Оценка влияния йодосодержащих соединений на урожай и качество яровой пшеницы в условиях недостатка и избытка влаги при разной обеспеченности макроэлем

Содержание

Введение 2
Глава 1. Обзор литературы 4
1.1.Характеристика влияния дифицита и избытка влаги на показатели урожая и качество растений 4
1.1.1. Влияние недостатка влаги на растения 4
1.1.2. Влияние избыточного увлажнения на растения 10
1.1.3. Влияние затопления и недостатка кислорода в корнеобитаемой зоне на водный обмен растений. 12
1.1.4.Влияние затопления и недостатка кислорода на фотосинтетическую деятельность растений. 14
1.1.5. Влияние затопления и недостатка кислорода в корнеобитаемой зане на дыхание растений 16
1.1.6.Влияние затопления на продуктивность растений. 18
1.2.Микроэлемент йод. 19
1.2.1. Влияние йода на рост, развитие и химический состав зерновых культур……………………………………………………………………………19
1.3. Роль йода на растение, почву и окружающую среду 21
1.3.1.Значение йода в растении 21
1.3.2.Роль йода в почве 26
1.3.3.Значение йода в окружающей среде 29
1.4.Характеристика фермента пероксидазы в растении. Ее роль и функции. 33
Глава II. Объект и методы исследования 36
2.1.Объект исследования 36
2.2. Методы исследования 41
2.2.1. Вегетационный метод исследования 41
2.2.2. Метод определения активности пероксидаз в органах растений 54
Глава III. Экспериментальная часть 57
3.1. Проведение вегетационного опыта 57
3.1.1. Результаты исследования активности пероксидазы в зерне яровой пшеницы 63
3.1.2.Оценка фотосинтетической деятельности растений 67
3.1.3. Учет урожая яровой пшеницы 71

Введение
В задачи сельскохозяйственной науки входит повышение устойчивости зерновых культур к действию абиотических стрессов. Необходимость повышения устойчивости зерновых культур обусловлены неопределенностью изменения климата, увеличением числа абиотических стрессов, снижением стабильности полученных урожаев.
Изучение реакций растений на периодически возникающие в вегетационный период стрессовые ситуации необходимо для разработки способов, снижающих их негативное воздействие.
Изменение климата в сторону засухи приводит к дефициту запасов почвенной влаги и высоким температурам. Отсюда возникают потери продуктивности зерновых культур, которые необходимо снижать. Один из путей решения этой проблемы – применение микроэлементов, повышающих устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды.
Йод, увеличивает устойчивость к неблагоприятным воздействиям абиотических явлений.
...

1.1.1. Влияние недостатка влаги на растения
Одной из важных задач сельскохозяйственной науки является изучение реакций растений на недостаток влаги. Недостаток влаги в почве обусловлен засухой, она характеризуется продолжительным периодом стабильной погоды с высокими температурами воздуха и малым количеством осадков, в результате чего снижаются влагозапасы почвы и возникает угнетение и гибель культурных растений.
Среди экстремальных природных явлений засухи проявляются наиболее неблагоприятным воздействием на сельское хозяйство в большинстве земледельческихрайонов Российской Федерации. Так, в наиболее жестокую засуху 2010 года гибель посевов наблюдалась на площади 13,3 млн га, в менее интенсивную засуху 2012 г. погибло 5,5 млн га [48].
В природе комбинация дефицита влаги в почве, атмосфере и высоких температур по-разному влияет па растения. Засуха северо-западного типа характеризуется низкой влажностью воздуха и почвы при умеренной температуре.
...

