Влияние биопрепаратов на устойчивость растений пшеницы к засолению (Уфимский Университет Науки и Технологий)
|
Есть приложения.
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
1.1. Причины возникновения засоления 8
1.2. Влияние засоления на биохимические показатели растений 9
1.3. Влияние засоления на ростовые показатели и урожайность растений 15
1.4. Влияние засоления на физиологические процессы 17
1.5. Засоление почвы и механизмы солеустойчивости растений 23
1.6. Методы, используемые для борьбы с засолением почв. 29
1.7. Способы повышения устойчивости растений к засолению 32
ГЛАВА 2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ 44
2.1. Этапы разработки проекта 44
2.1.1. Объект исследования 44
2.1.2. Методы исследования влияния биопрепаратов на физиолого-биохимические показатели растений 45
2.1.3. Статистическая обработка результатов 53
2.2. Влияние биопрепаратов на растения пшеницы в условиях сульфатного засоления 54
2.2.1. Влияние биопрепаратов на ростовые показатели пшеницы 54
2.2.2. Влияние биопрепаратов на активность антиоксидантных ферментов и содержание МДА в тканях побегов пшеницы 55
2.2.3. Влияние препаратов на содержание фотосинтетических пигментов в тканях побегов пшеницы 59
2.2.4. Влияние обработки растений препаратами на содержание пролина в тканях пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы 61
2.2.5. Влияние обработки растений и натрий-сульфатного засоления почвы на микоризацию корней пшеницы 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ 82
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
1.1. Причины возникновения засоления 8
1.2. Влияние засоления на биохимические показатели растений 9
1.3. Влияние засоления на ростовые показатели и урожайность растений 15
1.4. Влияние засоления на физиологические процессы 17
1.5. Засоление почвы и механизмы солеустойчивости растений 23
1.6. Методы, используемые для борьбы с засолением почв. 29
1.7. Способы повышения устойчивости растений к засолению 32
ГЛАВА 2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ 44
2.1. Этапы разработки проекта 44
2.1.1. Объект исследования 44
2.1.2. Методы исследования влияния биопрепаратов на физиолого-биохимические показатели растений 45
2.1.3. Статистическая обработка результатов 53
2.2. Влияние биопрепаратов на растения пшеницы в условиях сульфатного засоления 54
2.2.1. Влияние биопрепаратов на ростовые показатели пшеницы 54
2.2.2. Влияние биопрепаратов на активность антиоксидантных ферментов и содержание МДА в тканях побегов пшеницы 55
2.2.3. Влияние препаратов на содержание фотосинтетических пигментов в тканях побегов пшеницы 59
2.2.4. Влияние обработки растений препаратами на содержание пролина в тканях пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы 61
2.2.5. Влияние обработки растений и натрий-сульфатного засоления почвы на микоризацию корней пшеницы 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ 82
Изучение механизмов, с помощью которых растения приспосабливаются к внешним негативным факторам, а именно факторам неживой природы, является одной из важных задач в современной биологии. Исследование этой проблемы дает понимание того, как растения функционируют в неблагоприятных условиях, например, в условиях засоления. Актуальность данной проблемы связана с тем, что в современном мире около 30-35 % почвы подвержено засолению. Стремительный рост засоленных участков почвы, можно связать с глобальными изменениями климата в мире, что в свою очередь приводит к низкому урожаю сельских угодий, снижению биоразнообразия, и, как следствие, к большим экономическим убыткам [96].
Одним из последствий засоления почвы является снижение водного потенциала, как следствие затрудняется поступление воды в растения. Негативное воздействие солей приводит к нарушению структуры клеток, включая структуру хлоропластов. Вредное воздействие высокой концентрации солей связано с повреждением мембран, в частности плазмалеммы, что увеличивает ее проницаемость и приводит к потере способности избирательно накапливать вещества [99]. Это приводит к тому, что соли пассивно попадают в клетку, усугубляя ее повреждение. Высокое содержание натрия на засоленных территориях мешает накоплению кальция, а также других катионов. Большая концентрация солей приводит к нарушению азотного обмена, тем самым создаются благоприятные условия для накопления аммиака, тем самым приводит к недостатку серы. В то же время, при засолении, возникшим в результате высокой концентрации сульфатов, происходит обратный процесс – чрезмерное накопление серы, что также приводит к синтезу и накоплению токсичных соединений.
В естественной среде растения подвержены различным неблагоприятным факторам (засоление, засуха, низкие и высокие температуры, избыток влаги и др.). Глобальные климатические изменения приводят к усилению нестабильности климата, что проявляется в резких перепадах температуры. Высокое антропогенное воздействие и техногенная нагрузка на окружающую среду, также относятся к негативным воздействиям, которые приводят к увеличению количества земель, загрязненных тяжелыми металлами и засоленных почв [99].
