Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Якон - перспективная ценная овощная культура 10
1.1.1. Систематика и морфологические особенности якона 16
1.1.2. Народнохозяйственное значение и история возделывания якона 26
1.1.3. Биологические особенности культуры и проблемы ее возделывания 26
1.1.4. Особенности агротехники якона 28
1.2. Клоновая селекция вегетативно размножаемых культур 32
1.3. Использование регуляторов роста растений в современном овощеводстве 36
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Объект исследования 48
2.2. Условия проведения опытно-экспериментальной работы 53
2.3. Методики исследования 56
2.4. Схема селекционной работы 66
Глава 3. Результаты исследования
3.1. Определение оптимальных концентраций регуляторов и стимуляторов роста 68
3.2. Зависимость ростовых процессов якона от климатических условий региона 71
3.3. Влияние регуляторов и стимуляторов роста растений на морфометрические и физиологические процессы якона 75
3.4. Урожайность и качество продукции якона при обработке регуляторами и стимуляторами роста растений 85
3.5. Клоновый отбор якона по хозяйственно ценным признакам 93
3.6. Экономическая эффективность использования ростостимулирующих препаратов при выращивании якона в частном секторе 99
3.7. Обсуждение результатов исследования 106
Заключение 110
Выводы 112
- Систематика и морфологические особенности якона
- Использование регуляторов роста растений в современном овощеводстве
- Влияние регуляторов и стимуляторов роста растений на морфометрические и физиологические процессы якона
- Экономическая эффективность использования ростостимулирующих препаратов при выращивании якона в частном секторе
Введение к работе
Актуальность работы. Последние десятилетия характеризуются усилением внимания к проблеме питания человека, т.к. правильное питание обеспечивает нормальное течение процессов роста и развития организма и помогает сохранить здоровье в современных условиях. За счет интродукции ценных видов овощных растений в условиях различных зон России можно расширить ассортимент овощных культур, обеспечивающих качественное и разнообразное питание населения (Кононков, 1996). Ведется поиск растений, которые при введении в рацион способствовали бы поддержанию здорового образа жизни (низкое содержание сложных углеводов и повышенное содержание минеральных элементов и витаминов). Якон (Polymnia sonchifolia Роерр. & Endl.) - нетрадиционное для умеренной зоны овощное растение, которое с древних времен возделывают в Перу и в других латиноамериканских странах (Bostid, 1989). Якон используют для получения сахара, инулина и спирта, а также как кормовое растение (Кирпичников, 1981; Томаева, 2006). К настоящему времени якон интродуцирован в США, Новой Зеландии, Японии, южной Европе, Молдавии и некоторых регионах России.
Поиск растений, обладающих высокой антиоксидантной активностью, актуален в связи с проблемой старения и приспособления к стрессовым факторам. Известно, что активный синтез и накопление растениями антиоксидантов индуцируется стрессовыми условиями (Гарифзянов, 2009), к которым относятся низкие температуры, сокращение вегетационного периода и др. Комплекс данных природно-климатических условий характерен при интродукции якона в Нечерноземной зоне России, к которой относится Тульская область. Однако интродукция нетрадиционных культур в новых почвенно-климатических условиях сопряжена с необходимостью поиска новых элементов агротехники и создания исходного материала для селекционной работы и получения районированных сортов. Применение регуляторов и стимуляторов роста растений может оказаться ключевым звеном в решении проблем приспособления растений и управления их продуктивностью.
Цель исследований: оптимизация технологии выращивания нетрадиционной овощной культуры якона в открытом грунте Нечерноземной зоны РФ (на примере
4 Тульской области) и проведение клонового отбора наиболее перспективных растений по хозяйственно ценным признакам.
В связи с поставленной целью были определены задачи исследования:
1. Изучить морфологические особенности роста и развития якона при
интродукции в открытом грунте Тульской области;
-
Оценить влияние ростостимулирующих препаратов (эпин-экстра, циркон, цитовит, феровит, альбит, амир) на биометрические и физиолого-биохимические показатели якона и возможность практического применения надземной и подземной биомассы растения;
-
Провести клоновый отбор растений якона по хозяйственно ценным признакам (холодостойкость, продуктивность, качество продукции);
4. Разработать методические рекомендации по оптимизации технологии
выращивания якона в открытом грунте.
Основные положения, выносимые на защиту:
- элементы технологии выращивания якона в условиях открытого грунта
Нечерноземной зоны РФ (на примере Тульской области);
особенности клонового отбора якона по хозяйственно ценным признакам;
разработка нового поколения продуктов функционального питания.
Научная новизна:
Впервые на практике доказана возможность ранней высадки в открытый грунт рассады якона без использования укрывного материала и получение стабильных урожаев корневых клубней в зоне рискованного земледелия.
