ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВОЛКОГОН МИКОЛА ВІТАЛІЙОВИЧ

УДК 581.1.03.533.31

Оптимізація продукційного процесу рослин озимої пшениці за використання регулятора росту природного походження, створеного на основі вермикомпосту

03.00.12 – фізіологія рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізіології та екології рослин біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

член-кореспондент УААН

Мусієнко Микола Миколайович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

професор кафедри фізіології та екології рослин.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Ткачук Катерина Семенівна,

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,

провідний науковий співробітник відділу фізіології живлення рослин;

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Заіменко Наталія Василівна,

Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, в.о. директора.

Провідна установа: Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України.

Захист відбудеться „ 26 ” лютого 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, просп. академіка Глушкова, 2, корпус , біологічний факультет, ауд. 434.

Поштова адреса: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 64, спеціалізована вчена рада Д 26.001.24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий „ 25 ” січня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Андрійчук Т.Р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із важливих завдань прикладної фізіології рослин є інтенсифікація виробництва сільськогосподарської продукції з одночасним зниженням енергетичних витрат. Новим елементом аграрних технологій як засобів оптимізації та підвищення продуктивності рослинництва, крім застосування агротехнічних прийомів та впровадження досягнень селекції, є застосування регуляторів росту рослин синтетичного та природного походження (Муромцев Г.С., 1987, Пономаренко С.П., 1998, Мананков М.К., Мусієнко М.М., 2003).

Основною передумовою застосування регуляторів росту рослин є з’ясування механізмів їхньої дії на генетичному та метаболічному рівнях регуляції клітинних процесів. Основою для практичного використання фізіологічно активних речовин є розкриття механізмів їхнього специфічного впливу на певні системи авторегуляції, характерні для стану рослинної клітини залежно від фази її онтогенетичного розвитку. Однак скоординована система дії біологічно активних речовин, зокрема, й сполук із фітогормональними властивостями на рослину з’ясована поки що недостатньо (Муромцев Г.С., 1987, Кефели В.И., 1989, Моргун В.В., 2001).

Як відомо, найбільш поширеними і за кордоном, і в Україні є синтетичні регулятори росту (Моргун В.В., 2001, Мананков М.К., Мусієнко М.М., 2003). Деякі з них мають комплексну природу, тобто містять як синтетичні сполуки, так і речовини природного походження, зокрема, екстракти ендомікоризних грибів (агростимулін, зеа- та бетастимулін тощо). Проте синтетичне походження окремих регуляторів росту викликає певну пересторогу у зв’язку з можливим накопиченням невластивих рослині сполук у рослинних рештках та ґрунті. Тому дедалі більше зусиль спрямовується на створення регуляторів росту на основі продуктів природного походження, які були б високо ефективними і, разом з тим, екологічно безпечними та порівняно недорогими.

Важливе місце серед нових видів органічних субстратів для створення регуляторів росту займають вермикомпости – продукти переробки органічної маси дощовими черв’яками та мікроорганізмами. Вермикомпостування є прийомом, який дозволяє включати в кругообіг додаткові ресурси органічної сировини, що накопичується в процесі життєдіяльності людини, і таким чином сприяти охороні довкілля (Мерзлая Г.Е., 2004, Городний Н.М., 1996). На основі біогумусів в Україні агрофірмою „Гермес” створено серію препаратів (гуміам, гумісол), які крім рістстимулювальної активності мають бактерицидні та фунгістатичні властивості. До таких препаратів належить також регулятор росту вермистим (НВ ТОВ „Відродження” та асоціація „Біоконверсія”, Україна). Основним недоліком цих препаратів є досить низький вміст важливих для рослинного організму мікроелементів та відносно великі норми їх застосування з розрахунку на гектар посівної площі або тону насіння (5 – 15 л).

Щоб їх уникнути при створенні таких препаратів важливо корегувати вміст макро- та мікроелементів, що дасть можливість підсилити біологічну ефективність біогумусів. Дослідження взаємодії фізіологічно активних сполук і окремих елементів з метою встановити оптимальне їх співвідношення в препаратах дозволить оптимізувати продукційний процес при вирощуванні сільськогосподарських культур.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано на кафедрі фізіології та екології рослин біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка за науково-дослідною темою „Адаптивні реакції рослин в системі моніторингу агро- та фітоценозів за умов дії факторів довкілля та антропогенного забруднення” (номер д/р 0102U004060) та у відділі фізіології росту та розвитку рослин Інституту фізіології рослин і генетики НАН України в рамках наукового проекту „Створення біологічно-активних препаратів для зернових культур з метою підвищення їх продуктивності та покращення якості продукції рослинництва” НАН України (номер д/р 0104U006465).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було з’ясування фізіологічних закономірностей оптимізації продукційного процесу рослин озимої пшениці за використання комплексного препарату природного походження, створеного на основі вермикомпосту та мікроелементів.

Для досягнення поставленої мети передбачалось:

· дослідити фізико-хімічний склад вермикопосту;

· оцінити специфіку рістстимулювальної активності компонентів вермикомпосту методами біотестування;

· з’ясувати вплив окремих компонентів вермикомпосту і створеного на його основі препарату на:

o морфометричні показники,

o фотосинтезувальний комплекс рослинного організму,

o формування мікробоценозу ризосфери рослин озимої пшениці,

o структуру врожаю та продуктивність озимої пшениці;

· дослідити антифунгальну активність комплексного препарату на паростках та рослинах озимої пшениці.

