Снижение содержания белка в зерне пшеницы при орошении и причины этого явления

10.05.2015

Орошение вызывает в содержании белка в зерне те же изменения, что и увеличение количества осадков. Ho по сравнению с искусственным орошением увеличение количества осадков может оказывать более сильное влияние на химический состав зерна, так как выпадение дождей обычно сопровождается понижением температуры.
При искусственном орошении, как и вообще при повышенной влажности почвы, урожай зерна в засушливых районах, как известно, сильно повышается — в пять-шесть раз и более.
Однако увеличение урожая при орошении, как установлено многочисленными исследованиями, сопровождается понижением содержания белка в зерне. Снижение белковистости зерна под влиянием орошения часто достигает значительных размеров — 3,2—7,7%, что составляет 17—35% от содержания белка в зерне неорошаемой пшеницы. Абсолютное же количество белка с гектара при орошении возрастает вследствие увеличения урожая.

Снижение содержания белка в зерне пшеницы при орошении и причины этого явления

Под влиянием орошения снижается содержание белка в зерне и у других злаковых культур. По данным Н.М. Сичкарь, у ячменя в полевых опытах, проводившихся под Ташкентом, содержание белка в зерне при орошении снижается с 13,5—14,8 до 9,6—11,6%, или на 22—29% по сравнению с неорошаемыми растениями.
С увеличением числа поливов увеличивается урожай зерна и вес 1000 зерен, а содержание белка закономерно падает (табл. 28).
Очень наглядно влияние обеспеченности растений пшеницы водой на накопление белка в зерне показано Д.Н. Прянишниковым в вегетационном опыте:
Снижение содержания белка в зерне пшеницы при орошении и причины этого явления

