764.влияние регуляторов роста и бактериальных...

На правах рукописи

БОРИСОВА Галина Алексеевна

ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА И

БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА

МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПРОСА

03.00.12 - физиология растений .

Автореферат

. диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

МОСКВА 1999

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

П

Работа выполнена на кафедре ботаники Пензенского государственного

педагогического университета.

^риъ поа*л*~с.-доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Якушкина Н.И.; доктор биологических наук, профессор

Ковалева Л.В.

Ведущее учреждение - Главный ботанический сад РАН.

Защита состоится Jr<s^trs4^ 1999 г. в 7^ час. на заседа-

нии диссертационного совета Д 120.35.07 в Московской сельскохозяйствен-

ной академии имени К.А. Тимирязева.

Адрес: 127SS0, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет

ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан S(£ (L&tesIkJrfLe. 1999 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета - ^

кандидат биологических наук "" /^^~" Карсункина Н П.


Актуальность темы. Авторегуляция всех процессов в онтоге-незе биологических .объектов осуществляется, главным образом,тремя важнейшими системами: генетической, гормональной и тро-фической. Взаимодействие этих-систем в условиях постоянной сме-ны напряженности факторов среды оказывает решающее влияние натемпы, локализацию и направленность продукционного и другихпроцессов в онтогенезе растений (Шевелуха, 1999).

Переход от изучения действия отдельных гормонов и синтети-ческих регуляторов роста к поэтапному определению гормональногостатуса в онтогенезе, его связи с процессами, определяющими про-дуктивность и качество биологических объектов, установление ролитрофических факторов в их взаимодействии с гормональной регуля-цией и использование этих закономерностей в разработке техноло-гий управления продуктивностью и устойчивостью растительныхобъектов весьма актуален (Полевой, 1982, 1984; Умаров, 1982; Ни-келл, 1984; Сирота, Васюк, 1985; Муромцев, Чкаников, Кулаева,Гамбург, 1987; Шевелуха, 1995; Capper, Campbell, 1986).

Просо является одной из важных широко распространенныхкрупяных культур. Однако продуктивность проса в условиях Сред-него Поволжья сравнительно невелика. Перспективными путями бо-лее полной реализации потенциала проса может стать обработка по-севов регуляторами роста и применение бактериальных препаратов,созданных на основе эффективных штаммов ассоциативных азот-фиксаторов, способных сыграть положительную-роль в улучшенииминерального питания растений, стимуляции ростовых процессов иповышении продуктивности этой ценной крупяной культуры.

Единичные сведения о влиянии отдельных регуляторов роста иштаммов ассоциативных азотфиксаторов на морфофизиологическиепоказатели и урожай проса в литературе имеются (Сиротин, 1969;Gaskins, Hubell, 1979; Dart, Wani, 1982). Однако комплексные иссле-дования эффективности их воздействия на интенсивность ростовыхпроцессов, гормональный баланс, содержание элементов минераль-ного питания и продуктивность растений проса практически не про-водились. • , ;

Цель и задачи исследований. Цель исследований - выявлениезакономерностей морфофизиологических процессов и продуктивно-сти растений проса в зависимости от изменения уровня эндогенныхфитогормонов при использовании регуляторов роста и инокуляциисемян штаммами ассоциативных азотфиксаторов..

В соответствии с поставленной целью были определены сле-дующие задачи: . .

•. изучить влияние регуляторов роста на ранние этапыонтогенеза проса ЦЕНТРАЛЬНАЯ


• установить закономерности изменения морфофизиоло-гических показателей в зависимости от обработки семян и рас-тений бактериальными препаратами и регуляторами роста;

• оценить влияние бактериальных препаратов и регуля-торов роста на нитрогеназную активность ризосферы и содер-жание элементов минерального питания;

• определить изменение эндогенного уровня фитогормо-нов в онтогенезе и его связь с морфофизиологическими харак-теристиками;

• выявить наиболее эффективный вариант обработки се-мян бактериальными препаратами и растений регуляторамироста для говышения продуктивности проса и рекомендоватьиспользование его в производствеНаучная новизна Комплексные исследования по изучению

влияния инокуляции семян ассоциативными азотфнксаторамн и об-работки регуляторами роста на морфофизиологические показатели ипродуктивность растений проса в условиях Пензенской области про-ведены впервые.

Установлено, что под действием регуляторов роста и бактери-альных препаратов изменяется гормональный баланс растений. Наэтом фоне возрастает интенсивность ростовых процессов (увеличи-вается объем корневой системы, площадь листовой поверхности,сырая и сухая масса растений), повышается интенсивность транспи-рации и продуктивность фотосинтеза, увеличивается содержаниеNPK в зеленой массе и зерне. Бактериальные препараты повышаютнитрогеназную активность ризосферы проса, что отражается науровне азотного питания растений и изменении продукционногопроцесса. Проведенные исследования впервые показали принципвзаимного усиления дейстаия фитогормонов и ассоциативных азот-фиксаторов, который может быть пололен в основу разработки ком-плексной модели воздействия на растения проса регуляторами ростаи бактериальными препаратами в условиях дальнейшей интенсифи-кации современного растениеводства.

Ррактнчеекгпе значение работы Обнаружены связи междугормональной реакцией растений и морфологическим ответом на об-работку регуляторами роста и инокуляцию семян ассоциативнымидиазотрофами, свидетельствующие о перспективности оценки кон-центрации фитогормонов как диагностического показателя, которыйможет быть использован для подбора оптимальных условий выра-щивания проса.

Экспериментально обоснована целесообразность использова-ния бактериальных препаратов, изготовленных на основе ассоциа-тивных диазотрофов, относящихся к родам Agrobactenum и


Flavobacterium и регуляторов: роста для повышения урожайностипроса. Рекомендовано совместное применение ризоагрина и гиббе-реллина. •

Проведена производственная проверка результатов исследова-ний в учебно-опытном хозяйстве Пензенской сельхозакадемии.

