ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ПРИКЛАДНОЙ БИОЛОГИИ
Рожкова Наталья Александровна
«Регуляторы роста и развития растений в аграрном производстве»
Курсовая работа
Направление подготовки специальность: 021900.62 Почвоведение
Научный руководитель:
к. б. н, доцент
Чувашева Е.С. _________________
Оценка:_______________
Орел-2014
Содержание
Введение………………………………………………………………………….3
1. Основная характеристика регуляторов роста и развития растений в аграрном производстве………………………...………………………………………5
2. Особенности применения регуляторов роста и развития растений в аграрном производстве……………………………………………………………….13
Заключение………….…………………………………………………………..21
Список использованных источников……………………….…………………23
Введение
В аграрном производстве для оптимизации продуктивного процесса у растений, наряду с удобрениями, биологическими и химическими средствами защиты растений, весьма успешно применяются регуляторы роста и развития растений. Регуляторы роста и развития растений, как природные, так и синтетические, используются для повышения продуктивности растений (повышение урожайности, улучшение качества), для защиты растений от нежелательных экстремальных проявлений внешней среды. Они обеспечивают оптимизацию гормональной регуляции в растении, трансформируют морфогенез, как правило, в положительную для практики сторону, регулируют плодоношение, структуру онтогенеза, повышают устойчивость стебля к полеганию, засухе, низким температурам. В современных условиях проблема регуляторов роста и развития растений приобретает все большее значение. Активно ищут новые более эффективные пути и методы повышения продуктивности аграрного производства. Этим и обусловлена актуальность выбранной темы курсовой работы.
Изучение процесса формирования ассортимента регуляторов роста и развития растений, определение степени его соответствия нуждам аграрного производства, анализ состояния весьма актуальны для выбора перспективных путей развития производства отечественных регуляторов и для восстановления этой отрасли производства.
Цель данной работы – рассмотреть регуляторы роста и развития растений в аграрном производстве.
Для достижения поставленной цели нужно выполнить следующие задачи:
1. Дать основную характеристику регуляторов роста и развития растений в аграрном производстве.
2. Выявить особенности применения регуляторов роста и развития растений в аграрном производстве.
Объектом исследования является аграрное производство, предметом – регуляторы роста и развития растений.
Структура работы: введение, две главы, заключение и список использованных источников.
1. Основная характеристика регуляторов роста и развития растений в аграрном производстве
В современном аграрном производстве применяют интенсивные технологии, которые предусматривают использование регуляторов роста и развития растений. Регуляторы роста и развития растений - это физиологически активные вещества биогенного происхождения или синтезированные искусственно. С их появлением появилась возможность направленной регуляции жизнеобеспечивающих процессов растительного организма, мобилизации потенциальных возможностей, заложенных в геноме природой и селекцией. Регуляторы роста растений отличает разнообразие химического строения и инициируемых эффектов. Характерная особенность регуляторов роста и развития растений является их применение в чрезвычайно низких дозах – на уровне граммов или миллиграммов действующего вещества на гектар. Такая высокая биологическая эффективность обусловлена тем, что регуляторы действуют как гормоноподобные вещества. По мнению многих ученых, регуляторы роста и развития растений играют не менее важную роль, чем удобрения и средства защиты растений. Они изменяют процессы их жизнедеятельности с целью увеличения урожайности и улучшения качества, влияют на физиологические процессы роста и развития растений. Регуляторы роста и развития растений влияют не только на внешние проявления, например, рост, цветение, но и на устойчивость к засухе, потребность в свете и температуре.
Самый первый из регуляторов роста и растений (фитогормонов) был открыт ауксин, давший название целому классу фитогормонов[13,с.128]. Чаще всего используется гетероауксин (ИУК), выпускаемый в таблетках по 100 мг, которые надо разводить в воде (1 таблетка на литр воды). Применяют его традиционно для стимулирования корнеобразования черешков у медленно укореняющихся видов. Черенки погружают в раствор срезами и выдерживают в нем от 8 до 24 часов в зависимости от степени одревеснения. Иногда используют порошковую смесь: до 30 грамм ауксина на 1 грамм наполнителя. Существуют и его аналоги: нафтилуксусная кислота (НУК), индолилмасляная кислота (ИМК) и другие. Многие ауксины применяются именно как гербициды, так как стимулирование роста придаточных корней у черешков является и не главным и не единственным действием ауксинов, таково лишь наиболее частое практическое его применение[11,с.39].
Ауксины выполняют следующие функции:
-отвечают за дифференцировку проводящей ткани растений (в лабораторных условиях их используют как лекарство для некоторых нанесенных растению ран);
- у древесных растений способствуют образованию и росту ксилемы;
- ускоряют рост плодов, плоды могут развиваться даже из неопыленных и неоплодотворенных цветков;
- способны задерживать опадение листьев.
Наиболее богаты ауксинами растущие части растительного организма: верхушки стеблей, молодые растущие части листьев, почки, завязи, семена и пыльца.
В настоящее время в научно-исследовательских лабораториях ведутся работы по изучению влияния ауксина в качестве антистрессового фактора. Официальные выводы еще не получены, но можно уже считать, что ауксин повышает сопротивляемость растения как минимум к засуховому и тепловому стрессу. Следует также помнить, что ауксины в высокой концентрации очень токсичны, а на роль гербицидов выбирают самые ядовитые из них.
Существует другой класс регуляторов роста и развития растений. Это цитокинины. Самый известный из них – кинетип [10,с.521]. Особенно активно они применяются в растениеводстве и в цветоводстве. Цитокинины тормозят старение листьев, повышают кустистость растения и при их помощи можно добиться появления большого числа женских цветков. Цитокинины имеют свою особую функцию: они препятствуют «выключению» генов, то есть прекращению их активного функционирования (из-за которого согласно последним научным данным и происходит старение растения). Цитокинины оказывают влияние на ультраструктуру хлоропластов, они повышают содержание хлорофилла, ускоряя образование его предшественника - протохлорофиллида, так же они усиливают интенсивность фотофосфорелирования, вместе с тем активируют синтез ключевого фермента темновых реакций фотосинтеза - РДФ - карбоксилазы. Цитокинины усиливают передвижение веществ к обогащенным ими тканям.
Не меньший интерес представляют и гиббереллины. Название свое этот класс фитогормонов получил от имени паразитического грибка, вызывающего «болезнь бешеных проростков». Зараженные им растения риса невероятно быстро вытягивались в длину, но были бледными, хилыми и быстро полегали, так что вызвавшее этот эффект вещество поначалу признали вредным. Потом обнаружилось, что гиббереллины содержатся и во всех нормальных здоровых растениях, а патологию вызывал собственно их избыток. Высокий уровень концентрации гиббереллинов способствует (в противоположность действию ауксинов) образованию мужских цветков. А вот развитию корневой системы гиббереллины не только не способствуют, а даже препятствуют.
Гиббереллины существуют в двух формах: свободной и связанной. Они могут передвигаться как вниз по растению, так и вверх. Освещение увеличивает содержание гиббереллинов, улучшение питания растения азотом уменьшает содержание гиббереллинов в растение, уменьшение влажности почвы снижает содержание гиббереллинов. Большое содержание этого фитогормона находится в период прорастания семян. Содержание его в процессе онтогенеза в листьях изменяется в соответствие с одновершинной кривой, возрастая вплоть до цветения, а затем уменьшаясь[17,с.814].
Также существует известный фитогормон абсцизовая кислота. Она повышает устойчивость многих растений к засухе.
Ретарданты – еще один класс фитогормонов. Ретарданты не стимулируют рост, а наоборот, способны его затормаживать, при этом часто способствуют развитию боковых побегов. Если нужно получить невысокое, густо облиственное растение, пользуются ретардантами. Многие ретарданты способствуют развитию подземных органов растения: корней, клубней или луковиц, а некоторые продлевают период цветения.
Известен еще один регулятор роста, помогающий растению хорошо сбалансировать стимулирующие и тормозящие процессы. Им является газообразное вещество этилен. Он образуется в листьях многих растений, а также выделен в качестве метаболита в цветках. Присутствующий в растениях этилен тормозит деление клеток и способствует старению тканей, в результате чего опадают листья и генеративные органы, индуцирует - созревание плодов. Обрабатывая растения этиленом, можно ускорить сбрасывание листьев, стимулировать цветение и созревание, вызвать появление корней и их переориентацию, образование корней с большим числом спящих почек, подавить удлинение побегов и корней, изменить соотношение женских и мужских цветков в сторону образования женских. Учитывая многостороннее действие этилена на растения и высокую физиологическую активность, ученые пытались найти такие вещества, которые бы, проникая в ткани растения, разлагались с образованием этилена. Таким веществом является 2-хлорэтилфосфоновая кислота. В настоящее время производят препараты, содержащие эту кислоту, которые имеют разные названия в зависимости от фирм, выпускающих их (этрел, кампозан, гидрел и др.).
Брассиностероиды в малых количествах содержатся в тканях цветков, листьев и молодых стеблях растений. Наибольшая концентрация их обнаружена в пыльце рапса и ольхи, из которой они были впервые выделены ученым Митчелом с сотрудниками в 1970 году и получили первоначальное название - брассины. Лишь в 1979 году был выделен в кристаллическом состоянии гормон, получивший название брассинолид, обладающий высоким уровнем биологической активности. Высокой биологической активностью из известных в настоящее время брассиностероидов обладают три представителя этой группы соединений - брассинолид, эпибрассинолид, гомобрассинолид.
Природные фитогормоны (ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота), не нашли особенно широкого применения в аграрном производстве. Это связано с тем, что они имеют высокую стоимость производства. Массовое использование регуляторов роста стало возможным лишь после создания препаратов на основе аналогов природных веществ. Применение регуляторов роста на основе природных фитогормонов считается экологичным. Создание и использование синтетических регуляторов роста и развития растений связано с потребностью получать химическим путем фитогормоны группы ауксинов, гиббереллинов, кининов и др., а также с поиском физиологически активных веществ, структурно близких к эндогенным фитогормонам. Большинство разрабатываемых, испытываемых и применяемых синтетических регуляторов роста и развития растений относятся к следующим группам:
- аналоги ауксина и препараты, связанные с метаболизмом ауксинов и реализацией их физиологической активности;
- аналоги гиббереллина и препараты, связанные с метаболизмом и реализацией фитогормонального эффекта гиббереллинов;
- препараты, связанные с обменом этилена (этиленпродуценты, ингибиторы этилена);
- цитокинины и цитокининподобные регуляторы роста и развития растений;
- активаторы и ингибиторы метаболизма (стимуляторы дыхания, фотосинтеза, ингибиторы синтеза каротиноидов, хлорофилла и др.) [2,с.21].
Естественно, такое подразделение условно, особенно регуляторов метаболизма, так как их механизм множественного действия наиболее сложен в идентификации.
Среди недавно открытых фитогормонов следует назвать жасминовую и салициловую кислоты, которые также оказывают влияние на биосинтез гормонов в растениях[1,с.66]. Под действием жасминовой кислоты резко увеличивается уровень другого гормона - абсцизовой кислоты. Она также регулирует уровень этилена, стимулируя его биосинтез в молодых растущих тканях и снижая – в старых. Первое сообщение о гормональном действии салициловой кислоты появилось в 1988 году. Известен и ряд других ее эффектов: блокирование биосинтеза этилена на уровне его образования из 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты, прерывание восстановления нитратов на уровне NO, индуцирование зацветания короткодневных растений, находящихся в условиях длинного дня. Все это свидетельствует о том, что гормональная система растений очень сложная. В растении имеет место сложное взаимодействие между отдельными гормонами. Они влияют на синтез, распад и транспорт друг друга. Изменение уровня одного из компонентов фитогормональной системы неизбежно приводит к изменению всей системы.
В России и Украине в 2000 годы были разрешены к использованию 69 препаратов регуляторов роста. Из них 53 биостимуляторы, из которых 23,1% рекомендовано на зерновых. Следует отметить, что в Западной Европе широкого применения на зерновых культурах получило использование регуляторов роста растений ретардантного типа. Ими в Германии, Франции, Великобритании обрабатывается соответственно 76; 55; 67% посевов озимой пшеницы. Сейчас появились препараты, нормы, внесения которых под основные культуры составляет десятки граммов или миллиграммов на тонну семян или гектар посевов. Разработаны современные технологии применения регуляторов роста, как при допосевной обработки семенного материала, так и при опрыскивании посевов в разных фазах вегетации[19,с.11].
Наиболее эффективными регуляторами роста, применяемыми в аграрном производстве, являются: кампозан м, гиббереллин. Большинство применяемых сейчас регуляторов роста, как правило, влияют на укорачивание стебля, предотвращение предуборочного опадения плодов, ускорение созревания, и облегчают уборку урожая[7,с.471].
Условно действие регуляторов роста на физиологические процессы в растениях можно разделить на два типа: индукцию и стимуляцию. Индукция представляет собой включение под действием регуляторов роста процесса, который не происходит в клетке в отсутствие данного фитогормона, тогда как стимуляция сводится к усилению, активации уже идущих в клетке процессов. Такое разграничение необходимо проводить при изучении механизма действия регуляторов роста, так как молекулярные механизмы индукции и стимуляции различные. Вместе с тем в жизни клетки эти два механизма могут, по – видимому, проходить одновременно и в ряде случаев трудно провести четкую грань между их проявлениями.
На рынке существует много препаратов, в основном биологического происхождения – экстрактов различных биологических объектов, о механизме действия которых мало что известно. Данные препараты, как правило, эффективно повышают неспецифическую устойчивость растений к неблагоприятным факторам и вредоносным организмам и, наряду с этим, обладают также росторегулирующим эффектом. Особенно полезны такие обработки в начале вегетационного периода, когда потребность растения в стимуляторах особенно высока[12,с.191].
Таким образом, регуляторы роста и развития растений во многом определяют характер таких важных физиологических процессов и признаков, как рост и формирование различных органов растений, время их цветения, соотношение мужских и женских цветков, переход к состоянию покоя и выход из него почек, клубней, луковиц и т.д. С помощью фитогормонов или их синтетических аналогов можно целенаправленно влиять на эти процессы, например, ускорять или замедлять созревание растений, повышать их устойчивость к неблагоприятным погодным условиям, перераспределять питательные вещества в хозяйственно важные органы. Нередко соответствующих эффектов нельзя добиться традиционными технологическими средствами – поливом, минеральными удобрениями и др. Многие полезные признаки, которые создает генетик-селекционер, изменяя наследственную природу растений, могут быть приданы растениям путем обработки подходящими регуляторами роста без наследования этих изменений.
По мере накопления практического опыта, данных об эффективности регуляторов роста, механизмах их действия, побочных явлениях регуляторы роста и развития растений все шире внедряются в практику аграрного производства, становятся важным компонентом современных технологий возделывания различных культур. Непременным условием их эффективного применения является высокая культура земледелия. Поэтому широкое применение регуляторов роста растений должно быть закономерным этапом химизации земледелия, следуя за крупномасштабным применением минеральных удобрений и химических средств защиты растений.