ПОВЫШЕНИЕ ЗИМОСТОЙКОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОПРЕПАРАТОВ, ИНДУЦИРУЮЩИХ ИММУНИТЕТ РАСТЕНИЙ

Горькова И.В.; Гагарина И.Н.; Горьков А.А.; Гаврилова А.Ю.; Прудникова Е.Г.

УДК 633.111:606

ПОВЫШЕНИЕ ЗИМОСТОЙКОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОПРЕПАРАТОВ, ИНДУЦИРУЮЩИХ ИММУНИТЕТ РАСТЕНИЙ

ГОРЬКОВА И.В.,

доктор технических наук, профессор кафедры биотехнологии, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: [email protected].

ГАГАРИНА И.Н.,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры биотехнологии, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: [email protected].

ГОРЬКОВ А.А.,

научный сотрудник лаборатории селекции зерновых крупяных культур, ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур», e-mail: [email protected].

ГАВРИЛОВА А.Ю.,

кандидат биологических наук, доцент кафедры биотехнологии, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: [email protected].

ПРУДНИКОВА Е.Г.,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры биотехнологии, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: [email protected].

Реферат. В статье рассмотрены способы и приемы, направленные на снижение гибели посевов озимой пшеницы. Предпосевная обработка семян химическими или биологическими средствами оказывает влияние на адаптацию растений к стрессовым условиям окружающей среды и помогает ликвидировать разрыв между заложенным потенциалом урожая и гибелью посевов. Выживаемость растений при неблагоприятных факторах окружающей среды зависит от устойчивости отдельных органов, например, узла кущения, который во многом определяет перезимовку всего растения. Представлены исследования применения биопрепаратов на основе компонентов растительных клеток: лектинов и бофлавоноидов на трех сортах пшеницы: Гром, Леонида, Кристелла. Было выявлено, что предпосевная обработка семян позволила повысить полевую всхожесть всех рассматриваемых сортов. Под влиянием биопрепарата с действующим веществом лектины происходит увеличение количества растений на 1 м2 при одинаковой норме высева: у сорта Гром на 13%; Леонида и Кристелла на 22%. Обработка семян озимой пшеницы препаратом с действующим веществом биофлавоноиды позволило повысить густоту растений сорта Гром на 9,8%, сорта Леонида на 29,5%, сорта Кристелла на 23,4%. Показано влияние биопрепаратов на накопление сахаров в осенний период и их остаточное количество перед возобновлением вегетации весной. Использование биопрепаратов на ранних стадиях развития позволило сократить период пикового содержания сахаров, тем самым защищая клетку от повреждающего действия мороза. После перезимовки расход сахаров в контрольных образцах составил 80%, в то время как в опытных растениях данный показатель ниже на 3%.

Ключевые слова: зимостойкость, всхожесть, биопрепараты, озимая пшеница.

INCREASING WINTER RESISTANCE OF GRAIN CROPS WITH THE USE OF BIOPREPARATIONS INDUCING PLANT IMMUNITY

GORKOVA I. V.,

Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Biotechnology, Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", e-mail: [email protected].

GAGARINA I. N.,

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Biotechnology, Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", e-mail: [email protected].

GORKOV A.A.,

Researcher, Laboratory for Breeding Cereal Crops, FGBNU "Federal Scientific Center for Legumes and Cereal Crops", e-mail: [email protected].

GAVRILOVA A.Yu.,

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Biotechnology, Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", e-mail: [email protected].

PRUDNIKOVA E. G.,

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Biotechnology, Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", e-mail: [email protected].

Essay. The article discusses the methods and techniques aimed at reducing the death of winter wheat crops. Presowing seed treatment with chemical or biological means affects the adaptation of plants to stressful environmental conditions and helps to bridge the gap between the inherent potential of the yield and the loss of crops. Plant survival under unfavorable environmental factors depends on the resistance of individual organs, for example, the tillering node, which largely determines the overwintering of the entire plant. The paper presents studies of the use of biological products based on plant cell components: lectins and boflavonoids on three wheat varieties: Thunder, Leonida, Christella. It was found that pre-sowing seed treatment made it possible to increase the field germination of all considered varieties. Under the influence of a biological product with the active substance lectin, the number of plants increases per 1 m2 at the same seeding rate: in the Grom variety by 13%; Leonida and Kristella by 22%. Treatment of winter wheat seeds with a preparation containing bioflavonoids as an active ingredient made it possible to increase the density of plants of the Grom variety by 9.8%, the Leonida variety by 29.5%, and the Christella variety by 23.4%. The influence of biological products on the accumulation of sugars in the autumn and their residual amount before the renewal of the growing season in the spring is shown. The use of biological products in the early stages of development made it possible to shorten the period of peak sugar content, thereby protecting the cell from the damaging effects of frost. After overwintering, the consumption of sugars in the control samples was 80%, while in the experimental plants this figure is 3% lower.

