Способ оценки эффективности агроприёмов путём измерения стрессоустойчивости растений

Способ оценки эффективности агроприёмов путём измерения стрессоустойчивости растений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам оценки воздействия различных агроприемов при возделывании сельскохозяйственных культур путем измерения стрессоустойчивости растений.

В условиях засушливого Юго-Востока при неравномерном выпадении осадков и высокой температуре воздуха сельскохозяйственные культуры в Поволжье почти ежегодно испытывают стрессовые ситуации при формировании урожая.

Стресс (stress - напряжение) - реакция организма, возникающая под воздействием сильных раздражителей. Является ответом организма на раздражение со стороны окружающей среды (Селье Г. Стресс без дисстресса. - М.: Прогресс, 1979. - 154 с.).

Различные агроприемы способны снизить стрессовую ситуацию. Сюда можно отнести обработку почвы, внесение удобрений, опрыскивание посевов регуляторами роста, растворами микроэлементов и т.д.

Оценить эффективность агроприемов в снижении стрессовых ситуаций и повышении урожайности можно по определению количества свободных аминокислот в растениях. Чем интенсивнее стресс, тем больше образует растение в тканях некоторые аминокислоты (Кириллов А.Ф., Козьмик Р.А., Даскалюк А.П., Кузнецова Н.А., Харчук О.А. Оценка содержания пролина в растения сои при воздействии засухи и засоления. / А.Ф. Кириллов, Р.А. Козьмик, А.П. Даскалюк, Н.А. Кузнецова, О.А. Харчук // Доклады по экологическому почвоведению, 2013, выпуск 18, №1, с. 194-201). Применение различных приемов снижает стрессовую ситуацию, уменьшает концентрацию отдельных аминокислот, например пролина и глицина. Проводя анализ содержания аминокислот в растениях при различных агроприемах для конкретных почвенных и климатических условий, можно выбрать наиболее приемлемые мероприятия, которые в первую очередь снижают стресс растений и повышают урожайность в конкретных условиях.

Известен способ исследования содержания свободных аминокислот в растениях для оценки их засухоустойчивости по вычислению индексов устойчивости, которые выражаются отношением концентрации аминокислоты после стресса к исходной, в результате чего выделяется степень стрессоустойчивости (Заявка РФ на изобретение №2002128069 от 18.10.2002 г., опубл. 20.04.2004 г.).

К недостаткам способа следует отнести то, что при определении стресса от засухи не учитываются другие факторы, оказывающие стресс на растения. Таким образом, данную методику сложно увязать с технологией возделывания сельскохозяйственных культур.

Существует способ определения устойчивости растений к стресс-факторам путем определения замедленной флуоресценции (Способ определения устойчивости растений к стресс-факторам. Патент №2049385 от 29.03 1991, опубликовано 10.12.1995).

К недостаткам способа относится то, что определение замедленной флуоресценции необходимо проводить в одно и то же время суток в лабораторных условиях, что ограничивает использование его на образцах зеленой массы растений и семенах, взятых в полевых условиях.

Существует способ повышения устойчивости растений к высокотемпературным стрессам. В данном способе растения закаливают в термостате, а затем замачивают в 0,3% растворе пролина в течение 15 минут и проводят некорневую подкормку раствором пролина и сахарозы (Способ защиты растений от высокотемпературного стресса. Патент №2253223 от 11.02.2004, опубликовано 10.06.2005).

Существует способ повышения солеустойчивости растений путем замачивания семян в теплом 30-35°C 10-% водном растворе аминокислоты пролина в термостате в течение часа при температуре 30°C. Затем семена промывают в проточной холодной водопроводной воде и подсушивают на фильтровальной бумаге. Потом проращивают и проводят некорневую обработку взошедших растений. Обработку проводят раствором, приготовленным из расчета 15 г пролина, 10 г сахарозы на 100 мл воды. Обработку повторяют через 10-12 суток (Способ повышения солеустойчивости растений. Патент №2209537 от 01.10.2001, опубликовано 10.08.2003).

Недостатком этих двух способов является большая трудоемкость при применении в производственных условиях, так как при больших объемах посевного материала весь описанный процесс занимает много времени. Кроме того, применение пророщенных семян в условиях производства зерновых культур невозможно в связи с тем, что семена с проростками будут повреждаться в процессе транспортировки, загрузки в сеялку и посеве в почву.

