Влияние экзогенных регуляторов роста на посевные качества семян сортов люпина белого

УДК 631.811.98:631.524.82:633.367.3

Влияние экзогенных регуляторов роста на посевные качества семян сортов люпина белого

Яговенко Г. Л., доктор сельскохозяйственных наук

Яговенко Т. В., кандидат биологических наук

Пигарева С. А.

Трошина Л. В.

Всероссийский научно-исследовательский институт люпина – филиал ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса»

241524, Россия, г. Брянск, п. Мичуринский, ул. Березовая, д. 2

Е mail: lupin.labphys@mail.ru

Обработка семян люпина регуляторами роста является одним из экономически выгодных приёмов, позволяющих улучшить качество семенного материала. В данной статье приведены результаты лабораторного изучения действия экзогенных регуляторов роста «Циркон», «Эпин-Экстра», «Гиббереллин» на посевные характеристики семян люпина белого сортов Дега, Деснянский 2, Алый парус. Исследования проводились в условиях лаборатории в 2017–2019 годах. Выявлено, что регуляторы роста повышали энергию прорастания семян люпина белого. Всхожесть обработанных препаратами семян была выше контроля: у сорта Дега — в среднем на 6,2%, у сорта Деснянский 2 — на 8,7%, у сорта Алый парус — на 7,6%. Степень эффективности действия препаратов на эти показатели зависела от генотипа. Максимальный эффект на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян изучаемых сортов оказывал препарат «Гиббереллин». Обработка семян регуляторами роста оказывала стимулирующее действие на рост и развитие проростков люпина белого и в первую очередь — на развитие корневой системы. Наибольшее влияние на рост корней оказывали «Гиббереллин» и «Циркон». Отмечена дифференциация сортов по степени отзывчивости на данные препараты: более чувствительными были сорта Деснянский 2 и Алый парус. Установлено влияние регуляторов на содержание хлорофилла А+Б и активность каталазы. Увеличение содержания хлорофилла в среднем составило 40,0%. Обнаружено, что в проростках сортов Алый парус и Дега, полученных из семян, обработанных регуляторами роста «Циркон», «Эпин-Экстра» и «Гиббереллин», активность каталазы возрастала в среднем на 62; 60; 94% соответственно. У сорта Деснянский 2 превышение этого показателя над контролем было ниже.

Ключевые слова: люпин, регуляторы роста, энергия прорастания, всхожесть, антиоксидантная система.

В настоящее время люпин белый (Lupinus albus L.) является культурой, которая может заменить сою для решения задач кормопроизводства. Среди культивируемых видов люпина сорта этого вида наиболее востребованы, так как способны формировать высокую урожайность зерна — более 4,0 т/га. В зависимости от сорта и условий вегетации содержание белка в зерне достигает 40%, жира — 12%. По выходу белка с единицы площади белый люпин превосходит другие виды люпина.

Биологические особенности культуры люпина обуславливают необходимость разработки приёмов, повышающих энергию роста растений на начальных этапах развития, стимулирующих цветение, формирование и созревание семян (Деева и др., 1988). Включение регуляторов роста в технологический процесс возделывания люпина имеет большое значение в плане ослабления отрицательного воздействия на растения неблагоприятных условий, а также для более полной реализации потенциала этой культуры. Иногда длительное хранение семян в неконтролируемых условиях вызывает снижение их посевных качеств, продуктивности растений, устойчивости растений к болезням (Белопухов, 2014). В связи с этим эффективным приёмом повышения семенной продуктивности люпина белого может стать предпосевная обработка семян регуляторами роста.

Средства усиления роста растений относительно давно применяются в сельском хозяйстве. Перспективность их дальнейшего широкого использования определяют такие ценные свойства, как экологическая безопасность, низкие нормы расхода, возможность управлять процессами роста, изменять устойчивость растений к различным внешним факторам (Рябчинская, Зимина, 2017). Регуляторы роста позволяют усиливать или ослаблять признаки и свойства растений в пределах нормы реакции, определяемой генотипом.

На сегодняшний день существует необходимость расширения поиска эффективных регуляторов роста для люпина узколистного, жёлтого, белого с учётом сортовой отзывчивости, так как урожайность люпина неустойчива и это, в свою очередь, сдерживает расширение его посевов.

