Лабораторная и полевая всхожесть семян галеги восточной под влиянием регуляторов роста в условиях Северного Казахстана

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

 УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ  М. КОЗЫБАЕВА

ЕСТЕСТВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

 

 

 

 

Ацапкин А. И.

 

Лабораторная и полевая всхожесть семян галеги восточной под влиянием регуляторов роста в условиях Северного Казахстана.

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

 

 

Руководитель:

                                                                                            старший преподаватель

кафедры

сельского хозяйства

Савенкова И. В.

 

 

 

 

Петропавловск, 2004

 

Содержание

                                                                    стр

 

Введение             3

 

Глава 1. Обзор литературы         6

1. Биологические особенности галеги восточной.

Хозяйственное значение. Агротехника       6

1.2. Твёрдосемянность галеги восточной. 

      Приемы, нарушающие  твердосемянность             11

1.3. Типы покоя семян и факторы, определяющие покой                                   17

1.3.1. Органический покой                                                                                      18

1.3.2. Экзогенный покой                                                                                         19

1.3.3. Эндогенный покой                                                                                         25

 

Глава 2. Почвенно-климатические условия места исследований                       33

2.1. Климат Северо-Казахстанской  области                                                         33

2.2. Почвы Северо-Казахстанской  области                                                           36

2.3. Метеорологические условия в  годы проведения исследования                  38

 

Глава 3. Объект и методы исследования                                                              40

3.1. Объект исследования                                                                                       40

3.2. Методы исследования                                                                                      40

3.2.1. Определение энергии прорастания и лабораторной

       всхожести семян                                                                                               40

3.2.2 Биопроба исследований                                                                                 43

3.2.3. Наблюдения, анализы, учеты                                                                       45

 

Глава 4. Всхожесть семян галеги восточной под влиянием регуляторов

               Роста                                                                                                           46

4.1. Лабораторная всхожесть                                                                                  46

4.2. Полевая всхожесть                                                                                           53

 

Выводы и предложения производству                                                                  56 

        Литература                                                                                                                57

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

 

Актуальность темы исследования. Одним из источников увеличения производства кормов в северных областях Казахстана могут служить малораспространенные кормовые культуры. Наиболее перспективной из них, особенно для лесостепной зоны, является галега восточная (Galega orientalis Lam.). Как и все многолетние бобовые травы, она относится к культурам с высоким содержанием белка в растительной массе. Она выгодно отличается от широко распространенных многолетних бобовых трав, так как период продуктивного использования посевов галеги продолжается 8-10 лет, тогда как у других трав наиболее рациональным считается период в 4-5 лет.

     Высокая зимостойкость галеги  восточной позволяет возделывать  ее в самых северных регионах  Казахстана.

     Активное продвижение культуры на поля сдерживается неизученностью приемов предпосевной обработки семян, имеющих твердую оболочку, препятствующую дружной всхожести семян (всхожесть семян составляет около 42%). Твердокаменность семян галеги достигает 36%. Основная предпосевная обработка семян заключается в механическом (скарификация) или химическом (обработка концентрированной H2SO4) воздействии, но при этом гибнет порядка 20% зародышей.

     Цель и  задачи исследований. Целью исследований явилась разработка новой технологии предпосевной обработки семян галеги восточной физиологически активными веществами, повышающими посевные качества и ускоряющими прорастание семян.

В ходе исследований решались следующие задачи:

- определить оптимальную концентрацию  веществ и продолжительность экспозиции намачивания семян галеги восточной в растворах регуляторов роста биологической и химической природы;

- определить основные посевные  качества семян (энергии прорастания  и всхожести) галеги восточной  при обработке их растворами  регуляторов роста;

     Новизна исследований. Впервые на основе экспериментальных данных в условиях Северного Казахстана:

- определен набор регуляторов  роста биологической и химической  природы на основании их химического  состава, действии на посевные  качества семян;

- определены и обоснованы концентрации и продолжительность экспозиции намачивания семян галеги восточной перед посевом в растворах регуляторов роста.

     Практическая значимость. Низкие посевные качества семян, неизученность методов нарушения твердокаменности семенной оболочки, препятствующей прорастанию, определили широко известные в литературе методы обработки семян галеги восточной биологическими и химическими стимуляторами роста, оказывающими действие на посевные качества семян и всхожесть.

На основании изучения метода - биопробы предпосевной подготовки семян галеги восточной установлена эффективность новых для сельскохозяйственных культур биологически и физиологически активных веществ, определено их действие, на прорастание каменистых семян.

Выявлено, что  наиболее дружная всхожесть и прорастание отмечается при стимуляции семян галеги восточной 0,5% растворами Т, ЭКС, фК, фМр, BrМр, К, Мр и 1,0% раствора М.

Внедрение рекомендуемой технологии позволит более активно внедрить на поля Северного Казахстана галегу восточную и рекомендовать производству эффективную технологию предпосевной обработки семян стимуляторами роста, обеспечивающую более высокую и стабильную всхожесть.

     Положения, выносимые на защиту.

        -    Покой семян. Типы и причины покоя семян.

- Твердокаменность семян галеги  восточной. Научное обоснование  предпосевной обработки семян  стимуляторами роста, повышающими  прорастание и всхожесть галеги  восточной.

 

Глава 1. Обзор литературы.

 

1.1 Биоморфологические особенности  галеги восточной. Хозяйственное значение. Агротехника.

Галега восточная (Galega orientalis Lam) в дикорастущем состоянии встречается в лесной и предгорной зонах Кавказа на полянах, опушках леса, среди кустарников, по склонам гор, вдоль дорог, чаще на рыхлых, богатых органическими веществами почвах. Введением его в культуру еще в довоенные годы занимались Всесоюзный институт растениеводства им. Н.И. Вавилова и Всесоюзный институт кормов им. В.Р. Вильямса. В производстве распространения не получил. Это связано не столько с особенностями биологии растения, но и с отсутствием селекционных сортов.

Галега восточная – зимостойкое, долголетнее, влаголюбивое, высокопротеиновое растение с длительным периодом хозяйственного использования. Рано отрастает весной и быстро формирует укосную массу. По питательности несколько уступает люцерне и лядвенцу рогатому. На 1 кормовую единицу приходиться от 114 до 158 г переваримого протеина; сто килограмм силоса из козлятника содерат 22 кормовые единицы и 4,2  кг переваримого протеина.

Поедаемость зеленой массы галеги животными средняя, а сена и силоса – хорошая. Коэффициент переваримости питательных веществ силоса: протеина – 67, белка – 65, жира – 55, клетчатки – 51, безазотистых экстрактивных веществ – 65.

Урожай галеги используется рано весной на зеленую подкормку. В начале лета – на сено и силос. Кроме того, молодые растения дают высокопитательную травяную муку.

Галега восточная является хорошим предшественником для зерновых культур, овощных и картофеля, так как он улучшает структуру почвы и повышает ее плодородие.

По данным Всесоюзного института кормов им. В.Р. Вильямса, в Московской области в год посева галега дает урожай сена до 30 – 40 ц, в последующие годы от 43 до 104 ц, а в среднем за 13 пользования средний урожай зеленой массы был равен 323 ц и сена – 77 ц с 1 га. Урожай семян менялся по годам от 1 до 6 ц с 1 га.

Галега восточная имеет стрежневой, хорошо разветвленный в пахотном слое почвы корень. Стебли прямые, ветвистые, хорошо облиственные, ярко зеленые, высотой до 120 – 140 см. Листья сложные, непарноперистые, зеленые, 15 – 17 см длины. Листочки овально – продолговатые и широколанцетные, в количестве 9 – 15. Соцветие – рыхлая удлиненная кисть из 20 – 50 цветков. Цветки бледно-голубые, бледно-фиолетовые, иногда белые, около 1 см длины. Боб двустворчатый, саблевидный, 2,5 – 4 см длины, многосемянный. Семена оливковые или желтовато-зеленоватые, продолговато-почковидные с выемкой у рубчика. При хранении становятся коричневыми. Вес 1000 семян 5,5 – 9,0 г /9/.

Галега восточная размножается семенами и вегетативным путем. Всхожесть семян при нормальном хранении сохраняется до 8 лет, но энергия прорастания быстро снижается. После 8 – 10 лет хранения семена при весеннем посеве не дают всходов. Семена начинают прорастать при температуре 6 - 7°С. Хорошо прорастают при температуре почвы свыше 10°С.

Галега восточная – растение ярового типа развития. При раннем посеве зацветает в начале осени, а в более теплые годы дает спелые семена. Весной отрастает значительно раньше других бобовых культур – люцерны, клевера, лядвенца. Укосную массу также формирует раньше. По времени наступления укосной спелости не уступает озимой ржи и канареичнику. Первый урожай зеленой массы галеги собирают в июне в фазе начала цветения, а второй в августе.

Массовое цветение галеги проходит в июне, созревание бобов в июле, в северных районах – в августе. Перед первым укосом растения имеют высоту около 65 – 75 см, а перед вторым – 60 – 80 см.

Галега восточная на одном месте используют до 10 и более лет, но это в случае возделывания на плодородных почвах. Требовательна к влаге и питательным веществам, однако хорошо переносит недостаток влаги в летний период в условиях нечерноземной полосы. Урожаи при этом заметно снижаются.

Из грибных заболеваний на галеге отмечены ржавчина, бурая пятнистость, во влажные годы – мучнистая роса. Из вредителей наиболее опасны разные виды жуков – семяедов и разные виды трипсов. Для борьбы с ними в фазе бутонизации растение опрыскивают 65% концентратом эмульсии полихлорпинена или 50% концентратом эмульсии полихлоркамфена – в дозе 2 – 3 кг на 500 л воды (из расчета на 1 га семенников). Важны также агротехнические меры – борьба с сорняками, чередование культур, подкашивание растений и др.

Галега восточная – ценное кормовое растение, особенно для многих районов нечерноземной полосы. Однако введение ее в производство тормозится отсутствием сортов различного использования, хорошо приспособленных к условиям возделывания. Селекция ее не ведется, и исходный материал для выведения сортов не собран.

Галега восточная относится к перекрестноопыляемым растениям. В связи с этим при выведении сортов применяют методы индивидуально-семейственного, группового, ограниченно-массового отборов. Для получения сортов, устойчивых к болезням и вредителям и содержащих меньше галегина, следует использовать и гибридизацию.

Так как процесс окультуривания галеги и создания первых сортов продолжителен, то брали для размножения лучшие популяции, давшие несколько репродукций в условиях культуры.

Первые сорта галеги отвечают следующим требованиям: отличаются высокой зимостойкостью, холодостойкостью, высокой облиственностью при тонком стебле, ранним отрастанием весной, устойчивостью к болезням и вредителям, повышенным содержанием протеина и каротина, отсутствием в зеленой массе галегина, высокими урожаями зеленой массы и семян.

При выборе участка под семенники галеги необходимо учитывать повышенные требования его к плодородию почвы. Для получения высоких урожаев семян семенники размещают на произвесткованных, хорошо удобренных, рыхлых, водопроницаемых, чистых от сорняков почвах. Лучшие предшественники для него – картофель, корнеплоды, овощные и озимые культуры.

Место посева – выведенное поле полевых или специальных (овощных) севооборотов. Почву участка пашут на зябь на полную глубину пахотного слоя. Под вспашку вносят органические (30-40 т на 1 га) фосфорно-калийные минеральные (по 60кг действующего вещества на 1 га) удобрения. Рано весной участок культивируют или обрабатывают дисковыми боронами в агрегате с боронами зигзаг.

Под весеннюю культивацию вносят азотные, фосфорные и калийные удобрения (по 60 кг действующего вещества на 1 га). Появившиеся сорняки уничтожают мелкой повторной культивацией, после чего участок выравнивают планировщиком или боронами - волокушками. При запаздывании с посевом проводят предпосевное уничтожение сорняков.

Лучшие сроки семенников галеги – сразу после сева яровых зерновых культур. На участках, недостаточно очищенных от сорняков, и при весеннем внесении органических удобрений после целесообразно отнести на начало лета (первая половина июня) с тем, чтобы повторной обработкой лучше подготовить почву. Обычно в это время почва содержит достаточный запас влаги.

При невыравненной поверхности перед посевом почву прикатывают. Это повышает равномерность заделки семян.

Семена галеги восточной перед посевом очищают, удаляя недозрелые, битые, поврежденные, затем скарифицируют, чтобы улучить их всхожесть. До скарификации в массе семян козлятника бывает до 50-56% твердых, не прорастающих в год посева. После скарификации всхожесть семян увеличивается вдвое /2/.

Непосредственно перед посевом семена опудривают фентиурамом (2 кг на 1 т семян), а перед засыпкой в сеялку обрабатывают нитрагином.

Лучший способ посева – широкорядный – на 45-60 см в чистом виде без покрова. Иногда галегу на семена высевают совместно с тимофеевкой или костром безостым.

Норма высева при посеве широкорядным способом 10-12 кг на 1 га. Глубина заделки семян – 2 см, на более легких почвах – 3 см. Для посева используют овощные, зерно–травяные и зерновые сеялки, с ограничителями глубины заделки (ребордами). После посева поле прикатывают, что особенно важно при летних сроках сева.

Уход за семенниками включает обработку междурядий в год посева и рано после отрастания, внесение подкормок в весенние сроки и после уборки семян, видовую прополку. В подкормке после первой весенней культивации дают фосфорно-калийные удобрения (по 45 кг действующего вещества на 1 га) и после уборки семян фосфорно-калийные удобрения (в той же дозе), а, кроме того, аммиачную селитру (1 ц на 1 га). Минеральные удобрения рассеивают с помощью машин, добиваясь равномерного распределения по участку, так как с этим связано равномерное созревание семян.

Семенники галеги восточной убирают, начиная со второго года жизни. На семена можно оставлять растения ежегодно в течение 4-5 лет подряд или через год, чередуя с использованием их на корм. Продолжительность использования семенников для сбора семян зависит от качества ухода, плодородия почвы и степени хранения полноты травостоя галеги в последующие годы.

К уборке семенников приступают после полного побурения бобов. В сухие годы при дружном созревании возможна уборка прямым комбайном СК-4 с приспособлением ПСТ.

В большинстве случаев прибегают к раздельной уборке семенников, так как созревание бобов бывает чаще всего растянутым. Семенники предварительно убирают в валки. После дозревания скошенной массы её обмолачивают комбайном с подборщиком или на молотилке.

Хорошие результаты получают при двухфазной уборке. Её применяют при неравномерном созревании бобов. Переоборудованные комбайн (деку удаляют от барабана до предела, а число оборотов молотильного барабана уменьшают до 600-900 в мин) срезает растения, обмолачивая только наиболее спелые бобы. Остальную массу с недозрелыми бобами укладывают в валки. После дозревания семена обмолачивают самоходным комбайном с подборщиком.

Убранные семена сразу пропускают через веялки – сортировки, затем на имеющихся в хозяйстве сушилках до влажности 12-13%. Перед хранением семена дополнительно сортируют и затем хранят в мешочной таре в сухих, вентилируемых помещениях.

 

1.2. Твердосемянность  галеги восточной. Приемы, нарушающие  твердосемянность.

 

Значимость галеги восточной (сем. Fabaceae) в кормопроизводстве велика, однако в связи с трудным прорастанием семян, расширение площадей под культуру сдерживается. Химические и анатомические особенности в оболочке семян некоторых Бобовых (галеги, в частности) делают ее труднопроницаемой для воды и кислорода, а иногда вообще прорастание невозможно /3/.

Как известно, семена многих растений сразу после сбора их не прорастают. Процесс прорастания начинается через определенный промежуток времени, характерный для каждого вида растений. Это - период покоя. Покой встречается у всех групп растений, но в зависимости от их исторического развития в каждой из них проявляется по-разному /22/.

Биологическое же значение периода покоя состоит в том, что покоящиеся семена в этот период проходят стадию дозревания и становятся более устойчивыми к неблагоприятным условиям внешней среды /20/.

Но весьма часто покой не позволяет использовать семена для посева, так как они не прорастают в нужное время /22/, за счет продолжительности периода. Что и побудило исследователей искать способы нарушения периода покоя семян и создания благоприятных условий для их прорастания /26/.

