список использованной литературы 87
- Влияние микроэлементов на устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды
- Определение параметров водообмена
- Влияние опрыскивания комплексонатами железа и цинка на фотосинтетический метаболизм углерода
- Технологические параметры волокна хлопчатника
Влияние микроэлементов на устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды
В результате интенсификации земледелия урожай сельскохозяйственных культур резко возрос, вследствие чего вынос микроэлементов из почвы значительно увеличился. Кроме того, в результате расширения производства и применения концентрированных безбаластных удобрений содержание микроэлементов в почве намного сократилось, что также привело к снижению их запасов и, в первую очередь, усвояемых растением форм. В связи с этим возникла необходимость обязательного внесения, наряду с обычными туками (азотными, фосфорными, калийными), микроудобрения, которые содержат биологически важные и незаменимые элементы, такие как цинк, железо, бор, молибден, медь, кобальт и др. Это даёт возможность не только увеличить урожай сельскохозяйственных культур на 10-20 %, но и улучшить качество продукции посредством повышения устойчивости растений к неблагоприятным внешним факторам.
Как известно, засуха и высокая температура ведут, в первую очередь, к снижению интенсивности фотосинтеза и уменьшению синтеза углеводов (Петинов, Молотковский и др., 1956, 1957; Генкель, 1982).
Исследованиями многих авторов доказано, что повышение урожайности различных сельскохозяйственных культур под влиянием микроэлементов в определённой степени связано с повышением интенсивности процесса фотосинтеза. Следует подчеркнуть при этом такую закономерность-наибольшая эффективность микроэлементов, в отношении увеличения интенсивности фотосинтеза, обычно, наблюдалась именно при неблагоприятных условиях произрастания растений. Так, например, установлено стимулирующее действие марганца, цинка, меди на интенсивность фотосинтеза при дефиците влаги в почве. Отмечено снижение полуденной депрессии фотосинтеза хлопчатника под влиянием марганца и меди (Школьник, Давыдова, 1959). Авторы объясняли это, с одной стороны, уменьшением под действием микроэлементов инактивации пластид, а с другой стороны, положительным влиянием микроэлементов на улучшение передвижения ассимилятов (Школьник, 1974).
Для устранения отрицательного влияния засухи и высокой температуры на растения важно наличие запаса богатых энергией фосфорсодержащих соединений типа АТФ. Увеличению количества таких соединений способствует внесение фосфорных удобрений. При этом эффект усиливается, если одновременно растение обеспечивается и микроэлементами, особенно цинком, которые повышают не только образование АТФ, но и количество аскорбиновой кислоты, играющей важную роль в засухо - и жароустойчивости (Жолькевич, 1968; Альтергот, 1981).
Известно, что отрицательное воздействие засухи и высокой температуры во время цветения ещё более весомое. Так, под действием этих неблагоприятных факторов вследствие отмирания стенок пыльника и других изменений метаболизма, нарушается микроспорогенез, и поступление питательных веществ к пыльцевым зёрнам прекращается. Выявлено, что при засухе подавляется митоз и вместо нормальных тетрад образуются монады, диады и полиады (Сказкин, 1971).
Применение внекорневых подкормок растений цинком, медью, марганцем и, особенно, бором в сочетании с цинком перед цветением положительно влияло на урожай (Петинов, Молотковский, 1957; Сказкин, 1971; Школьник, 1974; Альтергот, 1981).
Важно, что микроэлементы, особенно цинк, значительно повышают жароустойчивость растений, что связано с увеличением активности дегидрогеназ и образованием органических кислот, являющихся акцепторами аммиака. Таким образом, далее происходит обезвреживание его в результате синтеза амид, которые повышают степень гидратации биокаллоидов, что играет значительную роль в засухо- и жароустойчивости растений(Гусев, 1957; Генкель,1982).
Внесение микроудобрений не только повышает жаро- и засухоустойчивость растений, но и значительно уменьшает поражаемость растений грибными заболеваниями. Например, предпосевная обработка семян, а также внекорневая подкормка озимой пшеницы медью и цинкосодержащими удобрениями практически сводит на нет поражаемость пыльной головнёй. В этих условиях инактивируются грибы, вызывающие пустоколосицу, а также щуплость зерна(Ш кольник }197Ц).
Положительное действие микроудобрений на урожайность различных растений, а в ряде случаев, и на качество сельскохозяйственной продукции, можно объяснить тем, что они принимают прямое или косвенное участие в самых различных процессах метаболизма растений. Об этом свидетельствуют работы многих исследователей (Чернавина, 1970; Школьник, 1974; Власюк, 1976; Исаев, 1979).
Например, от наличия в питательной среде бора зависит интенсивность процессов углеводного обмена и развитие генеративных органов. Скорость и степень использования растениями нитратного азота зависит от количества усвояемого молибдена (Жизневская, 1977).
Специфичность молибдена в деятельности ферментов нитратредуктазы и нитрогеназы определяется невозможностью его замены другими элементами без нарушения функций ферментов. Молибден, цинк и марганец способствуют увеличению содержания азота и суммы свободных аминокислот в листьях. Марганец входит в состав хлоропласта, который принимает участие в реакциях фотолиза воды и других ферментативных реакциях фотосинтеза (Бойченко, Захарова, 1959).
Молибден в первую очередь участвует в усвоении азота посредством нитратредуктазы - одного из компонентов переноса электрона в этой системе. Помимо этого молибден играет немаловажную роль в нуклеиновом, фосфорном обменах, а также в обмене витаминов и биосинтезе зелёных пигментов. Это говорит о том, что молибден, как и цинк играет существенную роль в повышении устойчивости хлопчатника к действию неблагоприятных факторов.
Работами М.Я. Школьника с сотрудниками (1974) показано, что бор, марганец, медь, молибден и цинк оказывают положительное действие на отток Сахаров из листьев в другие органы. М.П.Абуталибовым и Д.А.Алиевым (1964) установлено, что содержание Сахаров в листьях хлопчатника в вечерние часы значительно увеличивается под влиянием бора, марганца, меди, молибдена, кобальта и цинка. Это происходит в результате повышения интенсивности фотосинтеза под влиянием этих элементов.
МЯ.Школьник и С.А.Абдурашитов (1961) показали, что бор, молибден, марганец, медь и цинк, повысив в раннем периоде роста (фаза 4-5 листьев) кукурузы активность пероксидазы, в более поздние же периоды снизили её активность, и значительно, особенно, марганец, медь и цинк, повысили активность полифенолоксидазы. В ранние фазы развития под влиянием микроэлементов наблюдается снижение активности аскорбиноксидазы, а в более поздние фазы - наоборот повышение её активности.
Опытами Ф.Д.Эммерих и Н.П.Гордеевой (1984) показано, что внекорневая обработка томатов 0,05%-ным сернокислым цинком в разные периоды онтогенеза оказала положительное влияние на жароустойчивость растений. Лучшие результаты получены при опрыскивании растений перед цветением и после цветения. Механизм действия сернокислого цинка на жароустойчивость томатов был неодинаковым при обработке в разные периоды органогенеза. Так, у растений, обработанных микроэлементом, повышение жароустойчивости связано, в одних случаях, только с возрастанием вязкости цитоплазмы, в других - вязкости цитоплазмы и содержания связанной воды, в третьих - вязкости цитоплазмы и количества белка.
Определение параметров водообмена
Общее содержание воды в листьях (оводнённость) находили по обшенпринятой методике по разности между начальным весом свежих листьев и весом их после высушивание при температуре +Ю0...+105С до обсолютно сухого состояние и выражали в % к сырому весу.
Определение интенсивности транспирапии листьев проводили по методу Л.А.Иванова и др. (1950). Быстрое взвешивание части срезанных листьев проводили в полевых условиях на торзионных весах через 3 мин. Из проведённых 4-5 определений вычисляли среднее. Интенсивность транспирации выражалась в мг испарившейся воды на 1 г сырого веса листа за 1 час.
Определение водоудерживаюшей способности. Водоудерживающую способность листа определяли весовым методом по А.А.Ничипоровичу (1926). Водоудерживающая способность исследуемого объекта характеризовалась нами потерей воды за определённый промежуток времени и выражалась в процентах от её первоначального содержания. Ход определения был следующим: части срезанных листьев взвешивались на торсионных весах и подвергались завяданиго. Через определённые промежутки времени (30, 60, 90, 120 минут) исследуемые пробы повторно взвешивались.
Водоудерживающая способность рассчитывалась по следующей формуле:
Х = , где А
Х- потеря воды исследуемых объектов за данный промежуток времени (30, 60, 90, 120 минут), выражается в процентах к первоначальному содержанию её в листе;
А- содержание воды на начало опыта;
В- потеря воды за определённый промежуток времени при завядании.
Определение водного дефицита листа. Дневной (полуденный и послеполуденный) и остаточный (утренний) водный дефицит листьев определяли по методике Чатского (1960). Из свежесрезанного листа брали 4-5 высечек площадью 4,5 см2 и оставляли в закрытых чашках Петри с -vr- ":1: .\, дистилирован-ной водой на 2 часа. После истечения этого срока листья вынимали из чашки, просушивали между двумя листами фильтрованной бумаги и вновь повторно взвешивали на торсионных весах, затем определяли их сухой вес.
Для вычисления дефицита воды в листе, используя исходные данные, произвели предварительные расчёты: определяли вес поглощённой воды в граммах и общее содержание воды в листьях в состоянии полного насыщения. Расчёты делали следующим образом:
а) вес поглощённой воды в граммах определяли вычитанием веса листьев перед насыщением из веса их после полного насыщения;
б) общее содержание воды в листьях в состоянии полного насыщения вычитанием сухого веса навески из веса листьев после полного их насыщения водой.
Дефицит воды в листе вычисляли по формуле: X = , где:
Х- дефицит воды в листе в процентах от её общего содержания в листе в состоянии полного насыщения;
Y-вода, поглощённая при насыщении высечек листьев (в граммах);
Z-общее содержание воды в листьях в состоянии полного насыщения (в граммах).
Влияние опрыскивания комплексонатами железа и цинка на фотосинтетический метаболизм углерода
Изучение распределения 14С среди продуктов фотосинтеза при высокотемпературном стрессе показало, что экстремальные условия оказывают существенное влияние на скорость и направленность метаболизма углерода уже на стадии восстановительных реакций. В контрольном варианте (растения на открытом участке) радиоактивность глюкозомонофосфата, ФГК и сахарозы значительно превышает радиоактивность этих соединений в опытном варианте (растения под полиэтиленовой плёнкой). При этом интенсивность включения С в интермедиаты гликолатного пути выше, чем в контрольном варианте(растения на открытом участке), в основном за счёт глицерата, и в меньшей степени гликолата. Кроме того, в опытном варианте возрастает доля 4С в малате (табл.9). Можно предположить, что под плёнкой стимулируется синтез интермедиатов гликолатного пути и ФЕП-продуктов. По-видимому, влияние высокой температуры и влажности воздуха под плёнкой приводит к заметному ускорению синтеза этих соединений. У растений, обработанных комплексонатом железа (на открытом поле) наблюдается уменьшение включения 14С 4С в продукты восстановительного пентозофосфатного цикла меньше, чем в контроле(нод пленкой). Доля 1 С в сахарозе существенно уменьшается. Синтез продуктов гликолатного пути остается на уровне растений в контрольном варианте. В этом варианте заметно увеличилось включение 1 С в малат. У опытных растений, опрыснутых комплексонатом цинка (под плёнкой), увеличивается доля 4С в интермедиатах восстановительного пентозофосфатного цикла за счёт глюкозомонофосфата и фруктозомонофосфата. В этом варианте опыта включение 14С в сахарозу происходит интенсивнее, чем у контрольных растений под плёнкой, но ниже чем у контрольных растений на открытом поле.
Таким образом, влияние высокой температуры и влажности воздуха (под плёнкой) приводит к подавлению скорости включения 14С в сахарозу, стимулированию синтеза интермедиатов гликолатного пути и малата. Опрыскивание растений растворами комплексоната железа на открытой площадке ускоряет включение метки в продукты гликолатного пути углерода и приводит к уменьшению доли І С в продуктах цикла Кальвина, а под плёнкой наблюдается увеличение доли 14С в интермедиатах восстановительного пентозофосфатного цикла и сахарозе.
Воздействие высокой температуры (выше +40С) в течение 3-4 дней на растения средневолокнистого хлопчатника сорта Мехргон вызывает заметное снижение сухого вещества листьев, нарушение окислительно-восстановительных реакций и уменьшение содержания растворимых белков. При более длительном нахождении растений в экстремальном режиме нарушение физиолого-биохимических процессов становится ещё более значительным: на 25-30% снижается интенсивность видимого фотосинтеза и одновременно усиливается интенсивность темпового дыхания, повышается активность ферментов дыхательного метаболизма. Происходят заметные изменения в метаболизме углерода при фотосинтезе.
На рис. 2 представлен характер включения 14С в продукты фотосинтеза. Как следует из диаграмм, при опрыскивании растений водой наблюдается более интенсивное включение метки в интермедиаты восстановительного цикла, где обнаруживается 48% радиоактивности, в сахарах-27%, метаболитах гликолатного пути-8%, продуктах ФЭП-карбоксилирования -8%, стартовой линии-8%, а также 1% в продуктах линии фронта.
Неблагоприятные условия (опрыскивание водой под плёнкой) несколько меняет картину включения 1 С в продукты фотосинтеза. При этом в продуктах гликолатного пути обнаруживается 14% радиоактивности, сахарах-10%,продуктах ФЭП-карбоксилирования-12%, линии фронта-10% и стартовой линии-6%.
Опрыскивание растений раствором комплексоната железа заметно меняет характер включения метки в вышеназванные продукты. Так, ассимилированный 1 С обнаруживается в интермедиатах восстановительного цикла - 38%, сахарах -23%, продуктах гликолатного пути-18%, продуктах ФЭП-карбоксилирования -8%, стартовой линии - 14%, а также в продуктах линии фронта - 1%.
При опрыскивании растений раствором Fe-ЭДДЯК под плёнкой радиоактивность интермедиатов восстановительного цикла составляет более 56%, продуктов гликолатного пути-9%, Сахаров-14%, продуктов ФЭП-карбоксилирования 10%, стартовой линии - 8% и линии фронта - 3%.
Опрыскивание хлопчатника раствором комплексоната цинка на открытой площадке приводит к увеличению доли продуктов восстановительного цикла до 40%, а в продуктах гликолатного пути обнаруживается 9%, в сахарах -18%, в продуктах ФЭП-карбоксилирования - 10%, в стартовой линии - 9%, в линии фронта114%о.
Опрыскивание раствором Zn-ЭДДЯК под плёнкой также способствует большему включению 1 С в метаболиты восстановительного цикла где обнаруживается 56%, а в продуктах гликолатного пути обнаруживается до 15%, в сахарах - 14%, в продуктах ФЭП-карбоксилирования - 8%, в стартовой линии -6 %, а в линии фронта - 1% радиоактивности.
Таким образом, изучение влияния опрыскивания растений растворами комплексонатов железа и цинка показали, что обработка этими соединениями приводит к уменьшению включения метки в продукты ФЭП-карбоксилирования и, наоборот, увеличивает до метки в продуктах восстановительного цикла и сахарозы.
Скорость включения 14С в продукты гликолатного пути при обработке комплексонатом железа уменьшается, а при опрыскивании комплексонатом цинком наоборот увеличивается.
Технологические параметры волокна хлопчатника
Анализ технологических свойств хлопкового волокна сорта Мехргон показывает (табл.18), что испытанные препараты оказывают заметное положительное влияние на технологические параметры волокна. Так, тонина волокна особенно заметно возрастает под влиянием Zn-ЭДДЖ и Fe-ЭДДЖ. Крепость волокна практически во всех вариантах опыта по сравнению с контролем улучшается. Такая же закономерность наблюдается по разрывной и штапельной длине при опрыскивании цинком, железом, а выход волокна увеличивается на 0,4 - 0,9%.
Таким образом, полученные результаты показывают, что испытанные препараты в целом оказывают положительное влияние на технологические свойства хлопка - сырца.
Следует отметить, что в целом при воздействии высокой экстремальной температуры практически все технологические параметры хлопка волокна ухудшаются. Однако опрыскивание растений растворами комплексонатов способствует меньшему изменению качественных показателей хлопкового волокна.
Хлопок-сырец, выращенный на открытом участке и волокно полученное с этого хлопка-сырца по технологическим качествам волокна по всем параметрам имеет лучшие показатели в сравнении с участком, где хлопчатник выращивался под плёнкой по всем вариантам опыта.
Как на открытом, так и на участке под плёнкой чётко прослеживается положительное влияние опрыскивания комплексонатов железа и цинка на технологическое качество волокна в сравнении с контролем. Увеличивается тонина волокна и соответственно возрастает крепость и разрывная длина волокна. Если в контроле на открытом участке и под плёнкой волокно по технологическим качествам относится к У типу, то в вариантах с опрыскиванием растворами Zn-ЭДДЯК и Fe-ЭДДЯК к 1У типу. Увеличение штапельной длины волокна на 1-2 мм даёт возможность использовать это волокно при изготовлении более тонких и дорогостоящих тканей.
. Увеличение выхода волокна на 1% позволяет дополнительно получить 30-35 кг чистого волокна высокого качества с 1га.
Следует отметить, что опрыскивание хлопчатника в фазе начала цветения раствором Zn-ЭДДЯК на открытом участке и участке под плёнкой оказывает более значительное положительное влияние на рост и развитие волокна хлопчатника, чем при опрыскивании раствором Fe-ЭДДЯК.
