4. Биопрепараты на испытании.

Глядя на исследования растительных биостимуляторов, нам становится ясно, что их нужно продолжить. Где сегодня находится наука, покажут нижеследующие отчеты об испытаниях.

Так всегда происходит с новинками. Для одних уже всё решено, а другие не дают им ни шанса. Будем честны: мы склонны полагать, что относим себя к обеим группам. Почему? Потому что нам так легче. Нам не придётся ожидать многого от нового. Это явление мы в точности можем наблюдать в текущих обсуждениях биостимуляторов. Поэтому важно, чтобы наука объяснила и оценила эти продукты. Нам нужно — как и во многих других сферах — просто обоснованные факты и нейтральные результаты. Ниже мы представляем первые результаты научного сообщества. При этом показано, как испытатель проводит оценку препарата.

Даниэль Даббелт

Увеличение количества зёрен на початках.

Можно ли улучшить засухоустойчивость культурных растений с биостимуляторами, в настоящее время исследуется в Гиссенском университете. Новые данные обнадёживают.

Наши авторы: 

проф. доктор Бриджит Хютш, Гиссенский университет имени Юстуса Либиха;

проф. доктор Свэн Шуберт, Гиссенский университет имени Юстуса Либиха.

В последние годы глобальное изменение климата привело не только к катастрофическим наводнениям, но и к более частым и интенсивным засухам. Ожидается, что в будущем эта тенденция усилится. Поэтому возникает вопрос, как можно эффективно противодействовать стрессу, вызванному засухой на сельскохозяйственных культурах.

4.1. БРОСАЯ ВЫЗОВ ЗАСУХЕ

Хотя между водопотреблением и созданием зелёной массы существует тесная связь, можно наблюдать существенные различия в засухоустойчивости сельскохозяйственных культур. В то время как, например, бобы относится к наиболее чувствительным зернобобовым культурам, нут и спаржевая фасоль демонстрируют гораздо лучшую устойчивость, что можно объяснить разными стратегиями этих двух видов.

Нут – это «water spender» (водопотребитель) и поддерживает фотосинтез в течение длительного времени с открытыми устьицами. Благодаря своей способности к водопоглощению он оптимально использует почвенную влагу, особенно на тяжелых почвах. С другой стороны, спаржевая фасоль является «water saver» (водосберегатель) и придерживается оптимистичной стратегии: она воздерживается от дальнейшего фотосинтеза путём закрытия устьиц и надеется на выпадение осадков.

4.2. ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ПРИ ЦВЕТЕНИИ

Помимо таких специфических стратегий адаптации, все генеративно размножающиеся растения проявляют особую чувствительность в период цветения, что приводит к абортации зёрен или прекращению развития зёрен. Это очень хорошо видно на примере кукурузы.

Такое нарушение развития почти всегда имеет количественно гораздо более выраженное влияние, чем стресс от засухи в вегетативную фазу и даже в период налива зерна. Триггерами являются гормональные изменения в развитии. Поэтому основная стратегия выращивания сельскохозяйственных культур должна заключаться в противодействии этому нежелательному развитию событий путем орошения во время цветения, когда это возможно, поскольку меньшее количество зерен не может быть полностью компенсировано увеличением веса тысячи семян.

4.3. БИОСТИМУЛЯТОРЫ КАК ЗАМЕНА ОРОШЕНИЮ?

Поэтому возникает вопрос, возможно ли сохранить формирования зерна с помощью биостимуляторов, меняющих гормональный баланс растения. С помощью контейнерной технологии (см. «Контейнерная технология для тестирования биостимуляторов») в последние годы нам удалось доказать, что фотосинтез не ограничивает формирование урожая в условиях умеренного стресса от дефицита влаги. Напротив, были выявлены два ключевых фермента, активность которых нарушается в условиях засухи и, таким образом, способствует отмиранию зерна. Это кислая инвертаза и Н+-АТФаза , которые необходимы для снабжения ассимилянтами развивающихся зерен.

При засухе экспрессия гена H+-АТФазы снижается примерно на 35% во время цветения, так что накачка «аккумулирующих» клеток (семян и плодов) гексозами (простыми сахарами) больше не функционирует в достаточной степени, и зерна абортируются (или неправильно формируются).

Используя искусственно воспроизведенный растительный гормон , нам недавно удалось обратить этот эффект вспять, так что активность H+-АТФазы вернулась к уровню растений, не подвергавшихся стрессу. Эта мера пока не привела к повышению урожайности зерна. Этому есть два различных объяснения, которые необходимо проверить в дальнейших экспериментах:

1. Действие биостимулятора может быть слишком кратковременным, чтобы навсегда предотвратить абортацию зародыша 

и/или

2. Вмешательство в гормональную систему растения нарушает нормальный процесс развития зерна.

 Следует отметить, что синтезированный фитогормон способен положительно влиять на активность Н+-АТФазы — таким образом, он представляет собой потенциальное действующее вещество для биостимуляторов.

4.4. КОНТЕЙНЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ БИОСТИМУЛЯТОРОВ

Исследования эффективности использования питательных веществ и воды в полевых условиях требуют значительных методологических усилий и их очень трудно контролировать. Поступление питательных веществ из органического вещества почвы непредсказуемо, а обследование корней в полевых условиях требует больших трудозатрат. С другой стороны, количественная оценка потребления воды требует не только масштабных устройств для предотвращения выпадения осадков, но и сама точная количественная оценка потребления воды является проблематичной.

Классические эксперименты с сосудами, такими как сосуды Митчерлиха с 6 кг почвы, оказались полезными для исследования проблем удобрения, но непригодны для новых задач из-за малого объема почвы. Например, непрерывную подачу воды при определенном уровне влажности почвы невозможно контролировать без значительных усилий, а проникновение корней в почву не соответствует естественным условиям в полевых условиях.

По этим причинам в Институте питания растений при Университете имени Юстуса Либиха была разработана контейнерная технология. Она сочетает в себе моделирование полевых экспериментов с возможностью контроля водного и питательного баланса почвы и растений. Технология основана на использовании контейнеров объемом 120 л, заполненных 140 кг почвы, которые хаотично размещаются в вегетационном зале опытной станции.

4.5. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ УСЛОВИЯ

Контейнеры послойно заполняются легкосуглинистым грунтом, бедным органическими веществами и питательными веществами, что препятствует минерализации. Высушенную на воздухе почву измельчают и перемешивают с помощью землеройной машины. При заполнении четырех слоев регулируется требуемое содержание воды, а верхний слой почвы толщиной 30 см дополнительно перемешивается с питательными веществами. Дополнительное удобрение можно легко осуществить с помощью жидких удобрений.

Содержание воды в почве постоянно регулируется поливом в зависимости от испарения. Для этого контейнеры помещают на весы и взвешивают один-два раза в неделю с помощью специального подъемного устройства. Измеренное потребление воды позволяет не только точно количественно оценить эвапотранспирацию (общую потерю воды растениями и почвой), но и рассчитать производные параметры, такие как эффективность использования воды. Также можно точно определить эффективность усвоения и использования питательных веществ. В отличие от полевых испытаний, отклонения намного ниже, и небольшие различия в обработке можно точно определить с помощью четырех биологических повторений (например, четыре контейнера с четырьмя растениями кукурузы в каждом).

Равномерное распределение корней в почве позволяет имитировать рост растений в профиле легкой почвы на глубине до 90 см. В отличие от мелких сосудов, у стенок контейнеров не происходит скопления корней (эффект цветочного горшка).

Хотя при использовании контейнерной технологии промывание корней занимает много времени, но это гораздо проще, чем в условиях выращивания на естественной почве. Эксперименты с контейнерной технологией уже привели к получению важных новых знаний об использовании биостимуляторов в условиях засухи и солевого стресса. Текущие исследования изучают возможность использования бактерий-азотфиксаторов на кукурузе.