Различные способы предпосевной обработки семян с древнейших времен …от Плиния Старшего до конца XX века довольно полно описаны в труде Schiffers В, и Fraselle J. Прежде, как отмечают авторы, предпосевная обработка семян проводилась лишь с целью их дезинфекции, сейчас обработка семян перед посевом предполагает обогащение семян регуляторами роста, витаминами, микроэлементами, а так же покрытие семян оболочками, содержащими пестицидные вещества.

Всхожесть семян - один из важных показателей их посевных качеств /17/.

Многими исследователями установлено; что всхожесть семян зависит от многих причин, и, в частности, от размера семян и толщины оболочки /144/, от строения зародыша, оболочки и эндосперма /20, 26/, у некоторых основную роль в прорастании семян играют живые ткани семени, эндосперм или перисперм, а так же кожура и околоплодник /21/, от глубины заделки семян в почву, от удельного веса и содержания в них питательных веществ, от состояния и расположения зародыша в семени, от влажности семян, при которой активизируются ферменты, фитогормоны и жизнедеятельность зародыша /7/.

Однако практически все авторы указывают, что основной причиной, тормозящей прорастание семян, является твердая семенная оболочка, препятствующая проникновению воды и кислорода.

Как известно, твердосемянность широко распространенная особенность семян, характеризующая бобовые культуры, некоторые виды мальвовых, лилейных, пасленовых и др.

Проникновение воды в твердые семена возможно только после повреждения покровов механическими, физико-химическими или биологическими факторами /21, 22/. Описаны случаи и естественной утраты твердосемянности:

- твердые семена некоторых пустынных  растений прорастают лишь только  в тех случаях, когда выпадает  достаточное количество осадков  для вымывания тормозящих веществ, находящихся в семенной кожуре;

- многие виды утрачивают твердосемянность  при длительном хранении - некоторые  виды крымских вик (4-7 лет хранения), более продолжителен период утраты  твердосемянности у клеверов (37-40. лет), а вот семена канатника  даже через 8-9 лет хранения сохраняют твердую оболочку на 100% /26/;

- у некоторых видов твердые  семена в природе набухают в результате разрушения семенной кожуры микрофлорой почвы /14, 30, 31/.

Сведения о выведении семян из состояния покоя нарушением твердой оболочки копытами животных, потоками воды, движением частиц песка и т.д., в литературе относительно редки.

Даже при оптимально подобранных условиях возделывания всхожесть семян галеги довольно низкая (до 40%), Обусловлен этот факт очень прочной, непроницаемой для воды и кислорода семенной оболочкой твердосемянность - 68...95%). Поэтому перед посевом семена подвергают предварительной обработке: их иннокулирую, либо выдерживают в концентрированной серной кислоте /10/. Во многих случаях рекомендуется обрабатывать семена нитрагином /18/ или ризоторфином. Предпосевная обработка семян гуматом натрия так же обеспечила прибавку урожая зеленой массы и семян, а биостимуляция семян электромагнитным полем СВЧ при экспозиции 70с повысила лабораторную всхожесть на 11,7%, урожайность зеленой массы - на 2,6 т/та, урожайность семян - на 0,19 т/га.

Многие исследователи отмечают, что наиболее распространенным приемом предпосевной обработки семян галеги, повышающим всхожесть на 20…30%, является скарификация, как обязательное условие посева. Скарификацию проводят на специальных машинах (СКС-1, СКС--2, СКС-З0), а при их отсутствии для этой цели используют отрегулированные клеверотерки. Скарификацию лучше проводить за 2-3 недели до посева. При небольшом количестве, семена для нарушения твердой оболочки, можно выдержать (1,5-2 часа) в концентрированной серной кислоте /10/.

Скарификация. Для ускорения прорастания семена с твёрдой оболочкой, например донника, клевера и некоторых других, полезно скарифицировать, т. е. слегка повредить семенные оболочки, что обеспечивает быстрое набухание и прорастание семян. Делается это на специальной машине, изнутри покрытой специальной сеткой /2, 4/.

Установлено, что если на растения, лучше в начале их развития, при наклевывании семян, воздействовать определенными температурами (к которым растение исторически привыкло), растения лучше и быстрее будут расти и развиваться. В этом суть яровизации. Яровизация может проходить только при одновременном обеспечении зародышей или растений водой и воздухом. Яровизация культур имеет большое практическое значение. Она ускоряет созревание растений, что особенно важно для парозанимающих культур; дает возможность продвигать на север теплолюбивые культуры; увеличивает стойкость растений к различным болезням и к засухе, повышает урожай.

Техника яровизации раннеспелых сортов следующая. Семена тщательно сортируют, затем увлажняют. На 100 кг семян берут 31 л воды, при этом семена смачивают не сразу, а в 3 приема. Слегка наклюнувшиеся семена выдерживают в течение 5-7 дней при температуре 10-12°. Помещение, где находятся яровизируемые семена, надо как можно чаще проветривать, в особенности ночью. Начинать яровизацию нужно за 5-7 дней до посева, чтобы в первые же дни сева высеять приготовленные семена.

Для яровизации подбирают холодное помещение: сарай, ригу, навес с полом без щелей и ямок.

В том случае, когда погодные условия (дожди) мешают посеву, яровизированные семена подсушивают до воздушно-сухого состояния и в таком виде сохраняют до посева. Если наступила пора сеять, а яровизация еще не закончилась, то независимо от этого семена немедленно высевают, так как при своевременном посеве такие семена проходят стадию яровизации в почве.

Весовую норму высева яровизированных семян устанавливают в пересчете на семена нормальной влажности.

1. Намачивание семян способствует получению более ранних, чем при посеве сухих семян, всходов. При намачивании семена необходимо регулярно помешивать для обеспечения доступа воздуха; если этого не делать, то прорастающие семена могут задохнуться из-за недостатка кислорода. При намачивании и подсушивании семена прорастают быстрее, так как из них удаляются эфирные масла, являющиеся ингибиторами прорастания. 

2. Проращивание семян при повышенных  температурах до наклевывания при последующем высеве. За рубежом применяется жидкостный посев, для чего семена намачивают и подсушивают до тех пор, пока не появится корешок длиной 1-2 мм. После этого их смешивают с гелем, и полученную суспензию высевают специальными машинами. Это позволяет получать равномерные и дружные всходы.

3. Частичная яровизация семян  ускоряет рост и развитие растений  и в большинстве случаев способствует  повышению урожайности.

4. Одним из способов предпосевной  подготовки семян является барботирование. При использовании данного способа семена помещают в емкость и заливают водой, через которую пропускают кислород или воздух (работа с кислородом требует тщательного соблюдения техники безопасности, поэтому в хозяйствах используется воздух). Во время обработки семена получают достаточное количество кислорода и в то же время из них вымываются эфирные масла, что способствует ускорению прорастания семян.

Барботирование проводится в помещении, где температура должна быть не ниже 20 °С.

      После барботирования  высушивают до сыпучести и  высевают или дражируют. Если барботирование проводится в апреле - мае, то ни в коем случае нельзя подсушивать семена на пологе, расстеленном на асфальте, так как происходит запаривание семян, и они теряют всхожесть. Подсушивание проводится в сушилках при постоянном помешивании и обдувании воздухом с температурой не выше 25-30°С /5/.

Закалка семян. Проводится в целях повышения устойчивости растений к повышенным или пониженным температурам и засухе. Молодое растение или только что начавший активную жизнедеятельность зародыш семени особенно пластично и легко приспосабливается к неблагоприятным условиям. При закалке семена замачивают или проращивают до начала появления корешков, а затем их помещают в условия пониженных или переменных температур на 2-3 суток. Закалка к засухе заключается в попеременном замачивании в воде или растворах микроэлементов и высушивании семян. Закалку семян нужно сочетать с закалкой рассады.

Химические методы обработки семян. Для химической обработки семян культур применяют янтарную, фумаровую, салициловую, аскорбиновую и никотиновую кислоты, а также танин, соду и метиленовую синь. После посева и появления всходов из обработанных семян растения быстрее растут и в ряде случаев приобретают повышенную холодостойкость /28/.

Физические воздействия на семена. Включают в себя обработку электромагнитными колебаниями различной длины волны, ультразвуком, ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами /6, 8/.