1.1.2. Влияние избыточного увлажнения на растения
Избыточное увлажнение оказывает крайне негативное воздействие на зерновые культуры. Эта проблема возникает при заболачивании почв, в результате временного или постоянного переувлажнения, при вымокании растений или при затяжных дождях, при нарушении поливных норм на орошаемых территориях.
Особенностью затопления, как стресс-фактора, является сочетание высокой оводненности и нарушение кислородного режима в корнеобитаемой зоне. Доступ кислорода к корням растений затрудняется (гипоксия) или совсем прекращается (аноксия).
Установлено, что, как правило, корни поглощают кислород, необходимый для дыхания, прямо из почвы. Хорошо структурированные почвы богаты кислородом. Но в плохо дренированных почвах при больших дождях поры заполняются водой, воздух вытесняется. Поэтому при длительном затоплении в почве развиваются анаэробные процессы, преимущественно маслянокислое и другие виды брожения.
...

1.1.3.Влияние затопления и недостатка кислорода в корнеобитаемой зоне на водный обмен растений.

Физиология водообмена растений, находящихся в различных режимах аэрации является одним из главных вопросов. У растений страдающими от избытка влаги отмечается изменение водообмена, вызванное дефицитом кислорода в корнеобитаемой зоне [21].
Расход воды растениями идет в начале процесса устьичной транспирации. При избытке влаги в почве интенсивность транспирации снижается. В некоторых случаях снижение интенсивности транспирации связывают с закрытием устьиц. Во многих работах снижение интенсивности транспирации связывают с закрытием устьиц. Однако степень открытости устьиц не определялась. В некоторых работах измеряли устьичную проходимость и было показано, что под влиянием затопления она падает [54]. Транспирация может иметь и внеустьичную составляющую. Еще Сабинин Д.А.
...

1.1.4.Влияние затопления и недостатка кислорода на фотосинтетическую деятельность растений.
Процессы первичного синтеза органических веществ и запасание свободной энергии у зеленых растений происходит в основном в процессе фотосинтеза. Отсюда большая значимость этого процесса в проявлении сохраняющих реакций, в приспособлении растений к неблагоприятным условиям среды.
Затопление корнеобитаемой зоны растений сказывается на состоянии ассимилирующих тканей. Хлоропласты уменьшаются, теряют правильную форму, исчезают крахмальные зерна, увеличивается число пластобул, уменьшается количество мембран [47].
Уменьшение концентрации хлорофилла до определенного уровня может не сказываться на интенсивности фотосинтеза. Роль пигментов в процессе фотосинтеза имеет большое значение в жизни растений. Падение концентрации хлорофилла до определенного уровня может не сказываться на интенсивности фотосинтеза. Все же нельзя рассмотреть данные о влиянии затопления на этот показатель.
...

1.1.5. Влияние затопления и недостатка кислорода в корнеобитаемой зане на дыхание растений

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода клетками и тканями растений. В тоже время окислительные превращения субстратов при дыхании включают не только аэробные, но и анаэробные процессы (гликолиз, брожение). Поэтому интересен тот факт, что при снижении парциального давления кислорода с 21% до 9-8% интенсивность дыхания тканей практически не меняется. И только при 5% содержании кислорода наблюдается снижение интенсивности дыхания [17]. Дыхание может осуществляться при очень низких внутриклеточных концентрациях кислорода, в частности это связано с высоким сродством цитохромоксидазы к кислороду, критическое давление кислорода при котором еще работает цитохром составляет 2-3 мм.рт.ст. [24]. В естественных условиях обитания растений давление кислорода в тканях значительно превосходит его критическую величину.
...

1.1.6.Влияние затопления на продуктивность растений.

Значение устойчивости культур к избытку влаги в почве меняется в зависимости от фазы развития. По данным исследований Сказкина Ф.Д. было выявлено, что снижение урожайности зерновых культур при недостаточном или избыточном увлажнении почвы наблюдается именно в критический период роста растений. Засухой больше всего растения повреждаются в период формирования репродуктивных органов. Затопление оказывает наибольшее негативное влияние в более ранний период развития - в фазу выхода в трубку. Затопление сразу после посева сильно снижает всхожесть зерна [44].
Сокращение продуктивности зерновых культур при избытке влаги в почве происходит вследствие снижения показателя продуктивных стеблей, низкой завязываемости зерна. При этом в большей степени снижение продуктивности происходит за счет боковых побегов, которые часто отмирают [55].
...

