Современные методы комплексной оценки действия пестицидов и рострегуляторов на растения
На правах рукописи
ГУНАР ЛЮДМИЛА ЭДУАРДОВНА
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ДЕЙСТВИЯ ПЕСТИЦИДОВ И РОСТРЕГУЛЯТОРОВ НА РАСТЕНИЯ
06.01.11 – защита растений
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва – 2009
Работа выполнена на кафедре химических средств защиты растений, кафедре физиологии растений и кафедре хранения, переработки и товароведения продукции растениеводства РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева.
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Дорожкина Людмила Александровна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, академик РАСХН
Соколов Михаил Сергеевич;
доктор биологических наук
Ларина Галина Евгеньевна;
доктор сельскохозяйственных наук
Кудрявцев Николай Александрович
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский
институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Защита диссертации состоится __________2009 г. в ____часов____минут на заседании диссертационного совета Д 220.043.04 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева.
Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева, т. (495) 976-24-92.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева.
Автореферат разослан «_____» _____________2009 г.
Размещен на сайте ВАК www.vak.ed.gov.ru.
Ученый секретарь
диссертационного совета А.Н. Смирнов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. На современном этапе развития сельского хозяйства пестициды и регуляторы роста растений (РРР) стали атрибутом интенсивных технологий. Ассортимент применяемых агрохимикатов постоянно расширяется. В большинстве рекомендаций по их применению, как правило, отсутствуют данные об их сопутствующем воздействии на культуру. Однако из публикаций известно, что различные пестициды (протравители, гербициды и др.) и РРР способны вызывать модификацию ряда физиолого-биохимических процессов растительного организма, в частности, уменьшать интенсивность фотосинтеза, изменять содержание отдельных макро- и микроэлементов. Отдельные гербицидные соединения могут вызывать изменения барьерно-транспортных свойств цитоплазматических мембран. Очевидно, что негативное воздействие гербицидов на важнейшие физиологические процессы защищаемого растения при определенных условиях может приводить к снижению его продуктивности. Поэтому необходимо расширять знания относительно механизмов их физиологического действия.
К выбору нормы расхода и сроков применения гербицидов следует подходить с особой тщательностью. Из-за высокой фитотоксичности ошибки при их применении могут привести к полному уничтожению посевов. В то же время, в зависимости от метеоусловий, действие препаратов на одну и ту же культуру при одних и тех же нормах расхода может привести к различным результатам. Это происходит потому, что существует целый ряд нерегламентированных факторов, оказывающих существенное влияние на эффективность гербицидов, РРР и других физиологически активных веществ (ФАВ). Поэтому на начальных стадиях исследования актуально выявить подобные факторы с помощью методов, регистрирующих действие ксенобиотика на важнейший процесс растения – его фотосинтез. И в то же время результирующим, конечным критерием положительного действия любого агрохимиката должно быть его влияние на продуктивность защищаемой культуры. Поэтому в качестве основной оценки эффективности различных защитных приемов объективно использовать урожайность растения как интегральный показатель всех изменений его метаболизма в конкретных условиях произрастания. При этом оценка воздействия применяемых препаратов на основные звенья обмена веществ, включая такой чувствительный процесс как фотосинтез, служит объективным отражением физиологического статуса растения в онтогенезе.
Цель исследований. Оценить действие на злаковые культуры отдельных пестицидов, РРР и минеральных удобрений с использованием люминесцентных методов исследования для научного обоснования оптимальных норм расхода препарата, повышения экологической безопасности и эффективности средств и приемов защиты растений.
Задачи исследований.
1. Изучить ответную реакцию зерновых культур на воздействие гербицидов по интенсивности прохождения важнейших звеньев обмена веществ: фотосинтетической активности, биосинтеза углеводов, поступления элементов минерального питания, метаболизма гербицидов.
2. Установить взаимосвязь между действием пестицидов и других ФАВ на фотосинтетическую активность культур и урожаем.
3. Изучить возможность использования спектроскопических методов исследования (МИФ, ТЛ, ЭПР) для индикации чувствительности растений к ФАВ и другим стрессовым факторам. Оценить с помощью данных методов характер воздействия пестицидов и РРР на фотосинтетический аппарат чувствительных и устойчивых растений.
4. Разработать с использованием люминесцентных методов экологичную систему применения в посевах зерновых культур препаратов группы сульфонилмочевины и жидкого азотного удобрения (КАС).
5. Изучить последействие гербицидов различных химических групп на посевные качества семян при кратковременном и длительном их хранении.
6. Выявить характер воздействия рострегуляторов на фотосинтетическую активность и продуктивность зерновых культур. Установить возможную взаимосвязь люминесцентных характеристик растения с биометрическими показателями его роста, развития, величиной и качеством урожая.
Научная новизна. Выполненные исследования открывают новое научное направление в оптимизации норм, сроков и способов применения пестицидов и РРР.
Методы термолюминесценции (ТЛ), медленной индукции флуоресценции (МИФ) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) целесообразно использовать для оценки воздействия пестицидов и ФАВ на фотосинтетическую активность растений, по степени изменения которой можно прогнозировать их влияние на продуктивность культуры.
Практическая ценность работы. Методы МИФ и ТЛ рекомендуются для экспрессной оценки степени повреждения растений при кратковременном и длительном воздействии неблагоприятных факторов, оптимизации норм расхода пестицидов, РРР и удобрений, для оценки последействия применяемых препаратов на семена, действия различных ФАВ на новые сорта растений. Эти методы можно использовать при разработке новых гербицидов, для оценки их селективности к культурам и токсического действия на вредные объекты.
Положения, выносимые на защиту.
1. Экспресс-оценка методами медленной индукции флуоресценции и термолюминесценции влияния пестицидов, регуляторов роста и удобрений на фотосинтетический аппарат разных по чувствительности растений в зависимости от нормы расхода препаратов и условий их применения.
2. Баковые смеси препаратов группы сульфонилмочевины с жидким азотным удобрением КАС – эффективный способ снижения нормы расхода гербицидов в посевах зерновых культур.
3. Зависимость фотосинтетической активности в критические стадии роста и развития зерновых культур и их продуктивности от норм расхода пестицидов и регуляторов роста растений.
4. Место действия физиологически активных веществ различных химических групп в электронно-транспортной цепи фотосинтетического аппарата высших растений, различающихся по чувствительности к пестицидам.
5. Изменения качества семян, индуцированные гербицидами, в зависимости от срока хранения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих Всероссийских и международных конференциях: на Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), международных конференциях «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003, 2005, 2007), международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 2003, 2005; Москва, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Роль физиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур» (Москва, 2007), на международных научно-практических конференциях «Агротехнология XXI века» (Москва, 2007) и «Нанотехнологии в сельском хозяйстве» (Москва, 2008), на 15 международном симпозиуме «Современные фунгициды и фунгицидные соединения» (Фридрихрода, Германия, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 работ в международных и отечественных научных журналах и сборниках, в том числе 10 работ – в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора в период с 1982 по 2008 г. При оформлении научных публикаций, постановке проблемы диссертации участие автора было определяющим. Исследования проведены в РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, Институте химической физики РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова. Автор приносит глубокую благодарность проф. В.А. Караваеву, доц. М.К. Солнцеву, проф. А.Н. Тихонову, доц. А.Г. Мякинькову, с.н.с. З.П. Грибовой, проф. В.А. Зинченко, в сотрудничестве с которыми были выполнены некоторые разделы работы. Особую признательность автор выражает научному консультанту д.б.н. проф. Л.А. Дорожкиной за поддержку выполненных исследований, практические замечания и полезные советы, высказанные в процессе написания работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания условий, материалов и методов исследований, 7 глав с описанием результатов экспериментов, заключения, выводов, списка литературы. Материалы диссертации изложены на 335 страницах машинописного текста, включая 18 рисунков и 125 таблиц. Список литературы содержит 449 работ, из них 170 на иностранных языках.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава I. Обзор литературы.
Освещены основные результаты опубликованных исследований по изучению действия пестицидов, рострегулирующих веществ и удобрений на зерновые культуры. Установлены факторы, определяющие воздействие этих веществ на растения. Дан анализ работ по использованию люминесцентных методов, основанных на регистрации медленной индукции флуоресценции (показатель (FMFT)/FT) и термолюминесценции (показатель SA/Sобщ) растительных объектов, для оценки изменения фотосинтетической активности растений под действием различных ксенобиотиков.
Глава II. Методики проведения исследований.
Основными объектами исследований являлись зерновые культуры (яровая пшеница Triticum aestivum L., яровой ячмень Hordeum vulgare L., озимая рожь Secale cereale L.), бобы Vicia faba L., а также сорные растения сурепка Barbarea vulgaris L. и пикульник Galeopsis tetrahit L.
В работе использованы гербициды: производные феноксиуксусной кислоты (2,4-ДА и малолетучие эфиры 2,4-Д (С7–С9)), препараты сульфонилмочевины (гранстар, хармони, глин) и других химических групп (МОН, дуплозан, сатис, дикуран); фунгициды (тилт, байтан-универсал, витавакс-200); жидкое азотное удобрение КАС; рострегулирующие вещества и индукторы устойчивости растений (брассиностероиды, производные гидроксикоричных кислот, цитокинины, кремнийсодержащие соединения, вещества природного происхождения: хитозан, эмистим С, агростимулин и мицефит; растительные экстракты на основе Reynoutria sachalinensis).
Полевые опыты (1982–2007 гг.) проводили согласно методикам опытного дела (Доспехов Б.А., 1985) на селекционно-генетической и полевой станциях РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, на базе НИПТИЖ (г. Клин), в учхозе «Михайловское» Подольского р-на Московской области. Технологии выращивания культур в опытах соответствовали общепринятым для региона. Обработку посевов гербицидами и их смесями с КАС проводили в фазу кущения зерновых. Нормы расхода препаратов соответствовали рекомендованным. В период вегетации отбирали пробы растительной массы по 20 растений с повторности для определения динамики роста и накопления сухой массы, содержания сахаров и остаточных количеств гербицидов, а также для определения люминесцентных показателей. Структуру урожая определяли по пробным снопам с 0,25 м2 в 4-кратной повторности. Данные подвергали статистической обработке (Доспехов Б.А., 1985).
Вегетационные опыты проводили по общепринятым методикам с целью получения более полной информации о действии препаратов на растения.
Методики лабораторных (модельных) опытов и анализов.
Опыты по влиянию 2,4-Д на поглощение меченого фосфора проводили на кафедре атомной физики и радиохимии РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева. Семидневные проростки пшеницы помещали на раствор Кнопа (1/4), содержащий меченый фосфор в форме КН2Р*O4 с удельной активностью 0,2 мКи/мл. Общая радиоактивность раствора составляла 10 мКи/мл. Обработку растений 0,1% раствором эфира 2,4-Д (С7-С9) проводили непосредственно перед пересаживанием их на раствор, содержащий 32Р. Повторность опытов 9-кратная. Определение радиоактивности проводили через 1, 4 и 6 суток после обработки гербицидом на установке РПС-2-ОЗТ.
Для определения влияния уровня питания на эффективность действия 2,4-Д растения выращивали в сосудах всестимостью 1 кг почвы на двух уровнях минерального питания (Соколов М.С., 1995). Через 7 суток после всходов в каждый сосуд при поливе был внесен 32Р с общей активностью 100 мКи/мл. В этот же день растения были обработаны 0,1% раствором 2,4-Д, что соответствовало рекомендованной норме расхода гербицида. Радиактивность измеряли через 2 и 6 суток после обработки.