Об’єкт дослідження – фізіологічні механізми оптимізації продукційного процесу рослин озимої пшениці.

Предмет дослідження – продукційний процес рослин озимої пшениці.

Методи дослідження: біотестування; фізико-хімічні та фізіолого-біохімічні методи; мікробіологічний аналіз ризосферного ґрунту; облік ураженості озимої пшениці хворобами; математичний аналіз.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше проаналізовано фітогормональний комплекс вермикомпосту із застосуванням фізико-хімічних методів аналізу та специфічних біотестів. Досліджено рістстимулювальну активність складових комплексного препарату на зернових культурах. Встановлено оптимальні концентрації препарату, що стимулюють проростання насіння та ріст вегетативної маси різних сортів озимої пшениці. Вивчено особливості зміни складу мікробоценозу ризосфери за використання як окремих компонентів препарату, так і самого препарату, створеного на основі вермикомпосту. Вперше показано антифунгальну активність комплексного препарату, зокрема, проти септоріозу листків озимої пшениці.

Практичне значення одержаних результатів. Препарат біовітрекс може бути застосований як елемент технології при вирощуванні озимої пшениці. Обприскування цим препаратом вегетуючих рослин у фазу виходу в трубку дає змогу збільшити урожайність на 10 – 15 % та покращити якість отриманої продукції.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто опрацював літературу за темою дисертаційної роботи та оволодів необхідними методами досліджень, виконав переважну більшість експериментальної частини роботи, брав безпосередню участь у підготовці матеріалів до друку в наукових виданнях. Експериментальні дані, висновки, що з них випливають, отримані значною мірою здобувачем самостійно. Аналіз та обговорення отриманих результатів здійснено спільно з науковцями відділу фізіології росту і розвитку рослин Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (д.б.н. Яворська В.К., к.б.н. Драговоз І.В.), з науковим керівником дисертаційної роботи (д.б.н., проф. Мусієнко М.М.) та висвітлено у спільних друкованих працях.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на ІІ Міжнародній конференції „Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, Україна, 2004), IX конференції молодих дослідників „Актуальні проблеми фізіології, генетики та біотехнології рослин і ґрунтових мікроорганізмів” (Київ, Україна, 2005), IV Міжнародній науковій конференції „Регуляция роста, развития и продуктивности растений” (Мінськ, Білорусія, 2005), конференції молодих учених “Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології” (Ужгород, Україна, 2005), 2nd Symposium on microalgae and seaweed products in plant/soil-systems (Mosonmagyarovar, Hungary, 2004), XVII International Botanical Congress (Vienna, Austria, 2005), XII з’їзді українського ботанічного товариства (Одеса, Україна, 2006), 3rd Symposium on microalgae and seaweed products in agriculture (Mosonmagyarovar, Hungary, 2006).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 14 праць, серед яких 3 статті у фахових виданнях та 11 тез доповідей у збірниках матеріалів міжнародних та вітчизняних конференцій, симпозіумів, конгресів.

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається з переліку умовних скорочень, вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів дослідження, чотирьох розділів експериментальної частини, висновків, списку 346 найменувань використаної літератури. Робота викладена на 157 сторінках машинописного тексту і містить 12 ілюстрацій та 21 таблицю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи досліджень. Дослідження проводили з рослинами озимої пшениці сортів Київська 8, Подолянка, Колумбія, Білоцерківська напівкарликова.

У дослідах використовували екстракти вермикомпосту, отримані за технологією агрофірми „Гермес” (Україна) (Ушаков І.П., Тітов І.М., 1993).

Активність водних екстрактів вермикомпосту визначали в лабораторних умовах за допомогою специфічних біотестів: для визначення ауксинової активності використовували відрізки колеоптилів пшениці (сорт Київська 8) та проростки квасолі сорту Лопата (Бойчук О.Б., 1977; Турецкая Р.Х., 1966), цитокінінової активності – ізольовані сім’ядолі огірка (Варшавська В.Б., 1988), гіберелінової активності – гіпокотилі паростків огірка сорту Ніжинський (Муромцев Г.С., Агнистикова В.Н., 1984).

Вміст фітогормонів визначали методом кількісної спектроденситометричної тонкошарової хроматографії (Савинский С.В., Драговоз И.В., 1991). Кількісне визначення вмісту гіберелінів у пробі проводили спектрофотометричним методом на СФ-26 при довжині хвилі 730 нм (Муромцев Г.С., Агнистикова В.Н., 1984).

Якісний та кількісний аналіз вмісту мікроелементів у біогумусі здійснювали методом атомно-емісійного аналізу на атомно-емісійному спектрометрі („Spectroflame” фірми „Spectr”, Німеччина) з індуктивно зв’язаною плазмою.

Вплив водних витяжок вермикомпосту та лужних екстрактів на параметри росту проростків різних сортів пшениці за нормальної температури досліджували за допомогою рулонного методу.

Для отримання препарату, умовно названого біовітрекс, водну витяжку і лужний гідролізат вермикомпосту змішували у співвідношенні 1:1, та додавали концентрат мікроелементів (розчин солей відповідних металів – Cu2+, Zn2+, Mn2+, Fe3+), відсоток йонів металів яких складав 0,2 - 0,5 мас.%.