1.2.1. Влияние йода на рост, развитие и химический состав зерновых культур
Действие микроэлементов зависит от их концентрации в среде обитания. Благоприятная для растений концентрация может варьироваться от малого дефицита до умеренного избытка. В первом случае оптимальное значение в питании достигается за счет более экономичного использования поглощенного элемента, во втором - в результате работы защитных механизмов растения, ограничивающих поступление ионов в метаболически важные центры [47].
Как известно, действие микроэлементов начинает проявляться на самых ранних стадиях развития растений. Йод в определенных концентрациях оказывал стимулирующее действие на всхожесть яровой пшеницы.
При намачивании семян яровой пшеницы раствором йода с концентрацией 0,01% отмечается увеличение показателей энергии прорастания.
...

1.3.1.Значение йода в растении

Йод играет важную роль в жизнедеятельности растений, при нормальном протекании их физиологических процессов. Он принимает участие в синтезе отдельных аминокислот и белков (входит в их состав), является естественным антисептиком, участвует в дыхании, фотосинтезе и азотном обмене.
Недостаток йода у растений может привести к снижению их сопротивляемости различным заболеваниям. Причиной дефицита йода может послужить недостаточное содержание этого элемента в почве (особенно это касается торфяных и подзолистых грунтов, легких супесей, а также субстратов с дефицитом органики).
Неблагоприятны для йода излишне кислые почвы — в них йод моментально уходит в нижние слои, становясь недоступным для растений. Больше всего природного йода в черноземных плодородных почвах, в низинах и особенно в прибрежных районах.
Растения способны поглощать практически все макро- и микро элементы.
...

1.3.2.Роль йода в почве

Йод в почве играет значимую роль и содержание его в почве обуславливается результатом действия сложных динамических процессов, которые включают в себя в том числе и фиксацию из атмосферы. Взаимосвязь йода с органическими и неорганическими компонентами почвы усиливает фиксацию, снижает скорость улетучивания и снижает его биологическую доступность. Комплексообразование йода с органическими веществами, оксидами металлов и глинами вызывает сильную фиксацию йода в почве и изменяет концентрацию водорастворимого йода, доступного для растений. Содержание растворимого йода в почве обычно составляет <10% от общего количества йода, зафиксированного в почве.
Растения способны поглощать из почв подвижные формы йода, размеры которых оценивают по экстрагируемому водой йоду. В дерново-подзолистых почвах доступность йода растениям относительно высока. В гумусированных черноземах водорастворимый йод составляет около 1% от валового.
...

1.3.3.Значение йода в окружающей среде

Йод — один из наиболее активных металлоидов окружающей среды, поэтому в природе в свободном виде не встречается. Это типичный редкий и рассеянный элемент, равномерно распределенный в земной коре. Рассеянный йод выщелачивается водами из магматических горных пород и концентрируется организмами, например водорослями. Промышленные количества йода встречаются в водах нефтяных месторождений и селитренных отложениях. Известны 24 радиоактивных изотопа йода с массовыми числами от 117 до 139, включая два изомера (121мI и 126мI) [23].
Йод образует небольшое число самостоятельных минералов, но присутствует во многих других в виде изоморфной примеси. К известным минералам йода относятся иодиды некоторых металлов, например AgI, CuI, Cu(OH)(IO3), а также полигалиды, иодаты и периодаты (Каббата-Пендиас А., 1989). Его кларк в земной коре составляет 0,4 ррm.
...

1.4.Характеристика фермента пероксидазы в растении. Ее роль и функции.
Ферменты играют важную роль для сельскохозяйственных культур и регулируют все биохимические процессы протекающие в клетке. Так же биологические катализаторы белковой природы, оказывают влияние на созревание, прорастание и дыхание зерна. Хранение и переработка зерна, выпечка хлеба, производство пива и других продуктов из зерна невозможны без участия ферментов.
Активности ферментов способствуют такие факторы, как: температура, кислотность или щелочность среды, добавление некоторых химических веществ, из которых одни усиливают активность ферментов (активаторы), другие, наоборот, ослабляют ее (парализаторы) или даже совсем приостанавливают действие ферментов (например, соли тяжелых металлов: серебра, ртути, меди, свинца и др.).
Важным показателем активности ферментов является температура. С ее повышением до определенного уровня активность ферментов увеличивается.
...

Глава II. Объект и методы исследования
2.1.Объект исследования
Яровая пшеница важнейшая продовольственная, кормовая и техническая культура. Она является одной из самых древнейших и наиболее распространенных культур на планете. В зерновом балансе страны она занимает ведущее место, поэтому увеличение ее продуктивности - главная задача сельхозпроизводителей.
Корневая система пшеницы отличается от корневых систем других культур и распределением по горизонтам почвы. У пшеницы в пахотном слое находится только 30% корней, остальная часть их выходит за его пределы. Этот характер корневой системы и определяет требовательность пшеницы к почве, не только к ее пахотному слою, но и к качеству подпахотных горизонтов. Она представляет из себя мочковатую структуру, и находится в верхнем пахотном слое почвы, но проникать может на глубину 120 - 200см. Она состоит из первичных «зародышевых» корней (развивается из зародыша семени) и вторичных «узловых» (образуются из узлов стебля).
...

2.2.1. Вегетационный метод исследования

Вегетационный метод - один из методов агрономического исследования, позволяющий более детально расчленять и выявлять значение отдельных факторов, влияющих на рост, развитие и в конечном итоге на урожайность сельскохозяйственных культур [35].
Вегетационный опыт позволяет проанализировать основные этапы жизни изучаемой культуры, и тем самым быстрее и точнее, чем в полевом опыте, установить закономерности взаимодействия растений, почвы и удобрений. Вместе с тем вегетационный метод не может заменить полевых опытов, так как условия возделывания растений в вегетационном сосуде существенно отличаются от полевых. Ценность вегетационных опытов заключается не в замене ими полевых, а в том, что полученные в них результаты позволяют понять причины тех явлений, которые наблюдаются в полевых опытах.
Основоположником вегетационного опыта в нашей стране был Климент Аркадьевич Тимирязев.
...

2.2.2. Метод определения активности пероксидаз в органах растений
При окислении в организмах кислородом органических субстратов в качестве основных продуктов образуются пероксид водорода (Н2O2) или органические пероксиды, которые могут окислять различные вещества. Одним из хорошо известных ферментов, способных катализировать реакции пероксидного окисления химических веществ в живых клетках, является пероксидаза , которая с пероксидом водорода образует комплексное соединение, в результате чего пероксид переходит в активированное состояние, превращаясь в акцептор водорода.
Растительные пероксидазы - двухкомпонентные ферменты, локализованные главным образом в пероксисомах. В состав каталитического центра этих ферментов входит протогем.
...

3.1. Проведение вегетационного опыта

Вегетационный опыт проводился в искусственных условиях в сосудах, размещенных в специальных вегетационных домиках или под сеткой, которые защищают растения от различных неблагоприятных воздействий внешней среды, с целью изучения плодородия почвы, питания растений, обмена веществ и ферментного состава в них. Вегетационные опыты, как и полевые, относятся к биологическим методам исследования и считаются основными методами в агрономической и биологической химии.
Вегетационные опыты с почвенной культурой (яровой пшеницей) проводили в вегетационном домике на кафедре агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД РГАУ-МХСА имени К.А. Тимирязева. Растения выращивали в сосудах Вагнера с массой абсолютно сухой почвы 6 кг. Для опытов использовалась дерново-подзолистая почва с Полевой опытной станции Тимирязевской академии.
...