Научно-исследовательская работа Эколого-физиологические реакции культурных злаков (на примере пшеницы, ржи и кукурузы) на гербицид Топик

ГБПОУ РМ «Саранский строительный техникум»

Научно-исследовательская работа

на тему:

Эколого-физиологические реакции культурных злаков (на примере пшеницы, ржи и кукурузы) на гербицид Топик

Выполнил: Семенов Андрей Алексеевич,

студент группы ТС-2

Руководитель: преподаватель биологии,

экологии и спец. дисциплин Гарькова А. Н.

Саранск 2016

Введение

Воздействие человека на окружающую среду увеличивается и приобретает глобальный характер. В настоящее время возрастает химическая нагрузка на экосистемы, выражающаяся в загрязнении веществами абиогенного происхождения – ксенобиотиками. К ним относят пестициды, использование которых в сельском хозяйстве – необходимая составляющая; без их применения неизбежно снижение урожая и ухудшение его качества. Однако уровень загрязнения окружающей среды ксенобиотиками неизбежно растет. Они оказывают системное действие на живые компоненты экосистем, в первую очередь на растения – начальное звено пищевой цепи; в связи с этим важно исследование физиологических механизмов влияния ксенобиотиков на культурные растения.

Гербициды – ведущий ксенобиотик, применяемый на сельскохозяйственных растениях. В настоящее время накоплено много данных о влиянии гербицидов на функциональные показатели растений, в т. ч. изменения фотосинтеза и роста, содержания аминокислот и синтеза ферментов, активности фитогормонов, и др.

Известно, что гербицид паракват вызывает повреждение клеток, угнетает антиоксидантную защиту и вызывает нарушения у растений. Имеются данные, что обработка проростков некоторыми гербицидами приводила к повышенному содержанию перекисей в клетках, снижению активности антиоксидантных ферментов. Однако механизмы действия различных гербицидов существенно разнятся, и неизвестно, все ли они вызывают негативные реакции растении. Кроме того, действие гербицидов на разные виды растений различно, поэтому сравнение физиологических реакций растений на обработку гербицидом позволит выяснить ответные реакции культурных растений на стресс.

Целью работы было изучить физиологические реакции культурных злаков (на примере пшеницы, ржи и кукурузы) на стресс, вызванный гербицидом Топик.

В задачи входило:

1. Анализ концентрационных эффектов гербицида Топик на прорастание семян озимой пшеницы, озимой ржи и кукурузы.

2. Анализ концентрационных эффектов гербицида Топик на рост осевых органов озимой пшеницы, озимой ржи и кукурузы.

1. Гербициды как основной ксенобиотик для растений

В последние десятилетия необходимым компонентом технологии выращивания сельскохозяйственных культур является применение химических средств уничтожения сорных растений. Гербициды во всем мире, особенно в странах с развитым земледелием, занимают основное место в химизации сельского хозяйства, опережая другие средства защиты. Это связано с тем, что вредоносность сорных растений постоянно увеличивается. По обобщенным данным полевых обследований, в Российской Федерации на посевах полевых культур экономическую опасность представляют 120 видов сорных растений.

В борьбе с сорными растениями в настоящее время в земледелии разрешено применение более 120 наименований химических препаратов. Ассортимент имеющихся гербицидов постоянно улучшается и увеличивается за счет создания препаратов, высокоселективных по отношению к сорным растениям и в то же время не влияющих на рост и развитие культурных растений, не накапливающихся в сельскохозяйственной продукции и не загрязняющих окружающую среду. Для систематизации и эффективного использования гербицидов, принадлежащих к различным классам химических соединений, их классифицируют по различным признакам и свойствам.

По характеру поражения растений гербициды условно делят на гербициды сплошного действия и гербициды избирательного (селективного) действия. Первые уничтожают все растения – и культурные, и сорные; их используют на необрабатываемых сильно засоренных землях и на обрабатываемых полях, свободных от возделываемых культур; иногда их направленно применяют в садах, лесонасаждениях, в посевах пропашных культур с широкими междурядьями, в виноградниках. К гербицидам сплошного действия относятся и гербициды избирательного действия, уничтожающие в повышенных дозах те растения, на которые в рекомендуемых дозах они не оказывают влияния. Гербициды избирательного действия составляют наибольшую группу из применяемых в практике земледелия. Они не повреждают возделываемые культуры, но уничтожают или подавляют развитие определенных видов сорных растений.

