РЕФЕРАТ

Дипломная работа на тему: "Эффективность действия электромагнитных полей (ЭМП) в сочетании с росторегулирующими препаратами на продуктивность яровой пшеницы".

Работа содержит 69 страниц печатного текста, 7 таблиц, 3 рисунка, 1 приложение, 5 выводов. Список литературы - 55 источников.

Тема исследования посвящена изучению влияния электромагнитного поля в сочетании с росторегулирующими препаратами Рифтал и Гуми-М на продуктивность яровой пшеницы сорта Эритроспермум 59. Семена 3-го класса посевного стандарта перед посевом облучали электромагнитным полем, а затем обрабатывали препаратом Рифтал в расчёте 3 г на тонну семян или препаратом Гуми-М в дозе 20 г на тонну семян.

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
• 1.1 Влияние электромагнитных полей на рост, развитие и продуктивность растений
• 1.2 Особенности начального роста пшеницы
• 1.3 Изучение экологических аспектов биологически активных веществ и их эффективность
• 1.4 Влияние биологически активных веществ на прорастание семян
• 1.5 Применение регуляторов роста растений для повышения устойчивости зерновых культур к стрессовым факторам среды и повышения их экологической адаптации
• 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА
• 2.1 Климатические условия
• 2.2 Почвенные условия
• 2.3 Погодные условия
• 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
• 3.1 Материал и методика приведения опытов
• 3.2 Методы оценки посевных свойств семян
• 3.3 Методы оценки урожайных свойств и семян
• 3.4 Методика проведения полевого опыта
• 3.5 Агротехника и схема опыта
• 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
• 4.1 Эффективность действия электромагнитного поля (ЭМП) в сочетании с росторегулирующими препаратами Гуми-М и Рифтал на развитие органов проростка, посевные и урожайные свойства семян яровой пшеницы сорта Эритроспермум 59
• 4.2 Влияние действия электромагнитного поля (ЭМП) в сочетании с росторегулирующими препаратами Рифтал и Гуми-М на ростовые процессы вегетирующих растений
• 4.3 Влияние действия электромагнитного поля (ЭМП) в сочетании с росторегулирующими препаратами Рифтал и Гуми-М на элементы продуктивности, урожайность яровой пшеницы сорта Эритроспермум 59
• 4.4 Влияние электромагнитного поля (ЭМП) в сочетании с росторегулирующими препаратами Рифтал и Гуми-М на качество зерна яровой пшеницы сорта Эритроспермум 59
• 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В СОЧЕТАНИИ С ПРЕПАРАТАМИ РИФТАЛ И ГУМИ-М
• 6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
• 6.1 Охрана труда
• 6.1.1 Безопасность работ при использовании агрохимикатов
• 6.1.2 Оказание первой помощи при несчастных случаях
• 6.2 Охрана природы
• 6.2.1 Охрана земли при возделывании яровых культур
• 6.2.2 Экологическая безопасность применения регуляторов роста на зерновых культурах
• ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Современное мировое растениеводство идёт по пути интенсификации, и в будущем эта тенденция будет усиливаться как из-за ограниченности земельных ресурсов, так и вследствие постоянного роста населения.

Основа основ сельскохозяйственного производства -- высокоурожайные семена. При их отсутствии вся отрасль обречена на заведомо убыточное производство. Главная задача семеноводства как науки состоит в том, чтобы обеспечить сохранение генотипа сорта в процессе его репродуцирования.

Анализ качества посевного материала Челябинской области за последние 10 лет показал, что в общем объёме семенного фонда высокоурожайные семена 1 и 2 класса посевного стандарта занимают в сумме 30…45 %, а 55…70 % - семена 3 класса и некондиционные. Такое положение во многом связано с объективными и субъективными причинами, главными из которых являются отсутствие хорошей материально-технической базы в семеноводстве, экологически обоснованного зонального семеноводства и специализации семеноводства как самостоятельной отрасли сельскохозяйственного производства.

Условия разных экологических зон могут в большой степени воздействовать на урожайные качества семян, чем агротехнические условия данной зоны. В связи с этим решение проблемы повышения качества посевного материала возможно за счёт внедрения в производство биологически активных веществ природного и синтетического происхождения, препаратов гумусовой природы, кремнийорганичесих. металлосодержащих соединений и других, экологически безвредных для человека и окружающей среды.

Многие исследователи - М. Трифонова (1998), В. Ковалёв (1992, 1997), Ю. Ларионов (1998) и другие считают, что низкокачественные семена: с пониженной энергией, всхожестью при физическом и химическом воздействии на них могут улучшить свои посевные качества и давать высокий урожай (не ниже первоклассных семян).

В настоящее время производству предлагаются для повышения качества посевного материала различные способы обработки семян перед посевом с целью их стимуляции: лучи лазера, магнитное поле, ультрафиолетовое облуче-ние и другие, а также биологически активные препараты различной природы, однако эффект от этих воздействий в большинстве случаев не значителен и не стабилен.

Таким образом, особый интерес представляет проведение в условиях Челябинской области испытаний биологически активных препаратов, выявление их влияния на рост, развитие и продуктивность яровой пшеницы. Актуальным становится использование физических воздействий на посевной материал, в частности обработка семян электромагнитными полями. Одним из вариантов стимуляции урожайности является совместное действие электромагнитных полей и биопрепаратов. При этом необходимо выяснить действие их на пpoрастание семян и органы проростка с целью возможности повышения урожайных свойств и урожайного потенциала семян.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Влияние электромагнитных полей на рост, развитие и продуктивность растений

Электромагнитные поля оказывают воздействие на окружающую среду. Это воздействие обусловлено как естественными, так и искусственно созданными полями. Наиболее обширным электрическим полем естественного происхождения является электромагнитное поле нашей планеты. Планета Земля, её растительный и животный мир как бы купаются в электромагнитном океане, поле которого составляет электромагнитное поле самой земли, электромагнитное поле, наведённое солнечными излучениями, а также электромагнитные поля, причиной происхождения которых является сам космос вцелом.