Формирование устойчивости растений к негативным факторам внешней среды – это сложный процесс, включающий в себя, как специфические, так и неспецифические реакции. К неспецифическим реакциям относится изменение количественного содержания фитогормонов и их баланса. В результате негативного воздействия окружающей среды в тканях растений понижается содержание гормонов, которые регулируют рост (ауксины, гиббереллины, цитокинины), и, наоборот, повышается концентрация гормонов, ингибирующих рост (АБК, этилен, жасмоновая кислота) [91].
Актуальность и предпосылки инициации проекта
Актуальность исследования влияния биопрепаратов на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления можно обосновать следующими пунктами. Засоление одна из ключевых проблем сельского хозяйства, негативно сказывающаяся на урожайности. В связи с высоким ростом площади засоленных земель, которое происходит в результате действия, как естественных, так и антропогенных факторов, необходимо искать способы повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засолению
Биопрепараты оказывают положительное влияние на физиологические и биохимические процессы в растениях, способствуя их приспособлению к стрессовым условиям, что делает их перспективным инструментом в агрономии. С экологической точки зрения использование биопрепаратов является более рациональным подходом, чем внесение химических удобрений, что соответствует современным тенденциям устойчивого сельского хозяйства.
Исследование совместного использования биопрепаратов и растений в условиях засоления может привести к новым открытиям в области агрономии и биологии растений
Таким образом, данное исследование имеет высокую актуальность как с практической, так и с научной точки зрения.
Цель и задачи проекта
Целью выпускной квалификационной работы является исследование влияния различных биопрепаратов (НаноКремний, Ch. vulgaris, Bacillus subtilis) на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления.
В рамках указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние обработки пшеницы ростстимулирующими препаратами на ростовые показатели растений в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
2. Оценить влияние обработки растений пшеницы препаратами на активность антиоксидантных ферментов и перекисное окисление липидов в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
3. Исследовать влияние обработки растений препаратами на содержание фотосинтетических пигментов в побегах пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
4. Оценить влияние обработки растений препаратами на содержание пролина в тканях пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
5. Провести исследование по влиянию препаратов и натрий-сульфатного засоления почвы на микоризацию корней пшеницы.
Объект исследования: растения пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum L.)
Предмет исследования: физиолого-биохимические показатели растений в условиях засоления, обработанных и необработанных биопрепаратами (ростовые показатели, активность пероксидазы и каталазы, интенсивность перекисного окисления липидов, содержание фотосинтетических пигментов, пролина и др.)
Методологическая основа исследования. При выполнении данной работы были использованы теоретические методы получения информации (анализ литературных источников отечественных и зарубежных авторов), методы научного эксперимента и лабораторного анализа.
Структура и объем работы. Выпускная квалификационная работа изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, глав, заключения и списка литературы, содержит таблиц, рисунков. Список цитируемой литературы включает наименований.
Одним из последствий засоления почвы является снижение водного потенциала, как следствие затрудняется поступление воды в растения. Негативное воздействие солей приводит к нарушению структуры клеток, включая структуру хлоропластов. Вредное воздействие высокой концентрации солей связано с повреждением мембран, в частности плазмалеммы, что увеличивает ее проницаемость и приводит к потере способности избирательно накапливать вещества [99]. Это приводит к тому, что соли пассивно попадают в клетку, усугубляя ее повреждение. Высокое содержание натрия на засоленных территориях мешает накоплению кальция, а также других катионов. Большая концентрация солей приводит к нарушению азотного обмена, тем самым создаются благоприятные условия для накопления аммиака, тем самым приводит к недостатку серы. В то же время, при засолении, возникшим в результате высокой концентрации сульфатов, происходит обратный процесс – чрезмерное накопление серы, что также приводит к синтезу и накоплению токсичных соединений.
В естественной среде растения подвержены различным неблагоприятным факторам (засоление, засуха, низкие и высокие температуры, избыток влаги и др.). Глобальные климатические изменения приводят к усилению нестабильности климата, что проявляется в резких перепадах температуры. Высокое антропогенное воздействие и техногенная нагрузка на окружающую среду, также относятся к негативным воздействиям, которые приводят к увеличению количества земель, загрязненных тяжелыми металлами и засоленных почв [99].
Формирование устойчивости растений к негативным факторам внешней среды – это сложный процесс, включающий в себя, как специфические, так и неспецифические реакции. К неспецифическим реакциям относится изменение количественного содержания фитогормонов и их баланса. В результате негативного воздействия окружающей среды в тканях растений понижается содержание гормонов, которые регулируют рост (ауксины, гиббереллины, цитокинины), и, наоборот, повышается концентрация гормонов, ингибирующих рост (АБК, этилен, жасмоновая кислота) [91].