Даны рекомендации по технологии комплексного использова-ния бактериальных препаратов и регуляторов роста при выращива-нии проса в крестьянских, фермерских и коллективных хозяйствах.

Апробация работы. Результаты исследований доложены нанаучных конференциях профессорско-преподавательского состава,специалистов сельского хозяйства и молодых ученых Пензенскойсельхозакадемии (Пенза, 1997-1999 гг.); Всероссийской научнойконференции «Формирование экологической культуры — актуальнаязадача современности» (Пенза, 1997 г); Всероссийской научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных культури редких с.-х. растений» (Пенза, 1998 г.); Всероссийской научно-практической конференции по селекции и семеноводству с.-х. куль-тур (Пенза, 1999 г.), Пятой Международной конференции «Регуля-торы роста и развития растений» (Москва, 1999 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.Структура и объем диссертации. Работа изложена на 188

страницах машинописного текста. Содержит 20 рисунков, 17 таблици состоит из обшей характеристики, обзора литературы (1 глава),экспериментальной части (4 главы), заключения, выводов и предло-жений, приложений (26 таблиц). Список литературы включает 318наименований, из них 119 зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение влияния регуляторов роста и бактериальных препара-тов на морфофиэиологические процессы и урожай проса проводилив 1995-1997 гг. на базе Пензенской государственной сельскохозяй-ственной академии и лаборатории Государственного центра агрохи-мической службы «Пензенский». Объектом исследований было про-со (Panicum miliaceum) сорта Саратовское б. Растения выращивалина серых лесных супесчаных почвах в полевых мелкоделяночныхопытах, заложенных методом рендомизированных повторений. По-севная площадь делянки - 1,5 м2, учетная - 1 м2, норма высева - 4млн. всхожих зерен на 1 га.

Инокуляцию увлажненных семян ризоагрином и флавобактери-ном, созданных на . основе штаммов ассоциативных диазотрофовAgrobacterium radiobacter 200 и Flavobacterium sp. 30, проводили •


день посева в соответствии с рекомендациями для торфяных бакте-риальных препаратов (Хотянович, 1991)

Экзогенное внесение регуляторов роста - гибберелловой ки-слоты (ГК), 6-бензиламинопурина (6-БАП) и крезаиина - осуществ-ляли в фазу 3-х листьев путем опрыскивания растений с использова-нием смачивателя ОП-7 по стандартному правилу (Клейн, Клейн,1974) При проведении лабораторных исследований семена просазамачивали в течение 10-16 часов в водных растворах следующихконцентраций ГК - 25 мг/л, 6-БАП - 10 мг/л, крезаиина - 5 мг/л

Энергию прорастания и всхожесть семян проса определяли поГОСТу 12038-84, силу роста - по ГОСТу 12036-66

Митотическую активность корневых меристем изучали в воз-расте 2-х, 3-х и 9-ти суток Фиксацию, приготовление давленых пре-паратов и подсчет митотических индексов осуществляли по обще-принятому методу

Изучение физиологических особенностей корневых системпроводили по методике рН-теста (Воробьев, 1988) Проростки по-мещали на 0,1 мМ водный CaSO4 в фитотрон с освещенностью 21тыс эрг/см2, продолжительностью светового дня 16 час , температу-рой +25°С, влажностью 80% Измеряли ацидофицирующую актив-ность на 7-ые, 9-ые и 11-ые сутки в 0,1 мМ CaSO< и 1,0 мМ КС1 (рН5,75-5,78) в течение 5 часов Длину и массу корней проростков оп-ределяли в возрасте 3-х - 11-ти суток

Оценивали следующие морфофизиологические показатели ди-намику ростовых процессов (объем корневой системы, площадь лис-товой поверхности, сырую и сухую массу растений), чистую про-дуктивность фотосинтеза (по Бегншеву), интенсивность транспира-ции, развитие проводящей системы (количество и размеры проводя-щих элементов в анатомических срезах влагалища листа на 18-ый,20-ый и 22-ой день жизни растений), суммарную площадь ксилемы ифлоэмы листа

Активность азотфиксаиии в почве ризосферы проса изучалиацетиленовым методом (Hardy et al, 1973) с использованием газо-жидкостного хроматографа «Цвет -105»

Почвенные образцы отбирали и анализировали в соответствиис методикой Умарова(1976)

Содержание общего азота, фосфора и калия определяли из од-ной навески по методу Гинзбург-Щегловой азот - по Кьельдалю,фосфор - колориметрически, калий - на пламенном фотометре

Для определения содержания основных фитогормонов (ИУК,А), зеатин, АБК) листья проса фиксировали жидким азотом в сле-дующие фазы всходы, цветение, спелость В состав образца входило20-40 проб, проводилось три параллельных определения Гормоны


экстрагировали из гомогената 80%-ным водным этанолом. Экстрактконцентрировали до водной фазы и промораживали. Вытяжки дляопределения содержания ИУК, Aj и АБК подкисляли до рН 2,5-3,0, азеатина - подщелачивали до рН 8,0 и центрифугировали. Препаратыочищали при помощи кислотно-щелочной переэкстракции и ТСХ.Содержание фитогормонов определяли методом высокоэффективнойжидкостной хроматографии. _

Учет урожая проводили поделяночно. Растения проса обмола-чивали на сноповой молотилке.

Периодичность исследований соответствовала основным фазамвегетации и этапам онтогенеза. Все определения проводили в трехбиологических и трех-пяти аналитических повторностях. В таблицахприведены средние арифметические данные из всех повторностей иих среднеквадратичные ошибки. Достоверность результатов оцени-вали с помощью критерия Стъюдента, считая достоверными разли-чия на уровне доверительной вероятности выше 0,95 (Доспехов,1989).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние регуляторов роста на ранние этапы онтогенеза просаДействие экзогенной обработки регуляторами роста реализует-

ся через изменение эндогенного уровня фитогормонов, что оказыва-ет влияние на ряд морфофизиологнческих показателей.

