Аграрний тиждень. Україна
» » Новая технология ускорит всходы зерна
» » Новая технология ускорит всходы зерна

    Новая технология ускорит всходы зерна


    Новая технология прайминга семян зерновых культур, позволяющая ускорить всходы на полях, апробируется сегодня в Украине.Прайминг значительно уменьшает риски и позволяет «подкорректировать» неблагоприятные для появления всходов условия. Поэтому такая технология будет интересна особенно в тех регионах, которые относятся к «зоне рискованного земледелия» или «экстремального земледелия», - а это весомая доля украинских посевных площадей.
    Для определения отправной точки древние римляне использовали выражение «аb ovo». Дословно это значит «от яйца», а в более расширенном толковании «с самого начала», «от истоков», «от сущности вопроса».
    При анализе эффективности технологий возделывания с/х культур эту фразу стоило бы видоизменить. В соответствии с особенностями отрасли. Например, на «от семени». Такое определение вполне наглядно и абсолютно корректно.
    Пристальное внимание принято уделять вегетирующим растениям. Их пересчитывают, осматривают, лечат и защищают с момента листочков на поверхности почвы. Внесение минеральных удобрений также проводят с учетом потребностей вегетирующей культуры.
    А вот период от посева до появления всходов остается вне поля зрения как в прямом, так и в переносном смысле слова. Да и о чем переживать? Семена отобрали, протравили, высеяли с рекомендованной нормой на оптимальную глубину. Природой предусмотрено, что для прорастания зерна «достаточно добавить только воды». Поэтому нехитрый алгоритм действий заключается в том, чтобы высеять семена во влажную почву и ждать всходов. Или высеять в сухую почву, и ждать дождя. А затем — ждать всходов.
    Но всходы иногда не торопятся. А иногда откровенно огорчают, демонстрируя явные отличия между лабораторной и полевой всхожестью. Ведь кроме глубины заделки, густоты посева и обработки протравителем, семенам необходимо кое-что еще для превращения в молодое растение: влага, воздух, тепло. Любое отклонение от оптимума даже одного из факторов негативно влияет на время и дружность появления всходов. А также на темпы роста и развития всходов.
    ВЛАГА, ТЕПЛО И ВОЗДУХ
    Семя для прорастания должно впитать определенное количество влаги. Пшеница поглощает примерно 46% воды от своей массы, ячмень — 48%, овес — 60%, кукуруза — 44%, просо — 25%, горох — 107%, чечевица — 100%,, рапс — 51%, подсолнечник — 56%.
    При набухании зерна, вода через оболочку проникает в коллоидные ткани зерновки и заполняет капилляры и межклеточное пространство. Набухание – физический процесс, интенсивность которого зависит как от условий внешней среды, так и от особенностей зерновки (размеров, химического состава).
    Для нормального набухания семян зерновых колосовых культур необходимо наличие в верхнем (20см) слое почвы не менее 20 мм продуктивной влаги. Но в некоторых случаях поступление воды в зерно начинается при влажности почвы на 4,0-4,5% ниже коэффициента завядания. При смене температуры в течение суток в почве конденсируется влага из воздуха, семена способны поглотить ее в парообразном состоянии. Но длительный процесс набухания и еще более длительный процесс прорастания семян, высеянных в полувлажную почву, способствует их поражению грибной инфекцией.
    Но даже наличие необходимого количества влаги в почве не обеспечивает быстрого появления всходов. При наличии влаги в почве темпы прорастания семян и продолжительность периода посев — всходы определяются температурными условиями.
    Семена пшеницы способны набухать при температуре таяния льда и прорастать при температуре 1-2° С выше нуля. Оптимальная же температура прорастания около 18- 25°С. Для семян, убранных раньше наступления восковой спелости, и семян, не прошедших послеуборочное дозревание – 15-20°С. При высокой влажности почвы и воздуха семена могут прорастать при температурах до 45°С.
    Исследуя возможные способы получения дружных всходов, Е.Г. Кизилова (в 1961 г.) выявила зависимость интенсивности набухания зерна пшеницы от температуры в семенном ложе при оптимальной влажности почвы. Зависимость оказалась экспоненциальной, т.е. при увеличении температуры резко сокращалась продолжительность набухания. Зерна пшеницы сорта Безостая 1, помещенные в песок с влажностью 90%, поглотили одинаковое количество воды (43 — 44% от массы сухого зерна) за 15 дней при температуре ложа +7-10° С, за три дня — при температуре +20° С и за 2 дня — при температуре +25°С. В первое время повышение или понижение температуры окружающей среды на 1°С увеличивает или уменьшает поглощение зерном воды почти на 1% в сутки. В последующие дни количество поглощенной воды заметно снижается, так как скорость поглощения воды зависит не только от температуры, но и количества ранее поглощенной воды: чем больше поглощено воды, тем меньше осмотическое давление, тем меньше поступает воды в семена.
    Если же с влажностью почвы все в порядке, а температура низкая, то всходов придется ждать долго. Снижение температуры ниже оптимальной задерживает процесс поглощения воды на 4-7 суток, хотя даже при 0ºС оно не останавливается полностью. Растянутый процесс набухания, усугубляет медленный процесс прорастания. Если речь идет об озимых культурах, то медленное прорастание приводит к появлению всходов тогда, когда температура воздуха и почвы не предполагает их активной вегетации.