Электромагнитное поле Земли самым непосредственным образом влияет на всё живое, в том числе и на растительный мир. Гео- и гелиотропизм растений обусловлены действием электрического поля атмосферы. Внутри растения происходят обменные процессы, на которые также существенно влияет атмосферное электрополе. Так, движение гидроионов в водном растворе тканей способствует интенсивному развитию реакций обмена, активному росту растительных клеток. Выявлено, что растения являются потребителями положительных атмосферных зарядов и излучателями отрицательных. Обычно положительные аэроионы несёт углекислый газ. Эффект благотворного влияния положительных аэроионов на ассимиляционные процессы в значительной мере можно объяснить интенсивным переносом углекислого газа к растениям за счёт активированных форм двуокиси углерода в виде положительных ионов. Насыщение воздушной среды положительными аэроионами вызывает повышение фотосинтетического поглощения растениями (Л.В. Шаповалов, 1982).

Улучшение протекания ассимиляционных процессов в тканях растений, рост эффективности фотосинтеза ведут к увеличению биомассы растительного организма, повышению репродуктивной способности растений.

Кроме естественных электромагнитных полей, создаваемых Землёй и находящимися на ней природными объектами (залежи полезных ископаемых, железных руд и т.д.), существуют и искусственные электромагнитные поля, создаваемые в процессе человеческой деятельности. Они также влияют на рост и развитие растительных организмов. Ещё в конце прошлого века была проведена целая серия опытов, когда растения помещали в клетку Фарадея, внутри которой создавали искусственное электростатическое поле. Растения развивались нормально. Следовательно, искусственное электрическое поле с успехом компенсирует растениям нехватку внешнего электричества.

Эти опыты положили начало исследованиям по применению искусственного электричества в ряде сельскохозяйственных процессов, в ходе которых было выявлено стимулирующее воздействие электричества на рост растений, на прорастание и всхожесть семенного материала. Однако электрическое поле способно не только стимулировать развитие биологических организмов, но и угнетать их жизнедеятельность. Важным фактором здесь является знак электричества, то есть какой полюс источника подключен к электроду. Так отрицательные аэроионы замедляют развитие растений. Это свойство используется на элеваторах, в хранилищах, на складах. Таким образом, электричество может существенно помочь как при выращивании сельскохозяйственных культур, так и при хранении урожая.

Стимулирующее эффект электромагнитного поля на растения обусловливается следующим образом: внешнее воздействие ставит биологический объект в необычные, близкие к экстремальным условия. В ответ на вмешательство извне живой организм вступает в борьбу за существование, в нём активизируются основные процессы, направленные на адаптацию, в результате чего происходит его ускоренное развитие. Такая реакция на изменяющиеся в определённых пределах условия среды в целом свойственна живой материи.

Электрические поля с высокой степенью напряжения могут оказывать негативное влияние на растения, угнетать их рост и развитие, подавлять процессы жизнедеятельности. Но, с другой стороны, полное отсутствие электромагнитных полей также приводит к угнетению и гибели растений.

1.2 Особенности начального роста пшеницы

Семя - сложный живой организм, реагирующий различным и непостоянным образом на разнообразные воздействия. Прорастание семян при лабораторных исследованиях, согласно "Международным правилам определения качества семян" (1969), определяется как появление и развитие у зародыша семени тех важнейших структур, которые для данного типа семян указывают на их способность развиваться в нормальное растение при благоприятных условиях в почве ( P.S. Wellington, 1973).

Важнейшие структуры, которыми должен обладать нормальный проросток при исследованиях на искусственных субстратах, даны в Международных правилах:

1. Хорошо развитая корневая система, включая корешок.

2. Неповреждённая почечка с хорошо развитым зелёным листом, находящемся внутри или выходящем из колеоптиля, или же неповреждённый эпико-тиль (надсемядольное колено) с нормальной верхушечной почкой.

3. Одна семядоля, представленная в виде щитка.

Дифференциация зародыша. Все важнейшие органы проростка происходят из тканей, которые дифференцируются при развитии зародыша внутри семени. Под дифференциацией можно понимать специализацию клеток, которая делает их отличными от меристематических клеток, образующих их путём деления, а также от клеток того же возраста, развивающихся в другом на

правлении. Степень дифференциации определяется главным образом скоростью созревания, и рост зародыша происходит за счёт запасов питательных веществ, которые у покрытосеменных обычно образуются после оплодотворения. Зародыш обычно состоит из оси, несущей на верхнем конце одну семядолю и меристему ростка, , а на нижнем конце - меристему корня, покрытую корневым чехликом. Полностью развитая ось проростка состоит из гипокотиля и эпикотиля - частей, расположенных соответственно ниже и выше точки прикрепления семядоли. Семядоля, по-видимому, занимает терминальное положение на верхнем конце оси с небольшой вмятиной на одной стороне, указывающей положение будущей меристемы ростка. В зрелом зародыше пшеницы массивная семядоля, называемая щитком, развивается в контакте с эндоспермом. Ось под узлом щитка состоит из корешка, заключённого в коморизу, и гипокотиля. Под узлом щитка придаточные зародышевые корни могут начинаться из эпикотиля, который развивает несколько зачатков листьев. Внешний слой образует колеоптиль, в большинстве случаев полый конус с небольшим отверстием у верхушки, который заключает в себе несколько зачатков листьев и верхушку побега; часть оси, находящаяся между колеоптилем и скутелярным узлом, называется мезокотилем. При помощи сложной прокамбиальной системы корешок соединяется со щитком, колеоптилем и несколькими зачатками листьев.

