Формирование корневой системы яровой пшеницы

12.07.2015

Пшеница формирует зародышевые, колеоптильные и узловые корни (рис. 6). Первым трогается в рост главный зародышевый корень, через 2—3 дня — первая пара зародышевых корней и еще через 1—2 дня — вторая пара. У некоторых растений отрастает шестой, а иногда и седьмой зародышевые корни. Число зародышевых корней зависит от сорта, качества семян и условий развития проростков. В полевых условиях часть корневых зачатков не развивается и фактическое число корней оказывается меньше, чем при проращивании тех же семян в лаборатории (табл. 5).
Главным фактором, тормозящим развитие части зародышевых корней, обычно оказывается недостаточная влажность почвы на глубине заделки семян. И.В. Красовская отмечала, что, говоря об отрицательном влиянии сухости почвы на развитие узловых корней, многие недооценивают того факта, что сухость почвы часто ведет к неполному развитию и зародышевых корней, прежде всего их второй пары, в результате чего формируются растения всего с тремя зародышевыми корнями.

Колеоптильные корни появляются в фазе третьего листа, число их в полевых условиях варьирует в большей степени, чем зародышевых корней. Чаще всего их но нередко при пересыхании почвы зародышевые совсем отсутствуют. Зародышевые и колеоптильные корни вместе составляют первичную корневую систему пшеницы.
С наступлением фазы кущения развиваются вторичные, или узловые, корни, растущие из подземных узлов сначала главного, а затем и боковых побегов. На каждом узле образуется 2—4 корня, общее же число узловых корней на растении при благоприятных условиях достигает нескольких десятков. B полевых условиях во влажные годы сорта яровой пшеницы саратовской селекции в районе Саратова образуют 15—25 корней на одном растении, а при разреженном стоянии и поливах число узловых корней достигает 50 и более.

Однако действительное развитие узловых корней в поле чаще всего далеко от потенциально возможного, оно варьирует по годам в огромной степени, и нередко узловые корни отсутствуют. Они могут расти при влажности почвы в зоне узла кущения не ниже удвоенной гигроскопичности, и в неорошаемых посевах сезонность засух, их глубина и повторяемость целиком определяют характер вторичного укоренения и общую роль узловых корней в формировании урожая. Так, в Северном Казахстане с характерной для него майско-июньской засухой условия для вторичного укоренения яровой пшеницы чаще всего складываются неблагоприятно, и решающую роль в водоснабжении и питании растений играют зародышевые корни. В районе Саратова, по нашим наблюдениям, узловые корни играют значительную роль в формировании урожая лишь 3—4 года из 10, в лесостепных районах Поволжья годы с хорошим вторичным укоренением уже преобладают, а в острозасушливых районах Заволжья, напротив, составляют редкое исключение.
Все сказанное уже содержит ответ на часто обсуждаемый вопрос о значении отдельных типов корней в жизни пшеницы. Если узловые корни не развиваются, судьба урожая определяется работой первичных корней. В таких случаях обычно нельзя получить урожайность выше 15—18 ц/га, а при плохом развитии и самих первичных корней урожаи оказываются чрезвычайно низкими. Кратко можно сказать, что хорошие зародышевые корни — это засухоустойчивость, это гарантия получения удовлетворительных урожаев в сухих районах. Во влажные же годы урожай теснее коррелирует с развитием узловых корней, лучше усваивающих поверхностные осадки и, кроме того, создающих основу для выживания и вызревания побегов кущения. Высокие урожаи пшеницы можно получать только при хорошем развитии всех типов корней.
Неодинаковая роль зародышевых и узловых корней связана и с характером их распространения в почве. Зародышевые корни уже к фазе колошения — цветения проникают на глубину до 150 см и питают растения при пересыхании верхних слоев почвы, степень же разветвленности их в пахотном слое невелика. Узловые корни редко проникают глубже 50—60 см, а основная их масса расположена в пахотном слое, где сконцентрированы элементы питания и влага вегетационных осадков. Зародышевые корни прекращают рост к фазе цветения, узловые — при наличии влаги растут вплоть до молочного состояния зерна.