Впервые изучено влияние регуляторов роста эпина-экстра, амира, альбита, цитовита, феровита и циркона на хозяйственно ценные признаки якона в условиях Нечерноземья. Впервые на исследуемой культуре изучено влияние нового регулятора роста группы фенольных соединений - амарантина (препарат амир), повышающего приспособительные свойства якона в нетипичных для него условиях Тульской области.
Разработана методика оценки клонов якона при вегетативном размножении по хозяйственно ценным признакам. Использование ростостимулирующих препаратов в сочетании с приемами клоновой селекции (индивидуальный отбор растений с лучшими хозяйственно ценными признаками) позволило районировать сорт якона
5 Юдинка и максимально реализовать генетический потенциал в конкретных климатических условиях Тульской области.
Проведены исследования по созданию нового пребиотика комплексного действия (фиточая) на основе растительного сырья якона.
Практическая ценность работы: На основе полученных данных разработаны рекомендации по выращиванию и переработке якона в условиях Нечерноземья на примере Тульской области в индивидуальном секторе. Выявлено стимулирующее действие регуляторов роста растений на адаптационный потенциал якона, изменение его физиологических процессов, преодоление температурного стресса и засухи.
Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение для дальнейшего исследования новых регуляторов роста растений с целью их применения в практике овощеводства, а также проведения селекционной работы с вегетативно размножаемыми культурами.
Результаты работы используются при изучении дисциплин «Растениеводство сельскохозяйственных культур», «Физиология растений» в подготовке студентов по специальности «Агрономия», при проведении полевой практики студентов биологических и агрономических специальностей.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы были представлены на I Международной научно-практической конференции «Современные тенденции в селекции и семеноводстве овощных культур» (Москва, 2008), XI Международной научно- практической конференции «Проблемы молодежи глазами студентов» (Тула, 2008), IV Региональной научно-практической конференции аспирантов, соискателей и молодых ученых «Исследовательский потенциал молодых ученых - взгляд в будущее» (Тула, 2008), II Всероссийской научно-практической конференции «Растительные ресурсы: проблемы, опыт и перспективы» (Бирск, 2009), VIII-IX Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2009, Пущино , 2011), Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса» (Астрахань, 2009), II Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН
«Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010), IX Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринск, 2010), Международной научно-методической конференции, посвященной 80-летию со дня создания лаборатории физиологии и биохимии растений ВНИИССОК «Роль физиологии и биохимии в интродукции и селекции овощных, плодово-ягодных и лекарственных растений» (Москва, 2011), VII Съезде физиологов растений России в рамках Международной научной школы «Инновации в биологии для развития биоиндустрии сельскохозяйственной продукции» (Нижний Новгород, 2011).
Исследование было поддержано на Тульском молодежном инновационном конвенте (2010 г.) в номинации «Инвестиционная привлекательность» (проект создания нового продукта функционального питания - фиточая из листьев якона), Фондом Alltec Young Scientific (США, Кентукки, 2010 г.), Фондом поддержки малого предпринимательства (конкурс «У .М.Н.И.К.», 2009 г.).
По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованном ВАК, а также издана коллективная монография.
Структура и объем работы: Диссертация изложена на страницах
Систематика и морфологические особенности якона
Якон и его родственники были первоначально размещены в род Polymnia (Compositae, Heliantheae, подсемейство Melampodinae), основанный Линнеем в 1751. De Candolle (1836) произвел первое всестороннее описание группы. Позднее, важный вклад в ботаническое описание был сделан Blake (1917, 1930). В первом современном пересмотре рода, Уэллс (1967) сохранил якон и его родственников в пределах рода Polyninia (цит. по Hermann et al).
Другая точка зрения была высказана Робинсоном в более поздних исследованиях (1978). Робинсон описывал род Smallanthus, предложенный Mackenzie в 1933. Он отделил разновидности, которые ранее рассматривали в пределах Polymnia Уэллсом в два рода — Smallanthus и Polymnia — находящиеся оба в пределах подтрибы Melampodinae. Один североамериканский вид, большинство центрально-американских видов и все южноамериканские виды были помещены в Smallanthus, в то время как несколько североамериканских видов оставались в Polymnia. Согласно Робинсону, существуют важные различия, отделяющие Polymnia от Smallanthus (например, бороздчатость на поверхности семянок, наличие изгиба (витка) внешних дисков прицветников, отсутствие выростов на выростах пыльника, некоторые специфические особенности лепестков венчиков цветков). Некоторые из этих особенностей располагают Polymnia как самый изолированный род в пределах подсемейства, в то время как Smallanthus ближе к другим родам в группе, таков как Melampodium и Espeletia, чем к истинному Polymnia. Точка зрения Робинсона является официальной и принята североамериканскими авторами, используется ботаниками Северной Америки. Smallanthus также был принят Brako и Zarucchi (1993) в их атласе растительности Перу, и Jorgensen и Leon (1997) в их атласе сосудистых растений Эквадора. Важно указать, что и Уэллс и Робинсон преимущественно изучили южноамериканские виды (цит. по Hermann et al).. Род Polymnia относится к семейству сложноцветные (ComposПае), подсемейству астровые (Asteuoidtae), трибе гелиантовых или подсолнечниковых (Не-liantheae), группе немасличных культур и включает в себя 19 американских видов. Среди них встречаются теплолюбивые и морозостойкие, неопушённые, шероховато-опушенные или волосистые, часто слегка липкие, многолетние травянистые растения, кустарники или деревья, распространённые в Америке от Бонарии до Канады.