    Еще в конце XIX столетия Калиновский и Рислер отметили, что для того, чтобы росток пшеницы преодолел 1 см почвы, необходимо 10-12° С суммы средних суточных температур.Существует методика, позволяющая определить дату появления всходов при определенной температуре воздуха и глубине заделки семян.
    Сумма средних суточных температур, определяющая продолжительность периода от посева до появления первого листа (колеоптиле), включает:
    1) сумму средних суточных температур от посева до прорастания;
    2) сумму средних суточных температур от прорастания до появления первого листа над почвой, которая состоит из произведения: 10° С, умноженных на глубину заделки семян в почву.
    Обычно появление всходов отмечается тогда, когда листок над почвой достигает высоты 2-3 см, на это требуется еще 20-30°С суммы температур, то полная сумма за период от посева до появления всходов у пшеницы может быть выражена формулой:
    t° = 60° + 10n + 25°,
    где: t° — сумма температур от посева до появления первого листа;
    60° — сумма температур от посева до прорастания;
    n — глубина заделки семян в почву;
    25° — сумма средних температур, необходимых для достижения первым листом 2-3 см над поверхностью почвы.
    Так, при заделке семян в почву на глубину 4 см, общая сумма температур составит: 60 +10° х 4 + 25° = 125°; а при заделке на 8 см -165°С. Зная среднесуточную температуру, при которой идет прорастание и рост ростка, можно определить период от посева до всходов.
    Для этого достаточно разделить сумму температур, необходимую для превращения семян во всходы, на среднесуточную температуру от момента посева (по прогнозу). Например, при среднесуточной температуре +14°С, всходы появятся на 9-й день при заделке на глубину 4 см, а при среднесуточной температуре +8°С и глубине заделки 8 см ждать всходов придется минимум 20 дней.
    Сочетание низкой температуры почвы с недостаточным содержанием влаги на глубине заделки семян затягивает процесс набухания на неопределённо длительное время. В почве, влажность которой находится в диапазоне от максимальной гигроскопичности до влажности завядания, медленно прорастающие семена поражаются микроорганизмами и вредителями. И чем дольше набухшие семена и проростки находятся в почве, тем значительнее ущерб.
    Семя, которое долго «мучалось» (из- за дефицита влаги или тепла) после посева между покоем и прорастанием, вынуждено расходовать питательные вещества на дыхание. Слишком медленно преодолевающий путь до поверхности почвы проросток «доедает» последние резервы питательных веществ, содержащих в семени. В итоге молодое растение практически ничего не получает «в наследство» от семени. Первые дни его самостоятельного существования до перехода на автотрофное питание проходят в состоянии «дистрофии».
    Медленное и «недисциплинированное» появление всходов культуры позволяет «аборигенам» поля — сорнякам беспрепятственно занять свободное место. Поздние всходы озимых культур не успевают подготовиться к перезимовке. А «опоздавшие» всходы яровых культур не успевают «дотянуться» корнями до быстро исчезающих запасов влаги в верхнем слое почвы. В итоге, поздние сроки появления всходов и их неравномерность могут стать причиной вынужденного пересева.
    Можно ли помочь семенам быстро и организованно превратиться во всходы? Можно. Предпосевная обработка семян, именуемая в англоязычной научной литературе «seed priming», активирует прорастание семян и создает благоприятные условия для развития всходов. Существует много методов: замачивание в воде с последующим подсушиванием, обработка растворами неорганических солей (в т.ч. минеральных удобрений), полимеров, многоатомных спиртов, синтетических аналогов фитогормонов и других биологически активных веществ.
    ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ПРОРАСТАНИЯ
    Во тех видах спорта, в которых важна скорость преодоления дистанции (бег, плавание, автомобильные, мотоциклетные или парусные гонки и т.д.) большое значение имеет техника старта. Над ее усовершенствованием работают не только тренеры, но и спортивные медики, специалисты по биомеханике и инженеры. Поэтому бегуны, например, стартуют со специальных стартовых колодок, обеспечивающих опору для толчка ногами. Причем старт в беге на короткие и длинные дистанции значительно отличается («низкий» и «высокий» старт), отличаются и стартовые колодки.
    Цель такого длинного вступления — акцентировать внимание на необходимости учитывать все особенности культуры на «старте», то есть при прорастании семян. Это необходимо для того, чтобы целенаправленно стимулировать определенные процессы. Как прорастает зерно озимой пшеницы и что происходит внутри?
    В наиболее известной шкале фенологических фаз онтогенеза растений J.C. Zadoks прорастание семени описывается следующими этапами: сухая зерновка, начало набухания, окончание набухания, наклевывание и появление зародышевого корешка, появление колеоптиле, появление полноценного проростка.
    Условно в прорастании зерновок пшеницы можно выделить три этапа:
    1.Набухание (поглощение влаги до 43-44% от массы семени, активация метаболизма).
    2.Проклевывание (подготовка к началу роста зерновок за счет перехода к растяжению клеток осевых органов зародыша);
    3.Рост проростка (появление колеоптиле и зародышевого корня).