Польові дрібноділянкові досліди проводили на посівах озимої пшениці у НВВ ІФРГ НАН України (смт Глеваха, Васильківський район Київської області). Ґрунт дерново-підзолистий, за механічним складом супіщаний. Вміст гумусу - 1,6 %, рН сольове - 5,1. Досліди закладали за загальноприйнятою методикою державного випробування регуляторів росту. Повторність дослідів була 4-кратною, ділянки розміщували рендомізовано. В схему включали такі варіанти дослідів: контроль, обробку рослин сумішшю екстрактів біогумусу, обробку розчином мікроелементів і препаратами біовітрекс та агростимулін. Варіант з використанням агростимуліну розглядався як позитивний контроль.

Вплив біовітрексу на динаміку накопичення фотосинтетичних пігментів у польових умовах досліджували за методом Вельбурна (1994). Інтенсивність фотосинтезу рослин у фазі цвітіння визначали газометричним методом (Починок Х.Н., 1976).

Для мікробіологічного аналізу відбирали зразки ризосферного ґрунту, після ретельного струшування коренів, і визначали чисельність мікроорганізмів, що засвоюють органічні та мінеральні форми азоту, кількість азотфіксувальних та денітрифікувальних бактерій, потенційну нітрогеназну й денітрифікаційну активність, чисельність фосфатмобілізувальних мікроорганізмів та кількість мікроміцетів. Мікробіологічні аналізи проводили на базі Інституту сільськогосподарської мікробіології УААН.

Структуру врожаю озимої пшениці визначали за густотою рослин на квадратному метрі посіву, кількістю насінин у колосі та масою тисячі зерен.

Для дослідження впливу суміші водного і лужного екстрактів біогумусу на ураженість паростків озимої пшениці хворобами використовували штучну інокуляцію збудниками кореневих гнилей – грибами Fusarium graminearum, Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, та Gaeumannomyces graminis (Sacc.) von Arx & Olivier var. tritici Walker (Крючкова Л.О., 2005).

Вивчаючи вплив препаратів на ступінь ураження рослин озимої пшениці, проводили з інтервалом 8 – 12 діб чотири обліки розвитку септоріозу, борошнистої роси та бурої іржі. Показником ступеня розвитку хвороби була площа ураженої поверхні рослин, виражена в процентах (Пыжикова Г.В., Санина А.А., 1996).

Статистичну обробку експериментальних даних здійснювали методом дисперсійного аналізу, за Доспеховим (1979), з використанням ПЕОМ і з залученням пакетів спеціальних програм Microsoft Excel'00 та Statgraphics .0.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Біологічна активність препарату, створеного на основі вермикомпосту та його компонентів. Результати дослідження особливостей впливу на рослину водної витяжки біогумусу та її характеристик, встановлених шляхом специфічного біотестування, свідчать про значну фітогормональну активність водних екстрактів біогумусу (рис. 1). Чітка ауксинова активність спостерігалася у всіх, крім максимального, розведеннях водної витяжки біогумусу, про що свідчить суттєвий приріст довжини відрізків колеоптилів пшениці та добре виражений ризогенний ефект. При цьому ауксинова активність мала явну концентраційну залежність з максимумом при розведенні екстракту біогумусу до 4 % (об’ємних), і становила 13,3 % приросту порівняно з контролем. Максимальну цитокінінову активність (55також спостерігали за тієї ж концентрації розчину. Цитокінінова активність зберігалась і при наступних розведеннях (2 і 1 % розчин) і становила 16,3 і 12,6 %, відповідно. Проведення біотесту на наявність гіберелінів також свідчить про високу гіберелінову активність водної витяжки біогумусу. При обробці розчином гіберелової кислоти ГК3 (10-5 М), приріст гіпокотилів становив 20,1 %, в той час як застосування 4 об.% водної витяжки біогумусу сприяло збільшенню приросту на 23,8 %.

а б в

Рис. 1. Вплив водних екстрактів біогумусу на приріст сегментів колеоптилів паростків пшениці сорту Київська (а), маси сім’ядолей паростків огірка сорту Джерело (б) і довжини відрізків гіпокотелів паростків огірка сорту Ніжинський (в). 1 – Контроль; 2 – ІОК 10-4 М; 3 – ІОК 10-5 М; концентрація витяжки: 4 – 4 об.%; 5 – 2 об.%; 6 – 1 об.%; 7 – 0,67 об.%; 8 – БАП 10-4 М; 9 – БАП 10-5 М; 10 – ГК3 10-5 М

Фітогормональний склад водної витяжки біогумусу. Виявлена нами висока фітогормональна активність водної витяжки біогумусу продиктувала необхідність провести кількісний і якісний аналіз її фітогормонального складу. Результати досліджень засвідчили високий вміст в екстракті гормонів стимулювальної дії, а саме ауксинів, цитокінінів і гіберелінів (табл. ).

Виявлений високий вміст індолілоцтової та гіберелової кислот (497,86 та 100,87 нг на 1 г сухої маси біогумусу, відповідно), пов’язаний, вірогідно, з високою активністю сапрофітної мікрофлори у вермикомпості. Здатність же багатьох представників мікрофлори синтезувати фізіологічно активні речовини на сьогодні є загальновідомим фактом (Davies P.J., 2004). Вміст зеатину і зеатин-рибозиду був порівняно низький (60,02 і 40,92 нг на 1 г сухої маси біогумусу, відповідно).

Таблиця 1

Вміст фітогормонів у біогумусі

Варіанти досліду | нг на 1 г сухої речовини

ІОК | 497,86 10,5

Беатин | 60,02 2,3

Зеатин-рибозид | 40,92 1,9

ГК | 100,87 7,4

Вміст мікроелементів у біогумусі. Результати досліджень підтвердили наявність у біогумусі таких важливих для зернових культур мікроелементів як залізо, мідь, цинк та марганець (табл. 2).

Таблиця 2

Вміст мікроелементів у біогумусі

Мікроелемент | мас.% (на 100 г біогумусу) | г на 1 кг біогумусу

Fe3+ | 0,0563 | 0,7679

Mn2+ | 0,0104 | 0,1419

Zn2+ | 0,0049 | 0,0668

Cu2+ | 0,0005 | 0,0068

Відомо, що елементи мінерального живлення забезпечують у рослинній клітині і структурну, і каталітичну функції. І хоч фізіологічна потреба рослин у мікроелементах порівняно невелика, все ж, як свідчать літературні дані, вермикомпост не може служити достатнім джерелом важливих мікроелементів для зернових культур, тому при створенні препаратів на основі біогумусу необхідно підвищити в них вміст мікроелементів.

Вплив екстрактів вермикомпосту на ріст озимої пшениці. В дослідах вивчали вплив як водної витяжки вермикомпосту, так і лужного гідролізату біогумусу та поєднаної дії водного і лужного екстрактів. Такий підхід зумовлений тим, що лужний гідролізат містить гумінові та фульвокислоти, які самі по собі є фізіологічно активними сполуками.

Встановлено, що водна витяжка біогумусу і лужний гідролізат здатні стимулювати проростання насіння, ріст надземної та кореневої маси паростків пшениці сорту Київська 8 (табл. 3).

Отримані результати свідчать про те, що водна витяжка біогумусу, в концентраціях 4– 1 об.%, стимулює ріст кореневої і надземної частини паростків пшениці на 14,7 – 39,7 та 18,2 – 31,8 %, відповідно. Стимулювальний вплив на паростки пшениці спостерігався також при використанні лужних гідролізатів біогумусу що, ймовірно, зумовлено наявністю у гідролізаті гумінових кислот, які впливають на інтенсивність проліферативних процесів як складової росту і розвитку рослин.

У подальшому досліджували ефективність спільної дії водних і лужних екстрактів. Для цього обидва екстракти змішували відповідно до рекомендацій Ушакова І.П. (1993). Стимулювальний ефект суміші, досліджений на трьох сортах озимої пшениці (Колумбія, Подолянка та Білоцерківська напівкарликова) при аналогічних розведеннях, був значно сильнішим за вплив компонентів, застосованих окремо (рис. 2, 3). При цьому максимальне значення приросту надземної маси паростків пшениці відмічено за обробки рослин 1 % розчином.

При визначенні приросту кореневої маси паростків досліджуваних сортів озимої пшениці найбільший приріст кореневої маси (147 і 176 %) виявлено у пшениці сорту Подолянка при застосуванні суміші у концентраціях 1,34 і 1 об’ємний відсоток, відповідно.

Таблиця 3

Вплив водних та лужних екстрактів біогумусу на ріст паростків озимої пшениці сорту Київська 8

Варіанти досліду | Маса паростка | Маса кореня

мг | % | мг | %

Водний екстракт

Контроль | 66,0 ± 7,77 | 100,0 | 68,0 ± 7,81 | 100,0

Концентрація, об’ємні %:

4 | 87,0 ± 3,51 | 131,8 | 82,0 ± 2,01 | 120,6

2 | 84,7 ± 2,60 | 128,3 | 79,0 ± 6,24 | 116,2

1,34 | 79,3 ± 1,45 | 120,2 | 78,0 ± 7,55 | 114,7

1 | 78,0 ± 2,65 | 118,2 | 95,0 ± 9,17 | 139,7

Лужний екстракт

Контроль | 56,05 ± 4,21 | 100,0 | 58,0 ± 2,23 | 100,0

Концентрація, об’ємні %:

4 | 57,5 ± 2,63 | 101,2 | 55,5 ± 3,64 | 95,7

2 | 60,0 ± 1,89 | 106,2 | 71,5 ± 6,32 | 123,3

1,34 | 54,5 ± 1,64 | 97,3 | 66,5 ± 5,10 | 114,6

1 | 54,7 ± 3,15 | 96,8 | 59,8 ± 7,21 | 103,1

Слід зазначити, що використання досліджуваних розчинів у концентраціях 4 – 1 % сприяло наростанню кореневої маси всіх досліджуваних сортів озимої пшениці у порівнянні з контрольним варіантом. Так, у сорту Колумбія величина зростання становило 76,3 – 111,6 %, а у Білоцерківської напівкарликової – 45,9 - 72,3 %.

Виявлено певну сортову специфічність впливу суміші: найчутливішим до її дії виявився сорт озимої пшениці Подолянка. Близький за величиною приріст кореневої маси спостерігався також в озимої пшениці сорту Колумбія. Найменш чутливим виявився сорт Білоцерківська напівкарликова, що можна пояснити сортовою специфікою впливу на рослини фітогормонів та комплексністю їх дії.

Адитивний ефект, який виявляє суміш екстрактів вермикомпосту, свідчить про більшу ефективність останньої порівняно з водною та лужною витяжками біогумусу, взятих окремо, з чого ми виходили у подальшій роботі.

