БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2023.1.75rus

УДК 633.12:631.671:581.113:58.1/.2

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-26-00041, https://rscf.ru/pro-ject/22-26-00041/ в рамках тематического плана ЦКП Орловского ГАУ «Генетические ресурсы растений и их использование» по совместной программе с селекционерами ФГБНУ ФНЦ зернобобовых и крупяных культур (ФГБНУ ФНЦ ЗБК).

 

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ ЛИСТЬЯМИ Fagopyrum esculentum Moench ПОД ВЛИЯНИЕМ ЭКЗОГЕННЫХ И ЭНДОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

А.В. АМЕЛИН1 , А.Н. ФЕСЕНКО2, В.В. ЗАИКИН1, Е.И. ЧЕКАЛИН1 ,
Р.А. ИКУСОВ1

На устойчивости развития современного сельского хозяйства негативно сказывается усиливающаяся аридизация климата на планете. Поэтому важное значение имеет эффективность использования воды растениями, на что влияют различные эндогенные и экзогенные факторы. В настоящей работе мы впервые установили этот показатель для листьев растений гречихи в зависимости от фазы роста, времени суток и погодных условий вегетации, а также выявили характер его связи с интенсивностью фотосинтеза, транспирации и семенной продуктивностью. Цель исследования — обнаружить видовые особенности потребления воды при осуществлении фотосинтеза и продукционного процесса у растений гречихи обыкновенной (Fagopyrum esculentum Moench). Объектами изучения были 22 сортообразца гречихи обыкновенной: К-406 и К-1709 (местные популяции); Калининская, Богатырь, Шатиловская 5 (старые сорта); Дикуль, Дождик, Деметра, Девятка, Дизайн (современные районированные сорта); Башкирская красностебельная, Батыр, Уша, Чатыр-Тау, Инзерская, Дизайн 2, Р 66, Р 69, Р 70, Р 84, Р 85, СПР 52 (сортообразцы, перспективные для разных условий). Сортообразцы выращивали в селекционном севообороте ФНЦ зернобобовых и крупяных культур (Орловская обл., Орловский р-н) в 2010-2015 годах на делянках площадью 10 м2 в 4-кратной повторности рандомизированным методом. Интенсивность фотосинтеза (ИФ), интенсивность транспирации (ИТ) и устьичную проводимость оценивали по оригинальной методике фирмы «Heinz Walz GmbH» (Германия) с помощью переносного газоанализатора GFS-3000 FL. Учет осуществляли на 5-7 типичных для генотипа растениях, произрастающих в середине делянки, у которых листья не имели повреждений вредителями и поражений болезнями. Замеры проводили в режиме реального времени в основные фазы роста (ветвление, цветение + 10 сут, цветение + 20 сут, цветение + 30 сут) на 3-м листе сверху главного стебля с 700 до 1900 с периодичностью 3 ч. В измерительной камере прибора поддерживали интенсивность света 1000 мкмоль фотоновŁм-2Łс-1, температура воздуха составляла 25 °С. Эффективность использования воды (ЭИВ) определяли, вычисляя отношение текущих значений интенсивности фотосинтеза к значениям интенсивности транспирации. Урожайность зерна учитывали с каждой делянки сорта прямым взвешиванием и по результатам структурного анализа растений. В результате проведенных исследований установлено, что у культуры гречихи эффективность использования воды растениями находилась в существенной зависимости как от условий произрастания, так и от наследственных особенностей. Под влиянием погодных условий вегетации ЭИВ варьировала от 1,03 до 2,08 мкмоль CO2/ммоль Н2O. Наиболее высокое ее значение (2,08 мкмоль CO2/ммоль Н2O) отмечали в 2012 году, когда погода была относительно благоприятной для роста и развития растений. В онтогенезе максимальную эффективность использования воды в осуществлении фотосинтеза фиксировали в фазу ветвления (в среднем 2,43 мкмоль CO2/ммоль Н2O) и массового налива семян (1,78 мкмоль CO2/ммоль Н2O), а самую низкую — во время бутонизации и цветения (в среднем 1,17 мкмоль CO2/ммоль Н2O). Больше всего молекул СО2 на единицу количества воды, испаренной единицей листовой поверхности, ассимилировалось с 900 до 1100, когда отмечалась наиболее высокая интенсивность фотосинтеза в листьях и умеренная активность транспирации. Коэффициент корреляции между ЭИВ и интенсивностью фотосинтеза в листьях был положительным (r = 0,69, р < 0,05), между ЭИВ и интенсивностью транспирации — отрицательным (r = -0,89, р < 0,05), что соответствующим образом повлияло на урожайность. Сортообразцы гречихи существенно различались по ЭВИ. В результате селекции значение ЭВИ выросло (P = 0,95) в среднем на 20,5 %, что было обусловлено увеличением ИФ на 29,0 %, ИТ — на 7,9 %, в том числе благодаря усилению устьичной проводимости листьев в среднем на 18,1 %.