Развитие ростка во время прорастания. Жизнеспособные семена обычно впитывают воду и набухают в начале прорастания, затем семенная оболочка разрывается и первым появляется корешок. Положительная геотропическая реакция корня направляет его к низу, а многочисленные корневые колоски, которые развиваются ниже места соединения корня, удерживают проросток в почве или субстрате для проращивания. Семядоля видоизменяется как орган поглощения и так же остаётся внутри семени, где она разрушает эндосперм.

После появления на поверхности земли, верхушка ростка постепенно образует в регулярной поверхности листья и узлы, разделённые междоузлиями; меристемы в пазухах листьев могут давать пазушные ростки, которые образуют систему ветвей на главном стебле. Корневая система развивается из придаточных корней, идущих от стебля, а не от стержневого корня.

Корень. Основные функции корневой системы - удерживать растение в почве, поглощать из неё воду и растворённые соли и передавать их побегу. Корни также могут служить запасающими органами материалов, вырабатываемых побегом, и бывают хорошо приспособленными для выполнения этой функции. Рост корня происходит путём деления клеток на кончике, за которым следует удлинение новых клеток в относительно короткой зоне позади кончика. Верхушечная меристема защищена паренхимными клетками, образующими корневой чехлик. Молодой корень покрыт слоем эпидермальных клеток, многие из которых развивают корневые волоски. У растений пшеницы первичное сосудистое строение корня сильно варьируется и часто имеет сложный характер.

Эпикотиль. Ось проростка над семядолей делится на узлы с одним или несколькими прикреплёнными листьями и междоузлиями, первое из которых, находящееся между семядолей и первым листом, называется эпикотилем. Он имеет более сложное внутренне строение, чем корень, вследствие тесной связи с листьями на различных уровнях (Т. Б. Батыгина, 1987).

Стебель. Внешняя форма стебля определяется в значительной степени длиной междоузлий и расположением листьев; он может быть удлинённым с далеко стоящими листьями или же уплотнённым с листьями, образующими розетку. Верхушечная меристема побега более сложная, чем корня, поскольку она связана, помимо листьев, и с образованием боковых ветвей. Пазушные почки появляются на различном расстоянии из верхушечной меристемы; когда они тесно прилегают к ней, они могут соединяться почковыми следами с главной осью на ранних стадиях развития, но если они возникают позднее, при росте стебля, сосудистая система развивается из почки по направлению к главной оси (P. S. Wellington, 1973).

Семядоля. У однодольных растений из семени появляется обычно только расширенный корешок единственной семядоли; он может либо оставаться под поверхностью почвы, либо расти вверх и приобретать зелённую окраску. В темноте под поверхностью почвы у хлоропластов образуется жёлтый пигмент, а не зелённый, и рост некоторых структур проростка бывает слишком интенсивным, в то время как рост других задерживается. Те структуры, которые становятся функциональными только на свету, остаются недоразвитыми до тех пор, пока удлинение других структур в темноте не вынесет их на свет.

Для того чтобы получить необходимые основы знаний, на которых можно будет строить общие принципы оценки проростка в лабораторных исследованиях на искусственном субстрате, с указанием относительного развития важнейших структур во время нормального прорастания, нужно детализировать характерные особенности морфологии и анатомии проростка пшеницы, изучить те или иные виды аномалий. Если у образцов встречаются проростки, которые трудно оценить (из-за повреждения колеоптиля, задержки роста вследствие искусственной присушки или заражения возбудителями болезней, переносимыми семенами) или проростки, которые проявляют фитотоксичные симптомы в результате химической обработки семян, то оценка проростков должна быть подтверждена определением, что проростки способны к продолжительному развитию в нормальные растения при выращивании их в хорошей почве при благоприятных условиях водоснабжения, температуры и освещения.

Развитие проростков в нормальные растения при посеве в почву.

Зрелое семя представляет собой зерновку, у которой перикарпий сливается с семенной кожурой, которая может быть голой или покрытой нижней и верхней цветковой чешуей. Зародыш развивается у основания зерновки с поверхности щитка в непосредственном контакте с эндоспермом, который составляет основной запас питательных веществ. Происхождение щитка объясняли по-разному, но самое простое предложение состоит в том, что он представляет собой единственную видоизменённую семядолю. Он обычно овальной формы и прикреплён близ центра к оси зародыша. Ось состоит из корешка, который окружён чехликом из тонкостенных клеток, образующих колеоризу, и почечки с внешним защитным чехлом, называемым колеоптилем, окружающим зачатки двух или трёх листьев и верхушку побега. Часть оси между точкой прикрепления щитка и почечки называется мезокотилем. В начале прорастания зерно набухает, после чего происходит удлинение колеоптиля; щиток сохраняет контакт с эндоспермом и передаёт в зародыш pастворимые запасные питательные вещества. Koрешок продвигается через колеоризу, чтобы образовать первый зародышевый корешок и пару боковых корней. Зародышевые корешки тонкие и длинные, с тонкими боковыми ответвлениями и их число приблизительно постоянно, но они составляют только небольшую часть окончательной корневой системы растения, которая в основном состоит из придаточных корней (P.S. Wellington, 1973).

Колеоптиль по мере своего удлинения продолжает окружать развивающиеся листья, пока его кончик не покажется над поверхностью почвы. Затем первый и второй листья появляются через отверстия, находящиеся ниже кончика колеоптиля на стороне, противоположной щитку. У пшеницы второе междоузлие, находящееся между колеоптилем и первым настоящим листом, удлиняется до тех пор, пока узел, несущий первый лист, не поднимется к поверхности почвы.

Молодой стебель вначале состоит из одной главной оси, разделённой плотными узлами на ряд междоузлий. Первые междоузлия очень короткие, а последующие становятся всё длиннее и длиннее, пока последнее и самое длинное из них не закончится соцветием. Листья имеют листовое влагалище, которое окружает междоузлие и пластинку или плоскую часть листа.