Вплив біовітрексу на окремі фізіологічні показники рослин озимої пшениці сорту Подолянка. Враховуючи одержані нами дані щодо вмісту фітогормонів та мікроелементів, ми запропонували збагачувати екстракти біогумусу мікроелементами. У польових умовах досліджувався вплив окремих компонентів вермикомпосту, а також створеного на їх основі препарату на динаміку накопичення фотосинтезувальних пігментів і накопичення сухої маси рослин, інтенсивність фотосинтезу, особливості формування угруповання ризосферних мікроорганізмів та урожайність озимої пшениці.

Вміст пігментів (хлорофілів a і b та каротиноїдів) визначали в наступні фази: кінець виходу в трубку (через 2 тижні після обробки), колосіння, цвітіння та воскової стиглості.

Встановлено, що застосування всіх досліджуваних препаратів приводило до позитивних змін у динаміці накопичення пігментів у листках озимої пшениці сорту Подолянка (рис. 4.)

У фазу колосіння істотне збільшення вмісту хлорофілу a (2,17 і 2,26 мг на г АСМ) спостерігалось у варіантах дослідів, в яких рослини оброблялися сумішшю екстрактів біогумусу та біовітрексом – 20,1 та 25,1 % до контролю. Суттєво підвищувався вміст хлорофілу b у варіантах з обробкою біовітрексом та агростимуліном – на 25 і 13,4 %, або 0,54 і 0,49 мг на г АСМ, відповідно. На подальших етапах органогенезу озимої пшениці сорту Подолянка спостерігалася тенденція до зменшення в листках рослин сумарного вмісту хлорофілу a і b, що, очевидно, було пов’язано зі старінням, а також, імовірно, внаслідок ураження фітопатогенами. Однак, цей показник залишався достовірно вищим за контрольний у варіанті із застосуванням біовітрексу як у фазу цвітіння, так і у фазу воскової стиглості.

Найбільш істотним проти контролю виявилось збільшення інтенсивності фотосинтезу у рослин озимої пшениці сорту Подолянка у фазу цвітіння у варіанті з використанням біовітрексу – 102%, або 2,89 г СО2 на 1 мг хлорофілу. Обробка іншими препаратами також приводила до його збільшення, але менш значного: у варіантах із застосуванням суміші екстрактів біогумусу, розчину мікроелементів та агростимуліну інтенсивність фотосинтезу підвищувалась відповідно на 36, 16 та 23(табл. 4).

Інтенсивність дихання рослин у варіантах з обробкою рослин сумішшю екстрактів біогумусу була на рівні показників контролю. При застосуванні розчину мікроелементів та агростимуліну його інтенсивність була нижчою на 12-13%, а у варіанті з обробкою рослин озимої пшениці біовітрексом – на 34% (табл. 4). Це свідчить про високий рівень асиміляції вуглекислого газу рослинами озимої пшениці та ефективне його використання при накопиченні органічної речовини. Підтвердженням цьому є збільшення сухої маси рослин та підвищення врожайності озимої пшениці.

Таблиця 4

Вплив біовітрексу та його складових на інтенсивність фотосинтезу та дихання рослин озимої пшениці сорту Подолянка у фазі цвітіння

Варіанти досліду | Істинний фотосинтез (мг поглинутого СО2 / мг хл. / год) | % до контролю | Дихання (мг виділеного СО2 / г / год) | % до контролю

Контроль | 1,43 ± 0,10 | 100 | 1,3 ± 0,05 | -

Обробка:

Суміш екстрактів біогумусу* | 1,95 ± 0,09 | 136,4 | 1,3 ± 0,01 | 101

Розчин мікроелементів | 1,66 ± 0,35 | 116,1 | 1,1 ± 0,10 | 88

Біовітрекс | 2,89 ± 0,24 | 202,1 | 0,8 ± 0,20 | 66

Агростимулін | 1,77 ± 0,39 | 123,8 | 1,1 ± 0,14 | 87

* Суміш водної і лужної витяжок вермикомпосту брали у співвідношенні 1:1.

Підвищення вмісту пігментів у листках та збільшення інтенсивності фотосинтезу сприяє накопиченню в них органічних речовин. У наших дослідах це проявилось у збільшенні маси надземної та кореневої частин рослин озимої пшениці.

Так, у фазах виходу в трубку, колосіння, цвітіння та воскової стиглості, маса сухої речовини надземної частини рослин у варіантах дослідів, коли рослини оброблялись досліджуваними препаратами, була в 1,1-1,5 раза вищою за цей показник у контролі, причому в усіх зазначених фазах найбільшою вона була у варіанті з обробкою біовітрексом (рис. А).

Обробка рослин досліджуваними препаратами, як і у випадку з накопиченням надземної маси, значно стимулювала накопичення кореневої маси (ґрунтовий горизонт 0 – 20 см) у всіх фазах онтогенезу (рис. 5Б).

Як відомо з літератури, фітогормони та синтетичні регулятори росту і розвитку рослин будучи застосованими для обробки бобових і злакових культур, можуть опосередковано, активуючи процеси хлоропластогенезу, фотосинтезу і, вірогідно, змінюючи об’єм та склад кореневих виділень, можуть впливати на мікробіологічні процеси у ризосфері рослин (Белоногов Д.Е., 1983, Волкогон В.В., 1998, 2005). Біовітрекс, який, зокрема, містить стимулятори росту рослин біологічного походження, а також комплекс мікроелементів, позитивно впливає на формування мікробного угруповання ризосфери озимої пшениці та процеси, з якими пов’язана метаболічна діяльність ґрунтової мікрофлори.