    Начало роста растения происходит только за счет тех питательных веществ, которые находятся в эндосперме, Они расщепляются ферментами до простых форм и в жидкой фазе через щиток поступают в зародыш для развития первичной корневой системы и зародышевого стебля. Первичные (зародышевые) корни и первый лист формируются только за счет питательных веществ семянки. Мощность зародышевых корней и площадь первого листа напрямую зависят от ее крупности.
    Последующие листья, до четвертого включительно, формируются за счет двух источников – питательных веществ, поступающих через зародыш от зерновки, и от начавших свою «работу» зародышевых корешков. После расходования питательных веществ зерна дальнейшее развитие растения происходит за счет зародышевых корней, поскольку развитие придаточных корней. Придаточные корни в благоприятных условиях формируются примерно через18 дней после появления всходов, а в засушливых — почти через месяц. (М.Г. Пруцкова, 1976 г.).
    Таким образом, стимулировать появление всходов можно, обеспечив поступление в семена достаточного количества влаги (стимулируя набухание), а также способствуя активности фитогормонов (гиббереллина, прежде всего) и ферментов, участвующих в расщеплении запасных питательных веществ. Практически это можно сделать, обработав семена водными растворами синтетическими аналогами фитогормонов и биологически активными веществами (в т.ч. микроэлементами).
    Стимулировать развитие молодых растений в фазе 1-4 листочка можно, улучшив условия минерального питания всходов. Для этого на поверхность семян перед посевом достаточно нанести относительно небольшое количество макроэлементов (прежде всего — фосфора) в легкодоступной форме. Такой способ позволяет накормить всходы «с ложечки», размещая небольшое, но жизненно необходимое количество элементов питания непосредственно в зоне досягаемости первичных корешков проростка.
    На этих принципах и построены многочисленные методы стимуляции полевой всхожести семян, ускорения появления всходов и обеспечения условий для их интенсивного роста и развития, то есть прайминг.
    НАБУХАНИЕ СЕМЯН И ПРАЙМИНГ
    Основной целью прайминга является стимуляция физиологических процессов в семени, способствующих его быстрому прорастанию. Это напоминает «прогрев» двигателя автомобиля перед поездкой. Действие прайминга основано на контролируемой гидратации (увлажнении) семян, а также воздействия биологически активных веществ. Поэтому семена увлажняются (замачиваются) либо чистой водой, либо водным раствором минеральных удобрений, многоатомных спиртов, полимеров, фитогормонов и других биологически активных веществ.
    Замачивания семян должно инициировать биохимические процессы, «запускающие» механизм прорастания. В то же время, продолжительность увлажнения и его условия должны исключать наклевывание семян, то есть появление первичного корешка. Завершающий этап прайминга — высушивание семян до воздушно-сухого состояния. (McDonald, M.B. 2000. Seed priming. In: Seed technology and its biological basis. Eds: Black, M. and Bewley, J.D.)
    Для того чтобы понять особенности воздействия на семена такого «недозамачивания» с «недопроращиванием», стоит детально рассмотреть процесс водопоглощения и набухания семян.
    Влага в семенах находится в виде:
    1. Химически и физико-химически связанной воды (связанная вода);
    2. Механически связанной воды (свободная вода).
    Связанная вода неотделима от тканей зерна и имеет ряд особенностей: у нее более низкая температура замерзания (до -20°С), понижена упругость пара и способность растворять твердые вещества.
    Химически связанная вода входит в состав белков, углеводов, жиров и других соединений. Ее можно выделить, лишь нарушив структуру этих веществ. Молекулы физико-химически связаны с гидрофильными веществами. Такая вода может быть удалена из зерна путем высушивания.
    Свободная вода связана с тканями зерна непрочно, она находится в капиллярах зерна и легко поддается высушиванию. Именно эта влага принимает активное участие в физиологических, биохимических и микробиологических процессах в зерне.
    Прорастанию зерна предшествует фаза водопоглощения. Обычно фазы водопоглощения и набухания не разделяют, и совокупно называют процессом набухания зерна. Но между водопоглощением и собственно набуханием существует отличие.
    Сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, при которой в клетках появляется свободная влага. Именно наличие свободной влаги «включает» следующую фазу — набухание зерна.
    Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.
    Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Гидратация происходит спонтанно, так как обусловлена химическим строением зерновки. Запасные питательные вещества семян содержат большое количество гидрофильных группировок, таких, как — ОН, — СООН, — NH2, которые притягивают молекулы воды. Водный потенциал становится отрицательным, и вода начинает извне поступать внутрь семян. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ изменяют свою структуру, напоминая структуру льда. Во время этой фазы активизируются ДНК и митохондрии, начинается синтез белков (McDonald, 2000). Поглощение воды идет быстро, поэтому эту стадию называют стадией ускоренного поглощения воды. Вода поступает в основном в зародыш семени.
    На втором этапе поглощения начинает «включаться» осмотический потенциал, так как в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных запасных соединений на более простые. Силы набухания, или матричный потенциал, также продолжают «тянуть» воду в семена. Но темпы поступления влаги замедляются, поэтому эту фазу называют стадией быстрого набухания. В этот период вода преимущественно поступает в эндосперм. В зерне активизируется синтез белков-ферментов, поэтому существует еще одно название для этой фазы — стадия активации.