Обработка семян проса регуляторами роста способствовалапрерыванию покоя и активизации процессов прорастания. Наиболеефизиологически активными оказались 6-БАП и ГК (табл. 1). Ониувеличивали энергию прорастания на 5,4% и 12,0%, всхожесть - на7,7% и 12.3%, силу роста - на 8,0% и 21,3%. Крезацин повышалвсхожесть и силу роста на 3,4% и 5,0%.

Таблица 1Посевные качества семян проса

Вариантыопыта

КонтрольГК6-БАПКреэаиин

Энергия

прорастания.%

76,3 + 1,5388,3*+ 1,2381.7*+ 1,4977.7 + 1.60

Всхожесть.

81.393.6'89,084,7

%

+ 0,68+ 0,74

'±0.41" + 1,04

55.076.363,060,0

Сила роста

%

±0,97' + 0,99*±0,65* + 0,86

масса пророст-ков

2.592.90*2,68'2,64'

100 ШТ., Г

+ 0,02+ 0,01±0.01+ 0,01

Примечание: различи* достоверны иа уровне доверитель!(месь и далее)

зй шероштостп выше 0,95


1 Учитывая, что растения, проявляющие высокую интенсивностьростовых процессов зародышевых корней в период перехода от ге-теротрофного питания к автотрофному, образуют в дальнейшем раз-витую корневую систему и оказываются более продуктивными, рас-сматривалось влияние регуляторов роста на изменение меристема-тической активности клеток корня.

Установлены значительные изменения митотической активно-сти корневых меристем 2-х—3-х суточных проростков (рис. 1).

250-,

2004

1504

100 Н

504

84 Часы

Рис.1. Мнтотнческая активность корневых меристем проса под плня-ннем регуляторов роста

• Контроль ВКрезацин • ГК Вб-БАП

В контроле среднее значение митотического индекса (МИ) бы-ло равно 76,9 °/00. Максимум - 92,7°/Оо - соответствовал 54 часам смомента прорастания, относительное увеличение составило 1,21.Наиболее значительные колебания МИ наблюдались при обработке6-БАП: максимум превышал контроль на 137%. Среднее значениесоставило 131,5°/оо, интенсивность клеточных делений возросла в1,7 раза, синхронность - 1,4 раза. Цитокинин хорошо известен своейспособностью влиять на деление клеток, что способствовало форми-рованию представлений о рострегулирующем воздействии природ-


ных и синтетических цитокининов на растение и отдельные его ор-ганы (Мокроносов, 1983; Skoog, Miller, 1957).

Изучение корневых меристем 9-ти суточных проростков просапоказало, что деления в этой фазе становятся асинхронными и ин-тенсивность их снижается по всем вариантам опыта, что, вероятно,связано с падением меристематическоЙ активности клеток главногокорня с увеличением его возраста (Гудков, 1988).

Учитывая, что рост растений происходит и за счет деления,клеток, и за счет растяжения их, анализ динамики роста корня 3-х-11-ти суточных проростков позволил оценить влияние экзогенной об-работки на рост корня в целом.

Воздействие ГК максимально увеличивало длину корня в тече-ние всего периода измерений — через 11 суток наблюдалось превыг

шение контроля на 47%, а 6-БАП дал наибольший прирост корня HR-рез трое суток, что соответствовало высокому значению МИ 2-х-Згх<суточных проростков. При обработке семян крезацином длина корня*3-х суточных проростков несущественно превышала контроль. Затешинаблюдалось достоверное увеличение длины, и в возрасте П-ти.суг-ток она составила 58,9 мм, превысив контроль в 1,2 раза.

: Оценку поглотительной способности корневых систем просацпод действием регуляторов роста проводили в динамике по ацндот-фицирующей активности 7-ми, 9-ти, 11-ти суточных проростков*(рис.2). , "

Исследования показали, что под действием регуляторов*роста,происходит увеличение скорости работы протонных насосов, FIpHiобработке семян ГК ацидофицнрующая активность возрастала; в, U5-1,8 раза в зависимости от сроков проведения эксперимента) FIRHIэтом биомасса корней была наибольшей и в возрасте 11-ти: суток- »•составила ,20,2 мг против 12,8 мг в контроле. Под действием! 6тВАЛ|биомасса корней увеличивалась незначительно, а скорость, работы:протонных насосов возрастала на 29-75%. Максимально изменял,ацидофицирующую активность хрезацин, что обусловлено действи-ем ауксинов на сопряженность выхода ионов водорода с поступле-нием ионов калия, лежащей в основе процессов поглощения (Кларк-сон, 1978). Количество выделенных протонов он увеличивал в 1,5-2р а з а . ': ' • • • . • •.

Биомасса корней превышала контроль в течение всего периодаизмерений и составила в возрасте 11 суток 16,4 мг. Закономерноеизменение протонной активности сохранялось на протяжении пе-риода недифференцированного конуса нарастания и начала форми-рования листьев. Затем происходило снижение скорости поглощенияионов калия.


Контроль 6-БЛП Крезацин

Рис. 2. Ацидофицирующая активность и биомасса корнейпроса под влиянием регуляторов роста

D Активность • Биомасса

Морфофизиологические изменения, происходящие в растенияхпроса на ранних этапах онтогенеза при обработке семян регулятора-ми роста, в значительной степени обусловлены изменением гормо-нального баланса растений (табл. 2).