Рис. 5. Вплив рістстимулювальних препаратів на динаміку накопичення маси надземної частини (А) та кореневої маси (Б) рослин озимої пшениці сорту Подолянка (г МСР/м2). 1- контроль; 2 – суміш екстрактів біогумусу; 3 – розчин мікроелементів; 4 – біовітрекс; 5 – агростимулін.

Таким чином, отримані нами результати, показали що всі випробувані чинники здатні суттєво стимулювати зростання як загальної чисельності мікроорганізмів, так і окремих їх функціональних груп у ризосфері пшениці через два тижні після обробки рослин. Зміни чисельності та активності мікроорганізмів оптимізують перебіг окремих біологічних процесів в агроценозі (фіксація атмосферного азоту (табл. )) і сприяють покращенню мінерального живлення рослин, зокрема азотного і фосфорного.

Обробка рослин всіма досліджуваними препаратами статистично достовірно підвищувала врожайність озимої пшениці сорту Подолянка (табл. 6). При цьому найбільшою, порівняно з контролем, прибавка врожаю була у варіанті із застосуванням біовітрексу: 14,9 %, або 7,2 ц/га додаткової продукції.

Таблиця 5

Вплив біовітрексу та його складових на потенційну активність азотфіксації в ризосфері пшениці, нмоль С2Н4/г сухого ґрунту / годину

Варіанти досліду | Строки відбору зразків (по фазах розвитку рослин)

вихід в трубку | колосіння | початок цвітіння | молочна стиглість

Контроль | 28,1 | 14,2 | 270,4 | 231,4

Суміш екстрактів біогумусу* | не визн. | 17,4 | 514,1 | 25,4

Розчин мікроелементів | не визн. | 21,6 | 355,2 | 47,5

Біовітрекс | не визн. | 21,5 | 942,5 | 29,5

Агростимулін | не визн. | 23,3 | 387,2 | 24,2

НІР0,05 | 5,2 | 114,5 | 7,5

*Суміш водної і лужної витяжок вермикомпосту брали у співвідношенні 1:1.

Таблиця 6

Вплив біовітрексу та його складових на продуктивність озимої пшениці сорту Подолянка (дрібноділянковий дослід)

Варіанти досліду | Кількість зерен

у колосі, шт. | % до
контролю | Маса 1000

зерен, г | % до
контролю | Урожай-ність,

ц/га | Прибавка

врожаю,

ц/га | % до
контролю

Контроль | 31 | 100,0 | 38,6 | 100,0 | 48,2 | - | 100,0

Обробка

Сумішшю екстрактів біогумусу* | 35 | 111,7 | 38,3 | 99,3 | 53,4 | 5,2 | 110,9

Розчином мікро-елементів | 34 | 109,7 | 39,3 | 101,9 | 53,9 | 5,7 | 111,8

Біовітрексом | 35 | 113,5 | 39,0 | 101,2 | 55,4 | 7,2 | 114,9

Агро-стимуліном | 35 | 113,4 | 38,6 | 100,2 | 54,7 | 6,6 | 113,6

НІР0,05 | 2,58 | 1,8 | 4,7

*Суміш водної і лужної витяжок вермикомпосту брали у співвідношенні 1:1.

середня густота рослин – 400 шт./м2

Дані, наведені в табл. 6, свідчать про те, що прибавка врожаю на дослідних ділянках в основному забезпечувалась завдяки збільшенню кількості зерен у колосі. Цей показник у варіантах дослідів із застосуванням суміші екстрактів біогумусу, а також біовітрексу й агростимуліну був достовірно вищим за контрольні показники: збільшення кількості зерен у колосі складало відповідно 11,7; 13,5 та 13,4 %. В той же час маса 1000 зерен у дослідних варіантах перевищувала контрольний показник не більше ніж на 1,9 %.

Ефективність застосування біовітрексу та його компонентів проти основних хвороб озимої пшениці. Результати вивчення в умовах лабораторних дослідів дії суміші витяжок біогумусу на ростові параметри та ураженість паростків озимої пшениці хворобами за використання штучної інокуляції збудниками кореневих гнилей показали, що вегетативна і коренева маса паростків до 16-ї доби практично не змінюється, але суттєво зменшується проти контролю вже на 20-ту добу після зараження патогенними грибами. Обробка рослин сумішшю екстрактів біогумусу певною мірою нівелювала це зменшення, а в деяких випадках повністю знімала негативний ефект патогена (табл. 7).

Таблиця 7

Вплив суміші екстрактів біогумусу на ростові параметри паростків озимої пшениці при зараженні їх збудниками кореневих гнилей

Варіанти досліду | Маса 1 паростка, г | Маса коренів з 1 паростка, г

Не уражений | F. graminearum | B. sorokiniana | G. graminis

var. tritici | Не уражений | F. graminearum | B. sorokiniana | G. graminis

var. tritici

На 16 добу

Контроль | 0,096 0,004 | 0,085

0,007 | 0,102

0,009 | 0,103

0,007 | 0,131

0,010 | 0,088

0,004 | 0,112

0,012 | 0,131

0,008

Суміш екстрактів біогумусу (1:100) | 0,102

0,008 | 0,100

0,004 | 0,106

0,009 | 0,083

0,008 | 0,098

0,010 | 0,120

0,009

На 20 добу

Контроль | 0,150

0,012 | 0,120

0,009 | 0,130

0,008 | 0,110

0,010 | 0,160

0,012 | 0,100

0,005 | 0,140

0,009 | 0,140

0,012

Суміш екстрактів біогумусу (1:100) | 0,140

0,011 | 0,170

0,014 | 0,120

0,009 | 0,110

0,007 | 0,150

0,011 | 0,140

0,009

*Суміш водної і лужної витяжок вермикомпосту брали у співвідношенні 1:1.