По мнению ряда исследователей (Куркина, 2009; Кефели, 1984; Муромцев, 1984; Белопухов, 2010), использование ростостимулирующих веществ для предпосевной обработки семян позволит существенно повысить посевные качества семян и усилить интенсивность их прорастания. Это особенно важно в тех случаях, когда необходимо довести семена до посевных кондиций и усилить эффективность процессов, характеризующих фазы прорастания, что в значительной мере определит состояние и продуктивность формирующихся растений (Персикова и др., 2006; Пигарева, Яговенко, 2018). Несмотря на большое количество работ, посвящённых обработке семян сельскохозяйственных культур стимулирующими веществами, поиск новых препаратов и методов, особенно для люпина, является актуальным. Исходя из этого, целью наших исследований стало сравнительное изучение влияния обработки семян люпина белого регуляторами роста «Циркон», «Эпин-Экстра», «Гиббереллин» на посевные качества, формирование проростков и элементы их антиоксидантной системы.

Методика исследований. Исследования проводились в условиях лаборатории в 2017–2019 годах. Объектом являлись семена люпина белого сортов Дега, Деснянский 2, Алый парус, различающихся темпом роста. Для исследований использовали методику проращивания семян люпина в бумажно-полиэтиленовых рулонах (Лихачёв, Якушева, Новик, 2012). По 50 семян каждого сорта закручивали в рулоны, размещали на стеллаже при постоянной температуре (22ºС ± 2) и 16-часовой освещённости.

Изучали регуляторы роста «Циркон», «Эпин-Экстра», «Гиббереллин». Для обработки 50 г семян заливали 500 мкл раствора препарата, для контрольного варианта использовали дистиллированную воду. Оставляли на 2 ч при постоянном встряхивании.

Наиболее эффективные дозы для предпосевной обработки семян были подобраны экспериментально: для «Циркона» — 0,03 мл/т; для препарата «Эпин-Экстра» — 0,04 мл/т, для «Гиббереллина» — 0,84 г/т. Учёт биометрических показателей проводился на 11-е сутки. Энергия прорастания, всхожесть определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 12038-84. Повторность опыта четырёхкратная.

Содержание хлорофилла, каротиноидов и активность каталазы в проростках определяли по общепринятым методикам на 11-е сутки развития (Ермаков, 1987).

Выбор препаратов для исследований обусловлен их высокой физиологической и фунгицидной активностью. Будучи природными соединениями, указанные препараты непосредственно включаются в метаболизм растений, не оказывая вредного влияния на почву и окружающую среду. Характерной особенностью их действия является полифункциональность.

«Эпин-Экстра» (24-эпибрассинолид) относится к препаратам, стимулирующим собственный иммунитет растений. Эпибрассинолид регулирует работу других фитогормонов, необходимых для жизнедеятельности растений: ауксина, гиббереллина, цитокинина, абсцизовой кислоты, этилена. «Эпин-Экстра» обладает не только росторегулирующими свойствами, но и тормозит развитие грибных и бактериальных заболеваний (Прусакова, 2005).

«Циркон» (гидроксикоричные кислоты, 0,1 г/л) — новый росторегулятор для сельского хозяйства, который по эффективности и экологической безопасности отвечает мировым стандартам. Действующим веществом препарата является смесь гидроксикоричных кислот, получаемых из эхинацеи пурпурной. «Циркон» в растениях выполняет функции регулятора роста, иммуномодулятора и антистрессового адаптогена. «Циркон» стимулирует возникновение защитных гистогенных реакций поражённой ткани, повышает в ней сумму репарационных процессов (Малеванная, 2010). Обычно фунгитоксическое и иммунизирующее действие регуляторов в большей степени проявляется при использовании более низких норм расхода, а ростостимулирующие эффекты — при более высоких дозировках, что связано с особенностями работы сигнальных систем, контролирующих иммунные реакции растений (Рябчинская, Зимина, 2017).

«Гиббереллин» (гиббереллиновая кислота А₃, водорастворимая форма, 60%) является мощным гормоном роста растений природного происхождения. Гриб Gibberella fujikuroi синтезирует в основном именно это соединение, которое является главным компонентом коммерческих препаратов. Гиббереллины активизируют рост стебля, прерывают покой семян, индуцируют цветение, стимулируют образование партенокарпических плодов. Гиббереллины — непременные участники процесса прорастания семян. Механизм действия гиббереллинов открывает возможность для использования их в практических целях. В частности, обработка гиббереллинами старых семян или семян труднопрорастающих растений значительно ускоряет их прорастание.

Результаты исследований. Проблема регуляции роста и развития растений с помощью физиологически активных веществ в настоящее время является одной из самых актуальных в современной биологии. Интерес к данной группе соединений обусловлен возможностью направленно регулировать отдельные этапы роста и развития растений с целью мобилизации потенциальных возможностей растительного организма и тем самым повышать урожайность и качество сельскохозяйственных культур (Шевелуха и др., 1995).

Анализ результатов исследований показал, что обработка семян люпина белого сортов Дега, Алый парус, Деснянский 2 испытуемыми регуляторами роста оказывала влияние на показатели качества семян: энергию прорастания и лабораторную всхожесть. Применение препаратов «Циркон», «Эпин-Экстра» и «Гиббереллин» повышало эти показатели.

Степень эффективности действия препаратов на энергию прорастания семян зависела от генотипа (табл. 1).

1. Влияние регуляторов роста на посевные качества семян люпина белого

Так, у сорта Дега «Циркон» по сравнению с контролем увеличивал энергию прорастания семян на 1,6%, «Эпин-Экстра» — на 2,2%, «Гиббереллин» — на 7,0%. У более поздних сортов Деснянский 2 и Алый парус превышение над контролем было выше и составляло в среднем соответственно представленному ряду 6,3; 4,0; 9,0%. У раннеспелого сорта Дега достоверными различиями изучаемого признака характеризовались варианты с препаратами «Эпин-Экстра» и «Гиббереллин». У позднеспелых сортов во всех вариантах эксперимента эти значения были достоверно выше контроля.

Отмечено увеличение всхожести у обработанных препаратами семян: у сорта Дега — в среднем на 6,2%, у сорта Деснянский 2 — на 8,7%, у сорта Алый парус — на 7,6%.

Обработка семян регуляторами роста оказывала стимулирующее действие на рост и развитие проростков люпина белого и в большей степени — на развитие корневой системы (рис., табл. 2), что является одним из ценных свойств изучаемых регуляторов роста, так как хорошо сформированная корневая система способствует интенсивному поступлению элементов питания в растение.

Рис. Проростки сорта Алый парус до и после обработки регуляторами роста

2. Влияние регуляторов роста на морфологические признаки проростков люпина белого

Наибольшее влияние на рост корней оказывали «Гиббереллин» и «Циркон». Отмечена дифференциация сортов по степени отзывчивости на данные препараты: более чувствительными были позднеспелые сорта Деснянский 2 и Алый парус. У обработанных препаратом «Гиббереллин» проростков сортов Дега, Деснянский 2, Алый парус длина 11-дневных корешков увеличивалась соответственно перечисленному ряду на 18; 57; 33%, у обработанных «Цирконом» — на 18; 21; 27%.

Изменение длины гипокотиля у изучаемых сортов имело следующую направленность: у сортов Дега и Деснянский 2 в вариантах с «Цирконом» и «Гиббереллином» наблюдалось увеличение длины гипокотиля, но достоверным оно было у проростков сорта Деснянский 2 в варианте с «Гиббереллином» — превышение над контролем составило 13,6%. У сорта Алый парус все три регулятора оказывали положительное влияние на рост гипокотиля, но увеличение его длины находилось в пределах ошибки опыта.

Результаты оценки влияния регуляторов роста на вегетативное развитие проростков люпина белого показали, что в целом обработка семян оказывала стимулирующее действие на их рост, но степень ответной реакции у сортов была различной.

Обработка семян регуляторами роста стимулировала физиологические процессы и, прежде всего, активность одного из ферментов антиоксидантного комплекса — каталазы. В проростках, полученных из семян, обработанных регуляторами «Циркон», «Эпин-Экстра», «Гиббереллин», активность этого фермента по сравнению с контролем была выше (табл. 3). Так, в проростках сортов Алый парус и Дега активность каталазы возрастала в среднем соответственно на 62; 60; 94%. У сорта Деснянский 2 превышение этого показателя над контролем было несколько ниже, но стоит отметить, что у этого сорта активность данного фермента в контрольном варианте была выше, чем у двух других сортов.

3. Действие регуляторов роста на биохимические показатели проростков люпина белого

Примечание: у.е. — удельная единица.

О влиянии препаратов на обменные процессы в клетках проростков свидетельствует и активация биосинтеза хлорофилла (А+Б). Увеличение этого показателя в проростках в среднем составило 40,0%. В проростках сорта Алый парус отмечена активация биосинтеза каротиноидов, входящих в антиоксидантный комплекс растения и стабилизирующих пигментную систему. Увеличение их содержания после обработки регуляторами «Циркон», «Эпин-Экстра» и «Гиббереллин» составило 73,0; 77,7; 135,8% соответственно.