В вегетациопных опытах Сосульского и др. при выращивании растений на фоне высокой влажности почвы содержание белка не превышало 12,7%, в то время как при низкой влажности содержание белка было выше 20%, причем в условиях повышенной температуры (около 24°) оно было значительно выше, чем при более низкой (18°).
Снижение белковистости зерна при улучшении водообеспеченности растений проявляется в основном тогда, когда увеличение урожая не сопровождается усилением азотного питания, например при орошении без внесения удобрений или при внесении небольших доз удобрений, которых хватает только на увеличение урожая вегетативной массы и зерна, что приводит к так называемому ростовому разбавлению.
Снижение содержания белка в зерне под влиянием орошения является свойством всех видов пшениц. Однако круглозерная пшеница из Индии и некоторые формы пшениц из Абиссинии при орошении мало изменяли белковистость, что объясняется, по-видимому, происхождением этих пшениц. В Индии пшеницы возделываются главным образом на поливных землях, а в Абиссинии посевы пшеницы попадают в период больших дождей. В результате эти пшеницы приобрели способность слабой реакции на полив.
He все сорта пшеницы реагируют на поливы в одинаковой степени. Сорта мягкой пшеницы снижают содержание белка в зерне при орошении на большую величину, чем сорта твердой пшеницы. Taк же неодинаково изменяется при орошении у твердом и мягкой пшеницы содержание других веществ: содержание крахмала и золы у мягких пшениц под влиянием орошения повышается больше, чем у твердых, при одновременном снижении содержания клетчатки. Хотя сорта мягкой пшеницы и обнаруживают большее снижение содержания белка при поливах, чем твердые, но это, по мнению М.И. Княгиничева, нельзя отнести к видовому признаку, так как показано, что даже в пределах одной разновидности этого вида встречаются формы, из которых одни заметно снижают процент белка при поливах, другие же удерживают белковистость зерна.
На величину снижения содержания белка в зерне влияют также сроки поливов. По данным Н.С. Петинова, наибольшее снижение белковистости зерна в условиях орошения в Заволжье наблюдается при поливе в ранние (кущение) и поздние (налив зерна) фазы развития пшеницы. Автор делает вывод, что, регулируя сроки полива, и при орошении можно получать высокие урожаи зерна, не снижая его качества. При этом лучшими сроками полива при двухполивной схеме является первый — в стадию трубкования, второй — колошения. Е.В. Сапожникова считает, что для того чтобы избежать снижения белковистости зерна при орошении, надо поливать в фазе кущения и трубкования.
Вряд ли можно избежать снижения белковистости зерна при орошении путем регулирования сроков поливов. Поливной режим пшеницы, очевидно, должен строиться исходя из задачи получения максимального урожая зерна. Белковистость же зерна при этом может регулироваться применением азотных удобрений.
Нa содержание белка в зерне влияет способ орошения. Н.С. Петиновым показано, что если при поливе напуском процент белка снижается, то при дождевании в большинстве случаев содержание общего и белкового азота не снижается. Поливы по бороздам по своему влиянию занимают промежуточное положение. Различное влияние способов поливов автор связывает с их неодинаковым влиянием на процессы нитрификации в почвах. По данным Ф.Ю. Гельцер, при поливах хлопчатника по бороздам содержание нитратов в почве было выше, чем при поливах затоплением. Кроме того, по мнению Н.С. Петинова, имеет значение более поверхностное расположение корней в более плодородном горизонте при поливах дождеванием.
Каковы же причины снижения содержания белка в зерне при орошении?
Д.Н. Прянишников указывал, что зёрна при большей влажности беднее азотом потому, что растению приходится образовывать гораздо большее число (и большую массу) зерен с тем же самым запасом азота в почве, как и при малой влажности. Далее Д.Н. Прянишников отмечал, что при большей влажности ассимиляция идет энергичнее и на единицу взятого из почвы азота приходится больше углеводов, чем в засушливых условиях, при меньшей ассимиляции, меньших урожаях. Ho сюда может присоединиться еще и влияние состава почвы, более богатой азотом (в общем) в тех районах, которые производят наиболее богатое белками зерно.
Многие исследователи также считают, что основной причиной снижения белковистости зерна при орошении является недостаток в почве доступного растениям азота. При этом И.В. Мосолов и Ф.К. Воробьев указывают, что снижение обеспеченности растений питательными веществами при орошении происходит как за счет увеличения потребности орошаемых растений в азоте и зольных элементах, так и за счет вымывания водорастворимых солей.
К числу основных причин снижения белковистости зерна при орошении можно отнести также удлинение вегетационного периода под влиянием повышенной влажности почвы, способствующее относительно большему отложению крахмала в зерне.
Зависимость белковистости зерна от длины вегетационного периода и периода созревания зерна отмечается многими авторами. Чем длиннее период вегетации, чем дольше листья и стебли остаются зелеными, а следовательно, и дольше идут процессы ассимиляции СО2 и накопления крахмала, тем ниже относительное содержание белка в зерне. При орошении, вследствие более высокой влажности почвы и воздуха и более низкой температуры, период созревания продолжительнее, чем без орошения. Содержание крахмала в зерне орошаемых пшениц, как правило, выше по сравнению с неорошаемыми. Ho сокращение вегетационного периода и периода созревания зерна происходит, как отмечает Г.Г. Петров, главным образом за счет высокой температуры, которая не только ухудшает водный режим растений, но и ускоряет передвижение веществ и биохимические реакции, связанные с их превращением, и таким образом ускоряет процесс созревания.
Некоторые авторы и особенно Н.М. Тулайков склонны считать, что различия в содержании азотистых веществ в зерне объясняются разным составом почвенного раствора. Повышение концентрации солей в почвенном растворе, независимо от их состава, повышает содержание азота в зерне. Так, Тулайков приводит данные вегетационного опыта, где в сосуды вносили самые разнообразные соли. Увеличение концентрации солей при одинаковой влажности вызывало задержку роста, понижение урожая, уменьшение абсолютного веса зерна и повышение процента белка. Как видно, повышение осмотического давления почвенного раствора приводило к такому же результату, как и понижение влажности почвы. Отсюда следует, как справедливо отмечает Г.Г. Петрой, что повышение процента белка в зерне, вызванное повышением осмотического давления, является следствием меняющегося при этом водного режима, а не следствием изменения осмотического давления, каким-то непостижимым образом вызывающего эти изменения. Осмотическое же давление имеет значение постольку, поскольку оно изменяет водный режим.
Суммируя имеющиеся данные о причинах снижения белковистости зерна в условиях орошения, можно сказать, что орошение двояко влияет на накопление белка в зерне:
1. Орошение изменяет обеспеченность растений азотом. При орошении растения испытывают недостаток азота, так как, во-первых, растения, развивая в условиях орошения большую вегетативную массу, требуют и большего количества питательных веществ, во-вторых, может происходить вымывание азота в глубину.
2. Орошение оказывает и прямое влияние на накопление белка. Такое влияние проявляется в изменении темпов ростовых процессов и скорости прохождения фаз развития зерна. Вегетационный период и период формирования и налива зерна при орошении затягиваются, вместе с тем удлиняется период отложения крахмала в зерне, что влечет за собой снижение процента белка.
Обеспеченность растений азотом, несомненно, имеет большое значение в изменении белковистости зерна пшеницы при орошении. Известно, что количество нитратов в почве под культурными растениями, в частности под пшеницей, по мере роста растений падаем, а иногда; нитраты исчезают совершенно. Причем это падение содержания нитратов разными исследователями отмечается в различные фазы: в кущение; от выхода в трубку до колошения; в период налива зерна.
Снижение содержания нитратов в почве под растениями большинство исследователей объясняет потреблением нитратов растениями.
Другой причиной снижении содержания нитратов в почве является их передвижение в более глубокие слои почвы под влиянием осадков и особенно при орошении. При этом скорость и глубина вымывания нитратов зависят от способа орошения и еще в большей степени от поливной нормы.
В наших опытах, проводившихся в орошаемых условиях на Энгельсской опытно-мелиоративной станции в Саратовской области, было показано, что количество нитратов в почве под орошаемой яровой пшеницей резко снижается и даже исчезает совершенно с периода наиболее интенсивного роста растений — фазы трубкования (рис. 19). Содержание же нитратов под растениями неорошаемых делянок было высоким в течение всей вегетации растений.
Снижение содержания белка в зерне пшеницы при орошении и причины этого явления