    Осмотические силы становятся главным фактором поглощения воды на третьем этапе набухания, который наступает в период наклевывания семян. В процессе прорастания жиры, белки и полисахариды превращаются в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша под действием «набора» ферментов. Оканчивается набухание стадией насыщения, то есть семя прекращает поглощать воду.
    Часть ферментов находится в эндосперме или зародыше семени и под влиянием набухания переходят в активное состояние. Однако часть ферментов синтезируется в прорастающих семенах с помощью соответствующих матричных РНК. Матричная РНК в прорастающих семенах условно делится по времени образования на три типа.
    Первый тип — предсуществующая (остаточная) мРНК, «оставшаяся» еще с периода эмбриогенеза семян. Эта РНК использовалась для синтеза белков в формирующемся зерне и может вновь использоваться в процессе прорастания. Но ее немного и ее роль невелика.
    Ко второму типу относится мРНК, также «сделанная» еще в процессе эмбриогенеза, но неактивная. В процессе набухания она проходит все необходимые превращения (процессинг), активизируется и обеспечивает синтез белков, специфичных для прорастания, главным образом ферментов гидролиза.
    Третий тип — это новообразованная РНК, которая появляется через 1—2 ч после намачивания. Эта РНК транскрибируется с ДНК в процессе прорастания и также ответственна за синтез специфических белков-ферментов. Существуют данные, что в синтезе белка при прорастании сначала участвуют рибосомы, образованные еще в эмбриогенезе, затем, начиная примерно с 8 ч от намачивания семян, происходит усиленное образование рибосомальной РНК и формируются новые рибосомы.
    Праймирование семян путем их гидратации (замачивания) запускает биохимические процессы I и II фаз водопоглощения, стимулируя синтез и накопление ферментов, а также изменяя внутренние структуры зерна. После подсушивания семян процесс прорастания прекращается, причем остановка напоминает «стоп-кадр». При повторном увлажнении до критической влажности процесс прорастания начнется не с самого начала, а с того этапа, на котором его прекратили, подсушив семена. Поэтому праймированные семена прорастают намного быстрее. Кроме того, праймирование обеспечивает более дружное, синхронное прорастание, так как все подготовленные семена находятся на одной и той же стадии развития.
    КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ПРАЙМИНГА
    В зависимости от технологии процесса, выделяют гидропрайминг (замачивание семян в воде с последующим подсушиванием), в том числе в специальном вращающемся барабане (hydropriming).
    Обработку семян осмотическими растворами (преимущественно используется полиэтиленгликоль, маннит и глицерин ) именуют осмотическим праймингом (оsmopriming ,osmoconditioning).
    Разновидность осмотического прайминга, в котором используют растворы минеральных солей (KCl, KNO3, MnSO4, MgCl2, K 3PO4 и KNO3), в литературе иногда называется солевым праймингом (halopriming). Использование для медленной гидратации семян увлажненного вермикулита или керамзита — праймингом в твердой матрице (matrixpriming ,matriconditioning). Также существует метод гидратации семян влажным воздухом.
    Добавление биологически активных компонентов во время гидратирования семян усиливает стимулирующий эффект.
    При добавлении в раствор для обработки семян синтетических фитогормонов технологию называют гормональным праймингом. Также в отдельную группу выделяют методы обработки семян микроэлементами.
    Применение прайминга требует затрат времени и финансовых средств, специального оборудования и квалифицированного персонала. Известно, что срок хранения обработанных семян снижается. Из-за этого праймирование семян имеет ограниченное применение, например для обработки посевного материала сахарной свеклы, лука, моркови, газонных трав и декоративных растений. Но в Индии, Пакистане, Турции, Китае и странах Африки порайминг используется как для зернобововых культур и кукурузы, так и для обработки семян зерновых колосовых.
    Для этого есть веские причины:
    Ускорение времени появления всходов;
    Синхронизация («дружность») появления всходов и дальнейших фаз развития культуры (обеспечивает условия для ухода за посевами и уборки);
    Возможность получения всходов при неблагоприятных условиях (поздние сроки посева, дефицит влаги в верхнем слое почвы);
    Повышение стойкости растений к засолению и другим видам стресса (специальная технология обработки семян);
    И все это — «дешево и сердито»
    Прайминг значительно уменьшает риски и позволяет «подкорректировать» неблагоприятные для появления всходов условия. Поэтому такая технология будет интересна и в Украине. Особенно в тех регионах, которые относятся к «зоне рискованного земледелия» или «экстремального земледелия».
    Александр Гончаров
    Полная версия статьи опубликована в майском выпуске журнала «Агроиндустрия», который доступен здесь: //infoindustria.com.ua/subscribe





    Схожі новини
  • Ошибки при выращивании рассады
  • Подкормка озимой пшеницы и ячменя осенью
  • Только 25-40% озимых смогут перезимовать
  • В Украине озвучены предварительные стартовые цены на подсолнечник нового урожая
  • Украина: всходы озимых на зерно в Украине получены на 90% площадей

  • Додати комментар
    reload, if the code cannot be seen

    Забороняється використовувати не нормативну лексику, принижувати інших користувачів, розміщувати посилання на сторонні сайти, та додавати рекламу в коментарях.

Новая технология ускорит всходы зерна


Новая технология прайминга семян зерновых культур, позволяющая ускорить всходы на полях, апробируется сегодня в Украине.Прайминг значительно уменьшает риски и позволяет «подкорректировать» неблагоприятные для появления всходов условия. Поэтому такая технология будет интересна особенно в тех регионах, которые относятся к «зоне рискованного земледелия» или «экстремального земледелия», - а это весомая доля украинских посевных площадей.
Для определения отправной точки древние римляне использовали выражение «аb ovo». Дословно это значит «от яйца», а в более расширенном толковании «с самого начала», «от истоков», «от сущности вопроса».
При анализе эффективности технологий возделывания с/х культур эту фразу стоило бы видоизменить. В соответствии с особенностями отрасли. Например, на «от семени». Такое определение вполне наглядно и абсолютно корректно.
Пристальное внимание принято уделять вегетирующим растениям. Их пересчитывают, осматривают, лечат и защищают с момента листочков на поверхности почвы. Внесение минеральных удобрений также проводят с учетом потребностей вегетирующей культуры.
А вот период от посева до появления всходов остается вне поля зрения как в прямом, так и в переносном смысле слова. Да и о чем переживать? Семена отобрали, протравили, высеяли с рекомендованной нормой на оптимальную глубину. Природой предусмотрено, что для прорастания зерна «достаточно добавить только воды». Поэтому нехитрый алгоритм действий заключается в том, чтобы высеять семена во влажную почву и ждать всходов. Или высеять в сухую почву, и ждать дождя. А затем — ждать всходов.
Но всходы иногда не торопятся. А иногда откровенно огорчают, демонстрируя явные отличия между лабораторной и полевой всхожестью. Ведь кроме глубины заделки, густоты посева и обработки протравителем, семенам необходимо кое-что еще для превращения в молодое растение: влага, воздух, тепло. Любое отклонение от оптимума даже одного из факторов негативно влияет на время и дружность появления всходов. А также на темпы роста и развития всходов.
ВЛАГА, ТЕПЛО И ВОЗДУХ
Семя для прорастания должно впитать определенное количество влаги. Пшеница поглощает примерно 46% воды от своей массы, ячмень — 48%, овес — 60%, кукуруза — 44%, просо — 25%, горох — 107%, чечевица — 100%,, рапс — 51%, подсолнечник — 56%.
При набухании зерна, вода через оболочку проникает в коллоидные ткани зерновки и заполняет капилляры и межклеточное пространство. Набухание – физический процесс, интенсивность которого зависит как от условий внешней среды, так и от особенностей зерновки (размеров, химического состава).
Для нормального набухания семян зерновых колосовых культур необходимо наличие в верхнем (20см) слое почвы не менее 20 мм продуктивной влаги. Но в некоторых случаях поступление воды в зерно начинается при влажности почвы на 4,0-4,5% ниже коэффициента завядания. При смене температуры в течение суток в почве конденсируется влага из воздуха, семена способны поглотить ее в парообразном состоянии. Но длительный процесс набухания и еще более длительный процесс прорастания семян, высеянных в полувлажную почву, способствует их поражению грибной инфекцией.
Но даже наличие необходимого количества влаги в почве не обеспечивает быстрого появления всходов. При наличии влаги в почве темпы прорастания семян и продолжительность периода посев — всходы определяются температурными условиями.
Семена пшеницы способны набухать при температуре таяния льда и прорастать при температуре 1-2° С выше нуля. Оптимальная же температура прорастания около 18- 25°С. Для семян, убранных раньше наступления восковой спелости, и семян, не прошедших послеуборочное дозревание – 15-20°С. При высокой влажности почвы и воздуха семена могут прорастать при температурах до 45°С.
Исследуя возможные способы получения дружных всходов, Е.Г. Кизилова (в 1961 г.) выявила зависимость интенсивности набухания зерна пшеницы от температуры в семенном ложе при оптимальной влажности почвы. Зависимость оказалась экспоненциальной, т.е. при увеличении температуры резко сокращалась продолжительность набухания. Зерна пшеницы сорта Безостая 1, помещенные в песок с влажностью 90%, поглотили одинаковое количество воды (43 — 44% от массы сухого зерна) за 15 дней при температуре ложа +7-10° С, за три дня — при температуре +20° С и за 2 дня — при температуре +25°С. В первое время повышение или понижение температуры окружающей среды на 1°С увеличивает или уменьшает поглощение зерном воды почти на 1% в сутки. В последующие дни количество поглощенной воды заметно снижается, так как скорость поглощения воды зависит не только от температуры, но и количества ранее поглощенной воды: чем больше поглощено воды, тем меньше осмотическое давление, тем меньше поступает воды в семена.
Если же с влажностью почвы все в порядке, а температура низкая, то всходов придется ждать долго. Снижение температуры ниже оптимальной задерживает процесс поглощения воды на 4-7 суток, хотя даже при 0ºС оно не останавливается полностью. Растянутый процесс набухания, усугубляет медленный процесс прорастания. Если речь идет об озимых культурах, то медленное прорастание приводит к появлению всходов тогда, когда температура воздуха и почвы не предполагает их активной вегетации.
Еще в конце XIX столетия Калиновский и Рислер отметили, что для того, чтобы росток пшеницы преодолел 1 см почвы, необходимо 10-12° С суммы средних суточных температур.Существует методика, позволяющая определить дату появления всходов при определенной температуре воздуха и глубине заделки семян.
Сумма средних суточных температур, определяющая продолжительность периода от посева до появления первого листа (колеоптиле), включает:
1) сумму средних суточных температур от посева до прорастания;
2) сумму средних суточных температур от прорастания до появления первого листа над почвой, которая состоит из произведения: 10° С, умноженных на глубину заделки семян в почву.
Обычно появление всходов отмечается тогда, когда листок над почвой достигает высоты 2-3 см, на это требуется еще 20-30°С суммы температур, то полная сумма за период от посева до появления всходов у пшеницы может быть выражена формулой:
t° = 60° + 10n + 25°,
где: t° — сумма температур от посева до появления первого листа;
60° — сумма температур от посева до прорастания;
n — глубина заделки семян в почву;
25° — сумма средних температур, необходимых для достижения первым листом 2-3 см над поверхностью почвы.
Так, при заделке семян в почву на глубину 4 см, общая сумма температур составит: 60 +10° х 4 + 25° = 125°; а при заделке на 8 см -165°С. Зная среднесуточную температуру, при которой идет прорастание и рост ростка, можно определить период от посева до всходов.
Для этого достаточно разделить сумму температур, необходимую для превращения семян во всходы, на среднесуточную температуру от момента посева (по прогнозу). Например, при среднесуточной температуре +14°С, всходы появятся на 9-й день при заделке на глубину 4 см, а при среднесуточной температуре +8°С и глубине заделки 8 см ждать всходов придется минимум 20 дней.
Сочетание низкой температуры почвы с недостаточным содержанием влаги на глубине заделки семян затягивает процесс набухания на неопределённо длительное время. В почве, влажность которой находится в диапазоне от максимальной гигроскопичности до влажности завядания, медленно прорастающие семена поражаются микроорганизмами и вредителями. И чем дольше набухшие семена и проростки находятся в почве, тем значительнее ущерб.
Семя, которое долго «мучалось» (из- за дефицита влаги или тепла) после посева между покоем и прорастанием, вынуждено расходовать питательные вещества на дыхание. Слишком медленно преодолевающий путь до поверхности почвы проросток «доедает» последние резервы питательных веществ, содержащих в семени. В итоге молодое растение практически ничего не получает «в наследство» от семени. Первые дни его самостоятельного существования до перехода на автотрофное питание проходят в состоянии «дистрофии».
Медленное и «недисциплинированное» появление всходов культуры позволяет «аборигенам» поля — сорнякам беспрепятственно занять свободное место. Поздние всходы озимых культур не успевают подготовиться к перезимовке. А «опоздавшие» всходы яровых культур не успевают «дотянуться» корнями до быстро исчезающих запасов влаги в верхнем слое почвы. В итоге, поздние сроки появления всходов и их неравномерность могут стать причиной вынужденного пересева.
Можно ли помочь семенам быстро и организованно превратиться во всходы? Можно. Предпосевная обработка семян, именуемая в англоязычной научной литературе «seed priming», активирует прорастание семян и создает благоприятные условия для развития всходов. Существует много методов: замачивание в воде с последующим подсушиванием, обработка растворами неорганических солей (в т.ч. минеральных удобрений), полимеров, многоатомных спиртов, синтетических аналогов фитогормонов и других биологически активных веществ.
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ПРОРАСТАНИЯ
Во тех видах спорта, в которых важна скорость преодоления дистанции (бег, плавание, автомобильные, мотоциклетные или парусные гонки и т.д.) большое значение имеет техника старта. Над ее усовершенствованием работают не только тренеры, но и спортивные медики, специалисты по биомеханике и инженеры. Поэтому бегуны, например, стартуют со специальных стартовых колодок, обеспечивающих опору для толчка ногами. Причем старт в беге на короткие и длинные дистанции значительно отличается («низкий» и «высокий» старт), отличаются и стартовые колодки.
Цель такого длинного вступления — акцентировать внимание на необходимости учитывать все особенности культуры на «старте», то есть при прорастании семян. Это необходимо для того, чтобы целенаправленно стимулировать определенные процессы. Как прорастает зерно озимой пшеницы и что происходит внутри?
В наиболее известной шкале фенологических фаз онтогенеза растений J.C. Zadoks прорастание семени описывается следующими этапами: сухая зерновка, начало набухания, окончание набухания, наклевывание и появление зародышевого корешка, появление колеоптиле, появление полноценного проростка.
Условно в прорастании зерновок пшеницы можно выделить три этапа:
1.Набухание (поглощение влаги до 43-44% от массы семени, активация метаболизма).
2.Проклевывание (подготовка к началу роста зерновок за счет перехода к растяжению клеток осевых органов зародыша);
3.Рост проростка (появление колеоптиле и зародышевого корня).
Начало роста растения происходит только за счет тех питательных веществ, которые находятся в эндосперме, Они расщепляются ферментами до простых форм и в жидкой фазе через щиток поступают в зародыш для развития первичной корневой системы и зародышевого стебля. Первичные (зародышевые) корни и первый лист формируются только за счет питательных веществ семянки. Мощность зародышевых корней и площадь первого листа напрямую зависят от ее крупности.
Последующие листья, до четвертого включительно, формируются за счет двух источников – питательных веществ, поступающих через зародыш от зерновки, и от начавших свою «работу» зародышевых корешков. После расходования питательных веществ зерна дальнейшее развитие растения происходит за счет зародышевых корней, поскольку развитие придаточных корней. Придаточные корни в благоприятных условиях формируются примерно через18 дней после появления всходов, а в засушливых — почти через месяц. (М.Г. Пруцкова, 1976 г.).
Таким образом, стимулировать появление всходов можно, обеспечив поступление в семена достаточного количества влаги (стимулируя набухание), а также способствуя активности фитогормонов (гиббереллина, прежде всего) и ферментов, участвующих в расщеплении запасных питательных веществ. Практически это можно сделать, обработав семена водными растворами синтетическими аналогами фитогормонов и биологически активными веществами (в т.ч. микроэлементами).
Стимулировать развитие молодых растений в фазе 1-4 листочка можно, улучшив условия минерального питания всходов. Для этого на поверхность семян перед посевом достаточно нанести относительно небольшое количество макроэлементов (прежде всего — фосфора) в легкодоступной форме. Такой способ позволяет накормить всходы «с ложечки», размещая небольшое, но жизненно необходимое количество элементов питания непосредственно в зоне досягаемости первичных корешков проростка.
На этих принципах и построены многочисленные методы стимуляции полевой всхожести семян, ускорения появления всходов и обеспечения условий для их интенсивного роста и развития, то есть прайминг.
НАБУХАНИЕ СЕМЯН И ПРАЙМИНГ
Основной целью прайминга является стимуляция физиологических процессов в семени, способствующих его быстрому прорастанию. Это напоминает «прогрев» двигателя автомобиля перед поездкой. Действие прайминга основано на контролируемой гидратации (увлажнении) семян, а также воздействия биологически активных веществ. Поэтому семена увлажняются (замачиваются) либо чистой водой, либо водным раствором минеральных удобрений, многоатомных спиртов, полимеров, фитогормонов и других биологически активных веществ.
Замачивания семян должно инициировать биохимические процессы, «запускающие» механизм прорастания. В то же время, продолжительность увлажнения и его условия должны исключать наклевывание семян, то есть появление первичного корешка. Завершающий этап прайминга — высушивание семян до воздушно-сухого состояния. (McDonald, M.B. 2000. Seed priming. In: Seed technology and its biological basis. Eds: Black, M. and Bewley, J.D.)
Для того чтобы понять особенности воздействия на семена такого «недозамачивания» с «недопроращиванием», стоит детально рассмотреть процесс водопоглощения и набухания семян.
Влага в семенах находится в виде:
1. Химически и физико-химически связанной воды (связанная вода);
2. Механически связанной воды (свободная вода).
Связанная вода неотделима от тканей зерна и имеет ряд особенностей: у нее более низкая температура замерзания (до -20°С), понижена упругость пара и способность растворять твердые вещества.
Химически связанная вода входит в состав белков, углеводов, жиров и других соединений. Ее можно выделить, лишь нарушив структуру этих веществ. Молекулы физико-химически связаны с гидрофильными веществами. Такая вода может быть удалена из зерна путем высушивания.
Свободная вода связана с тканями зерна непрочно, она находится в капиллярах зерна и легко поддается высушиванию. Именно эта влага принимает активное участие в физиологических, биохимических и микробиологических процессах в зерне.
Прорастанию зерна предшествует фаза водопоглощения. Обычно фазы водопоглощения и набухания не разделяют, и совокупно называют процессом набухания зерна. Но между водопоглощением и собственно набуханием существует отличие.
Сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, при которой в клетках появляется свободная влага. Именно наличие свободной влаги «включает» следующую фазу — набухание зерна.
Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.
Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Гидратация происходит спонтанно, так как обусловлена химическим строением зерновки. Запасные питательные вещества семян содержат большое количество гидрофильных группировок, таких, как — ОН, — СООН, — NH2, которые притягивают молекулы воды. Водный потенциал становится отрицательным, и вода начинает извне поступать внутрь семян. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ изменяют свою структуру, напоминая структуру льда. Во время этой фазы активизируются ДНК и митохондрии, начинается синтез белков (McDonald, 2000). Поглощение воды идет быстро, поэтому эту стадию называют стадией ускоренного поглощения воды. Вода поступает в основном в зародыш семени.
На втором этапе поглощения начинает «включаться» осмотический потенциал, так как в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных запасных соединений на более простые. Силы набухания, или матричный потенциал, также продолжают «тянуть» воду в семена. Но темпы поступления влаги замедляются, поэтому эту фазу называют стадией быстрого набухания. В этот период вода преимущественно поступает в эндосперм. В зерне активизируется синтез белков-ферментов, поэтому существует еще одно название для этой фазы — стадия активации.
Осмотические силы становятся главным фактором поглощения воды на третьем этапе набухания, который наступает в период наклевывания семян. В процессе прорастания жиры, белки и полисахариды превращаются в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша под действием «набора» ферментов. Оканчивается набухание стадией насыщения, то есть семя прекращает поглощать воду.
Часть ферментов находится в эндосперме или зародыше семени и под влиянием набухания переходят в активное состояние. Однако часть ферментов синтезируется в прорастающих семенах с помощью соответствующих матричных РНК. Матричная РНК в прорастающих семенах условно делится по времени образования на три типа.
Первый тип — предсуществующая (остаточная) мРНК, «оставшаяся» еще с периода эмбриогенеза семян. Эта РНК использовалась для синтеза белков в формирующемся зерне и может вновь использоваться в процессе прорастания. Но ее немного и ее роль невелика.
Ко второму типу относится мРНК, также «сделанная» еще в процессе эмбриогенеза, но неактивная. В процессе набухания она проходит все необходимые превращения (процессинг), активизируется и обеспечивает синтез белков, специфичных для прорастания, главным образом ферментов гидролиза.
Третий тип — это новообразованная РНК, которая появляется через 1—2 ч после намачивания. Эта РНК транскрибируется с ДНК в процессе прорастания и также ответственна за синтез специфических белков-ферментов. Существуют данные, что в синтезе белка при прорастании сначала участвуют рибосомы, образованные еще в эмбриогенезе, затем, начиная примерно с 8 ч от намачивания семян, происходит усиленное образование рибосомальной РНК и формируются новые рибосомы.
Праймирование семян путем их гидратации (замачивания) запускает биохимические процессы I и II фаз водопоглощения, стимулируя синтез и накопление ферментов, а также изменяя внутренние структуры зерна. После подсушивания семян процесс прорастания прекращается, причем остановка напоминает «стоп-кадр». При повторном увлажнении до критической влажности процесс прорастания начнется не с самого начала, а с того этапа, на котором его прекратили, подсушив семена. Поэтому праймированные семена прорастают намного быстрее. Кроме того, праймирование обеспечивает более дружное, синхронное прорастание, так как все подготовленные семена находятся на одной и той же стадии развития.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ПРАЙМИНГА
В зависимости от технологии процесса, выделяют гидропрайминг (замачивание семян в воде с последующим подсушиванием), в том числе в специальном вращающемся барабане (hydropriming).
Обработку семян осмотическими растворами (преимущественно используется полиэтиленгликоль, маннит и глицерин ) именуют осмотическим праймингом (оsmopriming ,osmoconditioning).
Разновидность осмотического прайминга, в котором используют растворы минеральных солей (KCl, KNO3, MnSO4, MgCl2, K 3PO4 и KNO3), в литературе иногда называется солевым праймингом (halopriming). Использование для медленной гидратации семян увлажненного вермикулита или керамзита — праймингом в твердой матрице (matrixpriming ,matriconditioning). Также существует метод гидратации семян влажным воздухом.
Добавление биологически активных компонентов во время гидратирования семян усиливает стимулирующий эффект.
При добавлении в раствор для обработки семян синтетических фитогормонов технологию называют гормональным праймингом. Также в отдельную группу выделяют методы обработки семян микроэлементами.
Применение прайминга требует затрат времени и финансовых средств, специального оборудования и квалифицированного персонала. Известно, что срок хранения обработанных семян снижается. Из-за этого праймирование семян имеет ограниченное применение, например для обработки посевного материала сахарной свеклы, лука, моркови, газонных трав и декоративных растений. Но в Индии, Пакистане, Турции, Китае и странах Африки порайминг используется как для зернобововых культур и кукурузы, так и для обработки семян зерновых колосовых.
Для этого есть веские причины:
Ускорение времени появления всходов;
Синхронизация («дружность») появления всходов и дальнейших фаз развития культуры (обеспечивает условия для ухода за посевами и уборки);
Возможность получения всходов при неблагоприятных условиях (поздние сроки посева, дефицит влаги в верхнем слое почвы);
Повышение стойкости растений к засолению и другим видам стресса (специальная технология обработки семян);
И все это — «дешево и сердито»
Прайминг значительно уменьшает риски и позволяет «подкорректировать» неблагоприятные для появления всходов условия. Поэтому такая технология будет интересна и в Украине. Особенно в тех регионах, которые относятся к «зоне рискованного земледелия» или «экстремального земледелия».
Александр Гончаров
Полная версия статьи опубликована в майском выпуске журнала «Агроиндустрия», который доступен здесь: //infoindustria.com.ua/subscribe





Схожі новини
  • Ошибки при выращивании рассады
  • Подкормка озимой пшеницы и ячменя осенью
  • Только 25-40% озимых смогут перезимовать
  • В Украине озвучены предварительные стартовые цены на подсолнечник нового урожая
  • Украина: всходы озимых на зерно в Украине получены на 90% площадей

  • Додати комментар
    reload, if the code cannot be seen

    Забороняється використовувати не нормативну лексику, принижувати інших користувачів, розміщувати посилання на сторонні сайти, та додавати рекламу в коментарях.