Актуальность и предпосылки инициации проекта
Актуальность исследования влияния биопрепаратов на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления можно обосновать следующими пунктами. Засоление одна из ключевых проблем сельского хозяйства, негативно сказывающаяся на урожайности. В связи с высоким ростом площади засоленных земель, которое происходит в результате действия, как естественных, так и антропогенных факторов, необходимо искать способы повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засолению
Биопрепараты оказывают положительное влияние на физиологические и биохимические процессы в растениях, способствуя их приспособлению к стрессовым условиям, что делает их перспективным инструментом в агрономии. С экологической точки зрения использование биопрепаратов является более рациональным подходом, чем внесение химических удобрений, что соответствует современным тенденциям устойчивого сельского хозяйства.
Исследование совместного использования биопрепаратов и растений в условиях засоления может привести к новым открытиям в области агрономии и биологии растений
Таким образом, данное исследование имеет высокую актуальность как с практической, так и с научной точки зрения.
Цель и задачи проекта
Целью выпускной квалификационной работы является исследование влияния различных биопрепаратов (НаноКремний, Ch. vulgaris, Bacillus subtilis) на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления.
В рамках указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние обработки пшеницы ростстимулирующими препаратами на ростовые показатели растений в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
2. Оценить влияние обработки растений пшеницы препаратами на активность антиоксидантных ферментов и перекисное окисление липидов в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
3. Исследовать влияние обработки растений препаратами на содержание фотосинтетических пигментов в побегах пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
4. Оценить влияние обработки растений препаратами на содержание пролина в тканях пшеницы в условиях натрий-сульфатного засоления почвы;
5. Провести исследование по влиянию препаратов и натрий-сульфатного засоления почвы на микоризацию корней пшеницы.
Объект исследования: растения пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum L.)
Предмет исследования: физиолого-биохимические показатели растений в условиях засоления, обработанных и необработанных биопрепаратами (ростовые показатели, активность пероксидазы и каталазы, интенсивность перекисного окисления липидов, содержание фотосинтетических пигментов, пролина и др.)
Методологическая основа исследования. При выполнении данной работы были использованы теоретические методы получения информации (анализ литературных источников отечественных и зарубежных авторов), методы научного эксперимента и лабораторного анализа.
Структура и объем работы. Выпускная квалификационная работа изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, глав, заключения и списка литературы, содержит таблиц, рисунков. Список цитируемой литературы включает наименований.
Засоленные почвы занимают значительную площадь, составляя около 25% всей поверхности суши. На территории бывшего СССР засолению подвержено примерно 10% всей площади, в то время как в некоторых регионах России и стран СНГ уровень засоления достигает 90% орошаемых земель [69]. В России наибольшее распространение засоленные почвы имеют в Поволжье и Западной Сибири, где их площади составляют 11,6 и 10,2 млн. га соответственно. Несмотря на низкую продуктивность, эти земли представляют собой резерв для улучшения кормовой базы животноводства и увеличения производства зерна, что делает проблему их улучшения одной из приоритетных государственных задач.
Использование различных видов Bacillus sp. в качестве биоудобрений обеспечивает альтернативу для улучшения роста и урожайности растений. Большинство положительных эффектов применения Bacillus sp. связано с увеличением длины и биомассы побегов, корней и листьев, повышать урожайность фруктов и зерновых культур [64].
Хлорелла способна быть стимулятором быстрого прорастания семян разных культур, поскольку в ее состав входят растительные гормоны: ауксин, гибеллины, цитокинины, способствующие быстрому росту. Так же при использовании данного биопрепарата улучшается качество почвы, в том числе балансируется уровень pH. Наличие каротина стимулирует повышение иммунитета, за счет чего растения легче переносят различные неблагоприятные условия окружающей среды [21].
Так же эффективным биопрепаратом, повышающим рост растений, является «НаноКремний», который активирует ростовые процессы, укрепляет корневую систему и увеличивает устойчивость растений к экстремальным абиотическим и биотическим факторам, особенно к засухе [93].
В ходе проведенных исследований, было установлено, что применение биопрепаратов оказывает значительное влияние на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления. На основе экспериментальных данных, можно сделать вывод, что использование биопрепаратов способствует улучшению физиологических и биохимических процессов в растениях, что, в свою очередь, повышает их устойчивость к засолению
Биопрепараты на основе «Нанокремния», бактерий B. subtilis 26Д и Chlorella vulgaris, способствуют улучшению проникновения питательных веществ, улучшают структуру почвы и усиливают корневую систему растений. Это позволяет пшенице более эффективно всасывать воду и питательны вещества, что очень важно в условиях, когда растение произрастает на засоленной почве.
