С понятием фотосинтез каждый из нас знаком с самого детства. Это поистине важнейший процесс, без которого невозможно существование жизни на нашей планете. Значение фотосинтеза очень многогранно: это и обеспечение кислородом, и регулирование уровня углекислого газа, и поддержание водного баланса, и воздействие на климат планеты и многое другое.
На самых законных основаниях фотосинтез также является инструментом сохранения пищевого ресурса
Неспроста, ученые во всем мире и в нашей стране говорят о том, что меры, направленные на увеличение продуктивности и эффективности фотосинтеза – это один из наиболее перспективных путей роста урожайности пшеницы, культуры, занимающей важное место в продовольственной безопасности. Разумеется, результаты научных изысканий и выводы ученых в области изучения фотосинтеза имеют широкое подтверждение и в производственной аграрной практике. Так, более зеленые растения с хорошо развитой надземной массой мы прочно отождествляем с высокой продуктивностью культуры и хорошим потенциалом урожайности.
В этой статье мы рассмотрим:
- Как оценивать эффективность фотосинтеза и содержание хлорофилла в листьях
- Каковы основные факторы, определяющие эффективность использования солнечной энергии растениями злаковых культур
- Какие мероприятия повышают эффективность фотосинтеза
- Какие свежие практические результаты по этим вопросам мы готовы представить
Главные показатели активности фотосинтеза
По данным ученых формирование сухого вещества сельскохозяйственных культур на 80–90% является результатом процесса фотосинтеза (ист., А. А. Ничипоровича, А.Я. Бакалдина).
Современная наука выделяет следующие основные физиологические показатели, которые свидетельствуют об изменениях фотосинтетической активности:
1. Физиологические и морфологические (площадь флагового листа)
2. Концентрация хлорофилла в листьях
3. Содержание водорастворимых углеводов в вегетативных частях
4. Содержание азота в листьях
5. Интенсивность транспирации
6. Скорость ассимиляции СО2
Около 50% всего поглощаемого пшеницей углекислого газа (СО₂) усваивается листьями, ещё половина — другими органами растения.
Важные составляющие фотосинтеза растений пшеницы
Известно, что основной вклад в формирование урожая растений пшеницы вносит флаговый лист. Вторые по значимости органы – подфлаговый лист и колос. Они вносят примерно равный вклад в обеспечении урожая ассимилянтами, т.е. углеводами (простые и сложные сахара).
Интенсивность фотосинтеза в разных частях растений пшеницы отличается, в зависимости от стадии развития. Например, в стадии трубкования основой процесса фотосинтеза в растении являются листья нижнего яруса. В период от выхода флагового листа до цветения максимальная интенсивность фотосинтеза отмечается во флаговом и подфлаговом листьях. На поздних стадиях развития ключевую роль в обеспечении ассимилянтами играют колос, флаговый лист (если он сохранен) и стебель.
В свою очередь то, каким будет максимальный уровень активности и продуктивности усвоения солнечного света органами пшеницы, а также его дальнейшее преобразование в органическое вещество находится под влиянием целого комплекса природно-хозяйственных факторов, таких как:
- Энергия солнечной радиации и доля фотосинтетически активной ее части (ФАР)
- Время суток
- Зона выращивания / возделывания
- Погодные условия / гидротермические факторы / влаго- и теплообеспеченность, содержание CO₂
- Сортовые особенности культуры
- Стадия развития растений: у зерновых пик активности фотосинтеза находится на период трубкование – молочно-восковая спелость
- Азот и его наличие в достаточном количестве
- Физиологическое и фитосанитарное состояние растений
- Целостность листьев: отсутствие механических повреждений, повреждений вредителями, а также отсутствие признаков развития грибных, бактериальных и вирусных заболеваний
- Расположение листьев
- Площадь листовой поверхности
- Содержание хлорофилла
- Густота стеблестоя
Дополнительную помощь растениям оказывают действующие вещества, обладающие положительным физиологическим действием или – AgCelence®-эффектом. К их числу относятся такие молекулы с фунгицидной активностью как пираклостробин и флуксапироксад (XEMIUM®). Результатом применения препаратов на их основе является не только высокоэффективный контроль грибных заболеваний, но и, ставшее уже привычным в аграрном обиходе, такое явление как «озеленяющий эффект». Такому эффекту способствует более активный процесс синтеза и накопления хлорофилла, который обусловлен применением решений BASF, содержащих один или оба этих компонента.
Положительные эффекты* пираклостробина и флуксапиросада на физиологию растений
* Наличие и интенсивность проявления того или иного положительного физиологического действия (эффекта) зависит от условий выращивания культуры и агрономической практики, принятой в предприятии.
Как пираклостробин влияет на биохимические процессы в растении
- Действующее вещество пираклостробин блокирует транспорт электронов в митохондриях, снижая содержание АТФ и кислотности в цитоплазме.