Таблица 2Содержание эндогенных фитогормонов в растениях проса под

действием регуляторов роста в фазу всходов, нг/г сырой массыВарианты

опытаКонтрольГК6-БАПКрезацин

ИУК

140,5 + 6,97214,0*+ 6,62167,4*+ 9,33260.1*+ 14.21

A j

188,2 + 8.49352,0*+ 27,87249,9*+11,90306.0*+ 19.87

Зеатин

37,8 + 3,6428,7*+ 2,3687,8*+10,6621.8*+ 1,09

АБК

Ю.6 + 0.959.2 + 0.9315,5*+ 0.909,1 + 1,19


В период всходов под действием ГК отмечалось значительное-на 87% повышение содержания Aj. Уровень ИУК возрастал в 1,5раза, а содержание зеатина снижалось на 24%. Имеется ряд доказа-тельств того* что ГК увеличивает уровень ауксинов, усиливая ихбиосинтез (Hemberg, 1972), либо задерживая их разрушение (Kogl,I960); комбинация же ИУК и Aj,,напротив, снижает уровень свобод-ных цитокининов, увеличивая долю связанных форм и воздействуяна транспорт фитогормона (Wollcy, Warcing, 1972).

Под влиянием 6-БАП отмечено повышение содержания ИУК иAj на 19% и 33% соответственно, что связано со способностью ци-токининов ингибировать конъюгацию ИУК, стимулировать сетранспорт (Noor, Hemberg, 1980),. а также положительно влиять науровень гиббереллинов. Содержание зеатина возрастало в 2,3 раза, асодержание АБК - на 46%. .

Крезацин повышал уровень Aj и ИУК на 63 и 85%, снижая ко-личество зеатина почти вдвое, что, возможно, обусловлено способ-ностью ауксинов усиливать деградацию цитокининов через повыше-ние активности цитокинингоксидаз (Palni ct al, 1988). Уровень АБКсоответствовал контролю. . -

Морфофизиологнческие особенности растений просав зависимости от обработки регуляторами роста и

бактериальными препаратамиОбработка растений проса в фазу 3-х листьев регуляторами

роста предшествовала второму этапу органогенеза, который харак-теризуется дифференциацией конуса нарастания и заложением ос-новных органов растений (Куперман, 1977). Гормональное воздейст-вие на этом этапе в значительной мере предопределило рост истроение вегетативной сферы. '

Установлено существенное влияние регуляторов роста на -фор-мирование корневой системы растений проса в течение всего перио-да вегетации. Наиболее эффективным являлся крезацин, который-увеличивал объем корня в разные фазы развития растений на 29-71%, тогда как 6-БАП и ГК на последнем этапе измерений - всего на20% и 24% соответственно. Вцелом по степени воздействия препа-раты располагались в следующий ряд: 6-БАП < ГК < крезацин.

Инокуляция семян бактериальными препаратами способствова-ла увеличению объема корневой системы растений проса на 36-55%,причем ризоагрин индуцировал процессы роста и формированиякорней в большей степени, чем флавобактерин. Как известно, дназо-трофы могут продуцировать витамины, ферменты и другие физиоло-гически активные вещества, способствующие увеличению объема


корневой системы и усилению ее поглотительной способности (Кра-сильников, 1451, Самцевич, 1962)

Сочетание инокуляции с обработкой регуляторами роста уси-ливало рост корней проса превышение над контролем составило пофазам развития 35-87°О Наиболее эффективным окаталось совмест-ное применение ризоагрнна и ГК в фазу спелости объем корня былравен 7,01 см'

Для оценки характера воздействия регуляторов роста и бакте-риальных препаратов на формирование корневой системы растенийпроса вычисляли увеличение объема корня относительно контро in идинамику его изменения в течение вегешцнонно! о пернолл(рис 3 и 4) Установлено, что в вариантах с регуляторами роста прикущении относительное увеличение составляло 1,41-1,54, в флivтрубковання оно возрастало до 1,48-1,71, а в флзу спелости около1,20-1,29

Согласно литературным данным, при однократном воздействииэкзогенными регуляторами разница в росте опытных и контрольныхрастений сглаживается (Якушкина, Вершинина, 1964, Муромцев,Агнистикова, 1984)

Динамика воздействия бактериальных препаратов была иной впериод кущения относительное увечнчение было ишким, а покл<а-тели объема корневой системы проса превышали контроль несуще-ственно, в фазу трубкования относите 1ьное увеличение вофасталодо 1,40-1,55, а с момента выметывания метелки до полного созрева-ния зерна оставалось практически на одном уровне, что, возможно,связано с функционированием диазотрофного рнзоиеноза В резуль-тате показатели объема корневой системы растений проса при ИНО-КУЛЯЦИИ бактериальными препаратами в фазу спелости были выше,чем при действии регуляторов роста

Обработка инокулированных растений регуляторами роста спо-собствовала повышению объема корня относительно контроля в фа-зу кущения до 1,22-1,52, в фазу трубкования он возрастал, а 1атемлибо продолжал увеличиваться (ризоагрин +• ГК), либо оставалсяпрактически ла том же уровне Совместное использование бактери-альных препаратов и регуляторов роста давало более высокие ре-зультаты по сравнению с другими вариантами опыта

Важной характеристикой изменений морфофизиологическихпоказателей растений проса является площадь листовой поверхно-сти Наибольшего значения у одного растения она достигала в фазуцветения, а затем снижалась, что обусловлено подсыханием биомас-сы (Елагин, 1981)

10


1.9

1.8

1.7

1,6

1.5

1.4

1.3

1.1

1.0Кущение Трубконаннс Выметывание Цветение Спелость

Рис. 3. Относительное увеличение объема корневой системы под влияниемрегуляторов роста и бактериальных препаратов

Контроль -•-ГК -•— 6-БАП -•—Крезацин —•— РцзоагриК"к""*>лавоба1стерии

2.0

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

U

U

1.1

1.0

Кушенис Трубкоаание Выметывание Цветение Спелость

Рис. 4. Относительное увеличение объема корневой системы под влияниемсовместного применения регуляторов роста и бактериальных препаратов

— Контроль - о - Рнюагрин-» ГК -•-Риадагрии • 6-БАП—*-Фла1ю6актерин*ГК -«-Фланобактерин * 6-БАП

11


Среди регуляторов роста особенно физиологически активнымиявлялись ГК и 6-БАП Площадь листьев одного растения в «тих в»-риантах превышала контроль на 27-58% и 28-52% в разные фазы ве-гетации. При этом под действием ГК изменялись параметры листо-вой пластинки (увеличивалась длина листа), а под действием 6-БАП- число листьев на одном растении Крезацин увеличивал изучаемыйпоказатель на 23-45%

Ризоагрин и флавобактерин способствовали возрастанию пло-щади листовой поверхности на 34-43% и по степени воздействияпрактически не отличались Обработка инокулированных растенийрегуляторами роста давала лучшие результаты Максимальные nia-чения отмечены в варианте ризоагрин + ГК, где в фазу цветенияплощадь листовой поверхности одного растения составила 3,71 дм :

против 2,48 дм* в контролеИзучение динамики увеличения площади листовой поверхности

показало, что обработка регуляторами роста способствует быстромуросту листьев и формированию мощного ассимилирующего аппаратадо момента выметывания метелки, после чего стимулирующий эф-фект постепенно сглаживается

Бактериальные препараты вызывают положительные измененияна более поздних этапах органогенеза (после выхода в трубку) и со-храняют эту способность до окончания вегетации, давая более высо-кие результаты, чем регуляторы роста При совместном использова-нии бактериальных препаратов и регуляторов роста наблюдается ак-тивиизация ростовых процессов, начиная с фазы кущения и трубко-вания, а затем сохраняется практически до полного созревания зер-на

Растущие органы создают аттрагируюшие центры мобилизациии потребления веществ и сильно влияют на интенсивность фотосин-теза, а также направление и скорость передвижения пластическихасснмилятов Мощной системой эндогенной регуляции на организ-менном уровне является донорно-акцепторная система, функциони-рование которой неразрывно связано с заложением проводящей сис-темы (Мокроносов, Гавриленко, 1992).

В исс1едованиях установлено возрастание количества прово-дящих пучков и общего количества сосудов листа (без изменения ихдиаметра) через 48-144 часа после обработки регуляторами роста(возраст'растений 18-22 дня) (табл. 3) Характерно, что в первуюочередь индуцировалось образование ксилемных элементов, приэтом наиболее эффективным оказался крезацин. Ауксины индуци-руют деление паренхимных клеток и инициируют образование кси-лемных элементов, однако дифференциация клеток осуществляется вкомплексе с другими фитогормонами, которые могут значительно

12


изменять характер их действия (Бутенко, J975) Дифференциацияэлементов фло_шы активизировалась под действием ГК через 96 ча-сов, под действием б-БАП - через 144 часа с момента обработкирастений Крезацин оказывал незначительное влияние на увеличениеплощади флоэмы листа проса. В целом, площадь ксилемы листа поддействием регуляторов роста на данном этапе измерений возрасталана 31-45%, а флоэмы - на 3 1-53%

Таблица 3Формирование проводящей системы листа проса под влиянием

Вариантыопыта

(время по-сле обра-

ботки)48 часов

КонтрольГК6-БАПКрезацин

96 часовКонтрольГК6-БАПКрезацин

144 часаКонтрольГК6-БАПКретацин

регуляторов ростаКоличество

пучков

18.ЦО.5326,0*11.2924,6*10.7622,7*10.44

24,6+0.5630,9*10,9628.3*10,7829.Г+0.91

30.9+0.2038,4"+1,3835.5*1 U 336,3*+0,50

сосудов

59.6+3.5585,9*+4.0185,6*11.6480.0*12.41

76 2i2.62110.2*16.15Ю5.7*+4.88107,6*15.39

104.7l2.89141,2*110.71123.8*12,86132 4*+ПТ7

(1495 -1497 гг )

Диаметрсосудов.

Мкм

8.9+0.259,0+0.208,9+0.368.4+0,44

9,510.289,4+0.249,6+0.399^10,39

9.7+0.3810.5+0,4110,2+0.3210,9*10,49

Общая площадь, мкм*

ксилемы

3772М655605**4935473*15424687*1622

55181485790^*1151

7901*110017923*+987

7870+82812837*+194810304*180113080*+2243

флоэмы

677019449992i 17269324il5958150+1798

120^124818398*1104014323+11081519811499

14891199120582*'-199219538*1176516789+1284

При инокуляции семян бактериальными препаратами (табл 4)фиксированные изменения носили аналогичный характер увеличи-валось количество проводящих пучков, общее количество сосудовлиста, а диаметр сосудов оставался без изменений, что указывает навероятный единый механизм регуляции процессов формированияпроводящих тканей листа, поскольку диазотрофы помимо основнойсвоей функции - фиксировать азот атмосферы в контакте с корнямирастений - могут продуцировать ауксины, гиббереллины, цнтокини-ны, которые влияют на морфофизиологические процессы растений(Tiereta l , 1986).

Совместное воздействие регуляторов роста и бактериальныхпрепаратов дало наибольший эффект - в равной степени индуциро-

13


, Таблица 4Формирование проводящей системы листа проса под влиянием бак-

тернальных препаратов и регуляторов роста (199S-1997 гг.)Варианты

опыта -(время послеобработки)48 часов

КонтрольРизоагринФлэвобактеринРизоагрин+ГК

Ризоагрин+ 6-БАПФлавобактерин+ ГКФлавобактсрин+6-БАП

96 часовКонтрольРизоагринФлавобактеримРизоагрин +ГКРизоагрин+ 6-БАИФлаяобактсрин+ 1ТчФлавобактсрин+ 6-БАП

144 часаКонтрольРизоагринФлавобактсринРизоагрин +IKРизоагрин+ 6-БАП

Флавобактсрин+ ГКФлавобактсрин+ 6-БАП

Количество

пучков '

18,1+0,5325,6*+0,7825,3*+О,2О28,7*11,04

27,2*+О,63

284*11,01

26,2*+042

24,6+0,5632,9*+О,8631.2*+1,1234,0*+1,15

33,6*+1,35

ЗЗ.Г+0,91

32,4*+U5

30,9+0,2035.Г+0.6137,6*+0.8241.8*+i21

40,6*+241

38,4*+0.86

39,6*+147

сосудов

59,6*+34598,2*15,6899,9*+6,15101.7*17,37

98,6*17,80

100,1*16,61

96,6*+6,63

76,2+2,62117,8*13,11108,4*15.01134,4'+10Л4

119,8*18,37

133.0*19,29

1234*111,42

104,7+2,89122,7*14,47134,4*+4,99150.6*+11.72

142,6*+13,38

145.9*+11.87

148,1*+14,40

Диаметрсосудов.