Влияние 2,4-Д на работу протонной помпы и поглощение ионов калия изучали на семидневных проростках пшеницы. Растения пересаживали на раствор KCl (310-3 М) + CaSO4 (10-4 М) с определенным рH и содержанием ионов калия. Спустя 90, 120, 150 и 210 минут после пересаживания в растворе определяли концентрацию ионов водорода (рН) и содержание в нем ионов калия. Рассчитывали изменения концентрации ионов водорода и калия, отнесенные к единице массы корня, (Н+/г) и (К+/г).
При определении действия гербицидов группы сульфонилмочевины на люминесцентные характеристики листьев использовали растения бобов (Русские черные), которые выращивали при искусственном освещении 14 ч в сутки лампами накаливания общей мощностью 400 Вт с расстояния 40–50 см. В опытах использовали высечки из средней части листьев первого яруса 18–20-дневных проростков, листья которых предварительно обрабатывали глином (д.в. хлорсульфурон). Хлоропласты класса Б из листьев бобов выделяли по методике Тихонова А.Н. и др. (1975). В суспензию хлоропластов вводили растворы глина, гранстара и хармони в концентрациях 10-6 – 10-2 М.
Для оценки последействия гербицидов на физиологическое состояние проростков следующей репродукции использовали семена пшеницы с полевых опытов, проведенных в 1995–1999 гг. Ускоренное старение семян проводили по методике Лихачева Б.С. и др., (1978). Лабораторную всхожесть семян определяли по ГОСТу 12038-92 (1992 г.).
В опытах по изучению действия протравителей на термолюминесцентные показатели семена пшеницы Мироновская 808 обрабатывали байтаном-универсалом, витаваксом 200 и хитозаном в рекомендованных нормах расхода. Обработанные семена использовали для получения 10-дневных растений, листья которых использовали для измерения ТЛ.
Определение показателей качества зерна в полевых опытах проводили по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1988 г.): содержание крахмала – по ГОСТ 10845-76, массу 1000 зерен – ГОСТ 10842-89, содержание белка в зерне – ГОСТ 10846-74.
Содержание сахаров в вегетативной массе и зерне пшеницы и ячменя определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (Dunmire D.L., Otto S.E., 1979). Содержание азота, фосфора и калия в вегетативной массе и зерне определяли по методике, разработанной ЦИНАО (1976), содержание 2,4-Д –газохроматографическим методом (Чкаников Д.И., 1981).
Измерение медленной индукции флуоресценции (МИФ) листьев растений. Для возбуждения флуоресценции использовали осветительную систему диапроектора ЛЭТИ-55. Образцы освещали через широкополосный стеклянный светофильтр СЗС-22 с максимумом результирующего пропускания около 450 нм. Интенсивность возбуждающего света составляла около 50 Вт/м2. Флуоресценцию на длине волны 686 нм, соответствующей максимуму в спектре флуоресценции зеленого листа, выделяли призменным монохроматором спектрофотометра СФ-4 и регистрировали при помощи фотоумножителя ФЭУ-79. После соответствующего усиления сигнал, пропорциональный интенсивности флуоресценции, подавали на прибор КСП-4, с помощью которого регистрировали индукцию флуоресценции с временной разверткой 720 мм/час. Постоянная времени установки составляла около 0,3 с. Высечки из листа общей площадью 15 х 25 мм помещали в держатель, адаптировали к темноте в течение 5 минут, а затем включали возбуждающий свет и регистрировали МИФ. В качестве параметра МИФ использовали отношение (FМ–FТ)/FТ, где FМ интенсивность флуоресценции в максимуме индукционной кривой, FТ стационарный уровень флуоресценции, достигаемый через 6–8 минут освещения. В экспериментах (глава 1) продемонстрировано, что изменения значений (FМ–FТ)/FТ в процентном отношении соответствуют изменениям фотосинтетической активности растений.
Измерение термолюминесценции листьев растений. Кривые термолюминесценции (ТЛ) записывали по лабораторной установке, подробно описанной в работе (Pliqett, Solnzev, 1978). Образцы (высечки из средней части листьев растений) помещали в держатель, освещали дальним красным светом (725 нм) в течение одной минуты, адаптировали к темноте в течение шести минут при комнатной температуре, а затем охлаждали до температуры облучения и освещали полным спектром лампы накаливания КГМ-30-300 (12 Вт/м2) в течение трех минут. После этого образцы охлаждали до 100 С, а затем нагревали со средней скоростью 35 град/мин. Излучение регистрировали в интервале температур 40 90 °С с помощью ФЭУ-79 и усилителя У5-9. Светосумму пиков ТЛ определяли с помощью численного интегрирования. В качестве параметра ТЛ использовали отношение SA/Sобщ (SA – светосумма пика А, Sобщ – общая светосумма ТЛ), изменения которого, как показано в главе 1, соответствуют изменениям фотосинтетической активности растений.
Методика ЭПР-измерений. Для определения барьерных функций цитоплазматических мембран методом ЭПР использовали водорастворимую метку TEMPONE. Среда инкубации содержала также уширитель сигнала – феррицианид калия (100 мМ). Зародыши семян пшеницы инкубировали в растворе спиновой метки в течение 30 минут при комнатной температуре. Затем их извлекали из раствора и помещали в капилляры диаметром 1 мм с добавлением раствора инкубации. Спектры ЭПР регистрировали на спектрометре фирмы «Вариан» модели Е-4 при комнатной температуре 20–22 °С, мощности микроволнового излучения 10 мВ и амплитуде модуляции 0,5 Гс.
Глава III. Действие феноксиуксусных кислот на продуктивность и обмен веществ зерновых культур.
Исследовано влияние гербицида 2,4-ДА, обладающего широким спектром действия, на продуктивность ячменя и пшеницы в полевых опытах. Хотя условия вегетационного периода 1982 г. сложились благоприятно для роста и развития зерновых культур, обработка 2,4-ДА не способствовала увеличению урожайности пшеницы и ячменя. Одна из причин этого – наличие большого числа сорняков, устойчивых к 2,4-ДА. Помимо этого, гербицид мог отрицательно воздействовать на обрабатываемую культуру. 2,4-ДА в условиях данного опыта оказывала существенное негативное влияние на рост растений и накопление ими биомассы (табл. 1).
Таблица 1 – Действие 2,4-ДА на рост и развитие растений пшеницы Московская 21 (полевой опыт 1982 г.)
| Вариант | Недели после обработки | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Высота растений, см | |||||
| Контроль | 50,7 | 55,2 | 60,1 | 65,3 | 70,5 |
| 2,4-ДА | 49,3 | 53,6 | 57,7 | 62,4 | 65,7 |
| НСР05 | 1,9 | 2,3 | 2,2 | 2,5 | 3,7 |
| Сухая масса 10 растений, г | |||||
| Контроль | 12,7 | 16,4 | 29,9 | 26,0 | 38,3 |
| 2,4-ДА | 13,1 | 17,1 | 18,8 | 21,2 | 24,3 |
| НСР05 | 1,2 | 1,5 | 2,9 | 2,7 | 3,6 |
Применение метода медленной индукции флуоресценции позволило установить ослабление фотосинтетической активности растений пшеницы и ячменя при их обработке 2,4-ДА (табл. 2) в период наиболее активного формирования генеративных органов, которое коррелировало со снижением интенсивности роста и развития растений, с одной стороны, и снижением биосинтеза углеводов в вегетативной массе, с другой (табл. 3).
Таблица 2 – Действие 2,4-ДА на фотосинтетическую активность пшеницы и ячменя (значения (FMFT)/FT МИФ, ±0,05)
| Срок после обработки, сутки | Пшеница | Ячмень | |||
| Контроль | 2,4-ДА, 2 л/га | Контроль | 2,4-ДА, 2 л/га | 2,4-ДА, 4 л/га | |
| 7 | 1,00 | 0,85 | 0,80 | 0,60 | 0,55 |
| 14 | 0,95 | 0,80 | 0,75 | 0,55 | 0,50 |
| 21 | 0,80 | 0,80 | 0,65 | 0,60 | 0,50 |
Установлено, что снижение содержания сахаров в вегетативной массе пшеницы наблюдалось сразу же после обработки и сохранялось в течение 9 суток. Подобные изменения были зафиксированы и при обработке 2,4-ДА посевов ячменя. В зерне пшеницы суммарное содержание сахаров практически не отличалось от контроля, однако уменьшилось отношение суммы ди- и трисахаридов к моносахаридам. В вегетативной массе ячменя через сутки после обработки гербицидом содержание глюкозы и фруктозы снизилось почти вдвое по сравнению с контролем. В зерне ячменя наблюдалось уменьшение суммарного содержания сахаров (на 14%). Изменения в содержании и соотношении основных форм сахаров в вегетативной массе пшеницы и ячменя под влиянием гербицида 2,4-ДА свидетельствуют о серьезных перестройках в обмене веществ растений, направленных на преодоление его токсического действия.
Таблица 3 – Влияние 2,4-ДА на содержание сахаров в вегетативной массе пшеницы Московская 21
| Вариант | % от абсолютно сухой массы | |||
| Фруктоза | Глюкоза | Сахароза | Сумма сахаров | |
| 1 сутки после обработки | ||||
| Контроль | 1,44 | 2,63 | 0,83 | 4,90 |
| 2,4-ДА | 1,13 | 1,71 | 0,69 | 3,53 |
| 3 суток после обработки | ||||
| Контроль | 1,62 | 2,47 | 0,84 | 4,93 |
| 2,4-ДА | 1,20 | 1,03 | 0,31 | 2,54 |
| 9 суток после обработки | ||||
| Контроль | 1,85 | 3,52 | 0,72 | 6,09 |
| 2,4-ДА | 1,58 | 2,10 | 0,60 | 4,28 |
Таким образом, в результате воздействия 2,4-ДА на растения пшеницы и ячменя установлено снижение фотосинтетической активности, подавление биосинтеза углеводов, торможение роста и развития растений. Эти изменения не прошли бесследно: урожайность ячменя при применении 2,4-ДА достоверно снизилась по сравнению с контролем, отмечена тенденция к снижению урожайности пшеницы (табл. 4).
Таблица 4 – Действие 2,4-ДА на урожайность пшеницы Московская 21 и ячменя Московский 121 (т/га)
| Вариант | Пшеница | Ячмень |
| Контроль | 1,40 | 3,54 |
| 2,4-ДА, 2 л/га | 1,65 | 3,25 |
| 2,4-ДА, 4 л/га | 3,05 | |
| НСР05 | 0,40 | 0,21 |
Исследована деградация остатков и метаболизм 2,4-Д в вегетативной массе и зерне пшеницы. Значительное содержание 2,4-Д в листьях и стеблях растений обнаружилось через 3 суток после обработки, причем большая часть гербицида сохранялась в листьях растений. Однако происходила довольно быстрая детоксикация гербицида как в листьях, так и в стеблях. Через 9 суток содержание гербицида в листьях уменьшилось в 5,5 раз. В стеблях растений детоксикация 2,4-Д происходила медленнее, и ее количество через 9 суток уменьшилось лишь в 1,8 раза. Через 15 суток после обработки остатки 2,4-Д уже не обнаружились в листьях и стеблях пшеницы (табл. 5).
Таблица 5 – Содержание 2,4-Д в вегетативной массе пшеницы Московская 21 (мг / кг абсолютно сухой массы)
| Вариант | Сутки после обработки 2,4-Д (2 л/га) | ||||
| 3 | 7 | 9 | 13 | 15 | |
| Листья | 34,4 | 28,0 | 6,3 | 1,0 | н/о |
| Стебли | 3,6 | 1,6 | 2,0 | 0,5 | н/о |
Значительная часть гербицида, поступившего в растения, сразу же трансформировалась. Уже через сутки в обработанных листьях пшеницы оставалось 9,6% свободной 2,4-Д. Через 7 суток количество свободной 2,4-Д составляло 3,6%, причем гидроксилированию подверглось 26,9 % поступившего гербицида. Процесс детоксикации гербицида заканчивался в течение 12–15 суток после обработки как пшеницы, так и ячменя, однако именно его присутствием в листьях и стеблях растений в этот период можно объяснить негативное воздействие на культуру. Остаточные количества гербицида в зерне ячменя и пшеницы не обнаружены.
2,4-ДА оказала влияние и на процесс поступления К+ и эмиссию Н+ проростками пшеницы. При этом важную роль играли концентрация гербицида, время экспозиции и условия проведения опытов. 2,4-ДА в обеих концентрациях стимулировала поступление ионов К+ в проростки пшеницы, выращенные при освещении, в течение всего эксперимента. В проростках, выращенных в условиях этиоляции, первоначальная стимуляция (90 мин) сменилась значительным замедлением этого процесса к концу эксперимента.
Таблица 6 – Действие 2,4-Д на поглощение ионов К+ (мМ 10-4 /мин) проростками пшеницы Московская 21
| Вариант | Экспозиция, мин | ||
| 90 | 120 | 150 | |
| Проростки, выращенные на свету | |||
| Контроль | 47,0 | 87,3 | 120,4 |
| 2,4-ДА (10-5 М) | 56,1 | 110,5 | 163,7 |
| 2,4-ДА (10-4 М) | 55,2 | 98,3 | 140,3 |
| НСР05 | 7,3 | 10,5 | 16,1 |
| Проростки, выращенные в условиях этиоляции | |||
| Контроль | 35,2 | 85,4 | 120,5 |
| 2,4-ДА (10-5 М) | 55,3 | 95,3 | 97,2 |
| 2,4-ДА (10-4 М) | 45,7 | 68,3 | 95,3 |
| НСР05 | 8,2 | 9,1 | 10,3 |
Следует отметить, что 2,4-ДА в концентрации 10-4 М оказывала ингибирующее действие уже через 120 мин эксперимента, а в концентрации 10-5 М – через 150 мин (табл. 6).
Можно предположить, что ингибирование поглощения К+ 2,4-ДА обусловлено ее воздействием на транспортные механизмы мембран клетки за счет физико-химического взаимодействия гербицида с мембраной или его действия на энергетические механизмы клетки, что отражается на функционировании Н+-насосов. Под действием 2,4-ДА в обеих концентрациях наблюдалась стимуляция работы протонной помпы и систем поглощения ионов калия в течение всего эксперимента, однако в меньшей степени при более высокой концентрации (10-4 М). Наиболее активное выделение Н+ в раствор отмечалось через 150 минут при концентрации 10-5 М (табл. 7).
Таблица 7 – Действие 2,4-ДА на выделение Н+ (г-и 10-6 /мин) проростками пшеницы Московская 21
| Вариант | Экспозиция, мин | ||
| 90 | 120 | 150 | |
| Проростки, выращенные на свету | |||
| Контроль | 420 | 568 | 712 |
| 2,4-ДА (10-5 М) | 536 | 690 | 850 |
| 2,4-ДА (10-4 М) | 490 | 600 | 752 |
| НСР05 | 30 | 32 | 42 |
| Проростки, выращенные в условиях этиоляции | |||
| Контроль | 310 | 520 | 635 |
| 2,4-ДА (10-5 М) | 420 | 305 | 711 |
| 2,4-ДА (10-4 М) | 380 | 270 | 95 |
| НСР05 | 25 | 28 | 35 |
У проростков, выращенных в условиях этиоляции, видимая связь между выделением Н+ в раствор и поглощением К+ корнями отсутствовала. Вероятно, это связано с тем, что в условиях этиоляции процесс роста 7-дневных проростков происходит преимущественно за счет запасных веществ эндосперма зерновки, а механизмы поглощения клеток корня находятся на этапе формирования из-за дефицита углеводов, которые в процессе окисления их в корнях призваны генерировать АТФ, необходимую для функционирования систем поглощения ионов в клетках корня.
Транспорт 32Р в растения пшеницы под действием 2,4-Д (С7С9) претерпевал значительные изменения, которые обнаруживались уже в первые сутки после обработки – 2,4-Д (С7С9) стимулировала поглощение 32Р пшеницей. Через 3 суток в листья, обработанные гербицидом, поступило значительно больше 32Р, чем в корни, однако суммарная активность растений при обработке гербицидом была ниже, чем в контроле. Через 6 суток 2,4-Д (С7С9) продолжала тормозить поступление фосфора в растения, о чем свидетельствует снижение их суммарной активности (табл. 8).
Таблица 8 – Активность (А, расп. сек./10 раст.) растений пшеницы при действии 2,4-Д (С7С9)
| Вариант | Листья | Корни | Суммарная активность | % А лист. от А | А лист./корн. |
| 1 сутки после обработки | |||||
| Контроль | 18,0 | 7,9 | 25,9 | 62 | 2,2 |
| Обработка 2,4-Д | 23,0 | 11,0 | 34,0 | 67 | 2,1 |
| НСР05 | 6,7 | 2,0 | 3,5 | ||
| 3 суток после обработки | |||||
| Контроль | 112,0 | 17,0 | 129,0 | 86 | 6,2 |
| Обработка 2,4-Д | 92,0 | 18,7 | 110,7 | 83 | 4,9 |
| НСР05 | 16,8 | 1,2 | 2,9 | ||
| 6 суток после обработки | |||||
| Контроль | 302,0 | 70,0 | 370,0 | 82 | 6,6 |
| Обработка 2,4-Д | 281,9 | 52,0 | 333,9 | 84 | 5,6 |
| НСР05 | 19,1 | 5,0 | 35,2 | ||
При выращивании пшеницы с внесением минеральных удобрений в почву ингибирующее действие 2,4-Д (С7С9) на поглощение 32Р было значительно слабее, чем при ее выращивании в условиях низкой обеспеченности элементами минерального питания (табл. 9).
Таблица 9 – Влияние уровня питания на поступление 32Р в растения пшеницы, обработанные 2,4-Д (С7–С9) (активность, распад. с / г воздушно-сухой массы)
| Вариант | Почва | Почва + NPK | ||
| Сутки после обработки | ||||
| 2 | 6 | 2 | 6 | |
| Контроль | 600 | 1150 | 960 | 1270 |
| 2,4-Д | 250 | 660 | 720 | 980 |
| НСР05 | 22 | 29 | 26 | 24 |
Ослабление процессов поглощения элементов питания корневой системой растений при обработках 2,4-ДА и 2.4-Д (С7С9) сопоставимо с изменениями в фотосинтетическом аппарате. Ионы фосфата могут быть эндогенными донорами электронов для хлорофилла реакционного центра фотосистемы 2 (Р680), и замедление их поступления приводит к снижению фотосинтетической активности растений.
Результаты исследований, представленные в главе III, свидетельствуют о существовании тесной взаимосвязи между действием феноксиуксусных кислот на фотосинтетический аппарат растений, физиолого-биохимическими характеристиками роста и развития культуры и ее урожайностью.
Глава IV. Особенности совместного применения гербицидов группы сульфонилмочевины и удобрений.
Изучена возможность уменьшения норм расхода гербицидов при использовании их в баковых смесях с жидким удобрением (КАС) не только с точки зрения их физико-химической совместимости, но и с учетом характера их действия на защищаемую культуру. Лабораторные исследования показали, что все используемые препараты обладают хорошей физико-химической совместимостью между собой и с КАС.
Установлено, что в полевых опытах гербициды глин, гранстар и хармони в рекомендованных нормах расхода повышали урожайность ячменя как при раздельном применении, так и в виде баковых смесей с КАС. Применение баковых смесей гербицидов и КАС позволило снизить нормы расхода препаратов и получить более высокие прибавки урожая ячменя. Наибольшая урожайность обеспечена применением смеси гранстара и КАС (табл. 10). Увеличение урожайности происходило в основном за счет увеличения продуктивной кустистости и массы 1000 зерен.
Таблица 10 – Действие гербицидов и КАС на урожайность ячменя, т/га
| Вариант | Раздельное применение гербицидов и КАС | Баковые смеси с КАС | ||
| 1988 г. | 1989 г. | 1988 г. | 1989 г. | |
| Контроль, б/о | 2,50 | 2,10 | ||
| 2,4-Д, 1 л/га | 2,97 | 2,52 | ||
| Глин, 5 г/га | 3,18 | 3,07 | 3,53 | 3,30 |
| Гранстар, 15 г/га | 3,35 | 3,33 | 3,52 | 3,50 |
| Гранстар, 30 г/га | 3,25 | 3,30 | ||
| Хармони, 15 г/га | 3,20 | 3,11 | 3,39 | 3,29 |
| Хармони, 30 г/га | 3,10 | 3,03 | ||
| НСР05 | 0,15 | 0,13 | 0,15 | 0,13 |
Как при раздельном, так и при совместном применении с КАС гербициды группы сульфонилмочевины не снижали фотосинтетическую активность растений ячменя (значения (FMFT)/FT) не изменялись по сравнению с контролем).
Применение глина, гранстара и хармони в смеси с 2,4-ДА не отражалось на фотосинтетической активности растений, однако добавление в эти смеси КАС приводило к длительному снижению фотосинтетической активности ячменя, что привело к снижению массы зерна с 15 растений (табл. 11).
Таблица 11 – Изменение фотосинтетической активности (значения SA/Sобщ ТЛ, ±0,05) и продуктивности ячменя (НСР05 1,5) при обработке баковыми смесями
| Вариант | Сутки после обработки | Масса зерна 15 растений, г | |||
| 1 | 6 | 14 | 30 | ||
| Контроль 1 (без обработки) | 0,48 | 0,49 | 0,51 | 0,52 | 29,0 |
| 2,4-ДА 1 л/га | 0,47 | 0,48 | 0,48 | 0,50 | 28,9 |
| 2,4-ДА 1 л/га + глин 5 г/га | 0,45 | 0,48 | 0,49 | 0,48 | 29,1 |
| 2,4-ДА 1 л/га + хармони 10 г/га | 0,47 | 0,50 | 0,51 | 0,52 | 28,9 |
| 2,4-ДА 1 л/га + гранстар 10 г/га | 0,52 | 0,53 | 0,52 | 0,53 | 29,0 |
| КАС 97 л/га | 0,46 | 0,44 | 0,43 | 0,45 | 28,1 |
| Глин 5 г/га + 2,4-ДА 1 л/га + КАС | 0,40 | 0,39 | 0,37 | 0,38 | 24,4 |
| Хармони 10 г/га + 2,4-ДА 1 л/га + КАС | 0,42 | 0,40 | 0,41 | 0,43 | 24,6 |
| Гранстар 10 г/га + 2,4-ДА 1 л/га + КАС | 0,41 | 0,39 | 0,38 | 0,41 | 27,1 |
Производственные испытания баковой смеси гранстара с КАС в посевах ячменя подтвердили повышение эффективности обоих компонентов при их совместном использовании. На фоне низкой урожайности ячменя в контроле и при применении 2,4-ДА использование баковой смеси гранстара (15 г/га) и КАС (97 л/га) обеспечило получение значительной прибавки урожая (табл. 12). Гербицидная активность смеси составила 97,8%.
Таблица 12 – Урожайность ячменя Зазерский 85. Производственные испытания 1993 г.
| Вариант | Урожайность, т/га | Прибавка урожая, т/га | |
| к контролю без обработки | к хоз. контролю | ||
| Контроль (без обработки) | 1,20 | ||
| Хозяйственный контроль (2,4-ДА) | 1,75 | 0,55 | |
| Гранстар | 2,15 | 0,95 | 0,40 |
| Гранстар + КАС | 2,37 | 1,17 | 0,62 |
| НСР05 | 0,11 | ||
Изучены особенности поглощения и распределения гербицида глин (д.в. хлорсульфурон) в растениях пшеницы разных сортов. Интенсивность поглощения глина была различной у трех сортов пшеницы и зависела от времени экспозиции и концентрации гербицида. При высокой концентрации (10-3 М) гербицид интенсивно поглощался из раствора проростками пшеницы Московская 35 и Саратовская 29. В этих же условиях поглощение глина проростками пшеницы Ленинградская происходило значительно слабее. Поступивший в растения гербицид в основном локализовался в корнях у всех испытуемых сортов в течение всего эксперимента. Зависимости поступления глина в проростки пшеницы от концентрации были следующими. При низкой концентрации (10-6 М) основная часть препарата поступила в растения пшеницы Московская 35 в течение 15 мин, Саратовская 29 и Ленинградская – 60 мин. При средней концентрации (3 10-5 М) максимальная суммарная радиоактивность растений пшеницы Московская 35 и Саратовская 29 наблюдалась через 210 мин, а Ленинградская – через 270 мин эксперимента (табл. 13–15).
Таблица 13 – Перераспределение глина (14С) в растениях пшеницы сорта Московская 35 в зависимости от концентрации гербицида и времени экспозиции, ДРМ/г сух. массы
| Экспози-ция (мин) | Концентрации глина | ||||||||
| 10-6 М | 310-5 М | 10-3 М | |||||||
| Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | |
| 5 | 4660 | 44526 | 49186 | 4943 | 43122 | 48065 | 4029 | 44730 | 48759 |
| 15 | 4130 | 52881 | 57011 | 3868 | 32008 | 35876 | 4182 | 47511 | 51693 |
| 30 | 4552 | 37099 | 41651 | 3775 | 34180 | 37955 | 4446 | 93230 | 97676 |
| 60 | 4252 | 40404 | 44656 | 4681 | 43314 | 47995 | 6005 | 160476 | 166481 |
| 120 | 4462 | 36464 | 40926 | 4943 | 55297 | 60240 | 5453 | 227512 | 232965 |
| 210 | 4393 | 37457 | 41840 | 5021 | 56381 | 61402 | 5587 | 222410 | 227997 |
| 270 | 4252 | 37200 | 41452 | 5177 | 56502 | 61679 | 5427 | 225071 | 230498 |
Таблица 14 – Перераспределение глина (14С) в растениях пшеницы сорта Саратовская 29 в зависимости от концентрации гербицида и времени экспозиции, ДРМ/г сух. массы
| Экспози-ция (мин) | Концентрации глина | ||||||||
| 10-6 М | 310-5 М | 10-3 М | |||||||
| Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | |
| 5 | 3250 | 44572 | 47822 | 3058 | 72487 | 75545 | 3289 | 54182 | 57471 |
| 15 | 3370 | 44878 | 48243 | 3093 | 73592 | 76685 | 3323 | 55297 | 58620 |
| 30 | 3469 | 45583 | 49052 | 3062 | 74465 | 77527 | 3377 | 56165 | 59542 |
| 60 | 3531 | 142567 | 146098 | 3731 | 52181 | 55912 | 5294 | 70212 | 75506 |
| 120 | 3116 | 104185 | 103601 | 4263 | 92944 | 97207 | 10123 | 99367 | 109490 |
| 210 | 4278 | 120783 | 125061 | 4687 | 146500 | 151183 | 9641 | 130510 | 140151 |
| 270 | 4189 | 145907 | 150096 | 6252 | 136410 | 142662 | 3866 | 128496 | 132362 |
При высокой концентрации глина (10-3 М) пшеница Московская 35 и Саратовская 29 активно поглощали гербицид в течение всего эксперимента. Максимум поглощения наблюдался через 270 и 210 мин соответственно. При данной концентрации у пшеницы Ленинградская максимум поглощения наблюдался через 120 мин. Поступивший гербицид локализовался в основном в корнях всех трех сортов пшеницы (от 80 до 97%). В листьях пшеницы Ленинградская содержалось от 10 до 23,6% поглощенного гербицида, в то время как у пшениц остальных сортов – не более 10%.
Таблица 15 – Перераспределение глина (14С) в растениях пшеницы сорта Ленинградская в зависимости от концентрации гербицида и времени экспозиции, ДРМ/г сух. массы
| Экспози-ция (мин) | Концентрации глина | ||||||||
| 10-6 М | 310-5 М | 10-3 М | |||||||
| Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | Листья | Корни | Сумма | |
| 5 | 3068 | 36225 | 39293 | 3124 | 14952 | 18076 | 3075 | 26563 | 29638 |
| 15 | 3872 | 37885 | 41727 | 3278 | 15897 | 19175 | 3106 | 27981 | 31087 |
| 30 | 3159 | 38931 | 42090 | 3333 | 16791 | 20124 | 3148 | 28531 | 31679 |
| 60 | 3391 | 140600 | 143991 | 3502 | 21191 | 24693 | 3331 | 32755 | 36086 |
| 120 | 3581 | 123693 | 127274 | 3395 | 27338 | 30733 | 13760 | 44478 | 58238 |
| 210 | 8289 | 127302 | 135591 | 3932 | 45991 | 49923 | 7209 | 37584 | 44793 |
| 270 | 7773 | 110107 | 117880 | 7791 | 84514 | 92305 | 3480 | 14663 | 18143 |
Таблица 16 – Действие глина на фотосинтетическую активность и содержание хлорофилла в листьях пшеницы Московская 35 при разной экспозиции на растворах гербицида (мин)
| Вариант (концентрация глина) | SA/Sобщ, % к контролю | Содержание хлорофилла, мг/г сухой массы | ||||
| 60 | 120 | 210 | 60 | 120 | 210 | |
| Контроль | 100 | 100 | 100 | 4,2 | 4,0 | 4,1 |
| 10-7 М | 98 | 93 | 95 | 4,0 | 3,2 | 3,7 |
| 10-6 М | 98 | 87 | 93 | 3,9 | 3,0 | 3,5 |
| 10-5 М | 83 | 83 | 81 | 3,3 | 3,2 | 3,0 |
| 10-4 М | 73 | 73 | 56 | 3,2 | 3,1 | 2,0 |
| 10-3 М | 62 | 60 | 50 | 2,7 | 2,5 | 1,5 |
| 10-2 М | 52 | 52 | 41 | 1,8 | 1,7 | 1,0 |
Фотосинтетическая активность растений пшеницы, обработанной глином, зависела главным образом от концентрации гербицида (табл. 16). При концентрациях 10-7 и 10-6 М значения SA/Sобщ практически не изменялись. Однако увеличение концентрации гербицида приводило к снижению фотосинтетической активности (уменьшению значений SA/Sобщ). Наиболее существенные изменения наблюдались уже через 60 мин экспозиции проростков на растворах гербицида. При увеличении концентрации до 10-2 М глин снижал фотосинтетическую активность (значения SA/Sобщ уменьшались на 17–48 % по сравнению с контролем). Через 210 мин экспозиции значения SA/Sобщ уменьшились и составили 50% и 41% от контроля при концентрации гербицида в растворе 10-3 и 10-2 М соответственно. Возможно, это связано с тем, что глин в высокой концентрации (10-3 М) продолжал активно поглощаться растениями пшеницы (табл. 13).
С увеличением времени экспозиции снижалось содержание хлорофилла в листьях пшеницы по сравнению с контролем при всех концентрациях гербицида (табл. 16).
Наблюдалась тесная взаимосвязь между процессом поступления гербицида в проростки с фотосинтетической активностью растений, которая зависела главным образом от концентрации гербицида. В низких концентрациях глин оказывал слабые, а в высоких – более значительные нарушения в фотосинтетическом аппарате пшеницы. Данные обстоятельства позволяют предположить возможное отрицательное воздействие гербицидов этой группы на культуру в производственных условиях. Полученные результаты следует учитывать при разработке мероприятий по применению производных хлорсульфурона в нашей стране с учетом сортовых особенностей зерновых культур и концентрации гербицида в почвенном растворе.
Глава V. Последействие гербицидов на посевные качества семян при разных сроках хранения.
Изучено последействие на озимую пшеницу обработок гербицидами разных химических групп. Растения выращивали в полевых опытах, их семена оценивались на посевные качества в зависимости от срока хранения. Фотосинтетическую активность проростков из семян второй репродукции определяли люминесцентными методами.
Таблица 17 – Последействие гербицидов на посевные качества семян и ТЛ проростков озимой пшеницы Мироновская 808 после одного года хранения
| Вариант | Энергия прорастания, % | Лабораторная всхожесть, % | SC/Sобщ, ± 0,02 |
| Контроль (без обработки) | 93 | 98 | 0,35 |
| МОН (весенняя обработка) | 91 | 95 | 0,37 |
| МОН (осенняя обработка) | 89 | 92 | 0,42 |
| Дуплозан (осенняя обработка) | 88 | 92 | 0,42 |
| Дикуран (осенняя обработка) | 90 | 95 | 0,36 |
Действие гербицида MON на пшеницу Мироновская 808 в полевом опыте 1994 г. проявилось в том, что ее урожайность достоверно снизилась по сравнению с контролем. Характеристики ТЛ проростков, выращенных из семян полученного урожая, после одного года хранения, свидетельствуют о снижении устойчивости растений к воздействию гербицида (увеличение показателя SC/Sобщ, характеризующего устойчивость мембран хлоропластов к различным воздействиям). Дуплозан не снижал урожайности пшеницы, однако и он оказывал негативное влияние на фотосинтетический аппарат проростков. Последействие гербицидов отразилось и на посевных качествах семян: уменьшилась энергия прорастания (на 2–8 %) и всхожесть (на 3–8 %) (табл. 17).