Keywords: winter hardiness, germination, biological products, winter wheat.

Введение. Озимые культуры имеют достаточно продолжительный период вегетации 240-350 дней. Большая часть этого времени приходится на осенне-зимне-весенний период, за который значительная часть посевов гибнет по разным причинам [1]. Первая - на стадии прорастания, когда элитные семена теряют всхожесть из-за недостатка влаги и высокой температуры окружающей среды или ее переизбытка в почве, частой смены температуры, длительной низкой температуры, при этом набухшие семена выпревают или высыхают. Определяющую роль в этом играют сроки посевов, которые при критических условиях позволяют максимально сохранить посевной материал. Вторая причина - плохо сформированное и неоднородное по плотности посевное ложе, которое не способно обеспечить оптимальную глубину посева семян озимых куль-

тур. Третья - потребность в питательных веществах. Во время прорастания и раннего развития у пшеницы существует большая потребность в фосфорном питании, что стимулирует нормальное развитие корневой системы. При хорошем поступлении влаги корни еще могут осенью проникать на значительную глубину, что способствует морозостойкости озимых. Содержание легкоусвояемого калия в почве в должной степени обеспечивает повышение устойчивости к колебаниям температуры и почвы. Достаточное снабжение растений осенью фосфором и калием повышает их зимостойкость. Одним из мероприятий, направленных на снижение гибели посевов является обработка их химическими или биологическими средствами, которые оказывают существенное влияние на адаптацию растений к стрессовым условиям окружающей среды, а

также помогают повысить продуктивность озимого клина и ликвидировать разрыв между заложенным потенциалом урожая новых сортов и гибелью посевов, а в конечном счете увеличить эффективность сельскохозяйственного производства, что обеспечит выполнение Указа Президента нашей страны в части увеличения объема выращиваемой продукции [2, 3, 4, 5].

Одним из способов повышения зимостойкости на примере озимой пшеницы является обволакивание семян перед посевом смесью мелассы, глины диалбекулит и биопрепаратом Линекс в соотношении 2:1:0.2 (патент № 2496300) [6].

Другим способом повышения морозоустойчивости озимой пшеницы является обработка семян перед посевом водным раствором БАП на основе тритерпеновых кислот выделенной из древесной зелени пихты (патент № 2269895) [7]. Также в качестве химического защитного средства используют 0,10,5 раствор димитилсульфоксида, который наносится на растения в фазе кущения в количестве 1-44 кг/га (патент № 571231) и 2,6-димитил-3,5 -диэтоксикарбонил-1,4-дигидропиридин в концентрации 10-7-10-5М при общем расходе 600-1000 л на гектар (патент №90163) [8].

Известны способы, при которых для повышения зимостойкости используют регуляторы роста, содержащие сахара (гиббералин, мелафен и пирафен). При таких способах зимостойкость повышается на 7-9% [7].

Озимая пшеница не имеет глубокого периода покоя, но способна при низких температурах резко снижать темпы роста и интенсивность физиологических процессов. Во время осеннего периода происходит формирование главных органов, прохождение закаливания и аккумулирование веществ осмолитов, обеспечивающих защиту узла кущения [8].

Установлено, что эти процессы тесно сопряжены с условиями и продолжительностью осеннего роста и развития растений, а также действием факторов абиотической природы. Выживаемость растений при неблагоприятных факторах окружающей среды зависит от устойчивости отдельных органов, например, узла кущения, который во многом определяет перезимовку всего растения [3].

Зимостойкость не является постоянным свойством растений, в связи с чем, актуальным является создание комплексных биопрепаратов для обработки озимой пшеницы, направленных на повышение выживаемости

растения при неблагоприятных факторах зимы.

Материалы и методы исследований.

Объектами исследований являлись сорта озимой пшеницы отечественной селекции: Леонида, Гром, Кристелла.

