Параметры водного режима у образцов сои (Glycine max L.)

Введение. Работы, проводимые по повышению засухоустойчивости сельскохозяйственных культур, имеют большое значение. Так, высокие температуры и низкая влажность приводят к нарушению нормального протекания обмена веществ у растений, и как следствие, к падению урожайности. Соя (Glycine max L.) будучи источником белков, жиров, макро- и микроэлементов является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире. Однако наблюдаются потери в производстве сои, большая часть которых связана с факторами абиотического стресса.

Сообщается, что соя более восприимчива к абиотическому стрессу, чем другие бобовые [4, с.26]. Последствия нехватки воды более выражены в фазе роста и развития онтогенеза, так как, в результате недостатка воды у растений уменьшается листовая поверхность, укорачивается их высота, ослабляется усвоение питательных веществ, уменьшается количество бобов.

Под влиянием факторов абиотического стресса физиологическая и биохимическая реакция растений может определяться такими параметрами, как относительное содержание воды, содержание фотосинтетических пигментов, свободного пролина, активность антиоксидантных ферментов. Однако основное воздействие стресса – это влияние на водный потенциал. В первую очередь, это показатели водного режима: водоудерживающая и водопоглощающая способность, водный дефицит, относительные изменения оводненности. Устойчивость растений к различного рода стрессовым факторам, особенно к засухе, определяется водным режимом, характерным для каждого сорта [1, c.19]. В связи с этим изучение параметров водного режима достаточно значимо для оценки стрессоустойчивости растений. Основной целью исследования является изучение воздействия засухи на водный режим образцов сои и выявление относительно устойчивых сортов.

Материалы и методы. Сорта сои (Glycine max L.), использованные в исследовании, были выращены на экспериментальной базе Института Генетических Ресурсов - Сараи. В исследованиях были использованы образцы 5 сортов сои: Киота, Краснодар-68, Канада-3, Опус, Синара. Параметры водного режима определяли в листьях двух верхних ярусов растений [2, с.49]. Параметры водного режима рассчитывали по формуле: , где Sd – дефицит воды (%), Bn – вода, поглощенная при насыщении листьев, равная разности между массой листьев после полного насыщения и массой их до насыщения (г), B – общее содержание воды в листьях в состоянии полного насыщения (г), равное разности между массой листьев после полного насыщения водой и массой сухой навески (г). Для определения сухой массы листья сушили в термостате при 105°С в течение 4-5 часов.

Водоудерживающую способность (по потере воды) рассчитывали по формуле: , где Ss – потеря воды листьями за определенную экспозицию опыта (2, 4, 6 часов), выраженная в процентах к первоначальному содержанию ее в листьях; a – содержание воды в листьях в начале эксперимента (г), b – содержание воды, потерянное при увядании за определенный промежуток времени, при подвядании, (г).

Относительное содержание воды в листьях рассчитывали по следующей формуле: , где А – сырая масса листьев в начале опыта, T – тургорная масса листьев, полностью насыщенных водой, В – сухая масса листьев.

Интактные растения подвергались стрессу засухи с использованием раствора сахарозы 3,5 и 7,0 атм. (8,7%) в течение 24 часов в лабораторных условиях.

Результаты и их обсуждение. В умеренном климате процесс транспирации у растений соответствует притоку воды в растение, поэтому содержание воды в тканях остается стабильным, т. е. водный баланс функционирует нормально. В жаркие летние дни ускорение транспирации нарушает этот баланс и приводит к нехватке воды. При недостаточном увлажнении почвы дефицит воды может достигать 25%, и в этом случае нарушается водный баланс. Это объясняется тем, что интенсивность транспирации в жаркие часы превышает скорость поглощения воды корнями, т.е. корни не могут восстановить потерянное количество воды. С повышением водного дефицита другие механизмы предотвращают растущий дефицит воды, что становится возможным за счет водоудерживающей способности растений и закрытия устьиц [3, с.5].

В работе определены параметры водного режима образцов сои в условиях жаркого климата Апшерона. Относительное содержание воды у контрольных растений колебалось в пределах 76,1 - 87,1%, при умеренной засухе (3,5 атм.) в пределах 52,6 - 85,9%, при сильной засухе (7 атм.) от 51,2 до 63,1% (рис. 1).

Максимальное относительное содержание воды во всех оптимальных и засушливых условиях опыта было характерно для сорта Киота, минимальное значение этого параметра наблюдалось у сорта Синара при умеренной засухе и у сорта Канада-3 при сильной засухе. Из-за гибели растений сорта Синара во время сильной засухи они были исключены из исследований, проводимых в этих условиях.

Относительное содержание воды у всех исследуемых сортов снижалось в пределах 1,2 – 26,4% в условиях умеренной засухи и в пределах 24,0 – 24,9% в условиях сильной засухи, относительно контроля. Наибольшее уменьшение относительного содержания воды по сравнению с контрольными растениями наблюдалось у большинства образцов сорта Синара при умеренной (26,4%) и у сорта Канада-3 при сильной засухе (24,9%). Наименьшее снижение относительного содержания воды наблюдалось у опытных растений сортов сои Киота и Краснодар-68 при умеренной засухе (1,2% и 1,1% соответственно) и у образцов Киота и Опус (24,0%) при сильной засухе.

Рис. 1. Относительное содержание воды в листьях различных сортов сои, %

По параметрам водного дефицита высокие показатели в контрольном варианте имели сорта Канада-3 (23,8%) и Синара (20,9%) (рис. 2). Низкий уровень дефицита воды наблюдался у образцов Киота (12,8%) и Опус (13,6%). Растения сортов Синара и Канада-3 показали самые высокие проценты увеличения водного дефицита в условиях умеренной засухи, по отношению к контролю (на 21,5% и 13,8%, соответственно).

При сильной засухе больше всего от потери воды относительно контроля пострадали опытные растения сортов Краснодар-68 и Канада-3 с дефицитом воды на 20,5% и 25,6%, соответственно. Самое низкое увеличение дефицита воды был обнаружен у растений сортов Киота (8,5%) и Опус (8,8%) при умеренной засухе и у растения сорта Киота (15,0%) в условиях сильной засухи.

Рис. 2. Дефицит воды у листьев различных сортов сои, %

Исследованные образцы сои по водоудерживающей способности показали различные результаты в оптимальных и засушливых условиях (рис. 3). Если в контрольных вариантах водоудерживающая способность варьировала в диапазоне от 34,4% (Киота) до 48,2% (Синара), то при умеренной засухе этот показатель составил 38,5% (Киота) и 70,5% (Синара), при высоких дозах засухи – 43,6% (Киота) и 74,3% (Канада-3). Результаты показывают, что опытные варианты Синара и Канада-3 были более склонны к потере воды во время эксперимента и имели более низкую водоудерживающую способность.

Рис. 3. Водоудерживающая способность различных сортов сои, %

Из показателей водного режима (оводненность, водный дефицит, водоудерживающая способность), водоудерживающая способность в большей степени отражает устойчивость растений к засухе и высоким температурам [1, с.20]. Анализ изменения процента водоудерживающей способности по отношению к контролю показало, что при слабой засухе этот показатель снизился в пределах 11,9 - 46,2%. Минимальное снижение было обнаружено у растений сорта Киота, а максимальное – у образцов сорта Синара. В сильную засуху водоудерживающая способность у образца Киота показала снижение на 26,7% и максимальное снижение у варианта Канада-3 (56,7%).

Заключение. Из изученных сортов сои по комплексу показателей водного режима листьев выделился сорт Киота, который показал более высокие результаты и может считаться засухоустойчивым по сравнению с другими образцами. В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что сравнительно высокий уровень засухоустойчивости, который демонстрирует этот сорт, объясняется быстрой реакцией его водного баланса на изменение условий внешней среды, то есть проявление адаптивных свойств при воздействии стресса.