Известны методы определения оценки агроприемов по плотности почвы, по агрохимическому анализу почвы, по засоренности и другим показателям (Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию. М.: Колос, 1977, 368 с.; Дурынина Е.П., Егоров В.С. Агрохимический анализ почв, растений, удобрений. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 113 с.; Баздырев Г.И., Лошаков В.Г., Пупонин А.И. и др.; под ред. Пупонина А.И. Земледелие - М.: Колос, 2008. - 567 с.; Зубков Н.В., Зубкова В.М., Соловьев АВ. Разработка системы удобрения в севообороте. Учебное пособие. - М.: ФГОУ ВПО РГАЗУ, 2010. - 204 с.).

Однако перечисленные методы не всегда являются объективными и отличаются низкой оперативностью и высокой трудоемкостью, что существенно ограничивает их практическое использование.

Имеются сведения о положительной корреляции между обеспеченностью растений водой, которая влияет на все процессы в растительном организме, и накоплением в них аминокислоты пролина (Генкель П.А. Физиология растений. - М.: Просвещение, 1975. С. 158. Палфи Г., Бито М., Палфи Т. Свободный пролин и водный дефицит растительных тканей // Физиология растений, 1973. - т. 20. Вып. 2). Поэтому предлагается в неблагоприятных условиях, где растения почти всегда испытывают стресс от засухи, использовать степень накопления пролина для оценки обеспеченности растений водой, интенсивности внутренних процессов в растении и формировании урожая при различных агроприемах.

Технической задачей изобретения является увеличение урожайности сельскохозяйственных культур путем повышения эффективности и своевременности применения различных технологических агроприемов.

Техническим результатом является увеличение урожайности зерновых культур на 18,5-75,3% без значительного повышения затрат на обработку почвы, подкормку удобрениями, опрыскивание микроудобрениями.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что оценку воздействия различных агроприемов на продуктивность растений производят путем измерения их стрессоустойчивости с помощью определения свободного пролина в листьях или зерне до и после проведения агроприемов, с последующим вычислением антистрессового коэффициента, который выражается в отношении концентрации аминокислоты до применения агроприема к концентрации их после применения агроприема, при этом в качестве агроприемов используются или различные виды обработки почвы, или подкормка минеральными удобрениями, или опрыскивание микроудобрениями. Обработка почвы производится однократным или двукратным дискованием. В качестве минеральных удобрений используются азотные или фосфорные удобрения, а в качестве микроудобрений используются Микроэл или гумат калия.

На фигуре 1 представлена зависимость прибавки урожайности от содержания пролина в зеленой массе растений яровой пшеницы.

На фигуре 2 представлена зависимость прибавки урожайности от содержания пролина в зерне яровой пшеницы.

На фигуре 3 представлена зависимость прибавки урожайности яровой пшеницы от величины антистрессового коэффициента.

Для объективной оценки воздействия тех или иных агроприемов необходимо рассчитывать их антистрессовый коэффициент.

Антистрессовый коэффициент выражается в отношении концентрации аминокислоты до применения агроприема (во время стресса) к концентрации ее после применения агроприема. В результате чего можно определить степень антистрессового действия агроприема.

При снижении стрессовой ситуации содержание пролина снижается. Для описания направления и степени связи между показателями использовался коэффициент корреляции, который рассчитывался по формуле вычисления коэффициента корреляции Пирсона.

Где x_i - значения, принимаемые переменной X,

y_i - значения, принимаемые переменой Y,

- средняя по X,

- средняя по Y.

Коэффициент корреляции взаимосвязи урожайности и содержания пролина в зеленой массе растений имеет тесную обратную связь и составляет r=-0,86. Аналогичная зависимость наблюдается при анализе пролина в зерне яровой пшеницы, коэффициент корреляции составляет r=-0,88, то есть r - величина отрицательная. Это лишний раз подтверждает, что с увеличением пролина в растении прибавка урожая снижается, так как повышается стрессовое состояние растений в данных условиях.

Применение различных агроприемов, улучшающих условия развития яровой пшеницы, снижает содержание пролина, и как следствие, и степень воздействия стрессовой ситуации на растение. Чем раньше определяется содержание пролина в растении, тем больше возможности применения различных агроприемов для снижения стрессовой ситуации в процессе вегетации.

Наиболее эффективные агроприемы удобно выбирать с использованием антистрессового коэффициента. Коэффициент корреляции зависимости прибавки урожайности от антистрессового коэффициента показывает тесную прямую связь этих показателей, r=0,78, то есть r - величина положительная.

Способ является универсальным, так как может использоваться на различных культурах при различных почвенно-климатических условиях. В основе способа лежит определение степени накопления пролина в зерне пшеницы в процессе воздействия на растения различными агроприемами, которое выражается величиной антистрессового коэффициента, для чего проводят определение свободного пролина в листьях или зерне до и после проведения агроприемов.

