Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Агробиологические предпосылки повышения уро жайности и качества зерна яровой пшеницы 7
1.1 Закономерности роста и развития мягкой яровой пшеницы 7
1.1.1 Индивидуальное развитие пшеницы. 7
1.1.2 Биологические особенности яровой пшеницы. 8
1.1.3 Дыхание и особенности обмена веществ яровой пшеницы 13
1.1.4 Роль элементов питания 16
1:1.5 Влияние почвенно-климатических условий на продуктивность и качество зерна яровой мягкой пшеницы 19
1.2 Технологические свойства зерна, их значение 23
1.3 Регуляторы роста и развития растений, их значение и особенности приме нения. 25
1.3.1 Регуляторы роста, их воздействие на растительный организм 25
1.3.2 Влияние регуляторов роста на основные физиологические функции растений, их использование на зерновых, плодовых и овощных культурах в России и за рубежом 31
1.3.3 Влияние регуляторов роста на технологические свойства растениеводческой продукции. 41
1.3.4 Физиологические аспекты действия 2,4-Д на растения яровой пшеницы 42
ГЛАВА 2. Место, условия и методика проведения исследований 45
2.1 Место и условия проведения эксперимента 45
2.2 Методика полевых и лабораторных исследований 46
2.3 Описание применяемых соединений 48
2.4 Метеорологические условия в годы экспериментальной работы 50
ГЛАВА 3. Влияние обработок физиологически активными со единениями на рост и развитие яровой пшеницы 56
3.1 Характеристика прохождения фенологических фаз 56
3.2 Изменения темпов роста и высоты растений 60
3.3 Фотосинтетическая деятельность растений яровой пшеницы 62
ГЛАВА 4. Влияние обработок физиологически активными соединениями на урожайность и качество зерна мягкой яровой пшеницы 71
4.1 Прирост сухого вещества 71
4.2 Урожайность, структура урожая 74
4.3 Изменение технологических свойств зерна яровой пшеницы 79
ГЛАВА 5. Экономический и энергетический эффект использования физиологически активных соединений при воздельгоании мягкой яровой пшеницы 89
Предложения производству 95
Список использованной литературы 96
Приложения 112
- Технологические свойства зерна, их значение
- Методика полевых и лабораторных исследований
- Изменения темпов роста и высоты растений
- Урожайность, структура урожая
Введение к работе
2005-4
12829
Актуальность темы. Проблема повышения урожайности и улучшения качества зерна яровой пшеницы остро стоит в Нечерноземной зоне России.
Кроме ряда почвенно-климатических особенностей Нечерноземья определенное влияние оказывает и тот факт, что центр происхождения этой культуры находится в других, благоприятных для нее широтах и сформировавшийся в новых условиях фенотип в большинстве случаев далек от потенциальных возможностей растения (Положенцев, 1998). Одним из возможных путей более полной их реализации может стать применение физиологически активных соединений (ФАС), которые способны сыграть положительную роль в стимуляции ростовых процессов, увеличении продуктивности и формировании технологических свойств зерна (Ракитин, 1963; Брянцева, Калашникова, 1965; Заура-лов, Чернавина, 1994).
В литературе имеются некоторые сведения о влиянии регуляторов роста на морфофизиологические показатели и урожай яровой пшеницы (Кефели, 1984; Деева, Шелег, 1985). Однако исследований, проведенных в этом направлении явно недостаточно. Кроме того, оценке технологических свойств получаемого зерна не было уделено должного внимания.
В связи с этим актуальным является изучение воздействия физиологически активных соединений на процессы развития растений, формирование урожая, а также качество получаемой продукции в комплексе. Работа в указанном направлении особенно важна в Нечерноземной зоне, где эта ценная культура характеризуется невысокой урожайностью и относительно низким качеством зерна, что часто не позволяет использовать его на продовольственные цели.
Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований является изучение и комплексная оценка действия физиологически активных соединений при применении их на определенных этапах онтогенеза на рост и развитие растений, формирование урожая и качество зерна мягкой яровой пшеницы в условиях южной части Нечерноземной зоны России.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить физиологические аспекты воздействия ФАС на развитие растений яровой пшенипыы, определить динамику показателей их фотосинтетической деятельности;
выявить особенности формирования основных элементов продуктивности пшеницы;
определить влияние физиологически активных соединений на урожайность и технологические свойства получаемого зерна;
I РОСНАЦНОНАЛЫМЯ t
БИБЛИОТЕКА і
-
охарактеризовать эффект действия физиологически активных соединений с учетом различных факторов внешней среды;
дать экономическую и энергетическую оценку применения ФАС в технологии выращивания мягкой яровой пшеницы.
Научная повита исследований. В полевых опытах, проведенных на темно-серых лесных почвах Рязанской области, впервые изучено влияние обработки физиологически активными соединениями в начале вегетации растений яровой пшеницы на их рост и развитие, процесс формирования урожая. Установлена возможность изменения отдельных технологических и хлебопекарных свойств зерна. Выявлена способность ФАС сглаживать воздействие неблагоприятных климатических факторов на продуктивность растений.
Даны экономическая и энергетическая оценки выращивания яровой мягкой пшеницы в зависимости от изученных технологических приемов.
Практическое значение работы. В условиях Рязанской области определено оптимальное сочетание физиологически активных соединений для обработки растений яровой пшеницы.
Внедрение в производство рассмотренной технологической операции может способствовать большей устойчивости посевов к неблагоприятным условиям внешней среды, обеспечит повышение урожая, улучшение качества получаемого зерна.
Апробация. Основные положения результатов исследований ежегодно докладывались на заседании кафедры технологии производства и переработки продукции растениеводства (2001, 2002, 2003, 2004 гг.), научных конференциях Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. П. А. Костыче-ва (2003, 2004 гг.). Мичуринского государственного аграрного университета (2003 г.), Воронежского государственного аграрного университета им. К. Д. Глинки (2003 г.), Донского государственного аграрного университета (2004 г.).
Публикации в печати. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, списка литературы. Работа изложена на 119 страницах, содержит 28 таблиц, 6 рисунков и 4 приложения. Список использованной литературы включает 207 источников, в том числе 43 зарубежных.
Технологические свойства зерна, их значение
Выполненность определяют количеством эндосперма в зерне (в процен тах к его массе). Хорошо выполненное зерно содержит 82-86 % эндосперма (Иванова, 2004).
Чем больше масса 1000 зерен, тем более развит эндосперм. Из такого зерна можно получить больший выход муки и крупы (Гафнер, Бутковский, Ро-дюкова, 1979).
Важным показателем качества пшеницы является ее ферментативная активность. Хорошая, сильная, высокостекловидная, богатая белком и клейковиной пшеница обладает обычно активными сахарообразующими ферментами, вызывающими в тесте осахаривание крахмала; слабая мучнистая обладает менее активными ферментами (Иванова, 2004).
Регуляторы роста и развития растений, их значение и особенности применения 1.3.1 Регуляторы роста, их воздействие на растительный организм Регуляторы роста и развития растений можно охарактеризовать как синтетические и природные органические соединения, которые влияют на физиологические процессы роста и развития растений и в отличие от удобрений применяются в низких концентрациях (Никелл, 1984).
Природные регуляторы роста - фитогормоны - сравнительно низкомолекулярные органические вещества с высокой физиологической активностью, с помощью которых клетки, ткани и органы взаимодействуют друг с другом. Согласно современной классификации фитогормонов, насчитывается восемь из вестных групп, пять из которых относятся к классическим группам - ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота (АБК), этилен и три открытых относительно недавно - брассиностероиды, жасминовая и салициловая кислоты.
Особенностью природных регуляторов роста, отличающей их от других физиологически активных веществ (витаминов, микроэлементов), является то, что они включают физиологические и морфологические программы, такие, например, как корнеобразование, созревание плодов (Муромцев, 1984; Дёрфлинг, 1985).