Ефект нівелювання екстрактом біогумусу негативного впливу патогенів на розвиток рослин може бути зумовлений реакцією фітогормональної системи рослинного організму. Так, збільшення рівня стресового гормону (АБК), з одного боку, та підвищенням вмісту ІОК – з іншого, свідчать про участь цієї системи у відповіді рослини на дію патогенного чинника (рис. 6). Зокрема, результати дослідження вмісту фітогормонів у паростках двох сортів озимої пшениці, що відрізняються стійкістю до Fusarium graminearum (при інфікуванні цим патогеном), показали, що внаслідок зараження вміст ІОК, як і АБК, в проростках стійкого сорту (Колумбія) зменшується, а у сприйнятливого (Білоцерківська напівкарликова) вміст ІОК значно зростає, тоді як кількість АБК залишається на рівні контролю (рис. 6).

Рис. 6. Зміна фітогормонального статусу 10-денних паростків стійкого (А - Колумбія) та нестійкого (Б - Білоцерківська напівкарликова) до ураження Fusarium graminearum сортів озимої пшениці

При вивченні ефективності використання біовітрексу проти основних листкових хвороб озимої пшениці в польових умовах було проведено шість обліків розвитку хвороб – септоріозу, борошнистої роси та бурої іржі. На всіх етапах органогенезу озимої пшениці серед цих хвороб найбільший розвиток мав септоріоз листя: від 1,5 % на момент обробки препаратами до 19,8 % у фазу колосіння (в контрольному варіанті) (рис. 7).

Рис. 7. Динаміка розвитку септоріозу листя озимої пшениці сорту Подолянка при обробці рослин ріст-регулювальними препаратами

Через 10 днів після обробки рослин сумішшю екстрактів буогумусу, розчином мікроелементів, агростимуліном і біовітрексом ступінь ураженості рослин пшениці септоріозом листя складав відповідно 3,1; 4,3 та 2,7 % і статистично достовірно відрізнявся від цього показника в контролі (6,5 %). У варіантах із застосуванням суміші екстрактів біогумусу розвиток хвороби був на рівні контролю (5,6 %). Через 20 днів після обробки (фаза язичка) спостерігалась аналогічна картина при незначній тенденції до зростання ступеня ураженості (рис. ). На подальших етапах розвитку пшениці ефективність усіх препаратів проти септоріозу листя знижувалась (за винятком варіанту досліду із застосуванням фунгіциду Альто-супер  ЕС).

Рістстимулювальна дія препарату, створеного на основі вермикомпосту та мікроелементів, забезпечується за рахунок його властивостей як регулятора росту, рідкого добрива та біофунгіциду. Мікроелементи, які містить препарат, є важливими структурними складовими, які впливають на ріст та розвиток рослин, тоді як фітогормони регулюють важливі процеси метаболізму, що сприяє накопиченню сухої маси озимої пшениці. Це, в свою чергу, приводить до підвищення врожайності даної культури. Таким чином, серед досліджених препаратів найбільш ефективним виявились суміш екстрактів вермикомпосту та комплексний препарат біовітрекс, який може бути використаний як важливий елемент технології вирощування озимої пшениці.

ВИСНОВКИ

1. Вермикомпости можуть бути використані при створенні комплексних препаратів як джерело різних фізіологічно активних речовин.

2. Висока рістстимулювальна активність екстрактів вермикомпосту та створеного на їх основі препарату зумовлена наявністю в його складі фітогормонів-стимуляторів (ауксинів, цитокінінів, гіберелінів), гумінових кислот та фульвокислот, а препарату біовітрексу – також важливих мікроелементів (Fe3+, Cu2+, Mn2+, Zn2+).

3. Обробка озимої пшениці сумішшю екстрактів біогумусу та комплексним препаратом біовітрекс у фазі виходу рослин в трубку стимулює інтенсивність накопичення в них хлорофілів a i b, а також фотосинтезу та нагромадження сухої маси.

4. Як біовітрекс, так і окремі його складові позитивно впливають на формування мікробного угруповання в ризосферному ґрунті озимої пшениці, оптимізуючи таким чином азотне та фосфорне мінеральне живлення рослин.

5. Інтенсифікація росту рослин під впливом суміші екстрактів біогумусу зумовила зменшення їх ураження кореневими гнилями, за рахунок прискорення проходження найбільш чутливих до інфікування фаз онтогенезу, і подальшого зменшення негативного впливу на ростові процеси.

6. Встановлено, що антифунгальна дія біовітрексу, зокрема, застосованого проти септоріозу листя озимої пшениці, пов’язана з одного боку з рістстимулювальною активністю цього препарату, а з іншого – з індукцією стійкості рослин під впливом сполук, що входять до його складу.

7. Сорти озимої пшениці що відрізняються за стійкістю до фузаріозу (Колумбія і Білоцерківська напівкарликова) мали різний характер та норму реакції фітогормонів ІОК і АБК на зараження Fusarium graminearum.

8. Висока біологічна ефективність біовітрексу зумовлена різною спрямованістю його фізіологічної дії – рістстимулювальної, антифунгальної та рідкого добрива, що сприяє статистично достовірному підвищенню врожайності озимої пшениці сорту Подолянка.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Волкогон М.В. Біологічна ефективність регулятора росту „Біовітрекс” на озимій пшениці // Вісник Аграрної науки. – 2006. – № 1. – С. 78 – 80.

2. Драговоз І.В., Богданович А.В., Яворська В.К., Волкогон М.В., Мусієнко М.М. Вплив препарату, створеного на основі вермикомпосту на врожайність озимої пшениці // Вісник аграрної науки. – 2006. – №5. – C. 29 – 32. (Особисто дисертантом проведено значну частину експериментальних досліджень, їх аналіз та статистичну обробку).

3. Драговоз І.В., Волкогон М.В., Яворська В.К., Мусієнко М.М., Богданович А.В. Фізіологічна активність компонентів вермикомпосту та створення на його основі комплексного регулятора росту // Фізіологія і біохімія культурних рослин. – 2006. – 38, №4. – C. 292 – 300. (Особисто дисертантом проведена переважна частина експериментальних досліджень, їх статистична обробка, аналіз та узагальнення).

4. Драговоз І.В., Яворська В.К., Волкогон М.В., Мусієнко М.М. Дослідження хімічного складу та фізіологічної активності водних екстрактів біогумусу // Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти: Тези другої міжнародної конференції (18 – 21 серпня 2004 року).– Львів: Львівський національний ун-т ім. Івана Франка, 2004.– С. .

5. Волкогон М.В. Вплив регулятора росту на основі біогумусу на ростові параметри та стійкість до фітопатогенів проростків озимої пшениці // Актуальні проблеми фізіології, генетики та біотехнології рослин і ґрунтових мікроорганізмів: Тези доповідей дев’ятої конференції молодих дослідників (24 – 25 лютого 2005 року).– Київ: Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, 2005. – С. 10.

6. Богданович А.В., Волкогон Н.В., Драговоз И.В., Яворская В.К. Фунгистатический эффект применения комплексного препарата, созданного на основе биогумуса и микроэлементов // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Материалы четвертой международной научной конференции (26 – 28 октября 2005 года).– Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича НАН Беларуси, 2005.– С. 32.

7. Волкогон Н.В., Стороженко В.A., Драговоз И.В., Мусиенко Н.Н. Влияние комплексного препарата, созданного на основе вермикомпоста, на пигментный состав, сухую массу и продуктивность озимой пшеницы // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Материалы четвертой международной научной конференции (26 – 28 октября 2005 года).– Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича НАН Беларуси, 2005.– С. 48.

8. Драговоз И.В., Яворская В.К., Крючкова Л.А., Волкогон Н.В. Свойства комплексного препарата, созданного на основе биогумуса и микроэлементов // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Материалы четвертой международной научной конференции (26 – 28 октября 2005 года).– Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича НАН Беларуси, 2005.– С. 79.

9. Волкогон М.В., Богданович А.В., Стороженко В.А., Улинець В.З. Фізіологічні основи застосування комплексного регулятора росту створеного на основі вермикомпосту // Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології: Тези наукової конференції молодих учених (1 – 3 грудня 2005 року).– Ужгород: Ужгородський національний ун-т., 2005.– C. .

10. Богданович А.В., Волкогон М.В., Драговоз І.В., Яворська В.К. Вплив комплексного препарату „Біовітрекс” на прояв стійкості пшениці до септоріозу // Матеріали дванадцятого з’їзду українського ботанічного товариства (15 – 18 травня 2005 року).– Одеса: Одеський національний ун-т ім. І.І. Мечнікова, 2006.– С. 406.

11. Драговоз І.В., Волкогон М.В., Яворська В.К. Комплексний препарат для зернових культур „Біовітрекс”, створений на основі вермикомпосту // Матеріали дванадцятого з’їзду українського ботанічного товариства (15 – 18 травня 2005 року).– Одеса: Одеський національний ун-т ім. І.І. Мечнікова, 2006.– С. 437.

12. Dragovoz I.V., Kryuchkova L.O., Volkohon M.V., Yavorska V.K. New plant growth regulator on the base of vermicompost and its influence on growth, development and disease resistance on winter wheat // 2nd Symposium on microalgae and seaweed products in plant/soil-systems: Book of Abstracts (30– 2 July, 2004).– Mosonmagyarovar: University of West Hungary, Hungary, 2004.– P. 33.

13. Volkohon M.V., Dragovoz I.V., Kryuchkova L.O. Influence of plant growth regulator obtained on the basis of biocomposts on growth parameters and phytopathogen resistance of winter wheat seedlings // XVII International Botanical Congress: Book of Abstracts (17 – 23 July, 2005). Austria Center Vienna, 2005.– P. 332.

14. Bogdanovich A.V., Volkohon M.V., Dragovoz I.V., Yavorska V.K. Influence of complex preparation “Bioweatrex” on the development of winter wheat resistance to Septoria tritici blotch // 3nd Symposium on microalgae and seaweed products in agriculture: Book of Abstracts (21 – 23 June, 2006).– Mosonmagyarovar: University of West Hungary, Hungary, 2006.– P. 31.

АНОТАЦІЯ

Волкогон М.В. Оптимізація продукційного процесу рослин озимої пшениці за використання регулятора росту природного походження, створеного на основі вермикомпосту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 – фізіологія рослин. – Київський національний університет імені Тараса