мкм

8.9+0,258.8Ю.2784+0,189,5+0.26

9,4+0.39

9.2+0.29

9^+0^8

94Ю.2894+0.239,4+0.209,8+0,37

9,9+0,46

9,4+0^9

94Ю.31

9.7+04S104+0,509,9+0.2310,610.55

10^+049

1041047

10,1+042

Общая площадь, мкм2

ксилемы

3772+4656272*17495826*+5827416V904

7243*11123

6956*1885

6775*1825

5518+4858065*+4477395*+6О0

10бп5*+1588

9598*Ц387

9512*11191

9198*Ц329

7870+82810765*112161О8О4"Ц24814252*+2414

12592*12322

13502*12417

12575*12416

флоэмы

6770+9448840+12569290+12161081611793

10248+1623

10927+979

951111372

1203511248I697$?i8141546f+52319134+385

16863*1557

1891311186

16405*1955

14891199118О58*Ц15317787*1109021802*12279

21143*12558

20134*+1888

20430*12597

валось образование как ксилемных, так и флозмных элементов про»водящей ткани листа уже на первых этапах исследований (18 дней).

14


Исключение составлял вариант флавобактернн *• 6-БАП, где зтн из-менения проявлялись мере! 46-144 часа после во(действия регулято-рами роста

Иод действием ассоциативных диазотрофов и регуляторов рос-та в течение периода вегетации растений происходило увеличениебиомассы, воздушно-сухого вещества растений и усиления их фото-синтегичеекоП деятельности Наибольшая продуктивность фотосин-теза (ПФ) по всем вариантам опыта отмечена в период кущения-цветения, что соответствовало интенсивному росту и рн «витию веге-тативной сферы Наиболее высокие ре»ультаты были получены присовместном использовании бактериальных препаратов и регуляторовроста

Дополнительное обогащение ризосферы культурных растенийкорневыми диазотрофами путем инокуляции семян во многом опре-детяет улучшение аютного питания растений, так как актинм шруетпроцессы биологической азотфиксации Ннтрогенилшя активностьризосферы проса при обработке растений регуляторами роста в те-чение всего периода вегетации практически не отличалась от кон-троля

Бактериальные препараты и совместное применение их с pciy-ляторами роста способствовали жачительному повышению уровняфиксации азота атмосферы (рис 5) и, как следствие, повышению со-держания общего азота в зеленой массе растений и tepiie

Kvuicime Цветение Спечость

Рис 5 Нитрогеназная активность ризосферы проса под влияниембактериальных препаратов и их сочетаний с регуляторами роста

• Контроль Ш Рн-юагрин И Флавобактерин и Ризоагрин + ГК

• Риэоагрин «• 6-БАП Q Флавобактсрик • ГК • Флавобактерин + 6-БАП

15


Максимум азотфиксации в зоне ризосферы наблюдался в пери-од цветения, а затем происходило снижение нитрогеназной активно»сти до конца вегетации, что согласуется с динамикой корневых вы-делений, имеющей аналогичный вид (Bennett, Lynch, 1981). Из бак-териальных препаратов ризоагрин давал лучшие результаты, чемфлавобактерин. Совместное же применение диазотрофов и регулято-ров роста еще более усиливало фиксацию атмосферного азота (ак-тивиость нитрогеначы возрастала в 1,9-2,5 раза). Действие ТК в со-четаниях оказалось более эффективным, чем 6-БАП.

Для нормального роста и развития сельскохозяйственных куль-тур и получения высоких урожаев необходим достаточно высокийуровень элементов минерального питания, физиологическая роль ко-торых общепризнана. В исследованиях отмечено повышение содер-жания N,P,K и в зеленой массе растений проса, ив зерне под дейст-вием регуляторов роста: наибольший эффект по содержанию азотедал гиббереллин, а по фосфору и калию - 6-БАП. Обработка расте-нийкрезацином повышала их способность к усвоению основных ор-ганогенов, в меньшей степени. '

Ризоагрин и флавобактерин увеличивали в течение периода вегета-ции содержание общего азота в зеленой массе растений в 1,24-1,43 раза,фосфора - в 1,07-1,38 рача и калия - в 1,06-1,30 раза. Ризосферные мик-роорганизмы не только увеличивают поступление биологического азотаза счет азотфиксации, но и трансформируют соединения фосфора в почвес последующей его мобилизацией в растение (Хеймен, 1979). Совместноевоздействие бактериальных препаратов и регуляторов роста повышалосодержание азота в растениях и зерне в 1,26-1,86 раза, фосфора —в 1,18-1,70 раза, калия-в 1,16-1,33 раза. .

Морфологические программы включаются определенным уров-нем и соотношением эндогенных фитогормонов, поэтому измененияроста и развития, происходящие в онтогенезе, были сопоставлены ссодержанием основных фитогормонов в растениях проса, подверг-шихся обработке бактериальными препаратами и регуляторами роста.

В фазу цветения содержание свободных ауксинов и гибберелли-нов под действием регуляторов роста (рис. 6) превышала контроль на57-96% и 30-60%, чему соответствовал ряд морфофизиологических по-казателей. Наиболее высокий уровень А) и ИУК был обнаружен в вари-антах с ГК. Содержание зсатина превышало контроль на 31-70% (мак-симум в варианте с 6-БАП). Уровень АБК повышался •1,28-1,72 раза.Максимальное значение ингибитора фиксировалось в растениях поддействием крезацина, тогда как уровень остальных фитогормонов былнаименьшим.Фаза спелости характеризовалась резким снижением ко-личества ИУК и Aj и увеличением - более чем вдвое - содержания АБКв растениях проса по всем вариантам опыта (рис 7).

•' ' : . • : . • ' • • • 1 6 .


1*»Л I 14S.lI 1ЛД •

Контроль ГК 6-БАП Крезацин

Рис. б. Динамика содержания эндогенных фитогормонов в растениях просапод влиянием регуляторов роста (цветение)

1

1200-1000-800-

600-

400-

200-

/VАз/

Контроль

W

I \ I

ГК 6-БАП

д18.1 |\

^ llS3.T |

i J L

Крезацнн

I&.4ИУК

Зеатин

АБК

Рис. 7. Динамика содержания эндогенных фитогормонов в растениях просапод влиянием регуляторов роста (спелость)

17


АБК

Зеатнн

1 2

Рис. 8. Динамика содержания фитогормонов в растениях проса поддействием бактериальных препаратов и регуляторов роста (цветение)

АБК

Рис. 9. Динамика содержания эндогенных фитогормонов в растенияхпроса под действием бактериальных препаратов я регуляторов роста

. • . (спелость)

- 1-Контроль; 2-Ркюагрга; 3- Флавобшстерня; 4-Рюоагрмв+ГК;5- Рвжигрш+6-БЛП; *- Фяааобмперти-ГК; 7-Фямобмстерт1-^&-БАП

18


Известно, что с возрастом растений происходит перераспрсде- •ление основных фитогормонов н их поступление в созревающиеплоды и семена, а также переход в связанные малоактивные формыпод действием возрастающих концентраций АБК (Рыбицка и др ,1977, Corcoran, 1982) Увеличение содержания АБК в фазу спелостисоответствовало представлениям о том, что именно абсцизовая ки-слота является основным фактором замедления определенных фи-зиологических реакций, связанных со старением тканей и органов(Муромцев, 1979)

Изменение гормонального баланса растений происходило и поддействием бактериальных препаратов и совместного их примененияс регуляторами роста В фазу цветения в растениях значительно воз-растало содержание ИУК (в 2,06-2,39 раза), уровень Аз увеличивал-ся на 55-74% (рис 8) В фазу спелости, несмотря на снижение обще-го уровня ростстимулирующих фитогормонов, сохранялось повы-шенное содержание ИУК во всех опытных образцах (превышениесоставляло 54-133%) (рис 9)

Уровень зеатина возрос в тех же вариантах, что и в фазу цвете-ния (рнзоагрин и флавобактерин в сочетании с 6-БАП) СодержаниеА) увеличилось лишь в варианте рнзоагрин + ГК Характерным длявсех растений проса, инокулированных бактериальными препарата-ми и обработанными регуляторами роста, явилось незначительноеповышение содержания АБК как в фазу цветения, так и в фазу спе-лости

Формирование урожая зерна проса под влняннем регуляторовроста и бактериальных препаратов

Активизация морфофнзиологнческих процессов, а также улуч-шение минерального питания под действием регуляторов роста, бак-териальных препаратов и совместного их применения в значитель-ной мере обусловили формирование урожая растений проса его ве-личина колебалась по разным вариантам в пределах от 24,7 до 34,0ц/га Наиболее высокий результат отмечен при обработке растенийгиббереллином При этом ГК увеличивал количество зерен на расте-нии, а 6-БАП и крезацин повышали его крупность, увеличивая массу1000 зерен Дополнительный урожай в процентах в среднем за тригода представлен на рисунке 10

19


23,120-2 18.6

16,6

Рис. 10. Ьлияние регуляторов роста и бактериальныхпрепаратов на урожайность проса (1995-1997 гг.)

• ПСШКрезацин

ЕЗ Флавобактерин

ЕЭ Рнзоагрнн + 6-БАП

• Флавобактерин + 6-БАП

Н6-БАП

ЕЗРизоагрии

Q Ризоагрин + ГК

В Флавобактерин 4- ГК

Наибольшая абсолютная прибавка урожая (5,7 ц/га) была полу-чена в варианте рнзоагрин + ГК. • . •

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обработка регуляторами роста вызывает изменение гормональ»кого баланса растений проса и соответствующую активизацию рядаморфофизцологических процессов.

На ранних этапах онтогенеза увеличивается митотическая ак-тивность корневых меристем, усиливается рост зародышевых кор-ней, возрастает поглотительная способность корневых систем. Об-работка семян повышает энергию прорастания, всхожесть и силуроста. Наиболее высокие результаты отмечаются в варианте с ис-пользованием ГК. Обработка растений в фазу 3-х листьев влияет неинтенсивность ростовых процессов - увеличивается площадь листо-вой поверхности, объем корневой системы, возрастает биомасса рас-тений, повышается продуктивность фотосинтеза. Под действием ГКвозрастает количество общего азота в растениях; 6-БАП и крезацинв большей мере влияют на поступление фосфора и калия. Гормо-нальное воздействие в первые периоды жизни растений вызываетмощный рост и развитие вегетативной сферы в период до выметыва-ния метелки, что позволяет сформировать больший урожай, несмот-ря на снижение стимулирующего эффекта во второй половине.веге-тации.

20


Инокуляция семян бактериальными препаратами приводит кизменению гормонального баланса растений проса на фоне улучше-ния азотного питания за счет биологической азотфиксации Нитро-геназная активность возрастает, активизируются процессы роста иразвития растений. Стимулирующее воздействие проявляется в пе-риод трубкования-выметывания и сохраняется до конца вегетации,что обусловливает более высокие показатели продуктивности, чем ввариантах с регуляторами роста

При совместном использовании бактериальных препаратов ирегуляторов роста реализуется принцип синергизма - взаимное уси-ление действия фитогормонов и ассоциативных азотфиксаторов, ко-торое может стать основой комплексной модели воздействия на рас-тения в условиях дальнейшей интенсификации современного расте-ниеводства.

ВЫВОДЫ1. Обработка семян проса экзогенными регуляторами роста вызывает

изменение гормонального баланса растений уже в период всходов На фоневысокого содержания Aj и ИУК под влиянием гибберелловой кислоты энер-гия прорастания и всхожесть увеличиваются на 12% и 12,3%, сила роста - на21,3%

6-БАП повышает уровнь зеатина, Aj и ИУК, что приводит к увеличе-нию энергии прорастания, всхожести и силы роста на 5,4%, 7,7% и 8%. Сни-жение содержания зеатина под действием крезацина вызывает менее значи-тельные изменения посевных качеств семян.

2. Активация роста корней проростков проса под влиянием ГК связанас повышением митотической активности корневых меристем и индукциейрастяжения клеток. 6-БАП влияет на интенсивность клеточных делений, акреэацин — на рост клеток растяжением. При этом повышается поглотитель-ная способность корневых систем

3 Под воздействием регуляторов роста происходит интенсивное раз-витие вегетативной сферы' объем корневой системы увеличивается на 20-71%, площадь листовой поверхности возрастает на 23-56%. Рост биомассы инакопление воздушно-сухого вещества обусловливает повышение продук-тивности фотосинтеза на 14-40%. Во вторую половину вегетации ростстиму-лирующий эффект снижается во всех вариантах опыта, что соответствует из-менению содержания основных фитогормонов и увеличению доли АБК.

4. Регуляторы роста увеличивают содержание NPK в зеленой массе изерне проса: ГК способствует усвоению азота, 6-БАП — фосфора и калия.Крезашш влияет на содержание данных элементов в меньшей степени.

5. Отмечено, повышение урожая у растений проса под действием ре-гуляторов роста на 8,9-11,7%. ГК увеличивает количество сформировавших-

21


ся зерен на растении, а 6-БАП и крезацин повышают их крупность и массу1000зерен. : . . . . . .

6. При инокуляция семян проса бактериальными препаратами проис-ходит изменение эндогенного уровня фитогормонов и обнаруживается ихмногостороннее действие на ростовые процессы растений. Объем корневойсистемы увеличивается на-36-55%, площадь листовой поверхности — на 34-43%; на 23-30% и 31-41% возрастает биомасса и количество воздушно-сухоговещества. Стимулирующее воздействие бактериальных препаратов проявля-ется в период трубкования-выметывания и сохраняется до конца вегетации.

7. Бактериальные препараты усиливают нитрогеназную активностьризосферы проса в 1,3-2,5 раза. В результате азотфиксации и поступленияминерального азота из почвы содержание общего азота в зеленой массе изерне возрастает в 1,24-1,43 раза. Содержание фосфора повышается в 1,07-1,38 раза, что связано, вероятно, со способностью ассоциативных бактерий кмобилизации фосфорсодержащих труднорастворимых соединений почвы.Содержание калия увеличивается в 1,06-1,30 раза.

. 8. Установлено повышение урожая проса под действием бактериаль-ных препаратов на 13,4-16,2%. Ризоагрин и флавобактерин способствуютувеличению количества зерна и некоторому повышению его массы.

9. Совместное использование бактериальных препаратов и регулято-ров роста вызывает изменение гормонального баланса растений на фоне по-вышенного минерального питания, что способствует активизации морфофи-зиологических процессов и получению наиболее высокого урожая, которыйвозрастает на 16,6-23%. По сумме изученных показателей наиболее благо-приятные воздействия на растения оказывает совместное использование ри-зоагрина и гиббереллина (прибавка урожая к контролю составляет 5,7 ц/га).

' . ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУПри выращивании проса в крестьянских, фермерских и коллективных

хозяйствах целесообразно проводить инокуляцию семян ризоафином в дозе1 кг на гектарную порцию семян и обработку растений гибберелловой кисло-той в фазу 3-х листьев (концентрация 25 мг/л).

• По теме диссертации опубликованы следующие работы:!. Хрянин В.Н., Борисова Г.А. Влияние регуляторов роста и бактери-

альных удобрений на продуктивность проса //Материалы научной конферен-ции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хо-зяйства. Сборник I. -Пенза, 1997.-С. 113-114.

2. Борисова Г.А., Хрянин В.Н. Эффективность применения регулято-ров роста и бактериальных удобрений в технологии возделывания проса//Материалы Всероссийской научной конференции «Формирование экологи-ческой культуры - актуальная задача соврсменности».Часть II. -Пенза, 1997.-С.61-62.

22


3 Борисова Г.А , Хрянин В Н Влияние ростовых веществ и бактери-альных препаратов на морфофизиологию и урожай проса //Тезисы докладовмолодых ученых.-Пенза, 1998-С 46-48 -

4 Борисова Г А Стимулирующее действие регуляторов роста в сис-теме морфофизиологических показателей растений проса «Интродукция не-традиционных культур и редких с.-х растений». Том 3. -Пенза, 1998 -С. 40-42

5 Борисова Г А. Посевные качества семян проса в зависимости от об-работки регуляторами роста //Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Достижения и перспективы развития селекции исеменоводства с.-х. культур».-Пенза, 1999.-С. 143-144.

6 Борисова Г.А. Регуляция продукционного процесса у проса: дейст-вие регуляторов роста и бактериальных препаратов //Материалы научнойконференции профессорско-преподавательского состава и специалистовсельского хозяйства «Современные проблемы науки в АПК». -Пенза, 1999.-С. 112-113.

7. Борисова Г.А, Хрянин В Н. Индукция ранних ростовых процессоврастений проса регуляторами роста //Тезисы докладов V Международнойконференции «Регуляторы роста и развития растений». —М, 1999.-С. 84.

23


Объем. /,5печ.л. • Зак.569 Тираж /00экз.

. Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства МСХА127550, Москва, ул ; Тимирязевская, 44


764.влияние регуляторов роста и бактериальных...

Documents