Заключение. В последнее время применение стимулирующих препаратов, позволяющих при незначительных затратах получить значительную прибавку урожая и улучшить качество семян, становится главным звеном в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Поэтому разработка элементов технологии применения экзогенных регуляторов роста для люпина важна как с теоретической, так и с практической точек зрения.

Проведённые исследования показали, что усиление процессов прорастания семян после обработки их регуляторами роста «Циркон», «Эпин-Экстра» и «Гиббереллин» в изучаемых концентрациях позволило улучшить их посевные качества и активизировать процессы метаболизма на ранних этапах онтогенеза. Регуляторы способны усилить «стартовое» развитие растений люпина, что особенно важно для данной культуры. Используемые регуляторы роста обладают сортоспецифичностью, и это целесообразно учитывать для их эффективного применения.

Литература

1. Влияние биостимуляторов на химический состав продукции льноводства / С. Л. Белопухов, А. Ф. Сафонов, И. И. Дмитриевская, С. А. Кочаров // Известия ТСХА. — 2010. — Вып. 1. — С.128–131.

2. Влияние биопрепарата «Флоравит» на рост, развитие и урожайность льна-долгунца / С. Л. Белопухов, И. И. Дмитриевская, И. С. Прохоров, А. И. Григораш // Агрохимический вестник. — 2014. — № 4. — С.28–30.

3. Деева В. П. Избирательное действие химических регуляторов роста на растения: физиологические основы / В. П. Деева, З. И. Шелег, Н. В. Санько. — М.: Наука и техника, 1988. — 255 с.

4. Ермаков А. И. Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермаков. — Л.: Агропромиздат, 1987. — 450 с.

5. Куркина Ю. Н. Повышение посевных качеств семян бобовых культур под действием регуляторов роста / Ю. Н. Куркина // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия «Естественные науки». — 2009. — Т. 11. — № 9–2. — С.10–13.

6. Кефели В. И. Рост растений / В. И. Кефели. — М.: Колос, 1984. — 176 с.

7. Лихачёв Б. С. Перспективы развития проростковой селекции люпина / Б. С. Лихачёв, А. С. Якушева, Н. В. Новик // Вестник Орловского ГАУ. — 2012. — № 36 (3). — С.47–50.

8. Муромцев Г. С. Регуляторы роста растений и урожай / Г. С. Муромцев // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1984. — № 7. — С.75–83.

9. Малеванная Н. Н. Циркон — иммуномодулятор нового типа. Активное начало препарата — росторегулирующий комплекс гидроксикоричных кислот и их производных / Н. Н. Малеванная // Сборник научных трудов «Циркон — природный регулятор роста. Применение в сельском хозяйстве». — М.: Издательство «НЭСТ М», 2010. — 384 с.

10. Персикова Т. Ф. Продуктивность люпина узколистного в условиях Беларуси: монография / Т. Ф. Персикова, А. Р. Цыганов, А. В. Какшинцев. — Минск, 2006. — 34 с.

11. Пигарева С. А. Действие регуляторов роста на посевные качества и элементы антиоксидантной системы проростков люпина белого / С. А. Пигарева, Т. В. Яговенко // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: материалы ХV международной научной конференции. — Брянск, 2018. — С.249–254.

12. Рябчинская Т. А. Средства, регулирующие рост и развитие растений, в агротехнологиях современного растениеводства / Т. А. Рябчинская, Т. В. Зимина // Агрохимия. — 2017. — № 12. — С.62–92.

13. Шевелуха В. С. Регуляторы роста и проблемы селекции растений Т. 2, ч. 1 / В. С. Шевелуха, В. М. Ковалёв, П. В. Курапов // Теоретические основы селекции. Серия «Физиологические основы селекции растений». — Санкт-Петербург: ВИР, 1995. — 291 с.

The influence of exogenous growth regulators on seed qualities of white lupine

Yagovenko G. L., Dr. Agr. Sc.

Yagovenko T. V., PhD Biol. Sc.

Pigareva S. A.

Troshina L. V.