Учение о фитогормонах возникло в 30-х годах XX столетия и связано с именами Н. Г. Холодного и Ф. В. Вента Стоит отметить также выдающихся отечественных ученых Чайлахяна М X. (1937), Ракитина Ю. В. (1955), принимавших непосредственное участие в разработке теоретических основ гормональной регуляции у растений. Над изучением отдельных групп фитогормонов работали Гамбург К. 3. (1974, 1976), Кефели В. И. (1974), Чкаников Д. К (1978), Полевой В. В. (1982), Кулаева О. Н. (1973, 1977, 1984). В работах Халл Дж. Ф. (1979) и Молони М. М. (1979) изучено взаимодействие ауксинов, гиббе-реллинов и цитокининов и их роль в регуляции ростовых процессов на клеточном уровне.
Предшественниками фитогормонов являются первичные продукты фотосинтеза - органические кислоты, ацетат, мевалонат или аминокислоты — триптофан, финилаланин, метионин. Из них синтезируется вторичные метаболиты, к которым относятся сами гормоны: индол ьные ауксины, терпеноидные гиббереллины и абсцизовая кислота, пуриновые производные - цитокинины и этилен (Кефели, 1990). Мевалиновая кислота - исходное вещество для синтеза четырех классов фитогормонов: стимуляторов — гиббереллинов, цитокининов, брассиностероидов и ингибитора - абсцизовой кислоты.
Установлено, что гормональные эффекты реализуются путем конфирмационных изменений белковых молекул (варьирование формы и пространственной структуры), занимающих в клетке стратегически важное положение. Такие белки могут функционировать как рецепторы фитогормонов, преобразователи сигнала между рецептором и определенной ферментативной системой, а также как ферменты, активаторы или ингибиторы ферментов, компоненты мембранных транспортных систем. В клетке молекула фигогормона взаимодействует со своим специфическим белковым рецептором и обратимо связывается с ним, образуя гормон-рецепторный комплекс (ГРК), вследствие чего происходит активация белковой молекулы рецептора за счет его взаимодействия с фитогор моном (Ruberu, 1981). ГРК может воздействовать на генетические процессы, при этом в клетке появляются новые или значительно изменяется содержание уже существующих ферментов, или влиять на активность белков, в первую очередь ферментов, в результате изменения их пространственной конформа-ции. В клетке может находиться несколько видов рецепторов одного и того же фитогормона.
Методика полевых и лабораторных исследований
Нами была рассмотрена возможность влияния обработки посевов яровой пшеницы в период закладки узла кущения (фаза 3 листа) раствором аминной соли 2,4-Д (0,06 %) как отдельно, так и с добавлением мочевины (0,46 % р-р), в качестве источника азота (N), а также борной кислоты (0,05 % р-р), в качестве источника бора (В), в различных комбинациях на изменение продуктивности растений и технологических свойств получаемого зерна. Обработку проводили в вечернее время с 19 до 21 часа по существующему правилу - до появления капель мелкой росы. Норма расхода рабочего раствора - 300 л/га Схема опыта: 1.. Опрыскивание растений водой (контроль); 2. Опрыскивание растений раствором аминной соли 2,4-Д (2,4-Д); 3. Опрыскивание растений раствором мочевины (N); 4. Опрыскивание растений раствором борной кислоты (В); 5. Опрыскивание растений раствором мочевины и борной кислоты (N+B); 6. Опрыскивание растений раствором аминной соли 2,4-Д и мочевины (2,4-Д+К); 7. Опрыскивание растений раствором аминной соли 2,4-Д и борной кислоты (2,4-Д+В); 8. Опрыскивание растений раствором аминной соли 2,4-Д, мочевины и борной кислоты (2,4-Д+М+В). Учетная площадь делянки - 10 м2. Повторность опыта четырйхкрат-ная, размещение вариантов рендомизированное. Все наблюдения, учеты и анализы проводили по общепринятым методикам. Энергию прорастания и всхожесть семян яровой пшеницы определяли по ГОСТ 12038-84, силу роста по ГОСТ 12036-85. Периодичность исследований соответствовала основным фазам веге- тации и этапам онтогенеза яровой пшеницы. Фенологические наблюдения, подсчет густоты стояния растений, накопления сырой и сухой массы, определение структуры урожая проводили по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985); определение площади листьев, чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) и фотосинтетический потенциал (ФП) - по А. А. Ничипоровичу (1961). Наступление фенофаз наблюдали по всем делянкам опыта, отмечая да- ты посева, начало и полное появление всходов, кущение, выход в трубку, ко- лошение и спелость (молочная, восковая, полная). Динамику роста, накопления сырой массы и воздушно-сухого вещества растениями яровой пшеницы определяли от средних всходов через каждые 10 дней. Для этого на защитных концах делянок отбирали по 10 растений. В лаборатории растения измеряли, взвешивали и высушивали до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу. Азот определяли по Кельдалю. Белок в зерне получали путем умноже- ния процента общего азота на коэффициент 5,7. Учет урожая по делянкам сплошным обмолотом с пересчетом на 14%-го влажность и 100 %-ю чистоту. В день уборки с учетных площадок каждой делянки в четырех местах в сноповой образец отбирали 25 средних растений, по которым определяли высоту растений, длину колоса, количество колосков, число зерен в колосе, массу зерна одного растения и в целом структуру урожая. Проводили определение массы 1000 семян по ГОСТ 12042-76, натуры по ГОСТ 10840-64, количество и качество клейковины - по ГОСТ 27839-88, стекловидность - по ГОСТ 10987-76, крупность - по ГОСТ 13586.2-81, пробную выпечку хлеба - по ГОСТ 27669-88, объемный выход хлеба, пористость и формоустойчивость - по общепринятым методам. Статистическую обработку урожайных данных проводили методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову (1985). Экономическую эффективность рассчитывали по «Методике определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» (1980). Энергетическую оценку агроприемов проводили по методике в изложении Пупонина А. И. и Захаренко А. В. (1995).
Изменения темпов роста и высоты растений
Темпы роста, развития и наращивания продуктивности яровой пшеницы характеризуются высотой растений. Именно в момент достижения растениями максимальной высоты их общая ассимилирующая поверхность становится наибольшей за весь вегетационный период (Шатилов, Шаров, 1978). Изменение изучаемого показателя является биологической особенностью культуры и характеризуется медленным ростом растений в высоту на начальных этапах онтогенеза, максимальным приростом в период кущение-колошение с замедлением темпов роста до его полной остановки в фазу полной спелости зерна Динамика изменения высоты растений в опыте по годам в значительной степени была обусловлена погодными условиями (так в контроле различия растений по высоте в 2001 и 2002 гг. в зависимости от фазы развития достигали 8-14 см или 14,8-28,4 %). Реакция яровой пшеницы на применяемые обработки также имела место, хотя и была не столь заметной (табл. 5). Физиологически активные соединения, как правило, существенно усиливали рост растений в высоту на начальных этапах развития, затем эффект постепенно снижался и был наименьшим в фазу полной спелости. В годы с избыточным и достаточным влагообеспечением (2001, 2003) обработки оказывали положительное влияние на рост растений (1,1-10,4 % в зависимости от фазы развития). В отдельных случаях эффект выявлен не был (2001 г. - 2,4-Д). В засушливом 2002 г. складывалась иная картина. ФАС в некоторых случаях усиливали рост растений яровой пшеницы лишь на начальных этапах развития (кущение-выход в трубку). Тогда превышение над контрольными растениями составило в отдель- ных вариантах 1- 4 см (3,6-14,3 %), а обработки растворами мочевины вызвали отставание от контроля на 1-2 см (3,7-7,7 %). К фазе полной спелости положительный эффект был выявлен в вариантах с применением раствора аминной соли 2,4-Д - 1,3 % и раствора борной кислоты (В) - 7,6 % (максимальный за все годы исследований). В среднем за 2001-2003 гг. прибавка к контролю по вариантам опыта в фазу выхода в трубку составила 3,1-9,4 %, колошения - 1,5-4,5 % , а полной спелости - 1,2-4,8 %. При этом превышение контроля было отмечено во всех вариантах за исключением применения комбинации 2,4-Д+М. Максимальной высоты в конце вегетационного периода растения обыч но достигали при опрыскивании всходов 0,05 %-м раствором борной кислоты (В), независимо от складывающихся погодных условий. Применение раствора мочевины отдельно и в различных сочетаниях (N, N+B, 2,4-Д+М, 2,4-Д+Ы+В) в год с типичными метеоусловиями (2003 г.) оказалось наиболее эффективным по сравнению с остальными вариантами. Растения этих вариантов к фазе полной спелости были выше контрольных на 2-5 см (2,5-6,2 %). Важным показателем, определяющим фотосинтетический потенциал, фотосинтетическую деятельность посевов, а также их продуктивность является площадь листьев, динамика её формирования и продуктивность фотосинтеза единицы листовой поверхности. Урожай растений определяется, прежде всего, размерами ассимиляционной поверхности, продолжительностью и интенсивностью ее работы (Бегишев, 1953; Листопад и др., 1975; Ничипорович, 1966; Ча-повская, Замараев, 1975). Многочисленные исследования указывают на то, что ход роста площади листьев может служить показателем степени обеспеченно-ста посевов влагой и минеральным питанием, нормального хода смены основ- ных фаз развития, а в конечном итоге, показателем того, благоприятно ли идет процесс формирования урожая (Дорохов, 1957; Шатилов и др. 1969, 1979; Ни-чипорович, 1963,1966,1976; Алиев, 1974; Шевелуха, Дроздова, 1978). Пшеница - культура, потенциально способная к формированию очень большой площади листьев (Кумаков, 1967; King, Evans, 1967). Но в большинстве случаев оптимальный индекс листовой поверхности составляет 4-5 единиц (Ничипорович, Асроров, 1971; Починок и др., 1967). Площадь листовой поверхности яровой пшеницы сильно менялась в течение вегетационного периода Наибольшего значения по вариантам опыта данный показатель достигал в фазу колошения, а затем снижался (табл. 6, рис. 3). У яровой ганеницы в среднем за 3 года в фазу колошения площадь листьев составила 23,4-29,2 тыс. м2/га. По годам она колебалась более значительно, достигая максимума в 2001 г. (26,7-33,2 тыс. и2/), Применение ФАС положительно влияло на формирование листовой поверхности растениями яровой пшеницы, причем наибольшие изменения данного показателя отмечены в фазы колошения и цветения. Сразу после проведения обработки нами наблюдалось довольно значительное опережение контрольными растениями остальных вариантов. Серьезное отставание в наращивании листовой поверхности (до 19,1 %) было, в первую очередь, свойственно посевам, на которых применялась аминная соль 2,4-Д в различных комбинациях. Продолжительность такого периода зависела, главным образом, от метеоусловий. К концу фазы выхода в трубку началу колошения, площадь листьев обработанных растений сильно возрастала, и впоследствии отмирание листового аппарата проходило медленнее, чем в контроле. В среднем за годы исследований физиологически активные соединения в большинстве вариантов способствовали увеличению площади листьев посева на 1 га - в фазу колошения на 0,9-3,4 тыс. м2 (3,5-13,2 %), цветения - на 0,3-5,2 тыс. м2 (1,8-31,9%).
Урожайность, структура урожая
Из всех морфофизиологических показателей, в той или иной степени коррелирующих с конечной продуктивностью, наибольшее внимание исследователей было обращено на характер и интенсивность кущения, а также на число зерен в колосе и массу 1000 семян (Петинов, Павлов, 1957). Максимальная потенциальная продуктивность может быть достигнута благодаря заложению большого числа органов или снижению их гибели.
Условия для успешного развития растений и формирования урожая зависят от температурного и водного режимов, наличия минеральных элементов питания, а также от технологических приёмов возделывания (Носатовский, 1965; Савицкий, 1969; Савицкая, Синицьш, Широков, 1987). Число зерен в колосе очень сильно зависит от погоды в начальный период развития растений (Альтергот В. Ф., Мордкович С. С, Коваль В. Ф., 1974).
В последние годы потенциальная продуктивность созданных в нашей стране селекционных сортов яровой пшеницы может достигать 50-60 ц/га Однако в условиях производства уровень продуктивности реализуется на одну треть, а в некоторых случаях - лишь на 10-20 % (Ковалев, 1997).
Изучение влияния обработки растений физиологически активными соединениями показало, что метеоусловия года значительно влияют на уровень урожайности яровой пшеницы: по годам исследований она находилась в пределах 19,5 - 29,9 ц/га по вариантам опыта (табл. 10, рис. 5, приложение В). Значительных изменений температурного режима за весь период исследований отмечено не было (табл. 2, рис. 2). В условиях избыточного увлажнения 2001 г. урожайность составила 19,5-21,3 ц/га. В засушливом 2002 г. — 22,5-28,2 ц/га Близкие к оптимальным для роста и развития культуры условия 2003 г. позволили получить максимальное количество зерна - 26,5 -29,9 ц/га. При этом необходимо отметить, что по отношению к контролю во все годы исследований наблюдается положительное влияние ФАС на урожайность яровой пшеницы.
Обработка растений некоторыми ФАС и их сочетаниями в среднем за 3 года повышала урожайность пшеницы на 1,4-3,1 ц/га или на 6,1-13,4 %. Максимальное увеличение урожая при этом отмечено при использовании раствора 2,4-Д с азотом и бором. Минимальная прибавка урожая получена под действием раствора борной кислоты. Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что доля влияния обработок ФАС на формирование урожая во многом зависит от метеоусловий в период вегетации (табл. 1,2).
В год с избыточным влагообеспечением (2001 г.) эффективность применения регуляторов была достаточно высокой. Существенные (статистически достоверные) прибавки урожайности были получены в вариантах с применением растворов 2,4-Д (8,7 %), бора (8,2 %) и сочетания регуляторов 2,4-Д+Ы+В (9,2 %). Переувлажнение в течение всего вегетационного периода привело к тому, что уровень урожайности в целом был достаточно низок.
В засушливых условиях 2002 г. обработки растений растворами N+B, 2,4-Д+В и 2,4-ДШ+В статистически достоверно повысили урожайность на 19,1 %, 17,8 % и 25,3 % соответственно.
Наиболее оптимальным для роста и развития яровой пшеницы был 2003 г. В целом уровень урожайности был высоким, чему способствовало благоприятное распределение осадков в период вегетации. Опрыскивание растений растворами регуляторов в этом году в большинстве вариантов не привело к повышению урожайности, а в отдельных случаях вызвало её несущественное снижение (комбинации N+B и 2,4-Д+В). Таким образом, при достаточной обеспеченности влагой и теплом, в растениях складывается благоприятное для роста и развития соотношение между разными группами фитогормонов, в результате чего дополнительное вмешательство и изменение гормонального статуса растений не всегда бывает оправдано. Статистически достоверные прибавки были получены в вариантах с применением раствора мочевины (9,1 %) и сочетания 2,4-Д+Ы+В (6,7 %).
В среднем за весь период исследований (2001-2003 гг.) существенное увеличение урожайности было отмечено лишь в варианте 2,4-Д+М+В и составило 13,4 %.
Похожие диссертации на Продуктивность и технологические свойства зерна яровой пшеницы при применении физиологически активных соединений в начале вегетации
