1.4. Роль физиологически активных веществ в создании урожая и качества корнеплодов сахарной свеклы

Одним из основных направлений научно-технического прогресса в сельском хозяйстве в настоящее время признается широкое внедрение биотехнологий. Этому способствует бурное развитие современной науки, которое изменило представление о биологических ресурсах и возможностях использования потенциала живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека. Наблюдается острая потребность в новых технологиях, призванных ликвидировать нехватку продовольствия, содействовать решению проблем энергетических ресурсов, улучшения качества продукции и охраны окружающей среды [34].

Важным элементом современных технологий производства сельскохозяйственных культур становятся регуляторы роста. С их появлением стало возможным направленно регулировать физиологические процессы растений, мобилизовать потенциальные возможности, заложенные в геноме природой. К ним относятся природные и синтетические средства, активно влияющие на обмен веществ растений, что приводит к заметным изменениям в их росте и развитии [34].

Одним из направлений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе сахарной свеклы, и получении высококачественной растительной продукции, наряду с применением макро- и микроудобрений, является использование регуляторов роста и физиологически активных веществ. Известно, что регуляторы роста непосредственно участвуют в корневом и воздушном питании растений, в поглощении, превращении и синтезе необходимых соединений, в окислительно-восстановительных и других процессах и в целом положительно воздействуют на биологически ценные и хозяйственно полезные признаки у растений [61,79,12].

Известно, что процессы роста и развития растений контролируют пять групп фитогормонов: ауксины, гибберелины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен и стероиды.

Фитогормоны участвуют в регуляции обмена веществ на всех этапах жизни растений – от развития зародыша до полного завершения жизненного цикла и отмирания. Они определяют характер роста и развития растений, формирование новых органов, габитуса, цветения, старения вегетативных частей, переходу к покою и выходу из него. Действие фитогормонов на растения поливалентно. Все они влияют на рост и развитие клеток, на процесс адаптации и старения, на транспорт веществ, дыхание, синтез нуклеиновых кислот и белков и на многие другие процессы. Вместе с тем у каждой группы этих веществ имеются и свои специфические особенности [135,139,109,117].

Природные физиологически активные вещества характеризуются общим свойством: они синтезируются в растениях в малых количествах, легко передвигаются из одного органа в другой, вызывая большие изменения в метаболизме и форме растений. Эти вещества обеспечивают функциональную целостность растительного организма и деятельность всех его частей [139].

Использование физиологически активных веществ в нашей стране является сравнительно новым приемом в растениеводстве. Их роль возросла в связи с широким применением интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур [71].

Регуляторы роста растений позволяют усиливать или ослаблять признаки и свойства растений в пределах нормы реакции, определяемой генотипом. К настоящему времени обнаружено и изучено около 5000 соединений, обладающих регуляторными действиями. Во многих странах мира физиологически активные вещества, или регуляторы роста находят все большее применение в сельском хозяйстве как средство повышения качества и количества урожая [141].

В нашей стране исследованиями в области химической регуляции растений стали заниматься вплотную в последние 15 лет. Значительно активизировалась работа по поиску и синтезу новых фиторегуляторов, создана Государственная система оценки препаратов и технологии их применения. По вопросам характера и механизма действия природных и синтетических физиологически активных препаратов были проведены фундаментальные исследования Н.Г. Холодным (1939), А. Максимовым (1944), Ю.В. Ракитиным (1983) [174].

Эти исследования помогли вскрыть влияние различных веществ на процессы роста, формирования, созревания урожая и послужили основой для создания нового направления в физиологии растений – управления жизнедеятельностью растений с помощью веществ с высокой физиологической активностью.

Согласно современным представлениям регуляция роста растений осуществляется комплексом гормонов, включающим ауксины, гибберелины, цитокинины, этилен, абсцизовую кислоту [108]. Эти гормоны в очень малых дозах способны влиять на интенсивность тех или иных физиологических процессов, что и приводит к значительным изменениям в росте и развитии растений [26,35]. Попадая в орган, они либо включаются в обмен веществ, либо оказывают на него воздействие, в результате чего происходит изменение обмена веществ, способствующее снижению или подъему уровня жизнедеятельности растений [141]. Регулируя активность метаболизма в семенах, плодах и других частях растений, они активизируют или подавляют процессы расхода энергетических запасов в период хранения, регулируя накопление и расход энергозапасов, подавляя активность некоторых ферментных систем, блокируют развитие фитопатогенных организмов в растительных клетках. Все это в конечном итоге влияет на количество урожая [21]. Применение синтетических регуляторов роста стало существенным элементом интенсификации современных технологий производства продукции растениеводства.

Ряд ученых (И.К. Ярменко, 1988; В.Н. Кузьменко, 1990; А.В. Петров, 1996; О.А. Зауралов, А.С. Лукаткин, 1996; О.Н. Тихомирова, Н.В. Безлер, 1997; H. Drosihn, M. Paper, 1989) в настоящее время рекомендуют применять физиологически активные вещества при выращивании сахарной и кормовой свеклы. Регуляция физиологического состояния корнеплодов основана на действии физиологически активных веществ, которые в определенных концентрациях подавляют процессы, приводящие к потере сахара. Так, в опытах ВНИИСС при применении регуляторов роста на сахарной свекле выявлено, что предуборочное (за 30 дней до уборки) опрыскивание ботвы 1 % раствором ГМК-Nа повысило сахаристость корнеплодов на 0,4-0,6 %, но снизило урожай ботвы в 2,5 раза [94].

М.А. Бычковым с 2003 года в Кемеровской области на кафедре ботаники и экологии начаты исследования по определению биологической эффективности препарата Бинорам, которые проводятся на зерновых культурах (пшеница яровая, ячмень, овес), картофеле и овощных культурах закрытого грунта. Результаты эксперимента на огурце показали, что обработанные Бинорамом растения имели более развитый листовой аппарат, площадь ассимиляционной поверхности составила 63,33 дм²/растение, что позволило растениям огурца интенсивно аккумулировать углекислоту из воздуха и использовать продукты фотосинтеза на создание биомассы и продуктивность растений. Также обработка биопрепаратами способствует значительному повышению урожайности огурца.

Механизм действия Бинорама основан на антагонизме между бактериями Pseudomonas (действующее «вещество» Бинорама) и фитопатогенными организмами, вызывающими различные заболевания растений. Живые бактерии, входящие в состав Бинорама, в процессе жизнедеятельности выделяют антибиотики, гормоны роста и активно вступают в конкуренцию за питательный субстрат, в отличие от вредных для растений организмов. В результате этого подавляются многие возбудители болезней растений, передающиеся через почву, а также растительные остатки и семена. При многократном применении Бинорама улучшается фитосанитарная обстановка почвы вследствие подавления почвенных фитопатогенов. Следует отметить, что Бинорам лучше, чем химические протравители семян уничтожает болезни, передающиеся через почву, так как живые бактерии Pseudomonas постоянно находятся непосредственно в почве в очень большой концентрации (2,5-5,0 х 1010 кл/мл) и вытесняют патогенные комплексы. Это позволяет успешно бороться с вредными микроорганизмами.

Исследования А.А. Малюга в 2008 году показали, что Бинорам, применяемый для замачивания клубней, наиболее эффективен при возделывании картофеля с использованием комплексного минерального удобрения. В этом случае количество выпавших от ризоктониоза растений уменьшается соответственно в 8,0 и 2,4-16,0 раз, развитие болезни – в 1,2-2,2 раза, распространенность на клубнях нового урожая – в 1,7-2,8 раза. При использовании Бинорама урожай культуры повышается на 12,5% (в контроле – 28,8 т/га).

По данным А.М. Жукова (2006), обработка растений Бинорамом в фазу колошения способствует увеличению количества полноценных зерен в колосе на 2-8 шт. Действие некорневой обработки положительно влияет на массу 1000 зерен, которая увеличивается на 4,6…8,2 %. Вариант с Бинорамом характеризуется также лучшим значением физико-химических показателей зерна: натуры, массы 1000 зерен, общей стекловидности, содержанию белка.

Д.И. Калайда, М.И. Савчук в своих исследованиях отмечают, что обработка семян сахарной свеклы перед посевом 0,5-0,7 % диметилсунофоксидом (ДМСО) увеличивает полевую всхожесть на 19,5 %, вынос питательных веществ на 12 %, а также повышает урожайность [182].

ГМК как ингибитор роста изучался на сахарной свекле при предуборочной обработке с целью увеличения оттока сахаров в корнеплод [168]. Опрыскивание сахарной свеклы перед уборкой 0,5 % раствором ГМК увеличивает сахаристость корнеплодов на 1,4 %, не снижает урожайность и улучшает технологические качества корнеплодов [13].

В исследованиях А.Н. Веденеева, В.П. Деевой, В.Л. Хри-пача установлено, что опрыскивание посевов сахарной свеклы за 20 и 30 дней до уборки (до пожелтения или подсыхания внешних листьев) эпибрассинолидом стимулировало фотосинтетическое накопление углеводов и их отток в корнеплоды. За счет этого увеличивалась на 30 % урожайность корнеплодов [25].

А.Ф. Никитин, Е.В. Кандыба, В.И. Лазарев в исследованиях использовали на сахарной свекле биологические препараты Азотовит и Бактофосфин, которые существенно повлияли на микробиологическую активность, стимулировали рост и развитие растений, ускорили наступление фенологических фаз и повысили урожайность, а также положительно повлияли на сохранность корнеплодов [116].

А.К. Золотников, А.В. Лебедев, В.Т. Алехин, В.Р. Сергеев считают, что биопрепарат Альбит – новая перспективная разработка отечественных ученых в области сельскохозяйственной биотехнологии. При обработке данным препаратом растений сахарной свеклы увеличивается урожайность на 6,5 т/га, биомасса растений, содержание сахара, ускоряется прохождение стадий развития растений и снижается развитие болезней [58].

В исследованиях Н.Г. Гизбулина, Г.А. Кулик для предпосевной обработки семян сахарной свеклы использовали регуляторы роста Этамон и Полистимулин, которые способствовали повышению полевой всхожести и улучшению роста растений [37].

С.П. Пономаренко установил, что предпосевная обработка семян эмистимом С, бетастимулином и этамоном значительно повышает урожайность, что приводит к увеличению сахара на 0,79 – 0,83 т с 1 га [136].

С.В. Стороженко, М.И. Павлов, Д.М. Иевлев в качестве регуляторов роста для сахарной свеклы использовали Эмистим и Сеорин. Данные препараты положительно повлияли на стартовые реакции и процессы, обусловливающие повышение продуктивности сахарной свеклы. Эти препараты можно применять для предпосевной обработки семян, особенно при дражировании на семенных заводах, чтобы повысить их посевные качества и продуктивность корнеплодов [158].

Предпосевное замачивание семян сахарной свеклы Рамонская односемянная 47 в 2,5 %-м растворе гумата натрия (природные ФАВ) способствовало более интенсивному по сравнению с контролем (замачивание в дистиллированной воде) образованию новых листов, увеличению массы листьев и корнеплодов, снижению общего содержания зольных элементов в зрелых корнеплодах свеклы и некоторому повышению содержания Na и K [55].

Регуляторы роста растений могут быть как синтетическими, так и природными. Они влияют на жизненные процессы растений, не оказывают в рекомендуемых концентрациях токсического действия и не служат источником питания растений.

Кроме эндогенных фитогормонов получено большое количество синтетических соединений, обладающих высокой физиологической активностью. Это либо структурные или физиологические аналоги фитогормонов, либо вещества, хотя и не имеющие сходства с фитогормонами, но способные изменить гормональный статус растений в желаемом направлении [89].

Имея различную химическую природу, все эти соединения влияют на ростовые процессы. Например, изменение интенсивности роста под влиянием этих соединений происходит вследствие того, что эти вещества влияют на обмен веществ в живой системе и интенсифицирует его. Р.В. Ракитин считает, что наблюдаемое при действии регуляторов роста изменение процесса метаболизма представляет собой защитную реакцию самосохранения организма, что и способствует стимулированию обмена веществ [142].

В сельскохозяйственной практике существует немало различных способов применения ФАВ: опрыскивание растений в определенные фазы роста, внесение в почву, предпосевная обработка семян [76].

Сведения о новых регуляторах роста представляет Ю.А. Баскаков. Установлено, что синхронности между интенсивностью роста и накоплением сахара в сахарной свекле добиться очень трудно. Но можно влиять на эти два фактора раздельно. Например, гибберелловая кислота и этрел способствуют повышению урожая корнеплодов, а гидразид малеиновой кислоты повышает сахаристость [185].

Выявлено большое значение сроков применения регуляторов роста при обработке надземной вегетативной массы в ранние сроки. При этом наиболее вероятно получить повышение урожая корнеплодов, причем максимальный эффект будет, когда препарат оказывает свое действие в течение не более 120 дней. Предуборочная обработка повышает содержание сахара в корнеплодах [185].

Регуляторы роста способствуют более интенсивному накоплению сахара в корнеплодах в последний период вегетации. При внесении перед уборкой тур, гидрела повышалась урожайность корнеплодов на 13-27 ц/га, а сбор сахара увеличивался на 4,1-8,8% [9].

В 1992 году Северо-Кавказский НИИ сахарной свеклы и сахара провел специальные исследования по изучению эффективности обработки посевов сахарной свеклы тремя препаратами: Б-236, Б-237 (300г/га) и Терпенолом (600г/га) за месяц до уборки. Результаты показали, что обработанные препаратами растения хорошо росли и развивались, сохраняя тургор. Наибольшую прибавку урожайности 2,3-2,4 т/га получили при обработке сахарной свеклы препаратом Б-236 [110].

В 1991-1993 гг. на Белгородском опорном пункте ВНИИСС, базирующемся в АО « Новая жизнь» Белгородского района, изучалось влияние обработки растений сахарной свеклы ко времени уборки сорта Льговская 52 и гибридов РМС 46 и РМС 60 ФАВ мивалом, крезацином и гибберсибом на их продуктивность. В результате опытов было установлено, что при опрыскивании свеклы ФАВ ко времени уборки урожайность возросла на 1-11 ц/га, а сахаристость увеличилась на 0,2-0,4% по сравнению с контролем [170].

Результаты полевого опыта, проводимого в 1992-1993 гг. в ОПХ «Урупское» Новокубанского района Краснодарского края на гибриде сахарной свеклы Дружба МС-34, показали, что опрыскивание семенников сахарной свеклы в фазу бутонизации дипролом, томатозидом и гуматом натрия повысило урожайность семян на 2,9-4,0 ц/га. Улучшилось и качество семян – всхожесть увеличилась на 3-8 % по сравнению с контролем [15].

Эффективным средством торможения роста листового аппарата сахарной свеклы является ГМК. Обработка фабричной сахарной свеклы в конце вегетации ГМК значительно (на 0,7-1,0%) повышает сахаристость корнеплодов. Перспективно применение агрономических коктейлей, содержащих ГМК, ССС и полистимулин [48].

Н.С. Архангельским и В.Д. Ермохиным отмечено повышение сахаристости корнеплодов в результате обработок растений сахарной свеклы растворами 2,4-Д в критические фазы роста [6].

Во Всероссийском институте сахарной свеклы и сахара в 1973 году проводились исследования по изучению влияния обработок вегетирующих растений сахарной свеклы растворами гетероауксина и янтарной кислоты. Обработки проводились в конце июля и конце августа. Отмечено повышение сахаристости на 1,0-1,5 % при двукратных обработках. Соответственно повысился сбор сахара на 1,3-13,2 ц/га. Лучшим признан вариант двукратной обработки янтарной кислотой [175].

Обработка растений сахарной свеклы 2,4-Д в критическую фазу в корнеплодах повышает содержание азота, фосфора, калия, кальция, магния и натрия, обеспечивая доказуемое увеличение урожайности корнеплодов и сбора сухого вещества [51].

Таким образом, в системе мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, большее значение имеют физиологически активные вещества. С их появлением стало возможно регулировать физиологические процессы в растениях, повышать устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды. Использование их в сельском хозяйстве, так же как удобрений, средств защиты растений, неизбежно.

Сейчас все больше наблюдается научный и практический интерес к применению регуляторов роста на разных с.-х. культурах. Это объясняется тем, что в последние годы появились работы, объясняющие механизм действия многих известных регуляторов роста.

Действие новых форм растворимых веществ на фабричную сахарную свеклу изучено недостаточно. Мы в своей работе поставили цель поиска новых физиологически активных веществ, с помощью которых можно было бы повысить технологические качества и улучшить сохранность корнеплодов.