Подразделение гербицидов на сплошного действия и избирательные является условным, потому что первые в форме добавок в небольших дозах к другим соединениям применяют в качестве препаратов избирательного действия, и напротив, избирательные гербициды, используемые в повышенных дозах, могут вызывать полную гибель всей растительности.

Различают гербициды с широким и узким спектром действия на растения. Фитотоксичность отдельных гербицидов избирательного действия для различных видов растений не одинакова. Гербициды широкого спектра действия способны уничтожать многие, даже далекие друг от друга по систематическому положению, виды растений; гербициды узкого спектра действия используются для борьбы с отдельными видами или группами сорных растений.

В зависимости от характера действия на растения гербициды делят на контактные и системные. Гербициды контактного действия повреждают только те органы или ткани растений, на которые они попадают и с которыми соприкасаются. Однако влияние их на сорные растения ограничено, так как у многолетних сорных растений при отмирании надземных частей корневая система сохраняет свою жизнеспособность и может дать новые побеги. Системные гербициды легко проникают в ткани растений через надземные или подземные органы и, передвигаясь по флоэме или ксилеме, включаются в химические реакции; это вызывает нарушение физиологических и биохимических реакций, что приводит к различным патологическим явлениям.

По характеру проникновения в растения гербициды подразделяют на:

1) проникающие через листья и другие надземные органы, гербициды листового действия, которые используются для борьбы с вегетирующими сорными растениями;

2) проникающие через корни или проростки, гербициды корневого или почвенного действия, которые вносят в почву до появления всходов сорных растений;

3) проникающие в растения, как через надземные органы, так и через корневую систему, гербициды комбинированного действия.

По отношению к систематическому положению растений гербициды системного действия делят на противодвудольные и противооднодольные (противозлаковые). Противодвудольные гербициды повреждают только те растения, которые принадлежат к классу двудольных, не оказывая влияния на однодольные. При внесении оптимальных норм противозлаковых гербицидов уничтожаются однодольные растения и при этом не повреждаются двудольные. Гербициды трихлорацетат натрия, дихлоральмочевина, далапон и другие используются для уничтожения злаковых сорняков в посевах широколистных двудольных культур.

По способу внесения и обработки растений и почвы гербициды делятся на две группы – применяемые методом опрыскивания вегетирующих сорняков и почвенные гербициды, которые вносят в почву в сухом виде или путем опрыскивания поверхности почвы.

По длительности остаточного действия гербициды разделяются на следующие.

1. Гербициды с длительным остаточным действием, которое даже при рекомендуемых дозах внесения сохраняется в почве больше одного года, особенно на малогумусных почвах и в годы с недостаточным увлажнением. Последействие в течение длительного времени на необрабатываемых землях, в садах, древесных насаждениях имеет положительное значение в борьбе с сорными растениями. В то же время в полевых, кормовых и овощных севооборотах, где чаще всего используются эти гербициды, такое последействие является нежелательным, поскольку нередко повреждаются чувствительные к этим гербицидам культуры, высеваемые или высаживаемые в следующем году после применения гербицидов.

2. Гербициды с коротким остаточным действием. После применения этих гербицидов в рекомендуемых дозах в борьбе с сорняками в следующем году без особого риска можно возделывать сельскохозяйственные культуры согласно их чередованию в севообороте.

По химическому составу гербициды подразделяются на органические и неорганические. Органические гербициды, наиболее применяемые в сельскохозяйственном производстве, представлены разнообразными группами химических соединений: производные фенола (нитрафен); производные алифатических карбоновых кислот; производные бензойной кислоты; производные арилоксикарбоновых кислот; производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот; ароматические амины; производные мочевины; производные симметричного триазина; гетероциклические соединения; комбинированные гербициды (смеси).

В соответствии с природой и механизмом действия выделяют следующие основные группы гербицидов: ингибиторы фотосинтеза; гербициды, влияющие на дыхание растений, в частности разобщающие цепь окислительного фосфорилирования и подавляющие образование АТФ; ингибиторы клеточного деления; гербициды, регулирующие рост растений.

Таким образом, гербициды, являются веществами абиогенного происхождения которые классифицируются на различные группы по механизму действия, природе, характеру проникновения в растения и др.

2. Объекты и методы исследования

Объектами исследования были молодые растения озимой пшеницы (Triticum aestivum L. сорт Мироновская 808), озимой ржи (Secale cereale L. сорт Эстафета Татарстана) и кукурузы (Zea mays L.).

Препарат и его характеристика. Топик – послевсходовый гербицид для борьбы с овсюгом и другими однолетними злаковыми сорняками в посевах яровой и озимой пшеницы. Действующее вещество: клодинафоп-пропаргил + антидот. Химический класс: арилоксифеноксипропилаты. Топик относится к гербицидам системного действия.

Методы исследования

В первой серии опытов определяли прорастание семян культурных злаков в растворах гербицида Топик (0,001– 10 мкл/л).

Во второй серии опытов определяли длину осевых органов (корня и побега) проростков культурных злаков, выращенных на растворах гербицида Топик (0,001– 10 мкл/л).

Семена проращивали в трехкратной повторности в чашках Петри на растворах гербицида Топик (0,001 – 10 мкл/л) при температуре 22–25°С, освещении люминесцентными лампами интенсивностью 5000 лк, продолжительности светового дня 12 ч. Контролем служил вариант с дистиллированной водой. Визуальный осмотр проводили ежедневно с начала эксперимента, на 7-е сутки регистрировали количество проросших семян и рассчитывали всхожесть (в %), измеряли рост осевых органов.

Результаты

Прорастание семян включает ряд этапов: поглощение воды, набухание, рост первичных корешков, развитие ростка и становление проростка. В работе исследовали прорастание семян злаков в присутствии различных концентраций гербицида Топик. Для выявления эколого-физиологических реакции растений на гербициды, семена трех видов злаков проращивали в чашках Петри в различных концентрациях гербицида Топик (0,1; 1; 2; 5 и 10 мкл/л). В качестве контроля использовали дистиллированную воду.

В результате проведенных экспериментов по всхожести семян, выращенных на различных концентрациях гербицида Топик, установлено, что через 7 дней максимальная всхожесть семян кукурузы была в контроле (92,5 %). Семена этого вида оказались высоко чувствительными к действию гербицида Топик. Начиная с концентрации препарата 1 мкл/л, всхожесть семян кукурузы была ниже контроля, и с увеличением концентрации гербицида всхожесть прогрессирующе падала, достигнув минимума 62 % при дозе 10 мкл/л (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Влияние различных концентраций гербицида Топик на всхожесть семян злаков, %

У пшеницы наибольшая всхожесть семян наблюдалась при действии минимальной дозы гербицида, но она не отличалась от контрольного варианта (95 %) и дозы 1 мкл/л. Некоторое снижение всхожести выявлено лишь при концентрации гербицида 2 мкл/л (87,5 %).

Для семян озимой ржи наибольшую всхожесть регистрировали в контроле, она составила 100 %. В варианте с минимальной концентрацией гербицида 0,1 мкл/л всхожесть семян озимой ржи составила 97,5 %; в остальных вариантах всхожесть была около 90%.

Скорость прорастания семян в растворах гербицида была различной. Так, в контрольном варианте (с дистиллированной водой) семена злаков проросли на 2-й день; в вариантах с гербицидом семена начали прорастать на 3-й день (у ржи) и на 4-й день (у пшеницы и кукурузы).

Таким образом, некоторые концентрации гербицида, особенно повышенные, оказали выраженное угнетающее воздействие в критический период прорастания семян. Более уязвимым видом к гербициду Топик оказалась кукуруза.

Рост является показатель состояния растения, который показывает нарушение физиологического процесса на уровне целого организма. В основе его изменений могут лежать различные процессы, такие как нарушение фотосинтеза, поглощение минеральных элементов, воды и др.

На втором этапе работы изучали влияние различных концентраций гербицида Топик на рост корней и побегов злаков. Через 7 дней после посадки семян в чашки Петри на растворы гербицида различных концентраций проводили измерения ростовых характеристик (длины корня и побега).

У озимой пшеницы наблюдали практически линейную зависимость длины побега от концентрации гербицида (таблица 1).

Таблица 1 – Влияние различных концентраций гербицида Топик на рост корня и побега у проростков злаков, мм

С увеличением концентрации препарата рост побега снижался по сравнению с контролем (вода), и наиболее угнетающее действие оказали концентрации 5 и 10 мкл/л.

При исследовании роста кукурузы также наблюдали практически линейную зависимость длины побега от концентрации Топика (см. таблицу 1). Самый высокий показатель оказался в контроле (вода), самый низкий при концентрации 10 мкл/л – на 86 % ниже по сравнению с контролем (вода). У озимой ржи наблюдали сходную с кукурузой зависимость роста побега от концентрации гербицида.

При исследовании действия препарата на рост корня пшеницы и кукурузы так же выявлено снижение длины. В опытах с озимой рожью выявлена зависимость подавления роста корня с повышением концентрации гербицида. Во всех вариантах опыта самый высокий показатель роста корня оказался в контроле (вода), превышая все изученные дозы гербицида Топик. Самые низкие значения длины корня выявлены при наибольших дозах препарата (10 мкл/л).

Таким образом гербицид Топик оказал негативное воздействие на культурные растения, особенно выраженные в высоких концентрациях. Однако, в некоторых вариантах опыта выявлены незначительные отклонения от контроля. Это может быть связано с устойчивостью данного вида к гербициду Топик, ведь в состав этого препарата входит антидот, который должен нейтрализовать негативное действие ксенобиотика.

Заключение

Цепи питания – это устойчивые цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества, сложившиеся в ходе эволюции живых организмов и биосферы в целом. Они составляют трофическую структуру любого биоценоза, по которой осуществляются перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которых соответствует потоку энергии. Растения, поглощая минеральные вещества из почвы и перерабатывая их в органику являются начальным звеном пищевой цепи. В связи с этим изучение эколого-физиологических реакций растений особенно важно для человека и животных.

Таким образом, в научно-исследовательской работе нами показано, что ксенобиотики (на примере гербицида Топик) вызывают в культурных растениях негативные ответные реакции, проявляющиеся в снижении всхожести семян, угнетении роста корня и побега.

Наиболее выраженные эффекты гербицида Топик на культурные растения наблюдали в концентрациях 10 мкл/л. Особенно уязвимым объектом к данному препарату оказалась кукуруза. Реакции озимой пшеницы и ржи были менее выражены, особенно при анализе всхожести семян. Такие эффекты, можно связывать с устойчивостью пшеницы и ржи к препарату, а также с наличием антидота в составе гербицида Топик, который необходим для защиты культурных растений от губительного действия гербицида.

Список использованных источников

1. Волкова И. Ю. Экологическая оценка влияние ксенобиотиков на фитоценозы агроландшафтов / И. Ю. Волкова // Агрохимический вестник. – 2008. – № 2. – С. 36-38

2. Воронцова Е. А. Гербициды в борьбе с сорняками / Е. А. Воронцова. – Лобня: Мир, 2009. – 206 с.

3. ГОСТ 12038-84

4. Ищенко А. А. Влияние гербицида параквата на рост, содержание пероксида водорода и активность каталазы в корнях проростков гороха / А. А. Ищенко, Г. Г. Васильева, Н. В. Миронова, А. К. Глянько // Агрохимия. – 2006. – № 8. – С. 47-51

5. Каменченко С. Е. Применение гербицидов в борьбе с сорняками на посевах кукурузы / С. Е. Каменченко, Р. Г Сайфуллин, В. Н. Захаров, Н. И. Стрижков, С.-С. Х. Атаев, М. А. Даулетов // Вавиловские чтения. – 2015. – С. 40

6. Колупаев Ю. Е., Карапец Ю. В. Формирование адаптивных реакций растений на действие абиотических стрессов / Ю. Е. Колупаев, Ю. В. Карапец // Киев, «Основа» – 2010. – 24 с.

7. Коцюбинская Н. П. Эколого-физиологические аспекты адаптации культурных растений к антропогенным условиям среды. Днепропетровск: ДГУ, 1995. – 172 с.

8. Пасько Т. И. Гербициды на озимой пшенице / Т. И. Пасько // Изв. Оренбургского аграрн. ун-та. – 2015. – №3. – С. 32-34

9. Пономарева Е. В. Ксенобиотики: учебное пособие / Е. В. Пономарева. – Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта. – 2007. – 138 с.

10. Пушкарев В. Г. Агроэкологическая оценка применения гербицидов на овсе / В. Г. Пушкарев, С. М. Федорова, О. А. Иванов // Аграрная наука. – 2015. – № 10. – С. 15-16

Заявка

на участие в заочном конкурсе исследовательских работ среди ПОО ПФО, посвященный Году экологии и особо охраняемых природных

территорий

Научно-исследовательская работа Эколого-физиологические реакции культурных злаков (на примере пшеницы, ржи и кукурузы) на гербицид Топик

Выполнил: Семенов Андрей Алексеевич,

студент группы ТС-2

Руководитель: Гарькова Альбина Николаевна,

преподаватель биологии, экологии и спец. дисциплин

Цель работы: изучить физиологические реакции культурных злаков (на примере пшеницы, ржи и кукурузы) на стресс, вызванный гербицидом Топик.