В ходе проведенной нами экспериментальной работы было исследовано влияния препарата «НаноКремний», эндофитных бактерий и одноклеточных зеленых водорослей в условиях засоления на ростовые показатели пшеницы, оценили активность антиоксидантных ферментов, определили концентрацию МДА, содержание фотосинтетических пигментов, пролина. Нами были получены следующие выводы:
1. Показано, что обработка семян ростстимулирующими препаратами повышала массу побегов пшеницы. Ростстимулирующий эффект при использовании препаратов для растений пшеницы уменьшался в следующей последовательности: Bacillus subtillus, «НаноКремний», Chlorella vulgaris.
2. Активность антиоксидантных ферментов (каталазы и пероксидазы) у обработанных препаратом «НаноКремний», эндофитными бактериями и одноклеточными водорослями растений пшеницы была выше, чем у необработанных.
3. Показано, что обработка семян исследованными препаратами при воздействии Na2SO4 (0,1 и 2%) снижала содержание малонового диальдегида в тканях побегов пшеницы.
4. Обработка семян растений пшеницы биопрепаратами увеличивала содержание фотосинтетических пигментов, максимально в варианте с Ch. vulgaris.
5. Установлено, что уровень содержания пролина в условиях натрий-сульфатного засоления был более высоким при обработке растений пшеницы препаратами Ch. vulgaris и B. subtilis 26Д, чем у необработанных растений.
6. Отмечено, что в условиях засоления Na2SO4 (0,1% и 2%) показатели микоризации корневой системы пшеницы у обработанных препаратами растений были выше, чем у необработанных. Наиболее высокие показатели отмечены в вариантах с обработкой растений клетками Bacillus subtilis и Chlorella vulgaris.
Использование различных видов Bacillus sp. в качестве биоудобрений обеспечивает альтернативу для улучшения роста и урожайности растений. Большинство положительных эффектов применения Bacillus sp. связано с увеличением длины и биомассы побегов, корней и листьев, повышать урожайность фруктов и зерновых культур [64].
Хлорелла способна быть стимулятором быстрого прорастания семян разных культур, поскольку в ее состав входят растительные гормоны: ауксин, гибеллины, цитокинины, способствующие быстрому росту. Так же при использовании данного биопрепарата улучшается качество почвы, в том числе балансируется уровень pH. Наличие каротина стимулирует повышение иммунитета, за счет чего растения легче переносят различные неблагоприятные условия окружающей среды [21].
Так же эффективным биопрепаратом, повышающим рост растений, является «НаноКремний», который активирует ростовые процессы, укрепляет корневую систему и увеличивает устойчивость растений к экстремальным абиотическим и биотическим факторам, особенно к засухе [93].
В ходе проведенных исследований, было установлено, что применение биопрепаратов оказывает значительное влияние на устойчивость растений пшеницы в условиях засоления. На основе экспериментальных данных, можно сделать вывод, что использование биопрепаратов способствует улучшению физиологических и биохимических процессов в растениях, что, в свою очередь, повышает их устойчивость к засолению
Биопрепараты на основе «Нанокремния», бактерий B. subtilis 26Д и Chlorella vulgaris, способствуют улучшению проникновения питательных веществ, улучшают структуру почвы и усиливают корневую систему растений. Это позволяет пшенице более эффективно всасывать воду и питательны вещества, что очень важно в условиях, когда растение произрастает на засоленной почве.
В ходе проведенной нами экспериментальной работы было исследовано влияния препарата «НаноКремний», эндофитных бактерий и одноклеточных зеленых водорослей в условиях засоления на ростовые показатели пшеницы, оценили активность антиоксидантных ферментов, определили концентрацию МДА, содержание фотосинтетических пигментов, пролина. Нами были получены следующие выводы:
1. Показано, что обработка семян ростстимулирующими препаратами повышала массу побегов пшеницы. Ростстимулирующий эффект при использовании препаратов для растений пшеницы уменьшался в следующей последовательности: Bacillus subtillus, «НаноКремний», Chlorella vulgaris.
2. Активность антиоксидантных ферментов (каталазы и пероксидазы) у обработанных препаратом «НаноКремний», эндофитными бактериями и одноклеточными водорослями растений пшеницы была выше, чем у необработанных.
3. Показано, что обработка семян исследованными препаратами при воздействии Na2SO4 (0,1 и 2%) снижала содержание малонового диальдегида в тканях побегов пшеницы.
4. Обработка семян растений пшеницы биопрепаратами увеличивала содержание фотосинтетических пигментов, максимально в варианте с Ch. vulgaris.
5. Установлено, что уровень содержания пролина в условиях натрий-сульфатного засоления был более высоким при обработке растений пшеницы препаратами Ch. vulgaris и B. subtilis 26Д, чем у необработанных растений.
6. Отмечено, что в условиях засоления Na2SO4 (0,1% и 2%) показатели микоризации корневой системы пшеницы у обработанных препаратами растений были выше, чем у необработанных. Наиболее высокие показатели отмечены в вариантах с обработкой растений клетками Bacillus subtilis и Chlorella vulgaris.