Виды Smallanthus (по Робинсону) (цит. по Hermann et al).
Smallanthus apus (Blake H. Robinson). Это - плохо известный мексиканский вид.
Smallanthus connatus (Spreng. H. Робинсон). Однолетняя трава, 2 м высотой, широко распространенная, произрастает в юго-восточной Бразилии, Парагвае, Уругвае и восточной Аргентине к 35S. Это - самые южные виды, близко связанные с S. macroscyphus.
Smallanthus fruticosus (Benth. H. Робинсон). Это - кустарник или дерево, до двенадцати метров высотой, распространенный в южной Колумбии, Эквадоре и северном Перу.
Smallanthus glabratus (DC). Н. Робинсон. Кустарник или дерево, до восьми метров высотой, близко связанный с S. fruticosus и помещенный Уэллсом вместе с S. parviceps и S. microcephalus с glabrata в пределах группы. Его главная область распространения - перуанские горы. Он также известен в Эквадоре и Чили.
Smallanthus jelksii (Hieron). Н. Робинсон. Кустарник или дерево, около восьми метров высотой, описанный только для Перу, связанного с S. pyrami-dalis, оба вида имеют характерные маленькие цветочные головки.
Smallanthus latisquamus (Blake Н. Robinson). Считается синонимом S. qui-chensis Уэллс (1965), S. latisquamus рассматривает как отдельный вид Робинсон (1978). Стебли до трех метров высотой, распространен в Коста-Рике. Smallanthus lundellii H. Робинсон. Вид, описаный Робинсоном (1978), трава около метра высотой, близкий родственник S. latisquamus и S. quichensis, найден в Гватемале.
Smallanthus macroscyphus (Baker en. Martius) A. Grau, comb.nov. Многолетняя трава (до трех метров в высоту), распространенная в Боливии и северозападной Аргентине, где она, известна как yacon del сатро (дикий якон). У этого вида хорошо развитая корневая система, с запасающими клубнями, которые могут достигают диаметра около 2-5 см. Smallanthus macroscyphus и Smallanthus connatus рассматривались как синонимы Уэллсом (1965) и Робинсоном (1978). Напротив, Cabrera (1978) и Zardini (1991) считают их разными видами.
Smallanthus maculatus (Cav.) Н. Робинсон. Крупное травянистое растение, пять метров высотой. Несколько вариантов вида были описаны для Мексики, Гватемала, Гондураса, Сальвадора, Никарагуа и Коста-Рики.
Smallanthus macvaughii (Уэллс) Н. Робинсон. Травянистый вид, пять метров высотой, представленный в Мексике и близкий родственник S. oaxacanus.
Smallanthus meridensis (Steyerm). H. Робинсон. Трава со стеблями около трех метров, распространенна в Венесуэле и Колумбии.
Smallanthus microcephalus (Hieron) Н. Робинсон. Кустарник или маленькое дерево, до восьми метров высотой, найден в Эквадоре.
Smallanthus oaxacanus (Sch. Вір. ex Klatt) H. Робинсон. Травянистое растение до двух метров высотой, распространенное в Мексике, Гватемале и Гондурасе.
Smallanthus parviceps (Blake Н. Robinson). Кустарник или дерево (восемь метров) со стеблями диаметром около 15 см. Он встречается в южном Перу и северной Боливии.
Smallanthus pyramidalis (Triana) Н. Робинсон. Достигает размеров до двенадцати метров в высоту и 20 см в диаметре, распространен в Венесуэле, Колумбии и Эквадоре.
Smallanthus quichensis (Coult). Н. Робинсон. Родственник S. latisquamus и в нескольких регионах Коста-Рики и Гватемалы. Smallanthus riparius (H.B.K). H. Робинсон. Трава или кустарник (высота до четырех метров), с очень широким диапазоном произрастания, от южной Мексики до северной Боливии.
Smallanthus siegesbeckius (DC). Н. Робинсон. Описан как однолетняя трава Уэллсом (1965). Однако, наблюдения Lizarraga и Grau (неопубликованы) на материале, соответствующем описанию S. siegesbeckius, указывают, что этот вид является многолетним, пять метров высотой, имеет хорошо развитую корневую систему, со множеством коневых клубней, подобных якону, около 20 см в длину и более 6 см в диаметре (рис. 2а, Ь). Этот вид был описан для Перу, Боливии, Бразилии и Парагвая. Возможно, однако, что бразильский и парагвайский материал фактически принадлежат разным видам Smallanthus suffruticosus (Baker) Н. Robinson. Кустарник или трава в высоту около двух метров, приспособленная к произрастанию на Средне шотландской низменности венесуэльской Амазонии.