Обработка семян осуществлялась путем замачивания в течение 2 часов препаратами на основе природных компонентов: препарат №1 содержит лектины сои, препарат № 2 биофла-ваноиды гречихи, в состав данных препаратов введены гуматы, выделенные из вермикомпо-ста червя Старателя, обладающие высокой биологической активностью по сравнению с гуматами полученного из вермикомпоста из калифорнийского червя, а также салициловая кислота и микроэлементы: магний, цинк, кобальт. Посев осуществляли на темно-серых лесных почвах Орловской области. По основным физико-химическим показателям данные почвы являются типичными для данной при-родно-экономической зоны. Пахотный и метровый слои почвы характеризуются высокой водоудерживающей способностью (118 и 345 мм, соответственно). Возможные запасы доступной растениям влаги в слое 0...30 см - 88 мм, а в метровом - 262 мм. Максимальная гигроскопическая влажность: 6,8 - 7,5 % от массы почвы, влажность устойчивого завяда-ния: 9,6 - 13,3 %.

Содержание водорастворимых сахаров в узлах кущения определяли по показателю преломления водных экстрактов на рефрактометре Mettler Toledo RE 50.

Результаты исследований. На фоне однородных технологических условий в период проведения исследований значительное влияние на зимостойкость пшеницы оказывают погодные условия. Погодные условия за период исследований были нестабильными с колебаниями дневной и ночной температуры в 80С в октябре (средние показатели дневной и ночной температур 8,4°С и 4,8°С соответственно), в 40С в ноябре (средние показатели температуры: дневной 1,9°С, ночной -0,1 °С), в 20С в декабре (0,8°С и -0,3°С, соответственно, в среднем днем и ночью).

На рисунке 1 представлены данные полевой всхожести контрольных посевов озимой пшеницы и обработанных препаратами. Было выявлено, что предпосевная обработка семян позволила повысить полевую всхожесть всех рассматриваемых сортов. Однако наибольший эффект проявился на сорте Леонида при применении препарата 2. В относительных величинах данный показатель изменился на +30%,

а фактическая разница составила 20,8%. Между самими препаратами разница составляет 5,6% в пользу 2 препарата при применении на сорте Леонида. На сорте Кристелла разница между препаратами не значительная - 0,8%. При обработке препаратом 1 семян сорта Гром полевая всхожесть выше на 2,4%, чем при применении препарата 2, а в сравнение с контролем на 9,6%.

Густота насаждений опытных и контрольных растений отличалась уже при появлении всходов. Количество всходов (шт/м2) перед уходом в зиму представлено на рисунке 2.

Под влиянием биопрепарата 1 происходит увеличение количества растений на 1 м2 при одинаковой норме высева: у сорта Гром на 13%; Леонида и Кристелла на 22%. Обработка семян озимой пшеницы препаратом 2 позво-

лила повысить густоту растений сорта Гром на 9,8%, сорта Леонида на 29,5%, сорта Кри-стелла на 23,4%.

Глубина залегания узла кущения является значимым показателем, оказывающим влияние на перезимовку растений: чем глубже заложен узел кущения, тем выше зимостойкость озимой пшеницы.

Исследованиями было выявлено (рисунок 3), что обработка пшеницы биопрепаратами изменяет глубину залегания узла. Применение препарата 1 способствует углублению узла кущения на 0,62-1,1 см, что составляет 11-17% к контролю. Данный показатель изменяется в положительную сторону и при обработке препаратом 2 сортов: Гром на 0,92 см (16% к контролю), Леонида на 0,69 см (12% к контролю), Кристелла на 1,9 см (31% к контролю).

Рисунок 1 - Полевая всхожесть, %

600 шт/м2

500

400

300

200

100

Гром Леонида

Контроль ■ Препарат 1

Рисунок 2 - Количество всходов, шт/м2

Кристелла Препарат 2

Рисунок 3 - Глубина залегания узла кущения через 2 недели после всходов, см (температура окружающей среды 5-80С)

Рисунок 4 - Содержание водорастворимых сахаров через 2 недели после всходов, % (температура окружающей среды 5-80С)

В механизме формирования зимостойкого состояния к началу зимовки определенную роль играют количество углеводов в узлах кущения. При наличии достаточного количества сахара в клетках повышаются водоудер-живающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество прочно связанной и уменьшается содержание свободной воды. Связанная с коллоидами вода при действии низких температур не превращается в лёд.

