УДК 633.11«321»:58.02:631.559

ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ТЕПЛООБЕСПЕЧЕННОСТИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

Л.И. ГОНЧАРОВА

В контролируемых условиях изучали влияние кратковременного УФ-облучения и изменения температурного режима в постлучевой период на продуктивность растений яровой пшеницы. Оценили модифицирующее действие фактора теплообеспеченности на индуцированные УФ-излучением эффекты.

Ключевые слова: УФ-излучение, стимулирующие дозы, теплообеспеченность, яровая пшеница, продуктивность.

 

В практике сельского хозяйства для повышения продуктивности культурных растений в качестве дополнительного средства с успехом применяется ультрафиолетовое излучение (УФИ) в стимулирующем диапазоне доз (1). Оно может использоваться для улучшения посевных качеств семян, а также при облучении растений в целях увеличения биологической и зерновой продуктивности. Преимущество метода УФ-обработки вегетирующих растений заключается в непосредственном воздействии на ростовые и фотосинтетические процессы, ответственные за формирование урожая (2). Широкий диапазон стимулирующих доз позволяет использовать УФ-облучение на различных культурах (1).

Однако эффективность технологических приемов зависит от условий среды, способных модифицировать реакцию растений. Один из основных факторов, влияющих на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур, а также качество формирующихся семян, — температура, оптимальное значение которой видоспецифично (3). Показано также, что в полевых условиях высокая температура (28 °С) может усиливать негативное действие УФ-В-радиации на растения (4).

В связи с отсутствием экспериментальных данных о возможных эффектах УФ-излучения на зерновые культуры при разных уровнях теплообеспеченности целью работы была выбрана оценка влияния кратковременного УФ-облучения в стимулирующих дозах и изменения температурного режима в постлучевой период на продуктивность растений яровой пшеницы.

Методика. Объектом исследований служили растения яровой пшеницы сорта Московская 35. Влияние УФ-радиации и теплового фактора на рост, развитие и урожай изучали в вегетационном опыте в контролируемых условиях (климатические камеры) по полной факторной схеме: 3 дозы облучения (0, 220 и 470 кДж/м2) × 3 температурных режима (10, 20 и 25 °C). В качестве контроля использовали растения, вегетирующие без облучения при температуре 20 °С, что соответствует физиологической норме. УФ-облучение проводили однократно в течение 5 ч в стимулирующих зерновую продуктивность дозах 220 и 470 кДж/м2 (2) в следующие фазы развития растений: 3-й лист, кущение, выход в трубку и колошение. Источник УФИ — ртутные лампы типа ДРТ-400 (Россия) с полихроматическим спектром УФ-излучения. Контрольные и опытные растения до облучения и после температурного воздействия выращивали при 20 °C. Независимое действие теплового фактора и его влияние в постлучевой период оценивали в условиях климатических камер при 10 и 25 °C в течение 10 сут на каждой стадии развития растений. Опыт закладывали по стандартной методике. Pастения культивировали в сосудах объемом 5 л с почвенно-торфяной смесью (по 12 в каждом, повторность 5-кратная). Критериями оценки служили следующие показатели, определенные после завершения вегетации: при воздействии в период 3-й лист—выход в трубку — надземная воздушно-сухая биомасса, зерновая продуктивность и продолжительность вегетационного цикла, в фазу колошения — зерновая продуктивность и продолжительность вегетации. Для статистической обработки данных использовали t-критерий Стьюдента.

Результаты. Оценка влияния температурных режимов на формирование надземной биомассы показала, что наиболее благоприятные условия в течение периода вегетативного роста складывались при температуре 10 °C: фитомасса по отношению к контролю возрастала в среднем в 1,9 раза. Выращивание растений при повышенной температуре (25 °C) в фазу 3-го листа обусловило снижение биомассы в среднем на 17 %, в фазу выхода в трубку — стимулировало ее накопление на 15 % (табл.).

Воздушно-сухая масса надземной части растений и урожай зерна у яровой пшеницы сорта Московская 35 при воздействии УФ-облучения и температурного фактора в разные фазы развития (среднее на 1 растение, n = 60)