Важнейшие структуры, развивающиеся при проращивании семян на искусственном субстрате.

Корни. Нормальный проросток должен иметь хорошо развитую корневую систему, которая состоит, по меньшей мере, из двух зародышевых корней. Зародышевые корни должны быть длинными и тонкими, обычно с корневыми волосками. Кроме того, проросток может классифицироваться как нормальный, если на зародышевых корнях имеется поверхностное обесцвечивание, при условии, что развитие важнейших структур во всех других отношениях происходит нормально. Проростки не должны считаться нормальными до тех пор, пока не будет видно удлинения более чем одного зародышевого корешка.

Побег. Нормальный проросток должен иметь неповреждённую почечку с хорошо развитым листом, находящимся внутри или выходящим из колеоптиля. Лист должен быть зелёного цвета и иметь протяжённость больше, чем наполовину пространства внутри колеоптиля к моменту оценки проростка. Колеоптиль не должен иметь каких-либо признаков повреждения, но проростки с поверхностным обесцвечиванием колеоптиля могут считаться нормальными при условии, что развитие всех важнейших структур во всех других отношениях происходят нормально и закрытый лист не обесцвечен. Проростки, имеющие скрученную или изогнутую почечку, могут классифицироваться как нормальные только в том случае, если колеоптиль не повреждён, листья зелёные и нормальной длины и корневая система хорошо развита (Н.С. Hayward, 1938).

Проростки не должны считаться нормальными, если листья занимают только нижнюю часть колеоптиля или почечка короткая и утолщённая, поскольку дальнейшее развитие может быть задержано, или щиток был повреждён во время искусственного просушивания, или эндосперм загнил, или проросток был отравлен фитотоксичным химикатом. Проросток, сильно загнивший в результате заражения грибами или бактериями, может считаться нормальным в том случае, если совершенно очевидно, что семя само по себе не является источниками заражения, и если можно определить, что все важнейшие структуры были развиты.

Общие категории анормальных проростков.

Повреждённые проростки. Проростки считаются анормальными, если одна или несколько важнейших структур могут развиваться нормально из-за предшествовавшего повреждения зародыша. К таким повреждённым проросткам относятся проростки, не имеющие зародышевых корней, даже если почечка развивается нормально, а также проростки с трещиной в колеоптиле или с другим повреждением, вызывающим ненормальное развитие колеоптиля, даже если листья кажутся нормальными.

Деформированные проростки. Проростки считаются анормальными, если их развитие в целом происходит слабо и непропорционально по сравнению с развитием нормального проростка, выращиваемого одновременно с ними.

При проращивании в почве химически обработанных семян проростки с короткими, остановившимися в росте зародышевыми корнями, или с короткой утолщённой почечкой, или с тем и другим классифицируются как анормальные.

Проростки считаются анормальными, если они имеют только один зародышевый корень или два и больше зародышевых корней, но коротких или веретенообразных. Проростки без зелёного листа или с короткими листьями, раздроблёнными или продольно расщеплёнными, с трещиной в колеоптиле или без неё считаются анормальными. Проростки с тонкой веретенообразной почечкой, которой обычно сопутствуют слабые корни и загнивший эндосперм, а также приростки морозобойных семян с "зернистым" колеоптилем или имеющие слабую и скрученную по спирали почечку являются анормальными (A.M. Andersen, 1950).

Загнившие проростки. Проростки считаются анормальными, если какая-либо из важнейших структур так сильно загнила, что это может помешать их нормальному развитию. Например, когда почечка полностью загнила или обесцвечивание колеоптиля проникло до внутреннего листа, или если имеется загнивание в точке прикрепления зародыша к эндосперму. Проростки также являются анормальными, если зародышевые корни загнили или слабые.

1.3 Изучение экологических аспектов биологически активных веществ и их эффективность

Индуцирование защитных механизмов растений с помощью фитогормонов и синтетических регуляторов роста привлекает все большее внимание исследователей в связи с необходимостью разработки экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Многолетней практикой доказано, что интенсификация сельскохозяйственного производства путём повышения уровня его химизации не даёт экономически целесообразного увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур. Напротив, ухудшается качество продукции, состояние окружающей среды, снижается плодородие почв, в них накапливаются пестициды.

Регуляторы роста и развития влияют на жизненные процессы растений, не оказывают в рекомендуемых концентрациях токсического действия и не служат источником питания растений. Действие их на растение поливалентно. Все они влияют на рост и деление клеток, на процессы адаптации и старения, на транспорт веществ, дыхание, синтез нуклеиновых кислот и белков, а также на многие другие процессы. Вместе с тем у каждой группы этих веществ имеются свои специфические особенности. С позиции современной теории роста биологически активные вещества (БАВ) действуют в зависимости от концентраций и их сочетаний. Поэтому вследствие исследования новых препаратов и их сочетаний синтезировано большое количество химических препаратов, обладающих сходным с природными регуляторами роста действием, полученных заводским способом.

Это связано с потребностью получить химическим путём структурно известные фитогормоны групп ауксинов, гиббереллинов, кининов и другие, а также с поиском БАВ, структурно близких к эндогенным фитогормонам. К настоящему времени в мире обнаружено и в той или иной степени изучено, около 500 соединений химического, микробного и растительного происхождения, обладающих регуляторным действием; из них практическое применение нашли около 50.

Основная цель применения регуляторов роста на зерновых культурах - предупреждение полегания посевов, улучшение формирования элементов продуктивности и повышение устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Обработка ими приводит к повышению урожайности, улучшению качества зерна и экономических показателей его производства (В.И. Ковалев, 1997).

На протяжении нескольких десятков лет рядом учёных были приведены исследования по применению регуляторов роста растений в основных зернопроизводящих странах и России. Проанализированы способы, позволяющие их использовать с высоким экономическим эффектом и учётом охраны окружающей среды, а также изучался механизм действия БАВ, их функции, влияние на продуктивность культур и качество полученного урожая (Г.С. Муромцев, 1987, П.В. Ракитин,1983).