Отличие заявляемого способа от предлагаемых аналогов заключается в определении эффективности различных агроприемов и их противострессового действия путем вычисления антистрессового коэффициента. Способ антистрессовой оценки агроприемов отличается оперативностью, рентабельностью и простотой в исполнении.

Заявленный способ можно легко применять в полевых условиях, так как антистрессовый коэффициент определяется в образцах зеленой массы растений и зерна, взятых с конкретной площади в процессе вегетации растений.

Способ позволяет находить в различных ситуациях приоритетные и целесообразные агроприемы. На конкретной почве с учетом ее плодородия и определенном фитосанитарном состоянии поля (вредители, болезни, сорняки, предшественник) расчет антистрессового коэффициента позволит провести оценку применяемых агроприемов и своевременно выводить данную культуру из стрессовых ситуаций.

Способ может быть использован также для оценки ранжировки применяемых агроприемов при возделывании сельскохозяйственных культур в засушливой зоне Поволжья.

Для определения влияния различных агроприемов на содержание свободного пролина в растениях необходимы стандартные опыты в конкретных почвенных условиях, где наряду с контролем (обычной технологией возделывания) закладываются варианты с использованием интересующих нас агроприемов (обработкой почвы, внесением удобрений, опрыскиванием стимуляторами роста и т.д.) с последующим определением пролина и других аминокислот в листьях или в зерне растений.

Определяют содержание пролина в зеленой массе и в зерне на анализаторе аминокислот по методике измерения массовой доли аминокислот методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза "капель" (Методика М-04-38-2009 с изменениями №1 от 01.02.2010. Свидетельство №223.104.10.150/2009 от 20.11.2009. ФР.1.31.2010.07015). Затем рассчитывают антистрессовый коэффициент и оценивают эффективность агроприемов.

В таблицах 1 и 2 представлены различные агроприемы, после применения которых снижается стрессовая ситуация, выражающаяся в снижении пролина. Степень снижения пролина показывает антистрессовый коэффициент. Чем выше антистрессовый коэффициент, тем меньше действие стрессовой ситуации и выше прибавка урожая от применения данного агроприема.

По величине антистрессового коэффициента разрабатывается система агроприемов, позволяющая снижать стрессовую ситуацию растений и максимально увеличивать урожайность в конкретных неблагоприятных условиях.

Как следует из таблиц 1, 2, увеличение урожайности зерна пшеницы при использовании различных агроприемов зависит от антистрессового коэффициента.

Нулевая обработка почвы создает стрессовую ситуацию для яровой пшеницы в силу изменения условий произрастания (снижение содержания азота в почве, повышение плотности почвы, увеличение засоренности посевов, уменьшение биологической активность почвы и т.д.). В силу повышения стресса содержание пролина в зерне яровой пшеницы на контрольном варианте было наибольшим и составляло 21,23 мг/л. Применение дополнительного рыхления почвы дисковой бороной способствовало снижению степени стрессовой ситуации. В результате чего содержание пролина снизилось, антистрессовый коэффициент повысился. Это увеличивало урожайность на 0,28-0,42 т/га или на 34,5-51,8%. Аналогично влияют на стрессовую ситуацию и урожайность другие агроприемы (таблица 1, таблица 2).

Анализ содержания пролина в растениях при различных условиях произрастания и расчет антистрессового коэффициента позволяют создать систему агроприемов, наиболее подходящую для определенной зоны с учетом ее почвенно-климатических условий. Это позволяет снизить затраты на проведение технологических операций и эффективно использовать удобрения и микроэлементы. Весь этот комплекс агротехнических приемов позволяет увеличить урожайность культур зерновых культур на 18,5-75,3%.

1. Способ оценки эффективности агроприемов путем определения стрессоустойчивости растений, заключающийся в определении свободного пролина в листьях или зерне до и после проведения агроприемов с последующим вычислением антистрессового коэффициента, который выражается в отношении концентрации пролина до применения агроприема к концентрации его после применения агроприема, при этом чем выше антистрессовый коэффициент, тем меньше действие стрессовой ситуации и выше прибавка урожая от применения данного агроприема, а в качестве агроприемов используются или различные виды обработки почвы, или подкормка минеральными удобрениями, или опрыскивание микроудобрениями.

2. Способ оценки эффективности агроприемов путем определения стрессоустойчивости растений по п. 1, отличающийся тем, что обработка почвы производится однократным или двукратным дискованием.

3. Способ оценки эффективности агроприемов путем определения стрессоустойчивости растений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве минеральных удобрений используются азотные или фосфорные удобрения.

4. Способ оценки эффективности агроприемов путем определения стрессоустойчивости растений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве микроудобрений используются Микроэл или гумат калия.