Вариант воздействия

Фаза развития растений при воздействии

Продолжи-
тельность периода посев—
восковая спелость, сут

доза УФ-облучения, кДж/м2

темпе-
ратура, оС

3-й лист

кущение

выход в трубку

коло-
шение

В о з д у ш н о - с у х а я   м а с с а, г

0

10

1,02±
0,01***

1,05± 0,02***

1,02±
0,01***

0

20

0,53±
0,01

0,53±
0,01

0,53±
0,01

0

25

0,44±
0,01***

0,55±
0,01

0,61±
0,01***

220

10

1,03±
0,02***

0,87±
0,01***

0,85±
0,01***

470

10

1,05±
0,01***

0,87±
0,01***

0,98±
0,01***

220

20

0,75±
0,02***

0,40±
0,01***

0,40±
0,01***

470

20

0,76±
0,01***

0,44±
0,01***

0,48±
0,01**

220

25

0,33±
0,01***

0,40±
0,01***

0,53±
0,01

470

25

0,32±
0,01***

0,48±
0,01***

0,57±
0,01*

М а с с а   з е р н а, г

0

10

2,26±
0,05***

2,49±
0,07***

2,48±
0,08***

2,20±
0,06***

97

0

20

1,19±
0,03

1,19±
0,03

1,19±
0,03

1,19±
0,03

74

0

25

0,47±
0,22***

0,55±
0,04***

0,61±
0,03***

0,56±
0,03***

67

220

10

2,19±
0,05***

2,18±
0,08***

2,17±
0,05***

2,18±
0,07***

99

470

10

2,22±
0,05***

2,14±
0,08***

2,11±
0,06***

2,09±
0,04***

99

220

20

1,52±
0,05***

1,40±
0,04***

1,42±
0,05***

1,42±
0,04***

71

470

20

1,60±
0,04***

1,37±
0,04***

1,41±
0,04***

1,42±
0,03***

71

220

25

0,38±
0,02***

0,39±
0,04***

0,33±
0,04***

0,60±
0,03***

65

470

25

0,33±
0,02***

0,42±
0,05***

0,31±
0,05***

0,49±
0,02***

65

П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что показатель не определяли.
*, ** и *** Различие с контролем достоверно соответственно при p < 0,05; p < 0,01 и p < 0,001.


Независимо от дозы УФ-радиация при применении в фазу 3-го листа вызывала увеличение биомассы, в период кущение—выход в трубку — приводила к ее уменьшению (в среднем соответственно в 1,4 раза и на 19 % по сравнению с контролем) (см. табл.).

При действии УФ-излучения в фазу 3-го листа и в период кущение—выход в трубку в условиях умеренной температуры (10 °C) выявили повышение биомассы в среднем соответственно в 2,0 и 1,7 раза по сравнению с контролем (см. табл.). Причем пониженная температура после облучения в фазу 3-го листа усиливала стимулирующее действие УФ-радиации на 54 %, а при обработке в последующие стадии развития индуцировала увеличение накопления биомассы в среднем в 2 раза (p < 0,001) на фоне негативного эффекта УФ-излучения при самостоятельном применении.

УФ-облучение в фазы 3-й лист и кущение и дальнейшее культивирование при температуре 25 °C обусловило снижение биомассы по отношению к контролю в среднем соответственно на 39 и 17 %, а применение УФИ в фазу выхода в трубку в дозе 470 кДж/м2 при этом же температурном режиме вызвало увеличение фитомассы на 8 % (см. табл.). В отличие от ростстимулирующего эффекта УФ-воздействия в фазу 3-го листа на фоне оптимальной температуры в условиях повышенной теплообеспеченности в постлучевой период наблюдалось, наоборот, угнетение процесса формирования биомассы в среднем в 2,3 раза (p < 0,001).

Оценка действия температурного фактора на урожай зерна показала, что увеличение зерновой продуктивности в среднем в 2 раза при выращивании в умеренном тепловом режиме (10 °С) сопряжено с удлинением вегетационного периода на 23 сут по отношению к норме (см. табл.). Влияние повышенной температуры (25 °С) в целом было негативным: при воздействии в фазу 3-го листа и в период кущение—колошение масса зерна снижалась в среднем соответственно на 61 и 52 % по сравнению с контролем на фоне сокращения продолжительности вегетационного цикла на 7 сут. Применение УФ-облучения в фазу 3-го листа вызывало увеличение семенной продуктивности по отношению к контролю на 31 %, в период кущение—выход в трубку и в фазу колошения — в среднем на 18 % (для двух периодов) при уменьшении периода вегетации на 3 сут (см. табл.).

УФ-воздействие (независимо от дозы и стадии развития растений) с последующим культивированием при умеренной температуре (10 °C) обусловило повышение урожая зерна в среднем в 1,8 раза по сравнению с контролем на фоне возросшей на 25 сут продолжительности вегетации (см. табл.). Примечательно, что температура 10 °С усиливала стимулирующее действие УФ-излучения, выявленное в отсутствие температурного фактора, в среднем в 1,5 раза (p < 0,001). Повышенная температура (25 °C) в постлучевой период оказывала противоположное действие (см. табл.): масса зерна по сравнению с контролем снижалась в среднем на 54 % для всех изученных периодов, при этом вегетационный цикл сокращался на 9 сут. В отличие от стимулирующего влияния УФИ, наблюдаемого в условиях оптимальной теплообеспеченности, при ее повышении использование облучения в начале вегетации (3-й лист—кущение), в фазы выхода в трубку и колошения обусловило уменьшение урожая зерна соответственно в 3,9 (p < 0,001), 4,4 (p < 0,001) и 2,6 (p < 0,001) раза относительно эффектов, индуцируемых УФ-радиацией.