Таблица 18 – Последействие гербицидов на жизнеспособность семян, ТЛ и МИФ проростков озимой пшеницы Инна, подвергнутых ускоренному старению после одного года хранения
| Вариант | Энергия прорастания, % | Лабораторная всхожесть, % | SА/Soбщ, ± 0,02 | SС/Soбщ, ± 0,03 | (FМFT)/FТ, ± 0,03 |
| Без термообработки | |||||
| Контроль | 98 | 98 | 0,30 | 0,27 | 0,84 |
| Дифезан | 98 | 98 | 0,27 | 0,23 | 0,74 |
| Фенфиз | 98 | 98 | 0,27 | 0,26 | 0,74 |
| 2,4-ДА+лонтрел | 98 | 98 | 0,26 | 0,25 | 0,70 |
| Через 3 суток термообработки | |||||
| Контроль | 94 | 94 | 0,25 | 0,27 | 0,70 |
| Дифезан | 92 | 92 | 0,23 | 0,24 | 0,62 |
| Фенфиз | 88 | 88 | 0,22 | 0,31 | 0,60 |
| 2,4-ДА+лонтрел | 88 | 88 | 0,23 | 0,33 | 0,63 |
| Через 7 суток термообработки | |||||
| Контроль | 96 | 94 | 0,29 | 0,33 | 0,78 |
| Дифезан | 88 | 88 | 0,25 | 0,47 | 0,75 |
| Фенфиз | 96 | 98 | 0,24 | 0,41 | 0,74 |
| 2,4-ДА+лонтрел | 96 | 98 | 0,22 | 0,39 | 0,69 |
| Через 14 суток термообработки | |||||
| Контроль | 66 | 68 | 0,30 | 0,30 | 0,86 |
| Дифезан | 64 | 60 | 0,24 | 0,39 | 0,62 |
| Фенфиз | 65 | 65 | 0,25 | 0,33 | 0,83 |
| 2,4-ДА+лонтрел | 65 | 60 | 0,25 | 0,40 | 0,71 |
В полевом опыте 1998 г. обработка пшеницы сорта Инна дифезаном, фенфизом и смесью 2,4-ДА + лонтрел способствовало повышению ее урожайности. После одного года хранения семена были высококондиционными, энергия прорастания и всхожесть достигали 98% (табл. 18). Применение метода ускоренного старения позволило выявить негативное последействие гербицидов на фотосинтетический аппарат проростков следующей репродукции после одного года хранения. Об этом свидетельствуют изменения показателей ТЛ и МИФ: достоверное уменьшение значений SА/Sобщ и (FМFT)/FТ (характеризуют фотосинтетическую активность), и соответствующее увеличение значений SС/Sобщ (характеризуют устойчивость мембран к неблагоприятным воздействиям) при увеличении продолжительности термообработки (табл. 18). При этом наибольшее ингибирующее действие оказали дифезан и смесь 2,4-ДА + лонтрел.
Негативное последействие гербицидов на посевные качества семян после двух лет хранения усилилось. Наиболее высокую энергию прорастания и лабораторную всхожесть отмечали в контроле, где отсутствовало последействие гербицидов, т.е способность зародышей и семян в целом к быстрой активации ферментных систем и клеточного деления сохранялось высокой. При последействии гербицидов MOН и сатиса способность зародышей противостоять воздействию посторонних факторов, в данном случае длительной термообработке, снижалась, что сопровождалось наибольшим уменьшением энергии прорастания и лабораторной всхожести семян данных вариантов. Последействие гербицидов проявилось в ухудшении характеристик ТЛ проростков (увеличении значений SС/Soбщ, табл. 19).
Таблица 19 – Последействие гербицидов на посевные качества семян и ТЛ проростков озимой пшеницы Мироновская 808 после двух лет хранения и ускоренного старения (50 суток)
| Вариант | Энергия прорастания, % | Лабораторная всхожесть, % | SC/Sобщ, ± 0,02 |
| Контроль (без обработки) | 95 | 98 | 0,36 |
| МОН (весенняя обработка) | 86 | 89 | 0,41 |
| МОН (осенняя обработка) | 81 | 85 | 0,47 |
| Дуплозан (осенняя обработка) | 85 | 86 | 0,46 |
| Дикуран (осенняя обработка) | 87 | 90 | 0,42 |
| Сатис (весенняя обработка) | 83 | 86 | 0,46 |
Таблица 20 – Последействие гербицидов на посевные качества семян и ТЛ проростков озимой пшеницы Инна после трех лет хранения и ускоренного старения (21 сутки)
| Вариант | Урожайность, т/га НСР05 0,25 | Энергия прорастания, % | Лабораторная всхожесть, % | SА/Soбщ, ± 0,03 | SС/Soбщ, ± 0,02 |
| Контроль | 2,32 | 91 | 97 | 0,89 | 0,11 |
| 2,4-ДА, 2 л/га | 2,73 | 90 | 96 | 0,87 | 0,14 |
| Сатис 0,2 кг/га | 3,30 | 90 | 97 | 0,82 | 0,19 |
Обработки озимой пшеницы Инна в полевом опыте гербицидами 2,4-ДА и сатис способствовали увеличению ее урожайности и не отразились на посевных качествах семян следующей репродукции после трех лет хранения (табл. 20). Вместе с тем, последействие гербицидов проявилось в некотором снижении фотосинтетической активности полученных из этих семян проростков (уменьшении значений SА/Sобщ), а также в снижении устойчивости фотосинтетического аппарата таких проростков к неблагоприятным воздействиям (увеличении значений Sс/Sобщ, табл. 20).
Последующие исследования были направлены на непосредственное изучение последействия гербицидов на функционирование клеточных мембран семян при хранении.
В опытах использовали семена, длительное время хранившиеся в стандартных условиях в хозяйствах Московской области, а также семена пшеницы сортов Энита и Инна, полученные из растений, обработанных в полевых опытах гербицидами и хранившиеся в течение двух и трех лет соответственно. Для исследования целостности цитоплазматических мембран была использована водорастворимая спиновая метка TEMPONE. Для количественной оценки целостности мембран клеток зародышей пшеницы использовали параметр R, определенный как отношение амплитуд «полярной» и «неполярной» компонент сигнала ЭПР спиновой метки. Существует достаточно четкая взаимосвязь между значениями параметра R и величиной лабораторной всхожести семян (рис. 1). Опыты показали, что при лабораторной всхожести семян более 85% значения параметра R составляют более 4. Искусственное старение семян, полученных как из необработанных растений, так и из растений, обработанных гербицидами в полевом опыте, приводило к существенному уменьшению параметра R (рис. 2). Последействие обработок гербицидами проявилось уже после трех суток прогревания – значения R в этом случае не превышали 4. С увеличением времени термообработки они продолжали уменьшаться. После 17 суток термообработки значения R для контрольных семян и семян всех гербицидных вариантов не превышали 2 (рис. 2).
Таким образом, были подтверждены и объяснены полученные ранее результаты по изучению последействия гербицидов, примененных в полевых опытах, на семена. Установлена роль целостности цитоплазматических мембран в сохранении высокой всхожести при длительном хранении семян. Данный метод не требует длительных исследований и может оперативно применяться для оценки степени последействия гербицидов на хранящиеся семена.
| Рис.1. Соотношение между параметром R сигнала ЭПР спиновой метки TEMPONE и лабораторной всхожестью семян пшеницы разных лет хранения | Рис.2. Зависимость параметра R сигнала ЭПР спиновой метки TEMPONE для семян пшеницы Инна от продолжительности искусственного старения |
Глава VI. Действие рострегулирующих веществ на
| Рис.1. Соотношение между параметром R сигнала ЭПР спиновой метки TEMPONE и лабораторной всхожестью семян пшеницы разных лет хранения | Рис.2. Зависимость параметра R сигнала ЭПР спиновой метки TEMPONE для семян пшеницы Инна от продолжи-тельности искусственного старения |
Глава VI. Действие рострегулирующих веществ на фотосинтетическую активность, продуктивность и качество урожая зерновых культур.
Изучен характер воздействия ряда рострегулирующих препаратов, различных по химическому строению и источникам получения, применяемых в настоящее время и проходящих испытания, а также растительных экстрактов на фотосинтетическую активность и продуктивность зерновых культур. Действие рострегуляторов зависело от генотипа культуры, условий ее выращивания, химической структуры, способа применения и нормы расхода препарата. При крайне неблагоприятных условиях роста и развития ячменя (в условиях продолжительной засухи) применение эпибрассинолида (эпин-экстра), циркона и гиббереллина при рекомендованных нормах расхода не способствовало повышению урожайности ячменя, а при обработке гиббереллином наблюдалось ее снижение (табл. 21). Все примененные препараты снижали фотосинтетическую активность ячменя в решающие стадии его роста и развития. Вероятно, при сильной засухе, в онтогенезе ячменя применение регуляторов роста в использованных нормах расхода привело к превышению их оптимальной концентрации в растениях (выше критического порога), и поэтому они оказали ингибирующее действие на развитие растений и формирование урожая. Это согласуется с данными, полученными в работе (Halliday K.J., Fankhauser C., 2003).
Таблица 21 – Действие регуляторов роста на фотосинтетическую активность, содержание хлорофилла в листьях растений и урожайность ячменя. Полевой опыт 2002 г.
| Срок после обработки, недели | Контроль | Гиббереллин | Эпин-экстра | Циркон |
| (FMFT)/FT, ± 0,05 | ||||
| 2 | 0,55 (100%) | 0,38 (69%) | 0,15 (27%) | 0,46 (84%) |
| 3 | 0,70 (100%) | 0,69 (99%) | 0,60 (86%) | 0,71 (101%) |
| 5 | 0,35 (100%) | 0,48 (137%) | 0,38 (109%) | 0,51 (146%) |
| Содержание хлорофилла, мг на 1 г сырой массы | ||||
| 2,75 (100%) | 2,21 (80%) | 2,51 (91%) | 2,49 (91%) | |
| Урожайность, т/га НСР05 0,4 | 3,3 | 2,8 | 3,1 | 3,6 |
В условиях, благоприятных для роста и развития зерновых культур, эти же препараты способствовали продолжительному (в течение пяти недель) повышению фотосинтетической активности ячменя (табл. 22). Урожайность ячменя повысилась при применении циркона на 14%, а эпина-экстра на 23% за счет существенного увеличения массы 1000 зерен на 2,8–3,7 г по сравнению с контролем. В этих же условиях эпин-экстра и циркон существенно повысили урожайность озимой ржи как при предпосевной обработке семян (табл. 23), так и при обработке растений в фазу кущения (табл. 24). Наблюдалось длительное стимулирующее воздействие препаратов на фотосинтетическую активность листьев (табл. 23, 24). Во всех случаях увеличение урожайности происходило за счет увеличения массы зерна с главного колоса, числа зерен и массы зерна с растения.
Таблица 22 – Действие регуляторов роста на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT МИФ, % к контролю) и урожайность ячменя. Полевой опыт 2003 г.
| Срок после обработки, недели | Контроль | Гиббереллин | Эпин-экстра | Циркон |
| 1 | 100 | 100 | 112 | 113 |
| 2 | 100 | 98 | 115 | 116 |
| 3 | 100 | 101 | 124 | 120 |
| 5 | 100 | 100 | 120 | 115 |
| Урожайность, т/га НСР05 0,4 | 3,4 | 3,4 | 4,2 | 3,9 |
Таблица 23 – Влияние предпосевной обработки семян эпином-экстра и цирконом на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,37). Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок измерения | Контроль | Эпин-экстра | Циркон |
| 22 октября | 0,55 (100%) | 0,69 (125%) | 0,69 (125%) |
| 5 ноября | 0,68 (100%) | 0,87 (128%) | 0,84 (124%) |
| 15 мая | 0,29 (100%) | 0,36 (124%) | 0,41 (141%) |
| 30 мая | 0,59 (100%) | 0,75 (127%) | 0,72 (122%) |
| 15 июня | 0,58 (100%) | 0,69 (119%) | 0,67 (116%) |
| Урожайность, т/га | 3,78 | 4,38 | 4,66 |
Таблица 24 – Влияние эпина-экстра и циркона на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,3) при обработке вегетирующих растений. Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок после обработки, сутки | Контроль | Эпин | Циркон |
| 1 | 0,60 (100%) | 0,68 (113%) | 0,62 (103%) |
| 7 | 0,61 (100%) | 0,68 (111%) | 0,71 (116%) |
| 14 | 0,60 (100%) | 0,80 (133%) | 0,72 (120%) |
| 21 | 0,58 (100%) | 0,77 (133%) | 0,70 (121%) |
| Урожайность, т/га | 3,3 | 3,8 | 3,9 |
Таблица 25 – Влияние предпосевной обработки семян 6 БАП на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,11). Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок измерения | Контроль | 6 БАП |
| 22 октября | 0,55 (100%) | 0,75 (136%) |
| 5 ноября | 0,68 (100%) | 0,90 (132%) |
| 15 мая | 0,29 (100%) | 0,55 (190%) |
| Урожайность, т/га | 3,78 | 4,10 |
Таблица 26 – Влияние 6 БАП на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,17) при обработке вегетирующих растений. Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок после обработки, сутки | Контроль | 6 БАП |
| 7 | 0,61 (100%) | 0,70 (114%) |
| 14 | 0,60 (100%) | 0,72 (120%) |
| 21 | 0,58 (100%) | 0,75 (130%) |
| Урожайность, т/га | 3,82 | 4,17 |
Действие цитокинина (6 БАП) в опытах 2003–2004 гг. имело сложный характер и зависело от двух факторов: генотипа растения и способа применения. Стимулирующее действие препарата на фотосинтетическую активность озимой ржи наблюдалось при обоих способах применения (предпосевная обработка семян и опрыскивание растений в фазу кущения) (табл. 25, 26); наибольшее увеличение урожая получено при предпосевной обработке семян.
В опыте с ячменем наблюдалось отрицательное воздействие 6 БАП на растения при их обработке в фазу кущения. Оно проявилось в небольшом, но продолжительном угнетении фотосинтетической активности и в конечном итоге – снижении урожайности (табл. 27). Было отмечено отрицательное воздействие 6-БАП на элементы структуры урожая. Снижение урожайности ячменя в этом случае можно объяснить увеличением уровня эндогенного содержания цитокининов в клетках растений, в результате чего дополнительная обработка препаратом 6 БАП привела к угнетению их роста и развития. Необходимо отметить, что применение в этом же году эпина, циркона и гиббереллина позволило получить достоверные прибавки урожайности. Данное обстоятельство позволяет предположить, что при выращивании ячменя примененная норма расхода препарата 6 БАП была завышенной.
Таблица 27 – Влияние 6 БАП на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,03) и урожайность ячменя (НСР05 0,4) при обработке вегетирующих растений. Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок после обработки, сутки | Контроль | 6 БАП |
| 7 | 0,60 (100%) | 0,54 (90%) |
| 14 | 0,67 (100%) | 0,62 (92%) |
| 21 | 0,70 (100%) | 0,64 (91%) |
| Урожайность, т/га | 3,4 | 2,9 |
Эффективность кремнийорганических соединений изучалась в 2003–2007 гг., которые были в целом благоприятными для роста и развития растений. Препараты стимулировали фотосинтетическую активность озимой ржи в течение длительного времени; достоверные прибавки урожая (наиболее высокие – при применении черказа) были получены как при предпосевной обработке семян, так и при обработке вегетирующих растений (табл. 28, 29).
Действие этих же фиторегуляторов на ячмень при опрыскивании растений в фазу кущения было аналогичным. Обработка кремнийсодержащими препаратами способствовала более интенсивному росту и развитию культуры, что проявилось в увеличении ее продуктивности.
Таблица 28 – Влияние предпосевной обработки семян кремний-содержащими препаратами на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,10). Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок измерения | Контроль | Мивал | Крезивал | Черказ |
| 22 октября | 0,55 (100%) | 0,75 (136%) | 0,75 (136%) | 0,68 (124%) |
| 5 ноября | 0,68 (100%) | 0,87 (128%) | 0,90 (132%) | 0,87 (128%) |
| 15 мая | 0,29 (100%) | 0,39 (134%) | 0,38 (131%) | 0,51 (176%) |
| Урожайность, т/га | 3,78 | 3,88 | 3,80 | 4,02 |
Таблица 29 – Влияние кремнийсодержащих препаратов на фотосинтетическую активность (значения (FMFT)/FT, ±0,04) и урожайность озимой ржи (НСР05 0,35) при обработке вегетирующих растений. Полевой опыт 2003–2004 гг.
| Срок после обработки, сутки | Контроль | Мивал | Крезивал | Черказ |
| 7 | 0,61 (100%) | 0,69 (113%) | 0,72 (118%) | 0,75 (123%) |
| 21 | 0,67 (100%) | 0,77 (115%) | 0,75 (112%) | 0,92 (137%) |
| Урожайность, т/га | 3,30 | 3,98 | 4,09 | 4,25 |
Таблица 30 – Фотосинтетическая активность (значения (FMFT)/FT, ±0,04) и урожайность ячменя при обработке растений эмистимом-С, мицефитом и агростимулином. Полевой опыт 2005 г.
| Срок после обработки, сутки | Варианты | |||||
| Контроль | Эмистим-С | Мицефит (нормы расхода) | Агро- стимулин | |||
| Минимальная | Средняя | Максимальная | ||||
| 7 | 0,60 (100%) | 0,66 (110%) | 0,72 (120%) | 0,75 (125%) | 0,58 (98%) | 0,57 (96%) |
| 14 | 0,60 (100%) | 0,78 (130%) | 0,75 (125%) | 0,84 (140%) | 0,60 (100%) | 0,58 (98%) |
| 21 | 0,70 (100%) | 0,85 (122%) | 0,81 (115%) | 0,84 (120%) | 0,77 (110%) | 0,56 (94%) |
| 28 | 0,35 (100%) | 0,39 (112%) | 0,38 (110%) | 0,42 (120%) | 0,37 (105%) | 0,33 (95%) |
| Урожай-ность, т/га НСР05 0,78 | 5,21 | 6,04 | 6,75 | 6,84 | 5,75 | 5,83 |
Препараты эмистим С, агростимулин и мицефит повышали фотосинтетическую активность ячменя в течение месяца после обработки (табл. 30), что способствовало нормальному росту и развитию ячменя в течение вегетации. При применении агростимулина достоверной прибавки урожая не получено. Обработка ячменя препаратом мицефит при его применении в средней норме расхода способствовала достоверному увеличению массы зерна с растения. При увеличении нормы расхода мицефита такого эффекта не наблюдалось. Эти данные согласуются с результатами измерения фотосинтетической активности, когда увеличение нормы расхода мицефита приводило к ее снижению.
Обработка растений ячменя препаратом Milsana и водным экстрактом горца сахалинского Reynoutria sachalinensis в 2005–2007 гг. приводила к достоверному повышению фотосинтетической активности и повышению урожайности (табл. 31).
Таблица 31 – Фотосинтетическая активность (значения (FMFT)/FT, ±0,05) и урожайность ячменя при обработке экстрактами Reynoutria sachalinensis.
| Показатель | Контроль (Н2O) | R. sachalinensis (водный экстракт) | Milsana 0,5% | Milsana 1% |
| Полевой опыт 2005 г. | ||||
| (FMFT)/FT, 13 суток после обработки | 0,45 (100%) | 0,54 (120%) | 0,63 (140%) | 0,51 (114%) |
| Урожайность, т/га НСР05 0,9 | 5,48 | 5,75 | 6,78 | 5,75 |
| Полевой опыт 2006 г. | ||||
| (FMFT)/FT, 11 суток после обработки | 0,35 (100%) | 0,43 (123%) | 0,41 (117%) | 0,39 (112%) |
| Урожайность, т/га (НСР05 0,2) | 3,16 | 3,62 | 3,48 | 3,32 |
| Полевой опыт 2007 г. | ||||
| (FMFT)/FT, 14 суток после обработки | 0,49 (100%) | 0,64 (130%) | ||
| Урожайность, т/га (НСР05 1,35) | 3,38 | 4,84 | ||
Действие рострегуляторов на фотосинтетическую активность и урожайность зерновых культур было сопоставлено с их влиянием на хозяйственно-ценные признаки зерна. При применении эпина-экстра и циркона увеличение урожайности ячменя при благоприятных условиях выращивания сопровождалось улучшением пивоваренных качеств зерна. В условиях продолжительной засухи недобору урожая ячменя соответствовало снижение пивоваренных качеств зерна. Об этом можно судить по увеличению пленчатости и содержания белка. Действие цитокининов было неоднозначным. Применение препарата 6 БАП способствовало достоверному увеличению урожайности озимой ржи, но качество зерна не соответствовало стандарту, о чем свидетельствует значительное снижение показателя «число падения». В то же время снижение урожайности ячменя при обработке посевов этим же препаратом сопровождалось ухудшением пивоваренных свойств зерна (содержание крахмала снизилось на 5,6 %, а экстрактивность – на 7 %). При использовании кремнийсодержащих препаратов достоверное увеличение урожая злаковых культур сопровождалось улучшением качества зерна. Аналогичные результаты были получены при применении водного и спиртового (препарат Milsana) экстрактов горца сахалинского Reynoutria sachalinensis.
Таким образом, установлено, что при применении рострегуляторов в большинстве случаев наблюдалась тесная взаимосвязь между фотосинтетической активностью в период наиболее интенсивного роста и развития растений, урожайностью и качеством урожая зерновых культур.
Глава VII. Оценка чувствительности растений к физиологически активным веществам и стрессовым факторам люминесцентными методами.
Изучены особенности функционального состояния фотосинтетического аппарата ряда высших растений при применении гербицидов различных химических групп, а также фунгицидов, регуляторов роста на основе брассинолида и растительных экстрактов.
Исследована термолюминесценция (ТЛ) и медленная индукция флуоресценции (МИФ) листьев пшеницы, обработанной тербутрином – одним из производных сим-триазина, и (для сравнения) диуроном, ингибирующим перенос электрона между фотосистемами 1 и 2.
Таблица 32 – Изменения относительной светосуммы полосы А ТЛ листьев пшеницы при обработке пшеницы гербицидами тербутрином и диуроном
| Температура облучения, °С | Контроль | Тербутрин | Диурон |
| 50 | 0,28 | 0,19 | 0,15 |
| 40 | 0,53 | 0,25 | 0,20 |
| 30 | 0,72 | 0,47 | 0,33 |
| 20 | 0,54 | 0,33 | 0,23 |
| 10 | 0,25 | 0,22 | 0,15 |
Сравнительный анализ кривых ТЛ, полученных после освещения образцов при -10, -30 и -50°С, позволил сделать вывод об определенном cходстве в действии обоих гербицидов на фотосинтетический аппарат растений. В то же время общая светосумма ТЛ при обработке диурона была, как правило, больше, чем в присутствии тербутрина. С другой стороны, в присутствии диурона меньше вклад в общую светосумму полосы А в интервале температур регистрации от -30 до 0°С (табл. 32). Эти данные свидетельствуют о более сильном ингибирующем действии диурона по сравнению с тербутрином. Исследованные гербициды действуют и на КВК, блокируя, в частности, переходы между S3 и S4-состояниями, ответственными за возникновение полосы А.
| Рис. 3. Характерные кривые ТЛ листьев сурепки в контроле (сплошные кривые) и при обработке лонтрелом (штриховые кривые). Справа от кривых указаны температуры облучения образцов. | Рис. 4. Характерные кривые ТЛ листьев пшеницы (А) и сурепки (Б) в контроле (сплошные линии) и при обработке НДХПК (штриховые линии). Температура облучения -30°С. |
Применение метода ТЛ позволило выявить изменения, вызываемые гербицидами, на донорной и акцепторной стороне фотосистемы 2. Так, установлено, что лонтрел, не являясь типичным ингибитором электронного транспорта при фотосинтезе, практически не воздействовал на фотосинтетический аппарат пшеницы (устойчивое растение), но оказывал негативное воздействие на структурно-функциональные характеристики фотосинтетического аппарата сурепки (чувствительное растение). Обработка лонтрелом сурепки приводила к изменению кривых ТЛ уже при температуре облучения 10 °С (рис. 3), что свидетельствует о нарушениях в процессах переноса зарядов как на донорной, так и на акцепторной сторонах ФС2. На это указывают также следующие изменения кривых ТЛ: уменьшение интенсивности пика А при температурах облучения 30 С и ниже, смещение его в сторону положительных температур, увеличение светосуммы пика В и его смещение в область более низких температур регистрации, а также уменьшение общей светосуммы ТЛ обработанных растений при температуре облучения -70°С (рис. 3).