Крайне низкое содержание нитратов в почве на орошаемых делянках под растениями было связано с жизнедеятельностью корней — очевидно в основном с потреблением нитратов корнями орошаемых растений, так как последние, развивая значительно большую вегетативную массу, чем неорошаемые растения, потребляли и больше азота. Об этом можно судить по тому, что на участке с удаленными (выдернутыми) растениями уже в первое определение после удаления растений (через шесть дней) количество нитратов резко возросло и в дальнейшем держалось почти на таком же уровне, как и на неорошаемых делянках (рис. 19). Определение содержания нитратов по горизонтам показало, что содержание нитратов в нижних горизонтах не повышалось, следовательно вымывание нитратов в глубину не происходило.
Ho только ли потому при орошении снижается содержание белка в зерне, что растениям не хватает азота, или же, может быть, при орошении снижается способность колоса к биосинтезу белка?
Для выяснения этого вопроса был поставлен опыт с введением раствора аммонийной соли глютаминовой кислоты в колосья орошаемых и неорошаемых растений, взятых с участков, где определялось содержание нитратов. Было использовано свойство срезанных колосьев весьма энергично насасывать растворы с транспирационным током. Глютаминат аммония был взят, исходя из имеющихся данных о том, что это соединение хорошо используется проростками для синтеза белка.
Результаты опыта показали, что в зерне колосьев орошаемых растений было больше синтезировано белка как в относительных, так и в абсолютных величинах, чем и зерне неорошаемых колосьев (табл. 29).
Снижение содержания белка в зерне пшеницы при орошении и причины этого явления

Следовательно, при орошении способность колоса к биосинтезу белка не снижается. Наоборот, поливные растения имеют большую потенциальную способность к синтезу белка в зерне. Снижение же белковистости зерна при орошении происходит потому, что эта потенциальная способность лимитирована наличием исходного материала для построения белка, поскольку содержание азотистых веществ, как это будет показано дальше, в вегетативных органах орошаемых растений ниже, чем у неорошаемых.
Признавая изменение обеспеченности растений азотом при орошении основным фактором, определяющим снижение белковистости зерна у орошаемых растений, мы вместе с тем не можем согласиться с утверждением В.В. Буткевича о том, что «влага как таковая не относится к числу факторов, воздействующих на белковистость». Нельзя согласиться с этим потому, что влага непосредственно влияет на ход физиологических и биохимических процессов в растении и тем самым изменяет соотношение азотистых веществ и углеводов, поступающих из вегетативных органов в зерно.
В самом деле, даже в том случае, если растения попадают в различные условия водообеспеченности уже после цветения— в период налива зерна, когда поглощение азота из почвы уже прекратилось, то и тогда процент белка в зерне растений при недостаточном водоснабжении будет выше, чем у обеспеченных водой, хотя в вегетативных органах тех и других растений количество азотистых веществ было одинаковым. Здесь повышение процента белка в зерне происходит вследствие более быстрого старения листьев, так как по мере старения листьев соотношение поступающих из них в зерно азотистых веществ и углеводов смещается в сторону относительного увеличения азотистых веществ. Это происходит, вероятно, потому. что засушливые условия (как и другие неблагоприятные условия) подавляют передвижение углеводов в большей степени, чем передвижение азотистых веществ. К тому же с ускорением старения сокращается период ассимиляции листьями СО2 и накопления углеводов в листьях и зерне. Изменение по мере старения листьев соотношения поступающих в зерно азотистых веществ и углеводов нами было показано в опытах по изучению роли физиологического состояния листьев в накоплении белка в зерне.