Определение сахаров в озимой пшенице

Обновлено: 15.09.2024

Изучено влияние сроков посева на накопление сахаров у различных сортов озимой мягкой пшеницы. Сравнивали менее зимостойкий сорт озимой мягкой пшеницы Новосибирская 2 и более устойчивые – Новосибирская 3, Новосибирская 40, Краснообская озимая. Исследования проведены в 2016–2018 гг. в полевом стационаре в условиях лесостепи Приобья. Предшественник – чистый пар. Сроки посева 20 августа, 1 и 10 сентября. Погодные условия осеннего периода вегетации, во время которого происходит накопление сахаров, существенно различались в зависимости от года изучения и сроков посева. Наиболее теплыми были условия2018 г., прохладными –2017 г. Количество накопленных сахаров изменялось в зависимости от условий произрастания и генотипических особенностей сортов. Наибольшее количество сахаров накапливали все сорта на третьем сроке посева, наименьшее – на втором. Пониженные температуры воздуха способствовали увеличению количества сахаров даже при сокращении продолжительности периода их накопления, что объясняется изменением углеводного баланса в растениях, когда накапливается сахаров больше, чем расходуется на дыхание. Генотип растений влияет на особенности их углеводного обмена. У более зимостойких сортов (Новосибирская 40, Новосибирская 3) диапазон изменения количества накопленных сахаров в контрастных условиях ниже (коэффициент вариации 9,1 и 8,7% соответственно). Растения менее зимостойкого сорта Новосибирская 2 показали большее варьирование содержания сахаров в аналогичных условиях (коэффициент вариации 24,7%). Более прохладные условия позднего срока посева способствуют накоплению большего количества сахаров. Сортовые различия также определяют изменения в углеводном балансе.

Ключевые слова

Об авторах

Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Адрес для переписки: 630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, ул. С 100, зд. 21, а/я 375.

Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Младший научный сотрудник

Список литературы

1. Туманов И.И. Физиологические основы зимостойкости культурных растений: монография. Сельхозгиз. Ленинградское отделение. 1940. 366 с.

2. Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений: монография. М.: Наука. 1979. 350 с.

3. Дорофеев Н.В., Пешкова А.А., Войников В.К. Озимая пшеница в Иркутской области: монография. Иркутск: Арт-Пресс, 2003. 175 с.

4. Борисенков Ю.П., Медведев А.М., Новикова М.В., Гордеева Т.Н. Зимостойкость и продуктивность озимой пшеницы в условиях Поволжья // Бюллетень ВИР. 1978. Т. 84. С. 37–40.

5. Сандухадзе Б.И., Рыбакова М.И., Морозова З.А. Научные основы селекции озимой пшеницы в нечерноземной зоне России: монография. М.: МГИУ, 2003. 426 с.

6. Бондаренко В.И., Климов А.Н., Гогибидзе К.Д., Ветрогонва К.З. Зимостойкость, углеводный обмен и продуктивность озимой пшеницы // Бюллетень ВНИИ кукурузы. 1988. № 2. С. 32–36.

7. Боровик О.А., Грабельных О.И., Королёва Н.А., Побежимова Т.П., Войников В.К. Связь между активностью альтернативного пути дыхания, содержанием сахаров и морозоустойчивостью озимой пшеницы // Журнал стресс-физиологии и биохимии. 2013. Т. 9. № 4. С. 241–250.

8. Кружилин А.С., Шведская З.М. Физиология выпревания озимых в условиях нечерноземья // Бюллетень ВИР им. Н.И. Вавилова. 1980. Т. 119. С. 49–54.

9. Трунова Т.И. Сахара как один из факторов, повышающих морозостойкость растений // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1972. № 2. С.185–196.

10. Карманенко Н.М., Бухарева Н.С. Влияние условий минерального питания на содержание растворимых углеводов и аминокислот у различных по зимостойкости сортов озимой пшеницы // Труды ВНИИ удобрений и агропочвоведения. 1981. № 60. С. 101–106.

11. Полтарев Е.М., Золочевская В.Д. Динамика сахаров у полиплоидных злаков различной зимостойкости в период зимовки // Методы и приемы повышения зимостойкости озимых зерновых культур. М.: Колос. 1975. С. 399–404.

