Влияние биоудобрения на водный режим, интенсивность фотосинтеза и урожайность зерновых культур в условиях Степного Предуралья

Зерновые культуры имеют важное продовольственное значение, урожайность которых во многом зависит от водного режима и ассимиляционной активности растений. Цель исследования – определить влияние биоудобрения на параметры водного режима, пигментного аппарата и газового состава растений зерновых культур. Исследования были проведены в период 2021–2023 гг. на базе стационарного научного полигона ботанического сада Оренбургского государственного университета. Объектами исследования послужили сорт ярового ячменя Анна, сорт пшеницы мягкой яровой Оренбургская юбилейная и сорт пшеницы твердой яровой Оренбургская. При проведении эксперимента использовали биоудобрение, содержащее ферментированные пищевые остатки и измельченные отходы растениеводства с иммобилизированными на их поверхности бактериями B. Subtilis. Параметры водного режима исследовали согласно методике Н.Н. Кожушко. Фотометрическую диагностику проводили портативным N-тестером (модель ПРАК 431155.022, производитель ООО «Агротестер», Россия). Содержание CO₂ определяли портативным газоанализатором СI-340 («CI-340 Hand-held Photosynthesis System», производитель CID Bio-Science, США). Статистическую обработку данных выполнили с использованием программы Statistica 10.0. По результатам проведенных исследований авторами отмечена схожая динамика снижения общей оводненности и интенсивности транспирации для исследуемых растений в конце периода вегетации. Установлено увеличение водного дефицита растений зерновых культур в фазе молочной спелости и его достоверное снижение в биомассе яровой пшеницы мягкой и ячменя на вариантах с применением биоудобрения по сравнению с контрольными вариантами. Максимальное значение коэффициента парной корреляции выявлено между параметрами содержания диоксида углерода и интенсивностью транспирации у мягкой пшеницы и ячменя. В отношении азота в листьях обнаружено относительное постоянство показателей у образцов с применением биоудобрения. В противоположность им, у контрольных образцов наблюдалась вариативность данного признака. Отмечается положительное влияние биоудобрений на параметры водного режима объектов исследования, а также интенсификация фотосинтетической активности при использовании данного мелиоранта, что способствовало увеличению урожайности изучаемых зерновых культур –  у ячменя на 147,1 %, у пшеницы мягкой на 105,7 %.

1. Кожушко Н. Н. Оценка засухоустойчивости полевых культур. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям (методическое руководство) / под ред. Г. В. Удовенко. Л., 1988. ВИР. 49 с.

2. Патент № 2824464 C1 Российская Федерация, МПК C05F 11/08, C05F 9/04. Биоорганическое удобрение: № 2023133113: заявл. 14.12.2023: опубл. 08.08.2024 / Л. В. Галактионова, Н. А. Терехова, Д. Г. Федорова и др.; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет».

3. Deng X., Liu Y., Xu X. X., Liu D. M., Zhu G. R., Yan X., Wang Z. M., Yan Y. M. Deng X. et al. Comparative proteome analysis of wheat flag leaves and developing grains under water deficit // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9, Article number: 425. DOI: 10.3389/fpls.2018.00425

4. Duan W., Wang S., Zhang H., Xie B., Zhang L. Plant growth and nitrate absorption and assimilation of two sweet potato cultivars with different N tolerances in response to nitrate supply // Scientific Reports. 2024. Vol. 14(1), Article number: 21286. DOI: 10.1038/s41598-024-72422-y

5. Janeeshma E., Johnson R., Amritha M. S., Noble L., Aswathi K. P. R., Telesiński A., Kalaji H. M., Auriga A., Puthur J. T. Modulations in Chlorophyll a Fluorescence Based on Intensity and Spectral Variations of Light // Journal of Experimental Botany. 2022. Vol. 23(10), Article number: 5599. DOI: 10.3390/ijms23105599

6. Kumar S., Sindhu S. S. Drought stress mitigation through bioengineering of microbes and crop varieties for sustainable agriculture and food security // Current Research in Microbial Sciences. 2024. Vol. 10(7), Article number: 100285. DOI: 10.1016/j.crmicr.2024.100285

7. Lesk C., Rowhani P., Ramankutty N. Influence of extreme weather disasters on global crop production // Nature. 2016. Vol. 529, Article number: 7584. P. 84–87. DOI: 10.1038/nature16467.

8. Lin W., Guo X., Pan X., Li Z. Chlorophyll composition, chlorophyll fluorescence, and grain yield change in esl mutant rice //International Journal of Molecular Sciences. 2018. Vol. 19(10), Article number: 2945.

9. Makino A., Osmond B. Solubilization of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase from the membrane fraction of pea leaves // Photosynthesis research. 1991. Vol. 29, P. 79–85. DOI: 10.1007/BF00035378

10. Matiu M., Ankerst D. P., Menzel A. Interactions between temperature and drought in global and regional crop yield variability during 1961-2014 // PloS one. 2017. Vol. 12(5), Article number: e0178339. DOI: 10.1371/journal.pone.0178339

11. Michaletti A., Naghavi M. R., Toorchi M., Zolla L., Rinalducci S., Michaletti A. et al. Metabolomics and proteomics reveal drought-stress responses of leaf tissues from spring-wheat // Scientific reports. 2018. Vol. 8(1), Article number: 5710. DOI: 10.1038/s41598-018-24012-y

12. Noor H., Sun M., Algwaiz H. I. M. et al. Chlorophyll fluorescence and grain filling characteristic of wheat (Triticum aestivum L.) in response to nitrogen application level // Molecular Biology Reports. 2022. Vol. 49(7). P. 7157–7172. DOI: 10.1007/s11033-022-07612-w

13. Sugiura D., Mitsuya S., Takahashi H., Yamamoto R., Miyazawa Y. Microcontroller-based water control system for evaluating crop water use characteristics // Plant Methods. 2024. Vol. 20(1), Article number: 179. DOI: 10.1186/s13007-024-01305-0

14. Tambussi E. A., Maydup M. L., Carrión C. A., Guiamet J. J., Araus J. L. Ear photosynthesis in C3 cereals and its contribution to grain yield: methodologies, controversies, and perspectives // Journal of Experimental Botany. 2021. Vol. 72(11), P. 3956–3970. DOI: 10.1093/jxb/erab125

15. Thenappan D. P., Pandey R., Hada A., Jaiswal D. K., Chinnusamy V., Bhattacharya R., Annapurna K. Physiological Basis of Plant Growth Promotion in Rice by Rhizosphere and Endosphere Associated Streptomyces Isolates from India // Rice (N Y). 2024. Vol. 17(1), Article number: 60. DOI: 10.1186/s12284-024-00732-w

16. Zhu D., Zhu G., Zhang Z., Wang Z., Yan X., Yan Y., Zhu D. et al. Effects of independent and combined water-deficit and high-nitrogen treatments on flag leaf proteomes during wheat grain development // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21(6), Article number: 2098. DOI: 10.3390/ijms21062098