Smaflanthus uvedalius (L). Mackenzie. Многолетняя трава, трехметровой высоты, распространенна на востоке Соединенных Штатов Америки от Нью-Йорка до Флориды и Техаса.
Ряд видов P. uvedalia (L.) L., P. glabrana DC. и. P. maculata Cav. используются для приготовления лекарств. Перуанские виды, называемые местным населением taraca или yarita, имеют стебли высотой до пяти метров и используются из-за корней.
Наиболее важный в экономическом отношении видом является P. Sonchifo-lia Роерр. & Endl., который выращивается из-за его крупных, мясистых инулин содержащих корневых клубней в областях горных лесов восточных склонов Анд от Венесуэлы до северо-западной Аргентины на высоте около 2000 метров. Среди всех пищевых растений Анд этот вид в настоящее время привлекает наибольшее внимание благодаря широкой сфере применения (Бодруг, 1997).
Этот род стал хорошо известен из-за его гетероморфных пыльцевых зёрен. Цветочные корзинки жёлтые и желтоватые, гетерогамные, довольно крупные, средние или мелкие, щитовидные метельчатые; семянки неопушённые. Обвёрт ки соцветий полусферические или распускающиеся с двухрядными листочками; цветоложе плоское. Листья супротивные или очередные, часто обильные, цельные, угловатые или дольчатые (Кирпичников М.Э., 1981).
Якон представляет собой красивое, компактное, многолетнее травянистое растение высотой 2-2,5метра, произрастающее на восточных склонах Анд и размножающееся семенами и корневищами. Надземные стебли угловатые, опушенные с пурпурными пятнышками. Листья тёмно-зелёного цвета, супротивные, крупные с неровными зубчатыми краями. Размер листовой пластинки до 32x22см. Листовая пластинка треугольной или стреловидной формы, наиболее опушенная с нижней стороны. Черешки крылатые при основании с ушко-видными выростами, образующие влагалище. Цветки собраны в корзинки, которые расположены на длинных цветоносах, развивающихся из влагалищ листьев. Корзинки усеченно полушаровидные. Листочки обвёртки корзинки двух типов: наружные и внутренние. Листочков наружной обвёртки - 15. Они зеленые, отогнутые, овальной или яйцевидной формы, опушённые, с заострённой верхушкой. Листочки внутренней обвёртки (прицветники отдельного цветка) плёнчатые, удлинённой ромбовидной формы в верхней половине с острозубчатым краем, плотно прижатые к цветкам, охватывающие их на половину, по высоте не превышающие цветок. Цветоложе плоское с редкими плёнчатыми чешуйками со временем опадающими. Цветки желтые или ярко оранжевые. Язычковые цветки женские в количестве 13-15 штук расширены 12 мм длиной и 7 мм шириной, трубчатые цветки 7мм длиной, опушенные.
Использование регуляторов роста растений в современном овощеводстве
Интенсификация производства сельскохозяйственной продукции связана с изучением экологической устойчивости видов и агроэкосистем, приспособленности и устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. По оценкам многих ученых, потери урожая сельскохозяйственных культур от неблагоприятных факторов окружающей среды достигают 50-80% их генетически обусловленной продуктивности.
Реализация максимальной продуктивности культуры при повышении устойчивости растений к климатическим, водным, солевым, осмотическим, температурным и другим стрессам может быть осуществлена при использовании регуляторов роста растений. Особенностью действия новых регуляторов роста является то, что они интенсифицируют физиолого-биохимические процессы в растениях и одновременно повышают устойчивость к стрессам и болезням. В 2003 г. в растениеводстве России использовали 83 препарата на основе 33 действующих веществ (Якушкина Н.И., 2005).
Высокая физиологическая и фунгицидная активность новой группы биорегуляторов проявляется в низких концентрациях - 5-50 мг/га. Будучи естественными соединениями, они непосредственно включаются в метаболизм растений, не оказывая вредного влияния на почву и окружающую среду. В эту группу соединений входят фитогормоны или их аналоги - эпибрассинолид, натриевые соли гиббереллиновых кислот; метаболиты грибов - эмистим; гидроокси-коричные кислоты; гуматы; агат, крезацин и др., разрешенные к применению в сельском хозяйстве Российской Федерации. Характерной особенностью действия этой группы веществ является их полифункциональность, проявляющаяся в стимуляции роста и развития растений, повышении устойчивости к абиотическим факторам среды и ряду заболеваний. Антигрибковая, антибактериальная и противовирусная активность в сочетании с антистрессовым действием на растения этой новой группы природных регуляторов роста приводит к повышению продуктивности и качества продукции.