Ключевые слова: Fagopyrum esculentum, гречиха, интенсивность фотосинтеза, интенсивность транспирации, эффективность использования воды, урожайность.

 

 

LEAF WATER-USE EFFICIENCY PARAMETERS OF Fagopyrum esculentum Moench PLANTS AS INFLUENCED BY ENDOGENOUS AND EXOGENOUS FACTORS

A.V. Amelin1, A.N. Fesenko2, V.V. Zaikin1, E.I. Chekalin1, R.A. Ikusov1

Sustainable development of contemporary agriculture is hampered by a number of facotors, one of which is the increasing aridization of the planet’s climate. In this regard, the water use efficiency (WUE) of plants is of great importance. In this paper the data of long-term field experiments are submitted which illustrate the influence of photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal conductance and, also, growing conditions on the buckwheat plant WUE. The purpose of the study is to identify the specific peculiarities of WUE of common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) plants with regard to photosynthesis and production processes. A total of 22 varieties of common buckwheat (K-406 and K-1709 — local populations; Kalininskaya, Bogatyr, Shatilovskaya 5 — old varieties; Dikul, Dozhdik, Demetra, Devyatka, Design — modern commercial varieties; Bashkirskaya krasnostebelnaya, Batyr, Usha, Chatyr-Tau, Inzerskaya, Design 2, P 66, P 69, P 70, P 84, P 85, SPR 52 — varieties which are perspective for different conditions) were examined. Plants were grown on the experimental field of buckwheat breeding lab of FSC of Legumes and Groats Crops (Orel District, Orel Province) in 2010-2015. A plot area was 10 m2. The plots’ locations were random, with fourfold replication. Photosynthesis rate (PI), transpiration intensity (TI), and stomatal conductance were measured according to the original method of Heinz Walz GmbH (Germany) using a GFS-3000 FL portable gas analyzer. The assessment was conducted on 5-7 plants typical for the genotype, growing in the middle of the plot, which leaves were not damaged by pests and diseases. The measurements were carried out in real time at the main growth phases (branching, flowering + 10 days, flowering + 20 days, flowering + 30 days) from 7 AM to 7 PM with a frequency of 3 hours. In the measuring chamber of the device the light intensity was maintained at 1000 μmol photons·m-2·s-1, the air temperature was 25 °С. The measurements were performed on the 3rd leaves from the top. WUE was calculated as the ratio of the values of the photosynthesis and transpiration intensities. The grain yield from each plot was evaluated both by direct weighing and by structural analysis of plants. As a result of the research, it was found that the buckwheat WUE values significantly depend on both growing conditions and hereditary characteristics. Depending on the weather conditions of the growing season, the WUE varied from 1.03 to 2.08 μmol CO2/mmol H2O. Its highest value (2.08 μmol CO2/mmol H2O) was noted in 2012 when the weather was relatively favorable for plant growth and development. In ontogeny, the maximum efficiency of water use for the photosynthesis was recorded at branching (2.43 μmol CO2/mmol H2O on average) and mass filling of seeds (1.78 μmol CO2/mmol H2O/m2s), and the lowest WUE values were during budding and flowering (1.17 μmol CO2/mmol H2O on average). In the daytime, the most CO2 molecules per unit of evaporated water were assimilated from 9 AM to 11 AM when the highest intensity of leaf photosynthesis and moderate transpiration activity were observed. The correlation coefficient between WUE and the intensity of leaf photosynthesis was positive (r = 0.69, p < 0.05), and it was negative between WUE and the intensity of transpiration (r = -0.89, p < 0.05). Buckwheat varieties significantly differ in terms of WUE values. As a result of breeding, the value of WUE increased (P = 0,95) by 20.5 % on average, which was due to an increase in PI by 29.0 %, TI by 7.9 %, and stomatal conductance by 18.1 % on average.

Keywords: Fagopyrum esculentum, buckwheat, rate of photosynthesis, rate of transpiration, water-use efficiency, crop yield.

 

1ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина,
302019 Россия, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69,
e-mail: amelin_100@mail.ru ✉, valeriy.zaikin@mail.ru, hmet83@rambler.ru;
2ФГБНУ ФНЦ зернобобовых и крупяных культур,
302502 Россия, Орловская обл., Орловский р-н, пос. Стрелецкий, ул. Молодежная, 10,
e-mail: fesenko.a.n@rambler.ru

Поступила в редакцию
31 мая 2022 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML