Введение к работе
Актуальность проблемы. На современном этапе развития сельского хозяйства пестициды и регуляторы роста растений (РРР) стали атрибутом интенсивных технологий. Ассортимент применяемых агрохимикатов постоянно расширяется. В большинстве рекомендаций по их применению, как правило, отсутствуют данные об их сопутствующем воздействии на культуру. Однако из публикаций известно, что различные пестициды (протравители, гербициды и др.) и РРР способны вызывать модификацию ряда физиолого-биохимических процессов растительного организма, в частности, уменьшать интенсивность фотосинтеза, изменять содержание отдельных макро- и микроэлементов. Отдельные гербицидные соединения могут вызывать изменения барьерно-транспортных свойств цитоплазматических мембран. Очевидно, что негативное воздействие гербицидов на важнейшие физиологические процессы защищаемого растения при определенных условиях может приводить к снижению его продуктивности. Поэтому необходимо расширять знания относительно механизмов их физиологического действия.
К выбору нормы расхода и сроков применения гербицидов следует подходить с особой тщательностью. Из-за высокой фитотоксичности ошибки при их применении могут привести к полному уничтожению посевов. В то же время, в зависимости от метеоусловий, действие препаратов на одну и ту же культуру при одних и тех же нормах расхода может привести к различным результатам. Это происходит потому, что существует целый ряд нерегламентированных факторов, оказывающих существенное влияние на эффективность гербицидов, РРР и других физиологически активных веществ (ФАВ). Поэтому на начальных стадиях исследования актуально выявить подобные факторы с помощью методов, регистрирующих действие ксенобиотика на важнейший процесс растения – его фотосинтез. И в то же время результирующим, конечным критерием положительного действия любого агрохимиката должно быть его влияние на продуктивность защищаемой культуры. Поэтому в качестве основной оценки эффективности различных защитных приемов объективно использовать урожайность растения как интегральный показатель всех изменений его метаболизма в конкретных условиях произрастания. При этом оценка воздействия применяемых препаратов на основные звенья обмена веществ, включая такой чувствительный процесс как фотосинтез, служит объективным отражением физиологического статуса растения в онтогенезе.
Цель исследований. Оценить действие на злаковые культуры отдельных пестицидов, РРР и минеральных удобрений с использованием люминесцентных методов исследования для научного обоснования оптимальных норм расхода препарата, повышения экологической безопасности и эффективности средств и приемов защиты растений.
Задачи исследований.
1. Изучить ответную реакцию зерновых культур на воздействие гербицидов по интенсивности прохождения важнейших звеньев обмена веществ: фотосинтетической активности, биосинтеза углеводов, поступления элементов минерального питания, метаболизма гербицидов.
2. Установить взаимосвязь между действием пестицидов и других ФАВ на фотосинтетическую активность культур и урожаем.
3. Изучить возможность использования спектроскопических методов исследования (МИФ, ТЛ, ЭПР) для индикации чувствительности растений к ФАВ и другим стрессовым факторам. Оценить с помощью данных методов характер воздействия пестицидов и РРР на фотосинтетический аппарат чувствительных и устойчивых растений.
4. Разработать с использованием люминесцентных методов экологичную систему применения в посевах зерновых культур препаратов группы сульфонилмочевины и жидкого азотного удобрения (КАС).
5. Изучить последействие гербицидов различных химических групп на посевные качества семян при кратковременном и длительном их хранении.
6. Выявить характер воздействия рострегуляторов на фотосинтетическую активность и продуктивность зерновых культур. Установить возможную взаимосвязь люминесцентных характеристик растения с биометрическими показателями его роста, развития, величиной и качеством урожая.
Научная новизна. Выполненные исследования открывают новое научное направление в оптимизации норм, сроков и способов применения пестицидов и РРР.
Методы термолюминесценции (ТЛ), медленной индукции флуоресценции (МИФ) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) целесообразно использовать для оценки воздействия пестицидов и ФАВ на фотосинтетическую активность растений, по степени изменения которой можно прогнозировать их влияние на продуктивность культуры.
Практическая ценность работы. Методы МИФ и ТЛ рекомендуются для экспрессной оценки степени повреждения растений при кратковременном и длительном воздействии неблагоприятных факторов, оптимизации норм расхода пестицидов, РРР и удобрений, для оценки последействия применяемых препаратов на семена, действия различных ФАВ на новые сорта растений. Эти методы можно использовать при разработке новых гербицидов, для оценки их селективности к культурам и токсического действия на вредные объекты.
Положения, выносимые на защиту.
1. Экспресс-оценка методами медленной индукции флуоресценции и термолюминесценции влияния пестицидов, регуляторов роста и удобрений на фотосинтетический аппарат разных по чувствительности растений в зависимости от нормы расхода препаратов и условий их применения.
2. Баковые смеси препаратов группы сульфонилмочевины с жидким азотным удобрением КАС – эффективный способ снижения нормы расхода гербицидов в посевах зерновых культур.
3. Зависимость фотосинтетической активности в критические стадии роста и развития зерновых культур и их продуктивности от норм расхода пестицидов и регуляторов роста растений.
4. Место действия физиологически активных веществ различных химических групп в электронно-транспортной цепи фотосинтетического аппарата высших растений, различающихся по чувствительности к пестицидам.
5. Изменения качества семян, индуцированные гербицидами, в зависимости от срока хранения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих Всероссийских и международных конференциях: на Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), международных конференциях «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003, 2005, 2007), международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 2003, 2005; Москва, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Роль физиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур» (Москва, 2007), на международных научно-практических конференциях «Агротехнология XXI века» (Москва, 2007) и «Нанотехнологии в сельском хозяйстве» (Москва, 2008), на 15 международном симпозиуме «Современные фунгициды и фунгицидные соединения» (Фридрихрода, Германия, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 работ в международных и отечественных научных журналах и сборниках, в том числе 10 работ – в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора в период с 1982 по 2008 г. При оформлении научных публикаций, постановке проблемы диссертации участие автора было определяющим. Исследования проведены в РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, Институте химической физики РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова. Автор приносит глубокую благодарность проф. В.А. Караваеву, доц. М.К. Солнцеву, проф. А.Н. Тихонову, доц. А.Г. Мякинькову, с.н.с. З.П. Грибовой, проф. В.А. Зинченко, в сотрудничестве с которыми были выполнены некоторые разделы работы. Особую признательность автор выражает научному консультанту д.б.н. проф. Л.А. Дорожкиной за поддержку выполненных исследований, практические замечания и полезные советы, высказанные в процессе написания работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания условий, материалов и методов исследований, 7 глав с описанием результатов экспериментов, заключения, выводов, списка литературы. Материалы диссертации изложены на 335 страницах машинописного текста, включая 18 рисунков и 125 таблиц. Список литературы содержит 449 работ, из них 170 на иностранных языках.