1.4 Влияние биологически активных веществ на прорастание семян

С помощью регуляторов роста растений можно управлять важными физиологическими процессами, например, прорастанием семян.

Хорошо известно стимулирующее воздействие экзогенных гиббереллинов на прорастание как покоящихся семян, так и не покоящихся. Гибберелловая кислота (ГК) действительно стимулирует прорастание семян, органический или вынужденный покой, которых обусловлен самыми различными механизмами, например, неполным развитием зародыша, механическим сопротивлением кожуры семени, присутствием ингибиторов прорастания или факторами, относящимися к физиологической компенсации оси зародыша. Эти наблюдения побудили некоторых авторов постулировать универсальную роль ГК в прорастании семян (F. Flemion, 1933, R. Willemsen, 1972).

Однако имеющиеся экспериментальные данные не могут служить основой для подобного предположения. Многие из проявлений действия гиббереллинов на прорастание семян могут быть, скорее всего, фармакологическими и не иметь прямого отношения к эндогенным механизмам прерывания покоя (М. Г. Николаева, 1974).

В различных источниках (Г.С. Муромцев, 1984) указывается на связь между воздействием низких температур на покоящиеся семена с увеличением содержания гиббереллиноподобных веществ и прорастанием, однако, большая часть работ по этой теме была выполнена в тот период, когда надёжные методы идентификации и количественного определения ГК ещё отсутствовали. В исследованиях была доказана связь между изменением содержания эндогенных ГК и условиями прерывания покоя. Вторичный покой, вызванный сухим хранением, удаётся преодолевать либо ГК, либо воздействием холодом.

Прорастание семян, покой которых вызван светом, связано с действием света на обмен ГК. У множества семян, чувствительных или нечувствительных к качеству света, обработка ГК стимулирует прорастание в условиях, в которых семена обычно не прорастают. Результаты физиологических экспериментов свидетельствуют против гипотезы о том, что экзогенный ГК таким образом ускоряет прорастание, однако, после воздействия красным светом на светочувствительные семена, в них увеличивается уровень гиббереллиноподобных соединений (Г.С. Муромцев, 1984).

Известно, что ингибиторы биосинтеза ГК нарушают синтез амилазы в зерновках хлебных злаков, что указывает на участие новообразования ГК в начальных этапах прорастания.

Из приведённых выше фактов следует, что новообразования ГК в зародыше прорастающей зерновки, по-видимому, хотя бы отчасти, обусловлено переформированным синтетическим аппаратом клетки, реактивируемым при набухании.

Таким образом, возникает вопрос, существует ли единый механизм действия гиббереллинов. Несколько попыток предложить единую модель механизма действия ГК в прорастающих семенах основано на хорошо известной роли ГК в мобилизации запасов эндосперма в зерновке ячменя. Принять такую модель значит, исходить из того, что у всех семян, прорастание которых стимулирует ГК, первым этапом является распад крахмала и других веществ, как следствие индуцированного ГК действия ферментов. Но данная модель слишком упрощена. Так, например, при воздействии ГК на частично дозревшие семена, проклёвывание корешка при прорастании предшествует появлению -амилазы. Но известно, что в низких концентрациях ГК может стимулировать образование амилазы и в отсутствие прорастания. Таким образом, в случае семян зерновых культур следует чётко различать события, регулирующие прорастание, например, появление корешка, мобилизацию субстратов.

Индукцией ГК новообразования гидролитических ферментов в алейроновом слое зерновых культур является прорастание. Однако, поскольку клетки алейронового слоя и те клетки зародышевой оси, изменения в которых при прерывающих покой воздействиях предшествует прорастанию, во многом сходны по строению и физиологическим особенностям, можно ожидать, что исследования механизма действия ГК в алейроновом слое дадут ключ к пониманию действия ГК в других клетках и тканях семени ( R. D. Jhons, J.L. Stoddart, 1985).

Хорошо известно, что при прорастании семян экзогенные цитокинины (ЦК) могут противодействовать различным ингибиторам роста и прорастания. Из этих наблюдений следует, что ЦК необходимы для прорастания семян некоторых видов растений. Позднее было доказано, что блокирование индуцированных гиббереллинами процессов прорастания или активации ферментов природными ингибиторами может быть преодолено обработкой цитокининами.

Выяснение путей участия ЦК в прорастании может иметь важное практическое значение. Ранее было доказано, что прорастание семян и рост сельскохозяйственных растений усиливаются, если перед посевом семена были обработаны смесями регуляторов роста, составной частью которых является цитокинин.

При изучении влияния ЦК на прорастание семян первоначально использовали такие соединения, например, как Кинетин и другие, которые не встречаются в растениях. Количественная и качественная реакция растений на воздействие различных ЦК может существенно различаться, но есть основания предполагать, что "синтетические" ЦК стимулируют прорастание значительно сильнее, чем природные.

У многих видов растений ЦК часто снимают угнетающее воздействие природных ингибиторов на прорастание семян. Многие данные свидетельствуют в пользу представления, согласно которому взаимодействие ЦК - ингибитор осуществляет верховный контроль над прорастанием (А.А. Khan, 1976, N.E. Tolbert, 1965).

Учёные убедились в том, что в семенах присутствуют природные ЦК, которые при взаимодействии с регуляторами роста регулируют метаболические процессы, предшествующие прорастанию. Покой может быть прерван под воздействием самых различных факторов, включая понижение температуры и длину дня ( R.D. Amen. 1968; A. Vegis. 1964).

В последние годы началось более основательное исследование роли ЦК в покое семян. Установление факта о том, что содержание эндогенных ЦК в период покоя и в момент его прерывания различно, существенно дополнило результаты исследований с эндогенными ЦК и послужило доказательством важной роли их в пребывании покоя.