Регуляторы роста растений - органические соединения, стимулирующие или тормозящие процессы роста и развития растений (природные вещества и синтетичские препараты, применяемые при обработке с.-х. культур). Природные регуляторы роста представлены в растениях фитогормонами и ингибиторами роста, а также веществами типа витаминов. К фитогормонам относятся ауксины, гиббериллины и цитокинины. Ауксины активируют рост стеблей, листьев и корней, обеспечивая реакции типа тропизмов, а также стимулируют образование корней у черенков растений. Благодаря обнаружению в растениях ауксинов удалось установить внутренние причины ряда ростовых процессов. Однако механизмы регуляции многих форм роста, в частности роста стебля, цветения розеточных растений, нарушения покоя и зеленения листьев выявлены только после открытия гиббереллинов и цитокининов. Гиббереллины индуцируют или активируют рост стеблей растений, вызывают прорастание некоторых семян и образование партенокарпических плодов, а также нарушают период покоя у ряда растений. Цитокинины стимулируют клеточное деление (цитокинез), заложение и рост стеблевых почек как у целых растений, так и у недифференцированных каллусов, а также продлевают жизнь и поддерживают нормальный обмен веществ у изолированных листьев, вызывают их вторичное позеленение. Из природных ингибиторов роста известны кумарин и его производные, абсцизовая кислота и др. Они тормозят рост растений при переходе их в состояние покоя.
Синтетические регуляторы роста стали появляться после синтеза голландским физиологом растений Ф. Кеглем (1931—35) ауксина (индолилуксусной кислоты, ИУК). Затем был проведён синтез сходных соединений с высокой биологической активностью. Наиболее перспективными оказались регуляторы роста типа индолилмасляной, нафтилуксусной и 2,4-дихлорфенилуксусной кислот (2,4-Д). В 1955 был синтезирован кинетин (цитокинин). К группам синте тических регуляторов относятся также ингибиторы: ретарданты — препараты, уменьшающие длину и увеличивающие толщину стеблей, и морфактины — соединения, вызывающие аномалии в точке роста и появление уродливых органов у растений. К ним примыкают вещества, специфически задерживающие передвижение ИУК и её производных по растению (цит. по Якушкиной Н.И.).
К веществам, обладающим резко ингибирующим действием, относятся гербициды уничтожающие сорную растительность. Синтетические ингибиторы, в отличие от природных, способны более резко подавлять ростовые процессы; они длительный период не поддаются инактивации растительными тканями; характер их действия часто связан не только с ростом, но и с нарушением морфогенетических процессов.
Применение регуляторов роста растений в практике позволяет получить сдвиги в обмене веществ, идентичные тем, которые возникают под влиянием определённых внешних условий (долготы дня, температуры и др.), например ускорить образование генеративных органов, усилить или затормозить рост и т. п. Для усиления роста и органогенеза культивируемых растений применяются стимуляторы типа ауксинов и гиббереллинов, а для торможения — синтетические ингибиторы роста, в том числе дефолианты, вызывающие опадение листьев, и десиканты — подсушивание органов или целых растений.
Синтетические стимуляторы типа ауксинов Р-индолилуксусная кислота, или гетероауксин, р-индолилмасляная кислота, а-нафтил-уксусная кислота (или АНУ) используются для усиления корнеобразования у черенков древесных и травянистых растений, улучшения срастания тканей при их пересадке и прививках, для предотвращения опадения завязей у плодовых деревьев и ягодников и др. Эти вещества применяют в различных концентрациях (от 20 до 1000 мг/л) в зависимости от способа их нанесения на растение. Гиббереллины используют для усиления роста ягод бессемянных сортов винограда, выведения из состояния покоя клубней картофеля, усиления роста стеблей конопли, льна и ускорения плодоношения томата. Синтетические ингибиторы роста используют для задержания прорастания клубней картофеля при хранении, торможения роста стеблей злаков для повышения устойчивости к полеганию (ретарданты), уничтожения сорняков (гербициды) и др. Механизм тормозящего действия синтетических ингибиторов на растения недостаточно изучен. Установлено, что большинство из них задерживает рост путём разобщения процессов фосфорилирования и дыхания, подавления синтеза нуклеиновых кислот.
Наиболее распространённый способ обработки растений регуляторами — опрыскивание. Так, для предотвращения опадения завязей плодовые деревья и ягодники опрыскивают стимуляторами типа АНУ и её производными. Для увеличения выхода волокна у лубяных культур вегетирующие растения опрыскивают раствором гиббереллина.
Разрабатывая вопросы теории получения высоких урожаев на основании фотосинтетической деятельности растений в посадках, А.А. Ничипорович (1956) отмечает, что накопление сухой массы урожая прежде всего зависит от усваиваемого в процессе фотосинтеза за сутки количества СОг- Количество плодов, на одно растение, средняя масса плода, корнеплода, луковицы и т.д. зависят от наследственных особенностей сорта, гибрида. Но под влиянием внешних условий они могут варьировать в широких пределах, поэтому с помощью агроприемов представляется возможным воздействовать на каждый элемент урожая и добиваться наилучшего количественного соотношения.