Нитрил дихлорпиколиновой кислоты (НДХПК) оказывал негативное воздействие на фотосинтетический аппарат не только сурепки, но и пшеницы (рис. 4): пик А смещался в область положительных температур, что указывает на блокирование переходов между S3 и S4-сосотояниями КВК; в обработанных НДХПК листьях возрастала светосумма в области 0–30 С и общая светосумма ТЛ. Вклад SA в Sобщ при температурах облучения 30 °С, 20 °С и 10 °С при обработке НДХПК был на 10–30 % ниже, чем в контроле, что свидетельствует о снижении фотосинтетической активности растений. Таким образом, НДХПК оказывал ингибирующее действие как на электронный транспорт между ФС2 и ФС1, так и на S-состояния КВК.
Рис. 5. Характерные кривые ТЛ хлоропластов бобов в контроле (штриховые линии) и при добавлении препаратов группы сульфонилмочевины различных концентраций (сплошные линии). А – глин, Б – гранстар, В – хармони.
Установлено, что препараты группы сульфонилмочевины (глин, гранстар, хармони) действуют на фотосинтетический аппарат растений сходным образом. Незначительные изменения положения максимумов пиков ТЛ и полуширины пика В (рис. 5) позволили предположить, что гербициды действуют преимущественно на донорную сторону ФС2, стимулируя накопление S3-состояний и блокируя образование состояний S4. С увеличением концентрации негативное воздействие гербицидов на фотосинтетический аппарат усиливалось. Использование метода МИФ позволило установить кинетику проникновения гербицидов группы сульфонилмочевины в листья бобов при корневом поступлении токсикантов.
Детальный сравнительный анализ изменений в фотосинтетическом аппарате ячменя и пикульника под действием препаратов группы сульфонилмочевины (глин, гранстар, хармони) позволил объяснить закономерности их действия в полевом опыте. Незначительное снижение фотосинтетической активности растений ячменя в течение одной – двух недель после их обработки гербицидами было обусловлено их слабым влиянием на донорную сторону ФС2. Обработка гербицидами растений пикульника приводила к значительному снижению фотосинтетической активности, связанному, как предполагается, с их влиянием на акцепторную сторону ФС2. Это влияние, судя по кривым ТЛ, проявилось уже через сутки после обработки гербицидами. Через две недели после обработки наблюдалось значительное уменьшение показателя SА/Sобщ (табл. 33), что свидетельствует о снижении фотосинтетической активности растений. Значительно уменьшалась общая светосумма ТЛ, в силу, по-видимому, падения общей эффективности первичных фотохимических процессов. Во всех случаях наблюдалась интенсивная полоса С в области высоких температур, что указывает на ухудшение структурно-функциональных характеристик мембран тилакоидов. Через месяц после обработки сорные растения пикульника погибли, а фотосинтетическая активность ячменя, судя по значениям SА/Sобщ, полностью восстановилась. Применение гербицидов в виде баковых смесей с жидким азотным удобрением КАС способствовало повышению фотосинтетической активности растений ячменя.
Таблица 33 – Изменения показателей ТЛ листьев ячменя и пикульника через две недели после обработки растений препаратами группы сульфонилмочевины
| Вариант | Ячмень | Пикульник | ||
| SА/Sобщ, % к контролю | Sобщ, % к контролю | SА/Sобщ, % к контролю | Sобщ, % к контролю | |
| Глин | 110 | 120 | 90 | 45 |
| Гранстар | 105 | 95 | 75 | 75 |
| Хармони | 120 | 110 | 90 | 45 |
Использование метода МИФ показало, что обработка семян бобов и огурца эпином-экстра в рекомендованной фирмой-изготовителем концентрации способствует усилению ростовых процессов и повышению фотосинтетической активности растений. При более низких и более высоких концентрациях эпина-экстра стимулирующее действие препарата снижалось. Подобный подход для установления оптимальной нормы расхода эпина-экстра мы применили в полевом и вегетационном опытах с ячменем в 2002 г.
Применение люминесцентных методов исследования позволило получить результаты, значительно расширяющие имеющиеся представления о вреде, приносимом растениям огурца западным цветочным трипсом (ЗЦТ). Показано, что длительное воздействие ЗЦТ приводит к существенным нарушениям в структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата растений. Исследование МИФ и ТЛ листьев огурца со значительными следами повреждения показало, что воздействие ЗЦТ аналогично действию классического ингибитора фотосинтеза гербицида диурона. Методы МИФ и ТЛ позволили выявить изменения, происходящие в фотосинтетическом аппарате еще до появления видимых признаков повреждения листа. Предварительная обработка растений огурца экстрактами горца сахалинского Reynoutria sachalinensis способствовала повышению фотосинтетической активности, что, в конечном итоге, приводило к снижению вредоносности ЗЦТ.
Сравнительный анализ ТЛ листьев пшеницы при протравливании семян препаратами разных химических групп (байтан-универсал, витавакс-200) и индуктором устойчивости хитозаном показал, что хитозан при норме расхода 2–8 г / кг семян не оказывал негативного воздействия на фотосинтетический аппарат проростков пшеницы. Витавакс-200 (2 г / кг семян), байтан-универсал (3 г / кг семян) и хитозан при высоких нормах расхода (20–40 г / кг семян) оказывали некоторое негативное воздействие на протекание окислительно-восстановительных реакций на донорной стороне фотосистемы 2 и в итоге на фотосинтетическую активность проростков в целом.
Обработка ячменя тилтом в фазу выхода в трубку при рекомендованной норме расхода приводила к значительному снижению фотосинтетической активности (на 25–70% в течение двух недель после обработки), что отразилось на дальнейшем росте и развитии растений и привело к снижению урожайности на 3,7 ц/га. Обработка ячменя мочевиной способствовала повышению фотосинтетической активности растений на 13–43%, что приводило к снижению фитотоксического действия тилта.
Таким образом, применение люминесцентных методов МИФ и ТЛ позволило избежать длительных исследований для определения степени воздействия на культуру применяемых препаратов. Показано, что у препаратов различных химических групп характер воздействия на фотосинтетический аппарат был неодинаков. Установлено место их действия в электронно-транспортной цепи высших растений.
ВЫВОДЫ
1. Исследованы биофизические показатели растений, обработанных различными ФАВ (пестицидами, регуляторами роста, удобрениями). Показано, что люминесцентные методы, основанные на регистрации медленной индукции флуоресценции (МИФ) и термолюминесценции (ТЛ), позволяют проводить экспресс-оценку влияния различных стрессоров на физиологическое состояние растений, в зависимости от генотипа растений, нормы расхода препаратов и условий их применения. Установлена высокая положительная корреляция между показателем (FMFT)/FT МИФ и скоростью фотосинтетического поглощения СО2.
2. Установлено, что пестициды, и особенно гербициды в рекомендованных нормах расхода при определенных условиях вызывают изменения в обмене веществ сельскохозяйственных культур, которые сопровождаются угнетением роста и развития растений и в итоге приводят к снижению потенциальной продуктивности культуры. Степень этого снижения зависит прежде всего от чувствительности культуры к препарату, а также от длительности его стрессового воздействия.
3. Стрессовая реакция растения на гербицид связана с модификацией его физиолого-биохимических процессов: снижением фотосинтетической активности и уровня биосинтеза углеводов, угнетением механизмов поглощения элементов минерального питания; в конечном итоге это приводит к ослаблению ростовых процессов и недобору урожая.
4. Ингибирующее действие 2,4-ДА на процессы обмена веществ обнаруживалось только при ее длительном присутствии в растениях. В вегетативной массе пшеницы и ячменя остатки гербицида 2,4-ДА обнаруживались в течение 12–20 суток после опрыскивания, в зерне – отсутствовали. Процесс детоксикации гербицида в растениях пшеницы протекал медленнее, чем в растениях ячменя. Ячмень обладал более выраженной способностью к гидроксилированию 2,4-ДА, чем пшеница.
5. Применение люминесцентных методов исследования позволило выявить различный характер воздействия препаратов сульфонилмочевины и производных 2,4-Д на фотосинтетический аппарат устойчивых и чувствительных растений. Препараты глин, гранстар, хармони при рекомендованных нормах расхода значительно снижали фотосинтетическую активность пикульника и не оказывали существенного воздействия на фотосинтетический аппарат ячменя.
6. Изучены основы физиолого-биохимического действия глина (д.в. хлорсульфурон) на растения с разной чувствительностью к этому препарату. Интенсивность поглощения меченого 14С глина зависела от сорта пшеницы, времени экспозиции и концентрации гербицида. При высокой концентрации (10-3 М) глин интенсивно поглощался из раствора растениями пшеницы, что объясняет его отрицательное воздействие на культуру при высоких нормах расхода. Установлено соответствие между интенсивностью поступления гербицида в проростки и изменением фотосинтетической активности растений. В связи с этим предлагается учитывать степень изменения фотосинтетической активности растений при установлении оптимальных норм расхода гербицидов на основе хлорсульфурона при применении их в производственных условиях.
7. Применение баковых смесей глина и гранстара с КАС было более результативным, чем их раздельное использование. При использовании минимальных рекомендованных норм расхода гербицидов в баковых смесях с КАС сохранялась их высокая гербицидная активность (98%). Максимальные прибавки урожая были получены при применении смеси гранстара (15 г/га) и КАС (97 л/га). Добавление 2,4-ДА в баковые смеси сульфонилмочевин с КАС было неэффективным. Полученные результаты подтверждены производственными испытаниями. На фоне низкой урожайности ячменя в контроле и в варианте применения 2,4-ДА (12,0 и 17,5 ц/га соответственно) использование баковой смеси гранстара (15 г/га) и КАС (97 л/га) обеспечило получение прибавки урожая в размере 11,7 ц/га.
8. Изучение последействия гербицидов на посевные качества семян зерновых культур позволило установить их негативное влияние на энергию прорастания, лабораторную всхожесть и структурно-функциональные характеристики фотосинтетического аппарата растений следующей репродукции. Совместное использование метода ускоренного старения семян, люминесцентных методов и метода спиновых меток выявило особенности последействия гербицидов на семена при хранении (до трех лет) без длительных полевых исследований. Биофизические методы исследования позволили установить изменения в физиологическом состоянии семян, индуцированные гербицидами, не всегда проявляющиеся при оценке посевных качеств стандартными методами.
9. Эффективность применения регуляторов роста зависит от их химического строения, способа применения, нормы расхода препарата, а также от генотипа культуры и условий ее выращивания. В условиях продолжительной засухи применение регуляторов роста растений на ячмене было экономически невыгодным. Все примененные препараты оказывали длительное ингибирующее действие на фотосинтетический аппарат растений, что отразилось на величине урожайности. В условиях, благоприятных для роста и развития зерновых культур, обработка ячменя эпином-экстра и цирконом способствовала повышению его фотосинтетической активности и получению достоверных прибавок урожая хорошего качества. Действие цитокинина (6 БАП) на урожайность проявилось наиболее активно при обработке семян. Кремнийсодержащие соединения были эффективны при обработке как семян, так и вегетирующих растений озимой ржи и ярового ячменя. Применение мицефита при средней норме расхода способствовало наибольшему повышению фотосинтетической активности и урожайности ячменя. Применение растительных экстрактов на основе Reynoutria sachalinensis способствовало стабильному, в течение трех лет, повышению урожайности ячменя. Применение регуляторов роста в большинстве случаев способствовало улучшению технологических свойств зерновых культур. Применение метода медленной индукции флуоресценции в опытах с рострегулирующими веществами позволило установить взаимосвязь между фотосинтетической активностью в период наиболее интенсивного роста и развития растений, урожайностью и качеством урожая зерновых культур.