Режим влажности почвы сильно влияет на распределение массы корней. При частых осадках или поверхностном орошении 70—90% корней располагается на глубине до 40—50 см, в том числе 60—75% — в пахотном слое. Сорта, связанные своим происхождением с такими районами, приобретают наследственную склонность к поверхностному залеганию корневой системы (рис. 7). При орошении поверхностное залегание корней может иметь и отрицательное значение при нарушениях сроков поливов и снижении влажности пахотного слоя ниже критических величин. В этой связи важно, чтобы пшеница имела и глубоко идущие корни. Это достигается предпосевной влагозарядкой, при которой отдельные зародышевые корни проникают до 180—200 см, а вся масса корней более равномерно распределяется в слое почвы 80—100 см.
Температура почвы неодинаково влияет на рост корней разных типов. Для зародышевых корней оптимальные температуры роста находятся в рамках от 9—16°С (первые три корня) до 17—20°С (вторая пара корней), для узловых корней — 27—28°С. Оптимальные температуры роста корней и надземных органов не совпадают: для надземных частей они обычно выше. В этом одна из существенных причин неодинакового развития проростков при разных сроках посева. В европейской части России, где пшеницу сеют в самые ранние сроки, температурный режим после посева обеспечивает опережающий рост корней по сравнению с побегом. Всходы получаются крепкими, хорошо укоренившимися. При запоздании с посевом или быстром нарастании температур после посева ростки сильнее вытягиваются, а зародышевые корни относительно надземной части развиты хуже.
B районах с медленным прогреванием почвы или при длительных холодах в послепосевной период слишком низкие температуры воздуха и почвы также отрицательно сказываются на росте корней яровой пшеницы.
Значение типа почвы для развития корневой системы пшеницы очень велико. Оно определяется общим плодородием почвы, мощностью гумусового слоя и особенностями нижележащих горизонтов.

На рисунке 8 схематически показано расположение корневых систем пшеницы в различных почвах (обобщенные данные разных исследователей). Обычно на супесчаных почвах корневая система пшеницы развивается лучше и глубина ее проникновения больше, чем на тяжелых суглинках, сами корни при этом толще. На суглинках корни залегают поверхностно, но ветвление их сильнее. Чем мощнее гумусовый слой, тем меньше процент корней, залегающих в пахотном слое, поскольку корни находят благоприятную среду и глубже. На подзолистых почвах, когда глубина вспашки близка к глубине гумусового слоя, подавляющая часть корней залегает очень мелко.
Наряду с внешними условиями на развитие корневой системы влияют и сортовые особенности. Мы уже отмечали разницу в распределении массы корней в почве у сортов разного происхождения. Сортовые различия затрагивают и другие признаки корней, причем можно отметить и различия между отдельными экотипами пшеницы в целом и индивидуальные особенности сортов в пределах каждого экотипа, связанные со скороспелостью и другими биологическими особенностями сортов.

В полевых опытах нашей лаборатории учитывалось число корней разных типов у сортов яровой пшеницы различного происхождения, но высевавшихся семенами саратовской репродукции (табл. 6). Максимальным числом зародышевых корней отличаются сорта волжской экологической группы. Эта группа превосходит другие и в развитии колеоптильных корней, и, таким образом, в развитии первичной корневой системы в целом. Несомненно, это одна из важных причин высокой засухоустойчивости саратовских сортов. Отечественные сорта других экологических групп несколько уступают саратовским в развитии первичных корней. Еще в большей степени это относится ко всем группам сортов зарубежной селекции. Вместе с тем узловые корни лучше развиты у отечественных и зарубежных сортов лесостепных и лесных экологических групп.
Сведения о видовых различиях пшениц по числу корней пока весьма ограничены. Изучавшие этот вопрос А.С. Устименко, П.В. Данильчук и А.Т. Гвоздиковская отмечают, что нет прямой связи между числом корней и продуктивностью отдельных видов пшениц. Некоторые из диких видов (Triticum monococcum, Tr. macha) образуют глубоко проникающие и толстые корни, благодаря чему, несмотря на малое число корней в среднем на один стебель, в засушливом году не уступают культурным формам по продуктивности растений. Однако большинство диких видов менее продуктивны, чем культурные. Как показали более детальные исследования тех же ученых, это связано со слабым развитием адсорбирующей поверхности корней у диких форм.
Важность признаков корневой системы в засушливых условиях побудила обратить на них внимание в селекции. Начало этой работы положено нашими выдающимися селекционерами В.П. Кузьминым в Северном Казахстане и А.П. Шехурдиным в Поволжье. Сейчас изучение корневой системы пшеницы и отборы по корням проводятся во многих селекционных учреждениях страны.
Одна из отрицательных сторон биологии яровой пшеницы состоит в позднем вторичном укоренении и способности формировать узловые корни только при влажности почвы не ниже удвоенной гигроскопичности. Разрабатывая модели сортов для степных районов, мы приходим к выводу, что наряду с улучшением развития зародышевых корней в процессе селекции необходимо добиться повышения роли вторичных корней в формировании урожая не только во влажные, но и в сухие годы. Для этого требуется существенная ломка биологии культуры, упорная совместная работа биологов и селекционеров.