12. Боржковская Г.Д., Усова Т.К. К вопросу о физиолого-биохимических основах зимостойкости озимых // Физиологические основы повышения устойчивости растений и полевой всхожести семян в Сибири. М.: Наука, 1967. С. 3–10.

13. Биглов Т.Т. О закаливании озимых растений в связи с их возрастным состоянием и процессами яровизации // Физиологические основы повышения устойчивости растений и полевой всхожести семян в Сибири. М.: Наука, 1967. С. 21–26.

14. Шевчук О.Г. Оценка различных сортов и гибридов озимой пшеницы в зависимости от сроков посева и норм высева // Вопросы земледелия и растениеводства. Иркутск. 1967. С. 33–35.

15. Ториков В.Е., Мельникова О.В., Богомаз Р.А. Накопление сахаров в узлах кущения сортов озимой пшеницы, урожайность и качество зерна // Нива Поволжья. 2015 № 2. С. 69–73.

Все озимые культуры погрузились в состояние покоя, которое будет продолжаться до весны. Но для фермеров, тех, кто имеет в структуре озимую группу культур, это спокойствие является лишь условным. Неблагоприятные условия зимы, отсутствие снежного покрова, сильные и длительные морозы могут привести к гибели озимых и свести на нет всю проведенную осенью работу. Поэтому к зиме нужно, безусловно, хорошо подготовиться. В частности, повысить зимостойкость и морозостойкость посевов. Ведь это - совершенно разные понятия.

Первое подразумевает устойчивость к комплексу неблагоприятных условий зимы, среди которых самым опасным является вымерзание, а второе, собственно, устойчивость к низким отрицательным температурам, которые и вызывают вымерзание. Улучшить эти параметры у озимых культур, согласно концепции И.И.Туманова, возможно за счет закалки. Под закалкой понимают комплекс процессов, в том числе физиологических и биохимических, происходящих в растениях и своим следствием имеющих увеличение устойчивости к неблагоприятным условиям зимы. Проходит закалка в две фазы: первая - на свету и при положительных температурах, которые днем должны достигать 14-15°С, а ночью опускаться почти до 0°С; вторая - может происходить даже без света (то есть под снегом) и при снижении температуры до -5°С.

Задачей первой фазы закаливания является подготовка растения к вхождению в период покоя, а именно, опосредованно, формирование у растений мощной глубоко проникающей корневой системы и, главное, содействие накоплению в корнях, меристемных тканях и узле кущения (корневой шейке для рапса) так называемых криопротекторов.

Криопротекторами называют вещества, повышающие устойчивость растения к морозам. К ним относятся гидрофильные белки, многоатомные спирты (среди которых глицерин, маннит, сорбитон), аминокислоты, в частности пролин и многочисленные представители криопротекторов, водорастворимые углеводы, среди которых моно-, ди- и олигосахара.

Как известно, при замерзании вода расширяется, то есть увеличивается в объеме до 10% и, если это происходит внутри клетки, то неизбежно ведет к разрыву стенок и гибели сначала отдельных тканей, а в дальнейшем и всего растения. Чтобы этого не происходило и растения легко выдерживали сильные морозы, необходимо накапливать в цитоплазме клеток водорастворимые сахара. Сахара (глюкоза, рафиноза, фруктоза, сахароза и др.) начинают действовать как осмотически активные вещества, то есть, повышая концентрацию клеточного сока, уменьшают тем самым интенсивность образования внеклеточного льда и предоставляют возможность выдерживать низкие температуры, то есть не замерзать, сока внутри клеток.

Во второй фазе закаливания происходит обезвоживание клеток, то есть выведение свободной влаги изнутри клетки в межклеточные пространства. Таким образом даже в случае замерзания растения клетки не повреждаются. Но и здесь невозможно обойтись без сахаров. На этом этапе их роль заключается в криозащите белков, что также происходит благодаря насыщению сахарами клеточного сока, при этом из клетки не оттягивается вода и не происходит коагуляция белков.