О синтезе ЦК в семенах и других частях растений известно мало. Ничего не известно даже о происхождении ЦК в семенах: нет данных, чтобы установить, синтезируются ли ЦК в самих семенах или же передвигаются из других частей материнского растения в процессе эмбриогенеза.

Роль ЦК во взаимодействии с природными ингибиторами может заключаться в регуляции трансляции нуклеиновых кислот и синтеза ферментов. Это один из многочисленных путей воздействия ЦК на прорастание семян и рост растений. Существуют данные и в пользу ряда других механизмов (Т.Н. Thomas, 1975).

Исследования показали, что абсцизовая кислота (АБК) является эффективным ингибитором роста и содержится в семенах, отсюда возникло предположение о том, что АБК играет определённую роль в прорастании, особенно у тех семян, которым свойственен покой, поскольку в семенах, которые выводили из покоя с помощью специфической обработки, уровень АБК снижался. Позднее были получены результаты, в которых уточнялось наличие АБК в семенах, об изменении содержания АБК в покоящихся семенах в период стратификации и об ингибировании прорастания экзогенных АБК.

Имеется много сообщений о том, что экзогенная АБК ингибирует прорас- тание покоящихся семян и семян, покой которых был нарушен различными способами. В связи с тем, что АБК сильный ингибитор клеточного растяжения, трудно отделить прямое воздействие АБК на удлинение корешка от процессов, специфичных для прорастания.

В последние годы были проведены разнообразные исследования для получения информации о механизме действия АБК. Было показано, что АБК ингибирует в семенах синтез РНК, в том числе в тех, которые нуждаются в стратификации (К. Дерфлинг, 1985; В. Кефели, 1989).

Было доказано, что экзогенная АБК ингибирует ряд ответных реакций, вызваных гиббереллинами в алейроновом слое семян, и наоборот, торможение прорастания с помощью ГК. Таким образом, можно сделать вывод о возможности существования обратной зависимости между уровнем АБК с одной стороны и уровнями ЦК и ГК с другой, во время выхода семян из покоя.

Многочисленные сообщения свидетельствуют о том, что экзогенная АБК ингибирует прорастание семян не находящихся в состоянии покоя. В связи с тем, что АБК обычно тормозит клеточное растяжение, трудно отделить этот эффект от каких-либо специфических воздействий, которые она может оказывать на прорастание.

Можно сказать, что понимание роли АБК в прорастании и покое семян во многом зависит от того, когда станет известно, где и когда происходит синтез АБК и как он регулируется (D.S. Walton, 1988).

1.5 Применение регуляторов роста растений для повышения устойчивости зерновых культур к стрессовым факторам среды и повышения их экологической адаптации

Индуцирование защитных механизмов растений с помощью фитогормонов и синтетических регуляторов роста привлекает всё большее внимание исследователей в связи с необходимостью разработки экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

По мнению учёных органические производные кремния в XXI веке станут основой экологически чистых средств защиты растений. Кремниевые препараты и их аналоги - Этефон, Тур, Янтарная кислота и другие - сравнивали по эффективности на зерновых культурах. Их экологическая безвредность показана на примере влияния на гидробионтов и насекомых. Эти препараты обладают лёгкой биоградабельностью в почве, воде, организмах животных и растений (В.М. Дьяков, 1999).

В среднерусской научно-исследовательской фитопатологической станции (В. П. Кратенко, М.Н. Васецкая, 1999) проводили протравливание семенного материала препаратами Гумат К, Эмистим, Экост, Эпин, что снижало уровень семенной инфекции на 19,3…51,2 %, а заражённость проростков корневыми гнилями на 50…60 %. Предпосевная обработка также позволила уменьшить поражённость вегетирующих растений пшеницы и ячменя болезнями (бурая ржавчина, септориоз, мучнистая роса пшеницы и гельминтоспориозные пятнистости ячменя) на 50,5…96,4 % и увеличить урожай зерна на 10,5…27,3 %. Установлена высокая биологическая и хозяйственная эффективность испытуемых препаратов в смеси с пестицидами, испытываемыми для протравливания и обработки растений в сниженных в два раза нормах расхода.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования регуляторов роста растений в системе защиты зерновых культур от вредителей и болезней (В.В. Оглезнева, 1984).

Многочисленные исследования позволили выявить регуляторы роста, обладающие защитным действием против влияния на растение стрессовых факторов. Из них наибольшим эффектом отличаются препараты, входящие в группу цитокининов (6-Бензиламинопурин, Кинетин) и цитокининоподобные вещества (Полистимулин К, Картолин).

В настоящее время широко и с положительным результатом опробована на практике группа отечественных антистрессовых препаратов под общим названием Картолин. Повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды также и обработка биологически активными веществами, относящихся к ауксинам, гиббереллинам и ретардантам (Ю.А. Басков, 1989; B.C. Шевелуха, 1990).

Обработка семян и проростков гиббереллинами и ауксинами способствует развитию более здоровых и крепких растений с интенсивным типом метаболизма, в которых при наступлении засухи более активно происходит перестройка, связанная с адаптацией к недостатку влаги. Хорошие результаты даёт обработка растений этими веществами после засухи, стимулирующая восстановительные процессы и способствующая увеличению урожая (W.Y. Mendt, M.Y. Tompson,1983).

Обработка семян зерновых культур Хлорхолинхлоридом вызывает определённые морфологические изменения - способствует более глубокой заделке узла кущения, стимулирует рост корней, увеличивает соотношение длина корней/длина надземной части, что приводит к снижению водопотребления и повышению устойчивости к водному дефициту.

В исследованиях ИФР АН России было установлено, что препарат Картолин в условиях засухи предохранял от распада полисомы в клетках листьев, в условиях недостаточного водоснабжения нормализовал активность РНК-полимеразы, оказывал защитное действие на хлоропласты, что в итоге увеличивало массу 1000 семян и проводило к меньшему снижению урожая при засухе (Н.В. Балина, 1987; У.К.Творус, 1987).