Рост растений рассматривается как сложный многоступенчатый процесс, сопровождающийся новообразованием элементов структуры от уровня клетки до уровня целого растения. В свою очередь, фотосинтез несет в себе функцию энергопреобразующего процесса, поставляющего продукты энергетического и углеродного метаболизма к системам биосинтеза пластических элементов. Важную роль в интеграции фотосинтеза и роста на уровне клетки, листа и целого растения играет гормонально-ингибиторный баланс, занимающий особое место в системе донорно-акцепторных отношений. (Музафаров Е.Н., Креслав ская В. Д., Назарова Г.Н., 1995) Ауксины - это вещества индольной природы. Основным фитогормоном типа ауксина является Р-индолилуксусная кислота (ИУК). Ауксины активируют метаболизм, необходимы для роста и развития растений, дифференциации органов, ориентации по отношению к свету и силе тяжести. Основным ауксином является индолил-3-уксусная кислота (ИУК). Обнаружены и другие природные вещества с ауксиновой активностью, такие как индолил-3-ацетонитрил, 4-хлор-З-индолилуксусная и фенилуксусная кислоты, однако их ауксиновая активность существенно слабее. В растениях часто обнаруживают конъюгаты ИУК с аминокислотами, сахарами и спиртами, представляющие, как полагают, запасные формы ауксинов. ИУК синтезируется из триптофана в верхушках побега и перемещается сверху вниз по паренхимным клеткам со скоростью 5-10 мм/час благодаря особому механизму полярного транспорта. Возможно также более быстрое передвижение ауксинов по транспортным каналам растения. Ауксины обладают многообразным физиологическим действием и жизненно важны для роста и развития растений. Ауксины необходимы для деления и растяжения клеток, для формирования проводящих пучков и корней, способствуют разрастанию околоплодника. Ауксины обусловливают явление апикального доминирования, т. е. тормозящее действие апикальной почки на рост пазушных почек. Ауксины играют первостепенную роль в ростовых движениях: фото- и геотропизме и настиях. Они усиливают аттрагирующее действие органов и тканей (т. е. их способность притягивать питательные вещества) и во многих случаях задерживают их старение.
Влияние регуляторов и стимуляторов роста растений на морфометрические и физиологические процессы якона
В условиях Тульской области при ранней высадке рассады якона в открытый грунт (начало мая) существует угроза ее гибели от весеннего возврата хо лодов. Выбранные нами регуляторы и стимуляторы роста являются адаптогенами, повышающие устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе и низкотемпературному стрессу.
В контрольной выборке гибель растений составила 10-20%, при использовании регуляторов и стимуляторов роста этот показатель был существенно снижен, а в опыте с препаратами эпин-экстра и циркон погибшие растения отсутствовали.
Из результатов таблицы видно, что на протяжении трех вегетационных периодов выживаемость рассады была достаточно стабильным показателем и применение регуляторов роста способствовало уменьшению потерь рассады по сравнению с контрольным вариантом. В 2010 году потери погибшей рассады даже в контрольной выборке были снижены за счет благоприятных погодных условий в период высадки и начального роста в открытом грунте.
Морфометрические показатели: Рост растений рассматривается как сложный многоступенчатый процесс, сопровождающийся новообразованием элементов структуры от уровня клетки до уровня целого растения. О росте можно судить и по увеличению линейных размеров (высоты растения, листовой площади и т.д.) и количественным изменениям (листьев, побегов) у растений в течение всего периода вегетации.
Биометрическая характеристика - один из важнейших показателей роста и развития растения. Она отражает, являются ли данные условия оптимальными для произрастания этой культуры. Биометрические показатели позволяют охарактеризовать биомассу растений. Биомасса растений непосредственно отражает их рост и развитие.
Для оценки динамики роста растений якона в течение всего периода вегетации у рассады, выращенной из почек корневищ и обработанной растворами регуляторов и стимуляторов роста в физиологически активных концентрациях каждые 15 дней проводилось измерение основных биометрических показателей:
-высота растения,
-листовая площадь,
-количество боковых побегов.
В таблицах 4-6 приведены конечные биометрические показатели (взрослого сформированного растения, образовавшего корневые клубни), позволяющие оценить влияние регуляторов и стимуляторов роста на развитие якона в условиях открытого грунта Тульской области на протяжении нескольких вегетационных периодов.
В 2008 году у контрольных растений высота главного побега к моменту уборки урожая составила 78,8 см, в то время как при использовании регуляторов и стимуляторов роста этот показатель был превышен на 2-33,5%. Максимальная высота отмечена в опыте с регулятором эпин-экстра — 105,2 см. Размах вариации параметра составил 0,5-1,2 см, что указывает на высокую выравнен-ность растений по высоте. По площади листовой пластинки, опытные растения также превышали контрольные на 11-33,6%.
В 2009 году средние биометрические показатели якона уступали показателям предыдущего года. Средняя высота растений контрольного варианта составила 75,4 см, что на 4,3% меньше, чем в 2008 году. Для площади листовой пластинки и количества боковых побегов разница составила 2,9% и 15,6% соответственно.
Однако в 2009 году вариационный ряд имел значительный размах как в контрольном, так и вариантах опыта с регуляторами эпин-экстра, амир и альбит. Диапазон изменчивости высоты растений находился в пределах 6,8-11,8 см. Растения, обработанные регуляторами циркон, цитовит и феровит находились в узких пределах изменчивости биометрических показателей.
Лучшие результаты отмечены в варианте опыта с эпином-экстра, высота растений была больше контрольной на 25,8%, площадь листа - на 17,7%.
Климатические условия 2010 года были экстремальными для большинства с/х культур, в том числе и для якона. Биометрические показатели в контрольном варианте составляли 56% от показателей предыдущих лет.
Растения опытных вариантов, за исключением растений, обработанных цитовитом и альбитом, превышали контроль на 3-15,5% по высоте и 2,7-20,2% по площади листьев.
По итогам трех лет наблюдений (рис.5) выделяются регуляторы роста эпин-экстра, циркон и амир, оказавшие максимальное влияние на ростовые процессы якона в условиях открытого грунта Тульской области.
При анализе динамики биометрических показателей якона установлено, что на начальных этапах развития растения контрольного варианта в 2008 и 2009 годах характеризовались лучшими биометрическими показателями. Так, высота главного побега у контрольных растений превышала высоту побега экс периментальных растений на 2,8-3,6 см, а облиственность растений контрольного варианта в среднем была выше на 2-4 листа.
Растения, обработанные амиром, на начальных этапах развития отставали по указанным параметрам. К концу вегетационного периода (в наших условиях 132-145 дней с момента высадки в грунт) они превзошли контрольный вариант.
В условиях жаркого сухого лета 2010 г. рост растений был сильно замедлен. Такие показатели как высота растения и площадь листовой массы в контрольном варианте уступали предыдущим периодам в среднем на 42-50%, в опытных вариантах по высоте растения различия были еще более контрастными, по площади листьев в вариантах опыта прослеживалась аналогичная тенденция. Лишь в августе 2010 г. при увеличении количества осадков (до 82% от нормы) наблюдали активное побегообразование из пазушных почек, в предыдущие годы этот процесс приходился на начало летних месяцев.
Продуктивность якона в условиях открытого грунта Тульской области: Рост и развитие находятся в прямой зависимости от интенсивности фотосинтеза. Реализация фотосинтетической функции определяется: с одной стороны - генетической и биохимической автономностью структур (хлоропласт, клетка), а с другой стороны - сложной системой связей фотосинтеза со всеми функциями организма. Процесс онтогенеза обеспечивает постоянное существование в растительном организме аттрагирующих (притягивающих питательных веществ) зон - где происходит либо новообразование и рост структур, либо синтез запасных веществ. И в том и в другом случае состояние аттрагирующих центров определяет величину «запроса» на фотосинтез. Донор ассимилянтов (фотосинтез) и их акцептор (процессы роста и откладывание питательных веществ) отвечают за процессы роста, развития и появления новых органов.
Известно, что рост растений является одним из самых чувствительных к стрессовым воздействиям процессам и его активность тесно связана с интен сивностью фотосинтеза и перераспределением ассимилятов. Резкие перепады температур, уменьшение вегетационного периода, а также другие стрессовые параметры требуют выработки определенных адаптивных реакций, в том числе и на уровне пигментной системы.
Фотосинтез у зеленых растений несет в себе функцию энергопреобра-зующего процесса, поставляющего продукты энергетического и углеродного метаболизма к системам биосинтеза пластических элементов. Наиболее важными внутренними признаками, определяющими активность фотосинтетического аппарата, являются содержание хлорофилла, структура и активность хло-ропластов и карбоксилирующих ферментов (Гофман П., 1971). Основной предпосылкой для фотосинтеза служит наличие хлорофилла. (Мокроносов А.Т., 1992).
Поскольку более 95% биомассы растения состоит из органического вещества, образующегося при фотосинтезе важно оценить фотосинтетическую активность.
При оценке фотосинтетической активности необходимо учитывать
-мощность развития фотосинтетического аппарата (ФСА) растения (в частности содержание хлорофилла),
-активность фотосинтетической реакции на свет (в частности интенсивности/ продуктивности фотосинтеза),
-количестве образовавшихся продуктов фотосинтеза (количество сахара, сухих веществ) и других веществ, синтез которых зависит от фотосинтетической активности.
Очевидно, что якон является довольно пластичным растением и имеет собственные механизмы защиты от низкотемпературных стрессов: при понижении температуры до 7-8С происходит усиленный синтез каротиноидов и ан-тоцианов, что внешне проявляется в изменении окраски надземных побегов (от бордовой до темно-фиолетовой). Рост растений значительно замедляется, а продуктивность фотосинтеза в данный период составляет в среднем 10 мг СОг/кв.дм в час.
Экономическая эффективность использования ростостимулирующих препаратов при выращивании якона в частном секторе
Использование в производстве новых технологий, удобрений, биопрепаратов, сортов растений, осуществление других агромероприятий, обеспечивающих повышение урожайности сельскохозяйственных культур, качества получаемой продукции, требует в большинстве случаев дополнительных затрат труда, материально-денежных средств, применения большого количества находящихся в серийном производстве технологических средств, либо замены их на новые, совершенствование профессионального состава специалистов, исполнителей и т.д. Это вызывает необходимость экономической оценки мероприятий и их организационного обоснования.
Экономическая оценка агромероприятий дается на основе сопоставления вариантов полевого опыта по его результатам, характеризующим урожайность сельскохозяйственных культур с учетом качества продукции, а также системе следующих экономических показателей:
1. Выхода продукции (урожайность, ц/га).
2. Цены реализации 1ц
3. Дохода (руб.) исчисляется как полная стоимость продукции с 1 га в том числе побочной.
4. Затрат на 1 га (сумма всех произведенных затрат: оплата труда, ГСМ, семена, удобрения, пестициды, амортизация основных средств и.т.д.)
5. Себестоимости 1ц (руб.) определяется как отношение произведенных затрат (руб./га) к выходу продукции (ц/га)
6. Прибыли (руб.) определяется вычитанием затрат из дохода (руб.)
7. Рентабельности (%) является наиболее важным показателем для подведения экономических результатов опыта, означающим выгодность. Исчисляется как отношение прибыли к затратам.
Исходя из таблиц, рассчитаем себестоимость единицы продукции, прибыль, полученную с 1 га посевов, чистый доход и рентабельность. Методика расчета:
1. Себестоимость (С) исчисляется как сумма всех видов затрат и материально-денежных средств в расчете на 1 ц продукции:
С = 3м.д.с./У,
где 3 м.д.с. - затраты материально-денежных средств на 1 га, руб.;
У - урожайность, ц/га.
2. Прибыль (П) рассчитывается по формуле:
П = Д- Зм.д.с,
где Д- доход;
3 м.д.с. —затраты материально-денежных средств на 1 га, руб
3. Доход рассчитывается по формуле:
д= у ц,
где У- урожайность;
Ц- цена реализации 1 ц продукции.
4. Рентабельность означает доходность, выгодность. Уровень рентабельности характеризуется отношением прибыли к сумме материально-денежных затрат и выражается в процентах (%):
Ур = П/Зм.д.с. 100%,
где П- прибыль,
3 м.д.с. - затраты материально-денежных средств на 1 га, руб
Рассмотрим экономическую эффективность по каждому из вариантов:
Контроль: В 2009 году урожайность составила 46 ц/га, сумма материальных затрат на выращивание и обработку 1 га посевов составила 69864 руб., цена реализации 1 ц продукции составила 3000 руб. Соответственно: Доход=46 3000=138 000 руб. Прибыль=138000 -69864=68136 руб. Рентабель-ность=68136/69864 100%=98% Себестоимость=69864/46=1518,8руб.
Амир: В 2009 году урожайность составила 40 ц/га, сумма материальных затрат на выращивание и обработку 1 га посевов составила 70664 руб., цена реализации 1 ц продукции составила 3000 руб. Соответственно: Доход=40 3000=120000руб. Прибыль=120000-70664=49336руб. Рентабельность=49336/70664 100%=70% Себестоимость=70664/40=1766.6 руб.
Альбит: В 2009 году урожайность составила 45 ц/га, сумма материальных затрат на выращивание и обработку 1 га посевов составила 70714 руб, цена реализации 1 ц продукции составила 3000 руб. Соответственно: Доход=45 3000=135000руб. Прибыль=135000-70714=64286руб. Рентабельность=64286/70714 100%=91%
Себестоимость=70714/45=1571,4руб.
Эпин-экстра: В 2009 году урожайность составила 51 ц/га, сумма материальных затрат на выращивание и обработку 1 га посевов составила 70764 руб, цена реализации 1 ц продукции составила 3000 руб. Соответственно: Доход=51 3000=153000руб. Прибыль=153000-70764=82236руб. Рентабельность=82236/70764 100%=116% Себестоимость=70764/51=1387,5руб.
Применение регуляторов роста амир и альбит не является экономически выгодным, т.к. их применение по сравнению с контрольным вариантом ведет к снижению рентабельности на 28 и 7%, соответственно, а прибыли на 18800 и 3850 рублей соответственно. В то же время, при применении регулятора эпин-экстра по экономическим показателям отмечен рост рентабельности на 18% и прибыли на 14100 рублей, что делает использование данного регулятора роста экономически обоснованным.