Кроме защитной, сахара выполняют еще и запасную функцию, то есть являются источником энергии для растений в зимний период и мощным источником синтеза органических соединений во время весеннего возобновления вегетации. Основным источником поступления сахаров являются фосфорно-калийные удобрения. Самым эффективным является их внесение в ряды или по листу в виде хелатных микроудобрений. Однако следует помнить, что коэффициент использования из удобрений, внесенных в почву, составляет 20% для фосфорных и около 45% для калийных, в то же время усвоение из хелатных удобрений находится в пределах 85-90%. Кроме того их, в большинстве случаев, выпускают сбалансированными микроэлементами, что также качественно влияет на накопление сахаров и подготовку к вхождению в состояние покоя. В частности, среди микроэлементов положительно на накопление сахаров влияет бор.

Достаточным для нормальной перезимовки считают содержание 35-40% сахаров в узле кущения (корневой шейке для рапса) и в пределах 10-15% в листьях. Определить его можно с помощью рефрактометра.

05.11.2018

Наиболее критическим в развитии озимых культур является период действия низких температур, охватывающий промежуток времени с конца октября и до начала апреля. Положительный результат в сохранении жизнеспособности растений, а также в получении будущего урожая возможен при строгом соблюдении правил агротехники (подбор зимостойких сортов озимых, тщательная подготовка полей, внесение в грунт удобрений с оптимальным минеральным составом, своевременное проведение посевов, соблюдение фитосанитарии и т. п.), а также от погодно-климатических факторов (достаточная влажность почвы во время сева и прорастания семян, благоприятные условия во время закаливания всходов, отсутствие резких изменений температурного режима во время вегетации, наличие снегового покрова при низких температурах и пр.).

Но, как правило, обеспечить посевам озимых абсолютно идеальные условия для роста и развития, особенно во время зимовки, не представляется возможным по ряду как объективных, так и субъективных причин. Поэтому агрономы с целью получения данных о реальном состоянии растений и прогнозирования будущего урожая проводят мониторинг посевов в осенний период, зимой и весной. Периодическая диагностика позволяет дать текущую оценку состоянию озимых, выявить проблемные участки на полях (засуха, град, заморозки, вымерзание, выпревание, вымокание и т. п.), появившиеся в результате неблагоприятных факторов воздействия за период зимовки, сделать прогнозирование урожайности. Из традиционных методов диагностики наиболее известны: монолитный, водный, сахарный, метод отращивания узлов кущения (экспресс-метод).

Монолитный метод признан наиболее достоверным среди традиционных способов диагностики озимых культур. Его осуществляют один раз в месяц, начиная с декабря (третья декада) и заканчивая в марте (20-го числа), а также в периоды критических снижений температур. Монолитный метод состоит в том, чтобы на нескольких участках посевов (из расчета по одному образцу на каждые 20 – 25 га) выделить и изъять вместе с растениями часть почвы площадью 30 см х 30 см и глубиной 15 – 20 см, а затем проверить жизнеспособность озимых путем их отращивания. Обычно участки для проб-монолитов метят с осени, таким образом, чтобы в образец попали растения двух или трех соседних рядов. Получить наиболее достоверные результаты можно, если отбор монолитов проводить в нескольких местах (от 3-х до 5-ти).

Отобранные пробы сначала помещают в деревянные ящики подходящего размера (с целью минимизации механического травмирования растений, для удобства транспортировки и дальнейшего проведения исследований), накрывают брезентом или мешковиной и оставляют для размерзания в специальном неосвещенном помещении с плюсовой температурой (+5. 10 ° С).

Через 1 – 1,5 суток, когда почва полностью размерзнется, открытые ящики с образцами переносят в хорошо освещенное, теплое помещение (+15. 20 ° С) и срезают у растений на высоте 5 – 7 см верхнюю часть. В последующие дни очень важно не допускать пересыхания земляного кома отобранного монолита, поэтому необходимо поливать его, используя при этом теплую воду.

Первые визуальные наблюдения можно сделать уже спустя 10 дней. А через 14 – 20 дней проводится окончательная диагностика. Для этого все растения очень осторожно извлекаются из монолитов, затем их корни промываются водой комнатной температуры. Определяется количество погибших и живых растений (с отросшими листочками, а в фазе кущения – с новыми корнями). Процент перезимовавших растений определяется в соотношении количества живых экземпляров к общему количеству растений в монолите.

Водный метод позволяет оценить состояние озимых за более короткий промежуток времени, чем монолитный. Для проб берутся растения (в земляном коме) из двух соседних рядов, с участка длиной около 0,5 м. Как и в предыдущем методе, образцы помещают в ящик и устанавливают для размерзания в темном, прохладном помещении, где температура воздуха не превышает +10 ° С. Когда почва оттает, растения извлекают, промывают в чуть теплой воде и отрезают часть корней (срез должен проходить на расстоянии 3 – 4 см от узла кущения), а также часть стебля с листьями (на высоте 5 – 6 см от узла кущения). Далее их переносят в теплое помещение (+18. 20 ° С) и размещают в неглубоких емкостях с водой таким образом, чтобы вода покрывала корни и верхнюю часть растений не выше, чем 2 – 3 см от узла кущения. Воду в емкостях меняют через одни – двое суток. Отрастание корней и листьев можно наблюдать у некоторых экземпляров уже спустя два дня. Но проводить окончательную оценку можно лишь через неделю. Принцип количественного учета живых и погибших растений при водном методе оценки аналогичен тому, который применяется в монолитном. Если жизнеспособность некоторых растений вызывает сомнения, то контрольный подсчет проводят через 15 дней.

Сахарный метод в точности повторяет водный, с одним лишь отличием: промытые растения вместо емкостей с водой вначале помещают на 14 часов в двух – пятипроцентный сахарный раствор (на 1 л воды требуется 20 – 50 г сахара), и лишь затем погружают в чистую воду комнатной температуры. У живых растений отрастание корней можно заметить на второй день, а листьев – через пять дней. Окончательные результаты в процентном соотношении к общему числу исследуемых растений определяют спустя неделю.

Метод отращивания узла кущения – наиболее быстрый в получении результатов, так как для него потребуется 2 – 3 дня. Он предусматривает такой же отбор проб, как и в водном методе (из двух соседних рядов), но ящики с растениями сразу же устанавливают в теплом помещении. После промывки растений, у них отрезают корни (на 1 см ниже узла кущения) и листья (выше узла кущения на 1,5 – 2 см). Для диагностики требуется не менее 20 шт. исследуемых экземпляров, в идеале – до 50 шт. Затем подготовленные растения выкладывают в ряд на слой марли или фильтровальной бумаги, сворачивают в рулон и помещают в чашку Петри (можно в другую подходящую емкость), на дне которой находится хорошо увлажненный слой ваты или другого гигроскопичного материала. Емкость плотно закрывают крышкой (полиэтиленовой пленкой) и оставляют в теплом (+24. 28 ° С) помещении на 16 – 20 часов.

Спустя сутки можно определить состояние образцов озимых по их корнеобразованию и величине прироста надземной части: до 0,8 см – у жизнеспособных экземпляров; от 0,1 до 0,3 мм – у растений со сниженной жизнеспособностью. Отсутствие прироста свидетельствует о гибели растений. Итоговый результат получают в виде соотношения живых растений к общему количеству исследуемых, выраженного в процентах.

В полевых условиях результат перезимовки озимых культур определяют через две недели после начала весенней вегетации, используя глазомерный и количественный методы. При глазомерном способе проводится визуальная оценка перезимовавших растений (по диагонали поля). Результат соотносят с пятибальной шкалой (5 баллов – успешно перезимовали все растения, 4 балла – живые растения составляют более 75% посевов, 3 балла – погибло до 50% растений, 2 балла – погибло более 50%, 1 балл – количество живых растений ничтожно мало). Количественный метод заключается в том, что по диагонали поля выкапываются растения, осматривается их корневая система, после чего подсчитывается количество живых и погибших экземпляров. Согласно полученному результату проводится либо подсев, либо пересев озимых культур.

Применение современных способов аэрофотосъемки с использованием БПЛА, а также спутниковые наблюдения позволяют определять состояние посевов озимых по их спектральной отражательной способности. Подробно об этом методе можно узнать в данной статье. Подобные способы мониторинга получили высокую оценку аграриев и постепенно внедряются в наши агротехнологии.

(корневой шейке для рапса) так называемых криопротекторов.

Читайте также: