Сельскохозяйственная биотехнология

Ведущая роль на этом этапе  принадлежит гиббереллину. Гиббереллин  вызывает в эндосперме синтез новых  порций гидролитических ферментов, которые расщепляют связанные гормонально-белковые комплексы ауксинов и цитокининов. Апикальная меристема начавшего рост зародышевого корня синтезирует цитокинины, которые стимулируют рост калеоптиля и тормозят развитие боковых корней. Синтезируемый в верхушке калеоптиля ауксин активирует растяжение клеток в калеоптиле, а также заложение боковых и придаточных корней. Апикальные меристемы образующихся корней интенсивно синтезируют цитокинины и гиббереллины, стимулируя рост побега.

Развитие проростка. В дальнейшем лист прорывает калеоптиль, и проросток превращается в ювенильное растение, способное к автотрофному питанию. Регуляция роста отдельных органов растения (стебель, корень, листья) осуществляется, прежде всего, за счет изменения соотношения эндогенных гормонов и определяется различиями в реакции каждого органа на сходные изменения баланса фитогормонов.

В процессе ориентации роста  основную роль играет ауксин и абсцизовая кислота. Пробившись на поверхность  почвы, побег ориентируется в  сторону света в результате повышения  содержания ауксина на теневой стороне проростка (положительный фототропизм) и усиленного растяжения клеток этой зоны.

На свету проросток  разворачивает листья, линейный рост стебля несколько затормаживается, он утолщается, начинается фотосинтез. В хлоропластах накапливается гиббереллины, ряд полифенолов. В листья из корней поступают цитокинины. Активно растущие листья посредством движения черешков (филлотаксис) располагаются на стебле так, чтобы фотосинтез был максимальным.

Филлотаксис определяется ауксинами. Растущий лист кроме собственных продуктов фотосинтеза использует ассимилянты других листьев за счет синтеза и накопления в молодом листе фитогормонов, способствующих притоку питательных веществ. В полностью развившемся листе снижается содержание этих гормонов и повышается концентрация ингибиторов роста.

Размножение. Перед цветением уменьшается активность ауксина, а ряд растений синтезирует большое количество ингибиторов. Уровень гиббереллинов у длиннодневных растений резко возрастает. Для растущей пыльцевой трубки характерно повышенное содержание ауксинов; после оплодотворения в семяпочке возрастает уровень цитокининов, а затем ауксинов. Семя становится активным центром притяжения питательных веществ из других органов растения. В нём накапливаются также фитогормоны в связанной форме. В период активного роста семя обычно сильно оводнено, т.к. ауксины интенсивно притягивают воду.

В последующем содержание ауксинов и гиббереллинов в семени снижается при одновременном  возрастании АБК. Накапливающиеся  ингибиторы роста способствуют экспорту питательных веществ в семена и плоды. В сочных плодах при созревании семян количество стимуляторов из мякоти снижается при одновременном увеличении содержания этилена.

В зимующих органах растений формируются зародышевые структуры: почки с зачаточным стеблем, клубни с глазками, луковицы и др., переходящие в состояние покоя. В растениях снижается содержание гормонов-стимуляторов, накапливаются ингибиторы, и усиливается их активность. Первоначально накапливаясь в листьях, ингибиторы затем перемещаются в почки, обеспечивая переход растений в покой. В период глубокого покоя в растениях уменьшается количество ингибиторов, а содержание стимуляторов интенсивно увеличивается весной при возобновлении роста. Состояние покоя, сопутствующие ему ингибиторы роста защищают многолетние и зимующие растения и их органы размножения от неблагоприятных условий зимовки, препятствуют неожиданному развитию ростовых процессов.

Гормональная  регуляция клубнеобразования. Все фитогормоны принимают участие в клубнеобразовании растений. Процесс клубнеобразования проходит две фазы: возникновение и рост столонов; формирование и рост клубней.

Функциональная роль фитогормонов в этих процессах следующая: ауксины синтезируются в стеблевых  почках и прилегающих молодых  листьях, стимулируют корнеобразование и тормозят образование клубней; гиббереллины синтезируются в листьях, стимулируют рост столонов, задерживая образование клубней; абсцизины задерживают рост столонов и тем самым стимулируют образование клубней; цитокинины синтезируются в корнях и вызывают утолщение столонов и образование клубней.

Между содержанием в  растущих клубнях картофеля фитогормонов - стимуляторов роста и интенсивностью притока в них ассимилянтов из ботвы имеется прямая связь. Осенние  клубни картофеля содержат большое  количество тормозящих веществ, поступивших из ботвы. Это АБК, фенольные ингибиторы, наиболее активные в кожуре и периферийной части паренхимы клубней. С началом зимы уровень ингибиторов в клубнях снижается, а весной они почти полностью исчезают.

5.5 Механизм действия фитогормонов

 

Фитогормоны, обладая  полифункциональным действием, регулируют многие биохимические процессы растений. Перемещаясь в растении, гормоны  проникают в клетки тканей-мишеней, отличающиеся повышенной чувствительностью  к гормонам. Проникнув в клетки, гормон связывается с белками-рецепторами, являющимися проводниками гормонального действия в клетке.

Взаимодействие гормона  и рецептора приводит к биохимическим  реакциям, обеспечивающим реализацию физиологического действия данного  гормона. Известны 2 типа рецепторов: внутриклеточные растворимые белки-рецепторы, связывающие фитогормоны и мигрирующие между цитоплазмой и ядром; мембранные белки-рецепторы, связывающие фитогормоны из внеклеточного пространства.

Рецепторы первого типа, связав гормон, воздействуют на метаболизм в клетке, изменяя уровень транскрипции соответствующих генов ДНК ядра и органелл (экспрессия генома). Обнаружены растворимые связывающие белки первого типа для ауксина, цитокинина и гиббереллина.

Мембранные белки-рецепторы  второго типа, образовав комплекс с гормоном, вызывают быстрое увеличение в клетке концентрации метаболитов-посредников, при помощи которых реализуется физиологическое действие фитогормона.

 Таким образом,  механизм действия фитогормонов  в клетке сводится, прежде всего, к активации специфических генов, ответственных за синтез необходимых ферментов. Фитогормоны воздействуют также на структуру и функции клеточных мембран, рибосом, эндоплазматического ретикулума, что приводит к изменению метаболизма клетки. Механизмы действия как мембранно-связанных, так и растворимых комплексов белок - гормон изучены недостаточно. Биосинтез самих фитогормонов контролируется геномом растения.

5.6 Использование фитогормонов и физиологически активных веществ

 

Регулировать рост и  развитие растений - значит хорошо сбалансировать действие веществ, ускоряющих и задерживающих эти процессы.

Гербициды - это синтетические препараты, вызывающее торможение роста и гибель растений в связи с отмиранием точек роста. Основой применения гербицидов является их избирательное действие на различные растения. Разная чувствительность растений к гербицидам связана с особенностями их морфологии и обмена веществ, ферментативной системы. У чувствительных растений гербицид нарушает полярность, вызывает утолщение побегов, опадение листьев, морфозы, в результате жизнедеятельность растений дезорганизуется и наступает их гибель.

Ретарданты - это синтетические регуляторы, тормозящие биосинтез гиббереллинов, подавляющие рост стебля и вегетативных побегов, придающие растениям устойчивость к полеганию. В то же время они способствуют росту корней, листьев, повышают содержание хлорофилла, устойчивость растений к неблагоприятным условиям.

К ретардантам относятся  ССС (или тур), алар, которые сдерживают вегетативный рост кроны плодовых деревьев и стимулируют плодоношение, фосфон, ускоряющий выгонку декоративных культур и другие соединения.

ССС (хлорхолинхлорид) снижает  рост соломины озимой и яровой пшеницы, ярового ячменя, но делает её стенки толще, повышает продуктивную кустистость. Применяется против полегания в посевах зерновых, семенниках злаковых трав.

Применение алара (продукт  превращения янтарной кислоты) ослабляет  периодичность плодоношения, ускоряет закладку цветочных почек и вызывает плодоношение молодых деревьев, предупреждает преждевременное опадение плодов яблони, груши, сливы, вишни, персика, чёрной смородины. Ретарданты широко применяют в декоративном садоводстве, т.к. они укорачивают и делают более прочными цветоносы.

Регуляторы созревания - это вещества, ускоряющие достижение растением, его органами зрелого состояния. Задержка опадения завязей у томата достигается применением ауксина.

Обработка гиббереллином  обеспечивает стимуляцию роста листьев  чайного куста, выгонку растений в декоративном цветоводстве, получение  длинноволокнистых стеблей и повышение урожайности конопли, выход волокна и улучшение его качества.

Регуляторы покоя помогают продлить покой, улучшить лежкость клубней, корнеплодов и луковиц можно обработкой посевов за 12-15 дней до уборки гидразидом малеиновой кислоты (ГМК). Для прерывания покоя свежеубранных клубней раннего картофеля их обрабатывают раствором гиббереллина и тиомочевины, что стимулирует пробуждение глазков.

Регуляторы вегетативного  размножения растений используют для улучшения корнеобразования у черенков, сеянцев, саженцев и взрослых деревьев и кустарников применяют аналог ауксина (ИУК) - НУК и ИМК. ИУК, попадая в ткани растения, быстро разрушается и поэтому малопригоден для практических целей.

Дефолианты и десиканты применяют для ускорения опадения и засыхания листьев, что необходимо при механизированной уборке хлопчатника и других культур. Дефолианты - вещества, вызывающие опадение листьев, десиканты - вещества, способствующие обезвоживанию растительных тканей.

Активаторы (регуляторы) транспорта веществ в растении. Приобретают всё более важное значение синтетические регуляторы, ускоряющие транспорт питательных веществ, активизирующие их накопление в хозяйственно полезных органах (плодах, семенах). К таким препаратам относятся вещества, интенсифицирующие отток углеводов их листьев сахарного тростника или сахарной свёклы в стебли или корни.

 

6 Компостирование

 

Компостирование – биотермический процесс минерализации и гумификации  обычно двух органических компонентов (иногда с добавками минеральных), уменьшающий потери питательных элементов одних (навоз, жижа и стоки, фекалии, помёт птиц, ОСВ и др.) с одновременным ускорением разложения других (торф, солома, опилки, бытовой мусор и др.) и переводом в доступные для растений формы. При компостировании органических отходов происходит биотермическое обеззараживание, компост нагревается до 600С, что убивает яйца и личинки мух и гельминтов, а также болезнетворные неспоровые микроорганизмы.

В органических компостах  один из компонентов выступает в  роли поглотителя влаги, аммиака, диоксида углерода и без компостирования слабо разлагается (торф, бытовой мусор, дерновая земля, солома), а другой (навоз, его жижа, фекалии, птичий помёт и др.) обогащён микрофлорой и содержит значительные количества легкоразлагающихся азотистых и безазотистых органических соединений.

Важны и часто необходимы и органо-минеральные компосты, которые  повышают усвояемость растениями питательных  элементов их компонентов, обогащают  недостающие элементы, устраняют  кислотность удобрения, предотвращают потери.

Компоненты компостов  смешивают и выдерживают до тех  пор, пока содержимое их не превратится  в однообразную рассыпчатую массу.

 

6.1 Виды компостов  и способы компостирования

6.1.1 Компостирование  навоза

 

Навоз – основной вид  органических удобрений во всех почвенно-климатических зонах страны. Эффективность применения навоза зависит от правильной его подготовки – компостирования. При компостировании навоз значительно изменяется и нередко при неправильной рыхлой укладке в штабеля теряет большое количество питательных веществ, в первую очередь – азота.

Различают четыре стадии разложения навоза.

Свежий, слаборазложившийся навоз. Солома при этом незначительно изменяет цвет и прочность.

Полуперепревший навоз. Солома приобретает тёмно-коричневый цвет, теряет прочность и легко разрывается. В этой стадии навоз теряет от 15 до 30 % первоначального веса.

Перепревший навоз. Это чёрная мажущая масса, в которой солома разложилась настолько, что нельзя различить отдельные соломины. При доведения до такой степени разложения навоз теряет около 50% первоначального веса.

Перегной (сыпец). В этой стадии навоз теряет до 75% первоначального веса и представляет собой рыхлую землистую массу. По мере разложения навоза содержание в нём азота, фосфора и других элементов возрастает.

Свежий навоз не рекомендуется  вносить в почву, потому что в  нём иногда содержится большое количество семян сорняков. При компостировании  навоза основная масса этих семян  теряет всхожесть. Сильно соломистый свежий навоз, внесённый незадолго до посева, может оказаться малоэффективным или даже снизить урожай вследствие того, что микроорганизмы, разлагающие солому в процессе своей жизнедеятельности, поглощают большое количество растворимых соединений азота и фосфора.

Рыхлую укладку навоза, при которой  он укладывается в узкие (не шире 3-4 м) штабеля (аэробный или горячий способ компостирования). Температура в навозе быстро поднимается и на 4-6 день достигает 600 и выше. Навоз в штабеле высотой 1,5-2 м или совсем не уплотняют или уплотняют после того, как он достаточно перегорит и температура в нём спадёт.