The All-Russian Research Institute of Lupine – branch of the Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology

241524, Russia, Bryansk, poselok Michurinskiy (village), Berezovaya str., 2

Е mail: lupin.labphys@mail.ru

Treating lupine seeds with growth stimulators is an effective technique improving seed quality. This report deals with the effect of “Tsirkon”, “Epin-Ekstra” and “Gibberellin”, the exogenous growth stimulators, on seeds of white lupine. The investigation was conducted in 2017–2019. Growth stimulators increased germination energy of seeds. Germination ability of “Dega”, “Desnyanskiy 2” and “Alyy parus” varieties improved by 6.2, 8.7, and 7.6%, respectively. Genotype had a significant impact on these parameters. Seed treatment with “Gibberellin” led to the highest germination energy and ability of seeds. Growth stimulators positively affected growth and development of lupine seedlings and above all — root system. “Gibberellin” and “Tsirkon” influenced root development the most. “Desnyanskiy 2” and “Alyy parus” were more sensitive to the treatment by these preparations. Growth stimulators had an impact on chlorophyll content and catalase activity. The increase in chlorophyll concentration amounted to 40.0%. Catalase activity increased by 62, 60 and 94% in seedlings of “Alyy parus” and “Dega” after the treatment by “Tsirkon”, “Epin-Ekstra” and “Gibberellin”, respectively. “Desnyanskiy 2” showed lower values of this parameter.

Keywords: lupine, growth regulators, germination energy, germination, antioxidant system

References

1. Vliyanie biostimulyatorov na khimicheskiy sostav produktsii lnovodstva / S. L. Belopukhov, A. F. Safonov, I. I. Dmitrievskaya, S. A. Kocharov // Izvestiya TSKhA. — 2010. — Is. 1. — P.128–131.

2. Vliyanie biopreparata “Floravit” na rost, razvitie i urozhaynost lna-dolguntsa / S. L. Belopukhov, I. I. Dmitrievskaya, I. S. Prokhorov, A. I. Grigorash // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2014. — No. 4. — P.28–30.

3. Deeva V. P. Izbiratelnoe deystvie khimicheskikh regulyatorov rosta na rasteniya: fiziologicheskie osnovy / V. P. Deeva, Z. I. Sheleg, N. V. Sanko. — Moscow: Nauka i tekhnika, 1988. — 255 p.

4. Ermakov A. I. Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy / A. I. Ermakov. — Leningrad: Agropromizdat, 1987. — 450 p.

5. Kurkina Yu. N. Povyshenie posevnykh kachestv semyan bobovykh kultur pod deystviem regulyatorov rosta / Yu. N. Kurkina // Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya “Estestvennye nauki”. — 2009. — Vol. 11. — No. 9–2. — P.10–13.

6. Kefeli V. I. Rost rasteniy / V. I. Kefeli. — Moscow: Kolos, 1984. — 176 p.

7. Likhachev B. S. Perspektivy razvitiya prorostkovoy selektsii lyupina / B. S. Likhachev, A. S. Yakusheva, N. V. Novik // Vestnik Orlovskogo GAU. — 2012. — No. 36 (3). — P.47–50.

8. Muromtsev G. S. Regulyatory rosta rasteniy i urozhay / G. S. Muromtsev // Vestnik selskokhozyaystvennoy nauki. — 1984. — No. 7. — P.75–83.

9. Malevannaya N. N. Tsirkon — immunomodulyator novogo tipa. Aktivnoe nachalo preparata — rostoreguliruyushchiy kompleks gidroksikorichnykh kislot i ikh proizvodnykh / N. N. Malevannaya // Sbornik nauchnykh trudov “Tsirkon — prirodnyy regulyator rosta. Primenenie v selskom khozyaystve”. — Moscow: Izdatelstvo “NEST M”, 2010. — 384 p.

10. Persikova T. F. Produktivnost lyupina uzkolistnogo v usloviyakh Belarusi: monografiya / T. F. Persikova, A. R. Tsyganov, A. V. Kakshintsev. — Minsk, 2006. — 34 p.

11. Pigareva S. A. Deystvie regulyatorov rosta na posevnye kachestva i elementy antioksidantnoy sistemy prorostkov lyupina belogo / S. A. Pigareva, T. V. Yagovenko // Agroekologicheskie aspekty ustoychivogo razvitiya APK: materialy KhV mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii. — Bryansk, 2018. — P.249–254.

12. Ryabchinskaya T. A. Sredstva, reguliruyushchie rost i razvitie rasteniy, v agrotekhnologiyakh sovremennogo rastenievodstva / T. A. Ryabchinskaya, T. V. Zimina // Agrokhimiya. — 2017. — No. 12. — P.62–92.

13. Shevelukha V. S. Regulyatory rosta i problemy selektsii rasteniy Vol. 2, ed. 1 / V. S. Shevelukha, V. M. Kovalev, P. V. Kurapov // Teoreticheskie osnovy selektsii. Seriya “Fiziologicheskie osnovy selektsii rasteniy”. — St. Petersburg: VIR, 1995. — 291 p.