В задачи входило:

• 1. Анализ концентрационных эффектов гербицида Топик на прорастание семян озимой пшеницы, озимой ржи и кукурузы.
• 2. Анализ концентрационных эффектов гербицида Топик на рост осевых органов озимой пшеницы, озимой ржи и кукурузы.

Ксенобиотики (от греч. ξενος ) — чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот, и, как правило, прямо или косвенно порождённые хозяйственной деятельностью человека.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования были молодые растения озимой пшеницы ( Triticum aestivum L. сорт Мироновская 808), озимой ржи ( Secale cereale L. сорт Эстафета Татарстана) и кукурузы ( Zea mays L.).

Препарат и его характеристика.

Топик – послевсходовый гербицид для борьбы с овсюгом и другими однолетними злаковыми сорняками в посевах яровой и озимой пшеницы. Действующее вещество: клодинафоп-пропаргил + антидот. Химический класс: арилоксифеноксипропилаты. Топик относится к гербицидам системного действия.

Методы исследования

• В первой серии опытов определяли прорастание семян культурных злаков в растворах гербицида Топик (0,001– 10 мкл/л).
• Во второй серии опытов определяли длину осевых органов (корня и побега) проростков культурных злаков, выращенных на растворах гербицида Топик (0,001– 10 мкл/л).

Семена проращивали в трехкратной повторности в чашках Петри на растворах гербицида Топик (0,001 – 10 мкл/л) при температуре 22–25°С, освещении люминесцентными лампами интенсивностью 5000 лк, продолжительности светового дня 12 ч. Контролем служил вариант с дистиллированной водой. Визуальный осмотр проводили ежедневно с начала эксперимента, на 7-е сутки регистрировали количество проросших семян и рассчитывали всхожесть (в %), измеряли рост осевых органов.

Результаты

Прорастание семян включает ряд этапов: поглощение воды, набухание, рост первичных корешков, развитие ростка и становление проростка. В работе исследовали прорастание семян злаков в присутствии различных концентраций гербицида Топик. Для выявления эколого-физиологических реакции растений на гербициды, семена трех видов злаков проращивали в чашках Петри в различных концентрациях гербицида Топик (0,1; 1; 2; 5 и 10 мкл/л). В качестве контроля использовали дистиллированную воду.

Диаграмма 1 – Влияние различных концентраций гербицида Топик на всхожесть семян злаков, %

Таблица 1 – Влияние различных концентраций гербицида Топик на рост корня и побега у проростков злаков, мм

Концентрация, мкл/л

Пшеница

Длина корня, мм

Рожь

0(вода)

Кукуруза

108±1,6

0,001

81±1,6

101±1,6

0,01

0,1

148±2,8

78±1,6

81±1,6

1

71±1,6

71±1,6

128±1,6

51±1,6

58±5,0

2

101±1,6

91±1,6

36±3,0

48±4,0

5

10

53±1,6

36±1,6

28±1,6

Длина надземной части, мм

12±1,6

68±4,4

23±3,3

51±1,6

13±1,6

0 (вода)

31±1,6

103±1,6

0,001

97±7,0

98±1,6

0,01

0,1

174±4,0

86±7,0

84±1,6

1

75±2,5

83±2,0

166±5,0

147±2,5

63±3,0

66±2,8

2

5

121±3,0

55±2,0

57±2,5

10

34±3,6

42±2,5

84±4,0

78±3,0

28±2,0

15±3,0

47±2,5

14±2,0

39±1,0

Цепи питания – это устойчивые цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества, сложившиеся в ходе эволюции живых организмов и биосферы в целом. Они составляют трофическую структуру любого биоценоза, по которой осуществляются перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которых соответствует потоку энергии.

Растения, поглощая минеральные вещества из почвы и перерабатывая их в органику являются начальным звеном пищевой цепи. В связи с этим изучение эколого-физиологических реакций растений особенно важно для человека и животных.

Заключение

Таким образом, в научно-исследовательской работе нами показано, что ксенобиотики (на примере гербицида Топик) вызывают в культурных растениях негативные ответные реакции, проявляющиеся в снижении всхожести семян, угнетении роста корня и побега.

Наиболее выраженные эффекты гербицида Топик на культурные растения наблюдали в концентрации 10 мкл/л. Особенно уязвимым объектом к данному препарату оказалась кукуруза. Реакции озимой пшеницы и ржи были менее выражены, особенно при анализе всхожести семян. Такие эффекты, можно связывать с устойчивостью пшеницы и ржи к препарату, а также с наличием антидота в составе гербицида Топик, который необходим для защиты культурных растений от губительного действия гербицида.