В Китае сотрудники Института биологических исследований установили защитный эффект фульвокислоты (ФК) против засухи на пшенице (В.М. Ковалёв, 1992). Опрыскивание посевов ФК повышает эффективность, что увеличивает число продуктивных колосьев, зёрен в каждом колосе и урожайность пшеницы в целом, особенно в засушливых районах.

Воздействуя биологически активными веществами, усиливающими обмен веществ и перестройку структуры клеток, можно повысить устойчивость растений к морозу.

Повышение зимостойкости озимых зерновых культур путем предпосевной обработки семян, а также опрыскивания растений в начале фазы кущения ретардантами обусловлено, прежде всего, глубоким залеганием узла кущения. Растения, выросшие из обработанных ретардантами семян, в период закаливания отличаются повышенным содержанием хлорофилла, растворимых углеводов, общего, белкового и небелкового азота; в узлах кущения у них накапливается больше свободных аминокислот, исследования показали, что повышение зимостойкости растений во многом зависит от доз и способов применения этих препаратов, условий выращивания и состояния растений. В годы, когда складываются неблагоприятные условия вегетации (холодная осень и т. д.), с помощью, например, Хлорхолин хлорида можно повысить зимостойкость озимой пшеницы на 15…30 % (В.А. Хохлова, Д. Нойман, 1991).

В последнее время опубликованы данные о влиянии биологически активных веществ на устойчивость зерновых культур к засолению. Эти препараты оказывают действие на гормональную активность обработанных ими растений.

В исследованиях ВИР показано, что влияние засоления на гормональную активность листьев пшеницы проявилось уже через два часа после солевого воздействия: изменился ритм суточной динамики содержания эндогенных регуляторов роста, сдвигались временные пики по сравнению с контролем в первые часы опыта (А.В. Романова и др., 1983). По сообщению учёных США, обработка растений ретардантами АМО - 1618, Фосфоном повышала их активность к токсическим уровням засоления (Д. Л. Никелл, 1984).

В климатических условиях Урало-сибирского региона возделываемые культуры испытывают ряд неблагоприятных климатических воздействий: низкие температуры в период всходов; во время кущения, наоборот, высокие температуры и недостаток влаги; во время выколашивания дождливая погода способствует полеганию растений и поражению их болезнями, а при раннем наступлении холодов возможно затягивание созревания и даже образование морозобойного зерна.

В связи с этим разработана система применения регуляторов роста и развития растений, способствующая повышению их устойчивости к неблагоприятным условиям произрастания. В качестве активатора прорастания и усиления начального роста при пониженных температурах используется Амбиол, Фузи-кокцин, Гумат Na. Для повышения жаростойкости и засухоустойчивости растений применяется Триман-1, Оксикарбан, Крезацин. Индикаторы устойчивости (Хитозан, Силк и др.) снижают поражение корневыми гнилями и листостебле-выми пятнистостями. Применение десикантов (Раундап, Ураган и др.) позволяет ускорить созревание растений, проводить однофазную уборку, снизить потери урожая и засорённость (В.В. Немченко, 1999).

Таким образом, использование, в широком смысле, регуляторов роста повышает адаптивность и экологическую приспособленность сельскохозяйственных растений. Дальнейшее их получение и широкое использование может способствовать повышению, а также стабилизации урожая сельскохозяйственных культур, повышению их качества.

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА

2.1 Климатические условия

Климат на территории Челябинской области континентальный, характеризуется холодной и продолжительной зимой с частными метелями, тёплым летом, с частыми засушливыми периодами. По основным агрономическим показателям на территории Челябинской области выделяется три зоны: 1) горно-лесная увлажнённая; 2) лесостепная с двумя подзонами - умеренно увлажнённая северная лесостепь и полузасушливая южная лесостепь; 3) степная засушливая.

Красноармейский район входит в северную лесостепную подзону. Климат на её территории с умеренно тёплым вегетационным периодом. Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет в среднем 2200…2300 °С. Этот период продолжается 120…130 дней, с 3…10 мая до 12…15 сентября. Однако безморозный период заметно короче 100…110 дней, а на почве температура без заморозков бывает 90…105 дней.

Осадков за период активной вегетации растений выпадает в пределах 240…250 мм. Влагозапасы в метровом слое к моменту посева зерновых культур бывают, как правило, достаточными - 140…170 мм. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) в весенне-летний период составляет 1,2…1,4 (подзона умеренного увлажнения).

Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября, достигает 30…40 сантиметров и сохраняется 150…160 дней. Он обеспечивает благоприятные условия перезимовки озимых культур.

2.2 Почвенные условия

Почва опытного поля представлена среднемощным выщелоченным чернозёмом.

Чернозёмы выщелоченные - лучшие пахотные земли не только зоны, но и области. Они обладают достаточно мощным перегнойным горизонтом с содер-жанием гумуса 6…9 %. Реакция почвенного раствора слабокислая или близкая к нейтральной. Содержание доступного растениям фосфора в чернозёмах выщелоченных бывает, как правило, недостаточным для получения высоких урожаев (А.А. Козаченко, 1999).

У чернозёмов выщелоченных прослеживается различная степень развития иллювиального горизонта и глубины залегания карбонатов. Чернозём выщелоченный опытного поля имеет тяжелосуглинистый механический состав (таблица 1), благоприятный для большинства сельскохозяйственных культур.

Очень важное значение имеет соотношение песчаных, пылеватых и илистых частиц. Установлено, что 48 % фосфатов (Л.П. Антипина, 1988). Находятся в тонкодисперсной илистой фракции, 37…41 % - в пылеватых частицах.

Изучение распределения калия по фракциям механического состава почвы показано, что в илистых фракциях содержится 2,64…2,74 % калия, тогда как в частицах 0,01…1,10 мм значительно меньше 1,34…1,39 % (В.П. Середина, 1981).

Чернозёмы выщелоченные опытного поля, как показывает таблица 1, с достаточно высоким содержанием илистой фракции, то есть частиц менее 0,001 мм, поэтому имеют благоприятное для сельскохозяйственных культур сложение и общую порозность биологически активного слоя 57...60 %, то есть такую, которая обеспечивает оптимальный воздушно-водный режим. Объёмная масса пахотного слоя колеблется в пределах 1,06…1,25 г/см³. Устойчивость сложения обусловлена высоким содержанием водопрочных агрегатов более 0,25 мм.

Физико-химические свойства почвы оцениваются по показателю кислотности почвы и составу обменных оснований. Как видно из таблицы 1, выщелоченный чернозём опытного поля в пахотном горизонте имеет слабокислую реакцию (рНсол 5,38). Степень насыщенности основаниями превышает 90 %. В составе поглощённых катионов преобладает кальций. Отличительная особенность почвы опытного поля является сравнительно высокое содержание гумуса в пахотном слое - 7,6 %. Чернозёмы выщелоченные в опытах обладают высоким содержанием гумуса, вниз по профилю почв следует соответственно снижение содержания азота. В пахотном слое азота содержится 0,26 %. Однако только 3,1…4,3 % этого количества приходится на легкогидролизуемую фракцию, которая наиболее доступна для растений (И.В. Синявский, 1996).

Запасы валового фосфора (таблица 1) довольно высокие (0,135 %). В то же время, содержание подвижного фосфора низкое. По отношению к валовому фосфору его подвижные фракции составляют менее 1,0 %. Основным поставщиком калия являются илистые фракции (П.Т. Адерхин, А.В. Беляев, 1970), поэтому чернозём выщелоченный содержит 2,2 % калия. Однако обменная фракция, доступная растениям, составляет небольшую долю от этого количества.

Таблица 1 - Характеристика почвы опытного поля Института Агроэкологии

2.3 Погодные условия

Погодные условия в 2003 году (таблица 2) были разнообразными. Весна была достаточно влажной, теплой. Май характеризуется более теплой температурой по сравнению со средними многолетними показателями.

Осадков в мае выпало 60,2 мм, что по сравнению со средними многолетними данными больше на 18,2 мм. Вторая половина мая была благоприятна для посева зерновых культур. Выпавшее в третьей декаде мая достаточное количество осадков положительно сказалось на прорастании семян. Июнь характеризуется высоким количеством осадков по сравнению со среднемноголетними данными. Первая половина июня была прохладной и на 1…4 °С ниже нормы.

Наиболее жаркая и сухая погода стояла в первой декаде июля и в первой и второй декадах августа. Это способствовало лучшему формированию и наливу зерна. В августе в отличие от июля наблюдалось более равномерное распределение температуры, что благоприятно сказалось на созревании урожая. Первую декаду сентября можно охарактеризовать как тёплую (17,1 °С) с небольшим количеством осадков (4,4 мм), что является благоприятным фактором для уборки зерновых культур, способствует физиологическому дозреванию зерна яровой пшеницы. Вторая декада сентября также была тёплой, но выпало большое количество осадков.

Таким образом, анализ погодных условий за период вегетации 2003 года характеризуется как сравнительно благоприятный для роста, развития и формирования урожая яровой пшеницы. Следует также отметить, что сложившиеся погодные условия способствовали качественному посеву и не затрудняли уборку урожая.

Таблица 2 - Погодные условия вегетационного периода 2003 года (Бродоколмакская метеостанция)

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Материал и методика приведения опытов

Целью исследований явилось изучение биологических и экологических аспектов влияния совместного действия препаратов Гуми-М, Рифтал и электромагнитного поля на яровую пшеницу сорта Эритроспермум 59.

Исходным материалом для опытов служили семена яровой пшеницы сорта Эритроспермум 59 из хозяйств Челябинской области.

Сорт яровой пшеницы Эритроспермум 59 выведен в Омском СХИ имени С. М. Кирова совместно с Челябинским НИИСХ методом индивидуального отбора из гибридной популяции от скрещивания озимой пшеницы Чайка с сортом яровой пшеницы Иртышка 10.

Разновидности Эритроспермум. Колос призматический, длиной 8…10 см, средней плотности. Колосовая чешуя длиной 9…10 мм, ланцетная, со слабо выраженной нервацией. Зубец короткий, острый, плечо узкое, скошенное. Киль выражен сильно. Зерно полудлинное со средней бороздой и опушенным основанием.

Среднепоздний: период вегетации от полных всходов до восковой спелости 80…96 дней, созревает одновременно. Склонен затягивать вегетацию до 102…104 дней при недостатке тепла и достаточном увлажнении в период созревания. Сорт устойчив к полеганию и осыпанию. Среднеустойчив к засухе.

Зерно сорта имеет хорошие хлебопекарные качества. Эритроспермум 59 отличается способностью стабильно по годам формировать высококачественное зерно. По содержанию белка в зерне он на 1…1,5 % превышает стандарты. Содержание клейковины у сорта достигает 42 %. Сорт включен в список сильных пшениц.

В состав препарата Гуми-М (порошкообразное вещество от коричневого до чёрного цвета или жидкий препарат) входят гумат Nа (до 90 %), основные элементы питания (N, Р, К) и минеральные элементы (Са, Со, Мn, Mg). Препарат может содержать соли тяжёлых металлов. Регулятор роста относится к малотоксичным веществам, четвёртого класса опасности. Гумат Nа не горюч, поскольку представляет собой водный раствор, не летуч, не взрывоопасен, разрешён к применению Госхимкомисией РФ. Как природное вещество, не нуждается в гигиеническом нормировании и не требует определения остаточных количеств в продуктах.