Предложения производству.
Люминесцентные методы рекомендуется использовать для экспресс-оценки степени воздействия пестицидов, регуляторов роста и других ФАВ на растения с целью оптимизации норм расхода препаратов, определения их последействия на семена, при испытании новых сортов растений, для оценки степени повреждения растений при кратковременном и длительном воздействии неблагоприятных факторов, в научных исследованиях при разработке новых пестицидов, регуляторов роста и других ФАВ.
Публикации по материалам работы
1. Грибова З.П., Зинченко В.А., Гунар Л.Э. Изменение спектров ЭПР листьев пшеницы и ячменя при многолетних обработках семенных посевов гербицидом 2,4-Д // Известия АН СССР, сер. биол., 1985, вып.1, с.72-80.
2. Гунар Л.Э., Зинченко В.А. Поглощение фосфора растениями пшеницы при однолетнем и многолетнем применении 2,4-Д // Известия ТСХА, 1985, №5, с.95–99.
3. Гунар Л.Э., Зинченко В.А. Действие многолетних обработок гербицидами на продуктивность яровой пшеницы при различных уровнях минерального питания // Применение пестицидов и их воздействие на культуры и сорные растения при интенсивной химизации / Сборник научных трудов МСХА им. К.А. Тимирязева. М., 1986, с.22–28.
4. Зинченко В.А., Гунар Л.Э. Реакция пшеницы на удобрения при многолетних обработках ее гербицидами // Применение гербицидов в условиях интенсивной химизации сельского хозяйства / Сборник научных трудов Тимирязевской сельскохозяйственной академии. М., 1986, с.9–17.
5. Кондратьев М.Н., Гунар Л.Э. Реакция систем поглощения ионов калия в корнях пшеницы на многолетние обработки // Интенсификация возделывания полевых культур и морфологические основы устойчивости растений / Сборник научных трудов Тимирязевской сельскохозяйственной академии. М., 1987, с.22–27.
6. Груздев Г.С., Гунар Л.Э., Дряхлова О.В., Зинченко В.А., Игнатова Н.Г., Москаленко Г.П., Небытов В.Г., Таболина Ю.П. Особенности применения гербицидов на ряде поколений зерновых культур // М.: ТСХА им. К.А. Тимирязева, 1988, 20 с.
7. Самойлов Л.Н., Гунар Л.Э. Действие препаратов сульфонилмочевины и жидкого азотного удобрения на ячмень при применении их в виде баковых смесей // Сорные растения и борьба с ними, 1990, №4. Деп. №549ВС-89, 10 с.
8. Груздев Г.С., Гунар Л.Э. Применение новых перспективных гербицидов в смеси с жидким азотным удобрением в посевах ячменя // Сорные растения и борьба с ними, 1990, №4. Деп. №567ВС-89, 10 с.
9. Кондратьев М.Н., Гунар Л.Э. Действие и последействие обработок 2,4-Д на поступление калия в проростки пшеницы // Сорные растения и борьба с ними, 1990, №11. Деп. №550ВС-89, 7 с.
10. Солнцев М.К., Гунар Л.Э., Ташиш В. Действие гербицидов группы сульфонилмочевины на термолюминесценцию листьев и хлоропластов бобов // Известия РАН, сер. биол., 1996, N4, с.502507.
11. Солнцев М.К., Гунар Л.Э. Действие гербицидов группы сульфонилмочевины и комплексных азотных смесей на термолюминесценцию и медленную индукцию флуоресценции листьев и хлоропластов некоторых высших растений // Тезисы докладов 1-й Всероссийской конференции фотобиологов. Пущино, 1996, с.48.
12. Гунар Л.Э., Екобена Ф.А.П., Кузнецов А.М., Караваев В.А., Солнцев М.К. Влияние обработки пшеницы гербицидами в полевом опыте на физиологическое состояние растений следующей репродукции // Материалы 2-го Всероссийского съезда фотобиологов. Пущино, 1998, с.325–326.
13. Гунар Л.Э., Екобена Ф.А.П., Солнцев М.К. О возможности использования хитозана в качестве протравителя семян // Тезисы докладов 2-й Всероссийской научной конференции «Физические проблемы экологии (физическая экология)». Москва, 1999, с.100.
14. Кузнецов А.М., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Полякова И.Б., Солнцев М.К. Влияние гербицидов сатиса и 2,4-D на фотосинтетический аппарат пшеницы следующей репродукции // Тезисы докладов II съезда биофизиков России. Москва, 1999, т.3, с.1040–1041.
15. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Кузнецов А.М., Солнцев М.К., Караваев В.А., Полякова И.Б., Францев В.В. Термолюминесценция листьев ячменя, обработанных регуляторами роста // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков». Ярославль, 2003, с.196–197.
16. Солнцев М.К., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Караваев В.А., Полякова И.Б. Влияние регуляторов роста на люминесцентные показатели листьев ячменя // Материалы V международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Пущино, 2003, т.1, с.341–343.
17. Мякиньков А.Г., Гунар Л.Э., Полякова И.Б., Караваев В.А., Солнцев М.К. Влияние фиторегуляторов на посевные качества семян и фотосинтетическую активность проростков ячменя // Материалы III Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2003, с.91–92.
18. Солнцев М.К., Кузнецов А.М., Гунар Л.Э., Юрина Т.П. Изучение влияния физико-химических факторов на биологические объекты методом термолюминесценции // Тезисы докладов 3-го съезда биофизиков России. Воронеж, 2004, т.2, с.717–718.
19. Караваев В.А., Солнцев М.К., Полякова И.Б., Юрина Т.П., Кузнецова Е.А., Гунар Л.Э. Люминесцентные показатели листьев растений: взаимосвязь с фотосинтезом и перспективы практического применения // Тезисы докладов 3-го съезда биофизиков России. Воронеж, 2004, т.2, с.659–660.
20. Мякиньков А.Г., Гунар Л.Э., Полякова И.Б., Караваев В.А. Изменения люминесцентных и физиологических показателей листьев ячменя под действием эпина // Тезисы докладов 3-го съезда биофизиков России. Воронеж, 2004, т.2, с.687.
21. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Караваев В.А., Полякова И.Б., Солнцев М.К., Кузнецова Е.А. Изменения флуоресцентных и физиологических показателей растений ячменя под действием эпина, циркона и гиббереллина // Вестник Московского государственного университета леса (Лесной вестник), 2004, №3 (34), с.132–136.
22. Karavaev V.A., Gunar L.E., Myakinkov A.G., Solntsev M.K. Fluorescent and physiological characteristics of cereal plants treated with growth regulators // Collection of Scientific Papers, Faculty of Agriculture in Ceske Budejovice, Series for Crop Sciences, 2004, v.21, №2, p.195–198.
23. Караваев В.А., Глазунова С.А., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Солнцев М.К., Школьников Д.Ю. Люминесцентные и биометрические показатели листьев бобов, обработанных эпином // Материалы VI международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Пущино, 2005, т.1, с.259–261.
24. Глазунова С.А. Караваев В.А., Солнцев М.К., Францев В.В., Школьников Д.Ю., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г. Особенности фотосинтетического аппарата листьев бобов, обработанных эпином // Материалы IV международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2005, с.59.
25. Мякиньков А.Г., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Школьников Д.Ю. Фотосинтетическая активность растений ячменя, обработанных регуляторами роста // Материалы IV международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2005, с.157.
26. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Глазунова С.А., Кузнецова Е.А. Люминесцентные показатели здоровых и пораженных трипсом листьев огурца // Вестник Московского государственного университета леса (Лесной вестник), 2006, №3, с.220–223.
27. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Глазунова С.А., Солнцев М.К. Изменения фотосинтетической активности листьев огурцов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis и пораженных трипсом // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Нетрадиционные и редкие растения, природные соединения и перспективы их использования». Белгород, 2006, т.2, с.168–171.
28. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Глазунова С.А., Караваев В.А., Солнцев М.К. Люминесцентные показатели листьев огурцов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis и пораженных трипсом // В сб.: «Роль физиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур». Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию отдела физиологии и биохимии растений ВНИИССОК. Москва, Российский университет дружбы народов, 2007, с.79–84.
29. Karavaev V., Gunar L., Myakinkov A., Schmitt A. Photosynthetic activity and yield structure in barley treated with plant extracts from Reynoutria sachalinensis // Abstracts of the 15th International symposium «Modern fungicides and antifungal compounds». Friedrichroda (Germany), 2007, p.132.
30. Гунар Л.Э., Лисицына Н.А., Хохлова И.К. Применение физических методов для изучения последействия гербицидов в посевах озимой пшеницы // Известия ТСХА, 2007, вып.4, с. 70–81.
31. Мякиньков А.Г., Сычев Р.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А. Фотосинтетическая активность растений ячменя, обработанных тилтом и мочевиной // Материалы V международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2007, с.146.
32. Дорожкина Л.А., Воронин Д.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Глазунова С.А. Люминесцентные показатели листьев ячменя, обработанного гербицидом лограном и кремнийсодержащим препаратом «Силиплант» // Материалы V международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2007, с.58.
33. Karavaev V.A., Gunar L.E., Myakinkov A.G., Schmitt A., Glazunova S.A., Solntsev M.K. Fluorescent characteristics and yield structure of barley treated with plant extract from Reynoutria sachalinensis // In: «Modern fungicides and antifungal compounds V» / Ed. by H.-W. Dehne, U. Gisi, K.H. Kuck, P.E. Russel, and H. Lyr. The British Crop Protection Council, 2008, p.285–288.
34. Гунар Л.Э., Караваев В.А., Сычев Р.В. Действие кремнийорганических соединений на фотосинтетическую активность, урожайность и технологические качества зерновых культур // Известия ТСХА, 2008, вып.2, с.78–82.
35. Глазунова С.А., Караваев В.А., Покровский О.И., Паренаго О.О., Солнцев М.К., Тишкин М.С., Гунар Л.Э. Люминесцентные показатели листьев бобов Vicia faba L., обработанных СКФ-экстрактами Reynoutria sachalinensis // Сверхкритические флюиды. Теория и практика, 2009, №1, с.66–77.
36. Глазунова С.А., Птушенко В.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Тихонов А.Н. Медленная индукция флуоресценции и СО2-обмен листьев бобов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis // Биофизика, 2009, №3, с.495–497.
37. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Глазунова С.А., Караваев В.А. Фотосинтетическая активность, урожайность и технологические качества ячменя, обработанного экстрактами Reynoutria sachalinensis // Известия ТСХА, 2009, вып.2, с.91–96.
38. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Караваев В.А. Применение люминесцентной диагностики для оценки действия ростстимулирующих веществ на урожайность и хозяйственно-ценные признаки зерновых культур // Доклады ТСХА, 2009, вып. 281, с.294–296.
39. Глазунова С.А., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Караваев В.А., Солнцев М.К. Фотосинтетическая активность и продуктивность ячменя, обработанного экстрактом Reynoutria sachalinensis // Материалы VIII международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва, 2009, т.2, с.89–91.