Определение концентрации сахаров в проростках позволило выявить, что данные препараты оказывают влияние на их накопление (рисунки 4, 5). За осенний период вегетации содержание сахаров выросло в контрольных образцах в большей степени при посеве сорта Гром (в 1,8 раз). Использование биопрепара-

тов на ранних стадиях развития позволяет сократить период пикового содержания сахаров, тем самым защищая клетку от повреждающего действия мороза. После перезимовки расход сахаров в контрольных образцах составил 80%, в то время как в опытных растениях данный показатель ниже на 3%.

Количество выживших растений после перезимовки представлено на рисунке 6. Применение биопрепаратов на сорте Леонида позволило сохранить максимальное содержание всходов. На двух других сортах Гром и Леонида применение препарата 1 позволило улучшить сохранность всходов на 15% в относительных величинах к контролю, препарата 2 на 3%.

Рисунок 5 - Содержание водорастворимых сахаров через два месяца после всходов, % (температура окружающей среды 1,70С)

Рисунок 6 - Количество выживших растений после перезимовки, %

Коэффициент корреляции между остаточным содержанием сахаров и количеством возобновивших вегетацию растений составил 0,71. Таким образом, применение биопрепаратов повышает сопротивляемость озимой пшеницы к воздействию факторов абиотической природы.

Вывод. Применение препаратов повышает показатели жизнеспособности семян: полевой

всхожести, глубину залегания узла кущения, способствует более интенсивному накоплению сахаров, в результате чего улучшаются механизмы адаптации популяции озимой пшеницы к абиотическим факторам среды, а, следовательно, ведет к лучшей выживаемости растений после перезимовки, а, как следствие, и получение стабильной и высокой урожайности.

Список использованных источников

1. Васильева А.М. Особенности адаптивной селекции озимой пшеницы на зимостойкость и продуктивность: авт. дис. ... канд. с.-х. наук. - Краснодар, 2012. 30 с.

2. Долгополова Н.В., Пигорев И.Я. Почвенно-климатические условия и эффективность минеральных удобрительных средств в Центрально-Черноземной зоне // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. -2016. - № 8. - С. 55-57.

3. Поморцев А.В. Физиологические и биохимические процессы, определяющие зимостойкость озимых зерновых культур в условиях Восточной Сибири: авт. дис. ... канд. биол. наук. - Иркуск, 2013. - 22 с.

4. Эффективность подкормок озимой пшеницы различными марками азотных и комплексных удобрений / В.В. Мамеев, В.Е. Ториков, С.Н. Петрова и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2021. - № 6. - С. 12-19.

5. Органоминеральный комплекс гумитон как элемент адаптивной технологии возделывания озимой пшеницы в Брянской области / А.А. Суслов, А.Н. Ратников, Д.Г. Свириденко и др. // Агрохимический вестник. - 2020. - № 4. - С. 24-29.

Spisok ispoFzovanny'x istochnikov

1. Vasifeva A.M. Osobennosti adaptivnoj selekcii ozimoj pshenicy na zimostojkosf i produktivnosf: avt. dis. ... kand. s.-x. nauk. - Krasnodar, 2012. 30 s.

2. Dolgopolova N.V., Pigorev I.Ya. Pochvenno-klimaticheskie usloviya i e'ffektivnosf miner-afny'x udobritefny'x sredstv v Centralno-Chernozemnoj zone // Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sefskoxozyajstvennoj akademii. -2016. - № 8. - S. 55-57.

3. Pomorcev A.V. Fiziologicheskie i bioximicheskie processy\ opredelyayushhie zimostojkosf ozimy'x zernovy'x kuftur v usloviyax Vostochnoj Sibiri: avt. dis. ... kand. biol. nauk. - Irkusk, 2013. -22 s.

4. Effektivnosf podkormok ozimoj pshenicy razlichny'mi markami azotny'x i kompleks-ny'x udobrenij / V.V. Mameev, V.E. Torikov, S.N. Petrova i dr. // Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sefskoxozyajstvennoj akademii. - 2021. - № 6. - S. 12-19.

5. Organominerafny'j kompleks gumiton kak element adaptivnoj texnologii vozdely'vaniya ozimoj pshenicy v Bryanskoj oblasti / A.A. Suslov, A.N. Ratnikov, D.G. Sviridenko i dr. //Agroximicheskij vestnik. - 2020. - № 4. - S. 24-29.

INCREASING WINTER RESISTANCE OF GRAIN CROPS WITH THE USE OF BIOPREPARATIONS INDUCING PLANT IMMUNITY

Текст научной работы на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЗИМОСТОЙКОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОПРЕПАРАТОВ, ИНДУЦИРУЮЩИХ ИММУНИТЕТ РАСТЕНИЙ»