Это ведет к активации нитратредуктаза, нитраты переводятся в нитриты, усиливаются ассимиляция азота и продуктивный фотосинтез
- Пираклостробин снижает потери СО2, способствуя сохранению большего объема углеводов (энергии) для роста растений.
- AgCelence-эффект (снижение респирации и усиление фотосинтеза) приводят к лучшей ассимиляции азота и углерода и более активному накоплению биомассы.
Таким образом, применение пираклостробина позволяет растению более экономно и рационально использовать имеющиеся ресурсы, что особенно важно при наступлении условий неблагоприятных для нормального развития посева.
Более продуктивное использование углекислого газа растением на фоне применения пираклостробина
Озеленяющий эффект!
Мы привыкли к тому, что фунгицид прежде всего отвечает за сохранение в здоровом состоянии фотосинтезирующего аппарата, предотвращая развитие грибных заболеваний.
В случае с такими компонентами как пираклостробин и XEMIUM® функционирование листового аппарата также улучшается за счет положительного влияния этих веществ на физиологические и биохимические процессы, а точнее – на выработку зеленого пигмента хлорофилла.
Почему это важно? В большинстве случаев интенсивная озелённость растений напрямую коррелирует с продуктивностью посева и финальной урожайностью культуры. Такую взаимосвязь показателей мы наблюдали в случае с озимой пшеницей на фоне применения фунгицида ПРИАКСОР® МАКС. В состав препарата входят два компонента, которые положительным образом влияют на активность фотосинтеза. Это в итоге отразилось и на количестве сохраненного зерна.
Отличие интенсивности фотосинтеза растений в поле четко прослеживается по визуальным признакам.
Способность положительно влиять на фотосинтез есть не только у фунгицидов с эффектом AgCelence, но и у действующих веществ морфорегулятора Мессидор. На фоне применения препарата Мессидор снижается выработка у растений этилена – гормона, отвечающего за старение. Помимо этого, усиливается синтез флавоноидов, которые способствуют активизации естественных защитных механизмов растения. Благодаря этому растениям легче поддерживать активный фотосинтез в условиях, неблагоприятных для нормального развития, таких как пониженные температуры, возвратные заморозки небольшой продолжительности, воздушная засуха, низкая влаго- и теплообеспеченность, и некоторые другие.
Как еще можно оценить интенсивность фотосинтеза?
В производственной практике мы привыкли оценивать интенсивность фотосинтеза и озелённость растений визуально – как показано выше. Это некий экспресс метод, что и является его главным преимуществом. Однако у него есть и недостатки – определенный субъективизм результатов такого анализа.
В дополнение к органолептическому подходу в оценке нам на помощь приходят инструментальные и лабораторные методы, позволяющие более объективно проанализировать интенсивность усвоения солнечной энергии растениями. В основе таких методов лежит использование специальных приборов, датчиков и математических расчетов.
Анализ увеличения биомассы растений
Опыт на основе использования оценки прироста биомассы растений показал, что особенно совместное применение КИНТО® ПЛЮС и МЕССИДОР®+Турбо позволяет увеличить интенсивность фотосинтеза, что в итоге приводит к большему накоплению сухого вещества и урожая.
Применение спектрофотометрческого анализа
В наших собственных исследованиях мы дополнительно применили один из самых распространённых методов для оценки хлорофилла — спектрофотометрический анализ с использованием специализированного прибора.
В результате анализа мы получили следующие данные:
- Сравнение оптической плотности вытяжки хлорофилла из листьев, отобранных с разных вариантов, позволило убедиться, что фунгициды с AgCelence-эффектом помогают повысить интенсивность фотосинтеза.
- Оптическая плотность вытяжки хлорофилла из флаговых листьев растений пшеницы*, обработанных ПРИАКСОР® МАКС была на 14,6 % выше, чем в варианте без обработки данным фунгицидом.
* вытяжка приготовлена из средней выборки флаговых листьев отдельно с каждого варианта. Из средней пробы была отобрана навеска измельченных листьев массой 0,5 г.
Результаты спектрофотометрического анализа подтвердили и укрепили выводы наших специалистов, сделанные на основе визуальной оценки – применение препарата с AgCelence-эффектом такого как ПРИАКСОР® МАКС позволяет сохранить высокую результативность работы фотосинтезирующего аппарата, как за счет фунгицидного действия, так и положительного физиологического влияния на накопление зеленого пигмента хлорофилла.
Несмотря на то, что в поле было трудно визуально определить различия в озелененности между вариантами, фотометр показал разницу: оптическая плотность вытяжки из флаговых листьев в варианте с применением МЕССИДОР® была на 40% выше, чем в контроле, и на 30% выше, чем в варианте сравнения.
Подведем итог. Результаты опыта с применением фотоспектрометрии позволили объективнее оценить фотосинтетическую активность посева. Они развеяли сомнения, возникшие при визуальной оценке. Эти данные дополнительно подтверждают положительное влияние морфорегулятора Мессидор на активность пигментного аппарата листьев.