Отмеченные особенности формирования биологической и зерновой продуктивности под влиянием изученных факторов связаны с различной реакцией растений яровой пшеницы на действие агентов в процессе онтогенеза. Существенно, что неоднозначный ответ на изменение температурного режима, выявленный в отдельные периоды вегетационного цикла, определяется биологическими потребностями генотипа в теплообеспеченности. Так, для большинства сортов яровой пшеницы оптимальная температура в период формирования вегетативных органов — 10-15, во время колошения, налива и созревания зерна — 16-23 °C (5).
Установленное в наших исследованиях не зависящее от применения облучения существенное увеличение надземной биомассы при температуре 10 °С связано с благоприятным и продолжительным прохождением этапов роста в соответствующих потребностям яровой пшеницы условиях температурной зоны активной вегетации, в которой, как считается (3), происходит накопление достаточно большого количества метаболитов для обеспечения высокой семенной продуктивности. В то же время значительное запоздание созревания урожая при формировании высокопродуктивного посева вследствие медленного набора необходимой суммы эффективных температур крайне нежелательно для районов с ограниченными тепловыми ресурсами и коротким безморозным периодом, поскольку позднеспелость может негативно отразиться на стабильности урожая и качестве семян (6).

Наиболее значительное снижение биомассы растений яровой пшеницы при температуре 25 °С, обнаруженное в начале вегетации, обусловлено ее несоответствием требуемой умеренной теплообеспеченности и, как следствие, неблагоприятным влиянием на формирование вегетативных органов (3, 7). В генеративный период развития зерновых культур действие высокой температуры отрицательно сказывается непосредственно на процессе дифференциации колосков и цветков: вследствие сокращения периода формирования цветков их число может уменьшиться на 14-50 % от заложившихся, что существенно снизит урожай (7). Выявленное при облучении в стадию выхода в трубку наиболее значимое угнетение продукционного процесса, индуцированное теплом, связано с совместным неблагоприятным действием исследуемых агентов (4) и согласуется с утверждением о повышенной чувствительности растений в этот период развития, названный критическим (8).

Таким образом, обнаруженная при оценке влияния теплового фактора модификация эффективности УФ-излучения (УФИ) подтверждает необходимость учитывать сложившиеся и ожидаемые условия теплообеспеченности при использовании УФИ в качестве дополнительного агроприема для повышения урожайности. В районах с ограниченными тепловыми ресурсами применение УФ-обработки растений в начале вегетации наиболее целесообразно для увеличения продуктивности биомассы кормовых, фуражных и технических культур, у которых хозяйственную ценность представляет вся надземная часть, и неэффективно для стимуляции урожайности зерна из-за наблюдаемой позднеспелости. На территориях с повышенной теплообеспеченностью использование УФ-излучения для увеличения биологической и семенной продуктивности нецелесообразно. Наилучшие результаты по повышению урожая зерна и сокращению вегетационного периода могут быть получены при УФ-облучении растений в фазу 3-го листа в условиях оптимального (20 °C) температурного режима.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. В о й т о в и ч Н.В., К о з ь м и н Г.В., И п а т о в а А.Г. Перспективы использования физических факторов в сельском хозяйстве. М., 1995.
2. Г о н ч а р о в а Л.И. К вопросу о возможности использования ультрафиолетового излучения для повышения продуктивности зерновых культур. В сб.: Наука — сельскохозяйственному производству и образованию. Смоленск, 2004, 2: 88-91.
3. К о р о в и н А.И. Растения и экстремальные температуры. Л., 1984.
4. К а н а ш Е.В. Влияние УФ-В-радиации на агроэкосистемы. Докл. РАСХН, 2002, 3: 17-20.
5. Агрономия с основами ботаники /Под ред. Н.А. Корлякова. М., 1980.
6. Н е т т е в и ч Э.Д. Повышение потенциала продуктивности зерновых культур и скороспелость. С.-х. биол., 1982, 17(1): 9-13.
7. А л ь т е р г о т В.Ф. Действие повышенной температуры на растение в эксперименте и природе. М., 1981.
8. С к а з к и н Ф.Д. Критический период у растений по отношению к недостатку воды в почве. Л., 1971.

 

EFFECT OF ULTRA-VIOLET RADIATION ON THE PRODUCTIVITY IN SPRING WHEAT IN THE CONDITIONS OF VARIOUS AVAILABILITY OF HEAT

L.I. Goncharova

Under the controlled conditions the author has been studied the effect of short-term UV-radiation and various temperature regimes during post radiation period on spring wheat productivity. The modificating action of the various availability of heat on the effects induced by UV-radiation was estimated.

Key words: UV-radiation, stimulating doses, availability of heat, spring wheat, productivity.

ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
радиологии и агроэкологии
Россельхозакадемии,
249020 Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., 109 км,
e-mail: selezneva@riar.obninsk.org

Поступила в редакцию
20 февраля 2006 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало