THE PHYSIOLOGY OF PHOTOPERIODIC SENSITIVITY AMONG PLANT SPECIES WITH DIFFERENT LIGHT PERIOD

Abstract


The most important characteristic of the environment for vegetable organisms is the photoperiod - duration of daylight. Plant Responses to the day length (photoperiod conditions) is of great importance in the development of environmental monitoring, providing the necessary spatial and temporal regulation of physiological processes in plants and optimizing the processes of photosynthetic activity. Objective: To estimate the photoperiodic sensitivity of samples of Raphanus sativus, and to identify his reaction to the increase in the length of daylight hours in conditions of Central Black Earth region. Change the duration of daylight is largely affects the development of plants. In terms of the long lightday photoperiodic sensitivity radish Raphanus sativus in the Kursk region is manifested in the increased growth of above-ground parts of plants and development of the generative organs. When growing radishes in the Kursk region in the conditions of artificially shortened daylight hours the plant for a long time remained in a vegetative state. It is clear that the formation of the major root crops of radish with good taste must be his growing under short photoperiod. The best planting time for the Central Black Earth zone - the end of March-April and the end of July-August, when the daylight hours of about 10 hours. When growing plants during the long daylight crops is necessary to create an artificial shading.


ВведениеСреда оказывает большое влияние на непрерывно текущие во всей живой при- родепроцессы адаптации [1; 2]. Различные аспекты этого процесса прослежены на различных живых организмах [3-5] и на человеке [6]. Было установлено, что в развитие данного процесса вносит большой вклад генетическая программа ор- ганизма [7; 8], состояние его реактивности на текущий момент [9] и действующие на организм факторы среды [10]. Биологическое значение адаптации заключает- ся в максимально полном приспособлении живого организма к имеющимся ус- ловиям существования и направлено на его выживание [11]. Это обеспечивается формированием процесса адаптации в любых условиях [12]. Данные положения вполне справедливы и для растительных организмов, произрастающих в любых климатических зонах нашей планеты [13; 14].Важнейшей характеристикой среды для растительных организмов является фотопериод - продолжительность светлого времени суток, обусловленная вра- щением Земли вокруг своей оси. Он неодинаков в течение года и на разных ши- ротах. В течение эволюции растения приспособились к жизни при чередовании определенной длительности дня и ночи. Выработанная у них способность реаги- ровать на суточный ритм освещения (соотношение светлого и темного периодов) получила название фотопериодической реакции [15]. Проявляется она в изме- нении процессов роста и развития на фоне колебаний продолжительности дня и обеспечивает адаптацию процессов онтогенеза растений к сезонным особенно- стям климата. Установлено, что длина дня воспринимается растениями как фак- тор среды, стимулирующий начало перехода их к цветению или к подготовке к неблагоприятному сезону [13].Основным пусковым фактором для развития фотопериодической реакции считается определенная продолжительность светового дня [16]. Иногда доста- точно всего нескольких суток с нужным соотношением света и темноты, чтобы растение зацвело (фотопериодическая индукция) [14]. Реакция растений на дли- ну дня (фотопериодические условия) имеет большое значение при экологическом контроле развития, обеспечивающем необходимую пространственно-временную регуляцию физиологических процессов в растительном организме и оптимизи- рующем процессы фотосинтетической деятельности [15].У растений различают два вида фотопериодической реакции: короткодневную (реакция на уменьшение продолжительности светового дня) и длиннодневную (реакция на увеличение продолжительности светового дня). Ярким примером растения второго вида реакции может выступить редис - растение длинного дня. С увеличением продолжительности освещения его развитие ускоряется. Длинный (более 14 часов) световой день ведет к раннему образованию цветоносных по- бегов. В том случае, если растение находится на свету 10-12 часов, а остальное время суток в темноте, то стеблевание у редиса не наступает в течение нескольких месяцев. При коротком световом дне можно длительное время сохранять корне- плод в фазе технической спелости [16]. Представляется интересным выяснить, влияют ли на эти процессы климато-почвенные условия Центрального Черно- земья России.Цель настоящего исследования - оценка фотопериодической чувствитель- ности образцов Raphanus sativus, а также выявление его реакции на увеличение продолжительности светового дня в условиях Центрального Черноземья.Материалы и методы исследованияИсследования проводились на черноземных почвах Октябрьского района Кур- ской области. Материалом для исследований был выбран скороспелый сорт ре- диса Raphanus sativus «Французский завтрак». Для оценки его чувствительности к фотопериоду в условиях Курской области опытный посев производили в конце июня, средняя температура дня составляла 25 °С, ночи - 19 °С, продолжитель- ность дня - 17 часов 33 минуты. Делянки опытов трехрядные, площадью 3,6 м2 каждая. Семена редиса погружали в почву на глубину 1-2 см. Расстояние междурядками 10-12 см, расстояние в рядках 2-3 см. При контрольном посеве посев редиса производился аналогично при естественном освещении. При этом для опытной группы создавался искусственный световой день (путем укрытия не- прозрачным материалом). Всходы редиса систематически поливали утром и ве- чером, поддерживали в рыхлом и свободном от сорняков состоянии. На 25-е сут- ки развития растений на 30 растениях каждой группы были проведены биоме- трические измерения.Для достижения поставленной цели изучалась фотопериодическая чувстви- тельность образцов растений редиса Raphanus sativus в отношении роста и раз- вития, оценивалась интенсивность фотосинтеза в разные фазы развития [5].Для объективного контроля качества полученных корнеплодов использовал- ся метод органолептической оценки, который заключается в рейтинговой оцен- ке качества образцов по некоторым ключевым органолептическим характери- стикам. Качество корнеплодов устанавливали при помощи органов чувств ис- следователя с учетом внешнего вида, консистенции, вкуса и запаха. Оценка производилась по пятибалльной шкале. Общая оценка качества рассчитывалась как среднее арифметическое значение всех оценок [5].Статистическая обработка результатов проведена при помощи t-критерия Стьюдента.Результаты исследования и их обсуждениеВ ходе оценки развития растений выявили, что на делянках с искусственно созданным световым днем растение оставалось в вегетативном состоянии. Рас- тения, находящиеся в естественных условиях, во всех случаях переходили к ре- продуктивной фазе развития.Морфометрические растений редиса (Morphometric parameters of plants of radis)Таблица 1Условия выращивания редисаМасса растения, гМасса корнеплода, гD, см (диаметр)L, см (длина)N (число листьев)S, см2 (площадь листа)Короткий день19,18 ± 0,5010,76 ± 0,282,74 ± 0,155,85 ± 0,215,6 ± 0,1718,40 ± 0,42Длинный день15,90 ± 0,39*5,64 ± 0,30**1,65 ± 014**3,77 ± 0,12*6,7 ± 0,15*31,36 ± 0,64**Достоверность различий: * p < 0,05, ** p < 0,01.Длина корнеплодов редиса, произрастающих в условиях искусственно создан- ногосветового дня, оказалось в среднем на 55,2% больше, чем у растений, нахо- дящихся при естественном световом режиме. При этом у первых диаметр корне- плодов увеличился на 66,1% (см. табл. 1). Если рассматривать площадь листовой пластинки, разница между первым и вторым образцом составляет 41 см2. В пер- вом случае масса всего растения также была выше при значительном увеличении массы корнеплода, составлявшей 52,0% от общей массы растения. Анализ рас- тений редиса, выращенных в естественных условиях, показал, что масса корне- плодов составляет только 35,0% от массы всего растения, остальные же 65,0%приходятся на надземную часть растений, где по сравнению с образцами первой группы наблюдалось увеличение площади листовой пластинки и количества ли- стьев на растении. Редис относят к растениям длинного дня, поэтому чем длин- нее световой день, тем сильнее растение стремится образовать цветоносы и се- мена; корнеплод в этом случае выполняет лишь роль проводника питательных веществ в листья, стебли и в семена. При коротком световом дне розетка листьев остается небольшой, цветоноса нет и корнеплоды формируются быстро.При оценке показателей интенсивности фотосинтеза было выявлено, что урастений, оставшихся в вегетативном состоянии, интенсивность данного про- цесса составляет 0,121 мг/см2/час. В фазу цветения растений редиса в тот же вре- менной период интенсивность фотосинтеза достигает наибольших значений - 0,152 мг/см2/час. Это происходит за счет усиления ростовых процессов, повы- шения облиственности, что приводит к активизации фотосинтетической деятельности.В ходе органолептической оценки образцов редиса удалось выяснить, что пар- тия образцов, произрастающих при искусственно сокращенном световом дне, имела более высокий средний балл по всем показателям (табл. 2).Органолептическая оценка образцов редиса (Organoleptic evaluation of samples of radish)Таблица 2Органолептический показательСредний баллвыращивание редиса при коротком дневыращивание редиса при длинном днеВнешний вид2,64,3Состояние мякоти корнеплода3,04,5Запах4,54,6Вкус1,54,6Обобщая полученные данные, можно сказать, что живые организмы чутко реагируют на все воздействия внешней среды процессами адаптации своей жиз- недеятельности [17]. Это особенно ярко проявляется у растительных организмов при изменении состава почвы [18; 19] и динамике климатических условий [3]. При этом полученные в работе данные согласуются с данными литературы [20; 21], что указывает на отсутствие особенностей физиологических реакций рас- тений на длительность светового дня даже в условиях тучных почв Центрального Черноземья.Таким образом, в результате проведенных исследований можно говорить, что при выращивании редиса в эколого-географических условиях Курской области выявляются закономерные реакции растений на изменение светового периода, отражающиеся на развитии их корнеплодов.ЗаключениеИзменение продолжительности светового дня в значительной степени влияет на развитие растений. В условиях длинного светового дня фотопериодическая чувствительность редиса Raphanus sativus в Курской области проявляется в уси- лении роста надземной части растений и развитии генеративных органов. Привыращивании редиса в Курской области в условиях искусственно укороченного светового дня растение длительно остается в вегетативном состоянии. Для фор- мирования крупных корнеплодов редиса с хорошими вкусовыми качествами не- обходимо его выращивание при коротком световом дне. Лучший срок посева для Центрально-Черноземной зоны - конец марта-апрель и конец июля-август, когда световой день составляет около 10 часов. При выращивании растения в период длинного светового дня посевам необходимо создавать искусственное затенение.

E N Zubkova

Kursk State University, Kursk, Russia

Author for correspondence.
Email: ilmedv1@yandex.ru
Radishcheva str., 33, Kursk, Russia, 305000

Bachelor, Department of General Biology and Ecology of the Kursk State University

T A Belova

Kursk State University, Kursk, Russia

Email: dv1@yandex.ru
Radishcheva str., 33, Kursk, Russia, 305000

PhD, Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of General Biology and Ecology of the Kursk State University

  • Bavrina T.V. Fotoperiodizm i izmenenija pigmentov v list’jah rastenij. Avtoreferat diss. … kand. biol. nauk. Institut fiziologii rastenij im. K.A. Timirjazeva Akademii nauk SSSR. Mosсow, 1965.
  • Kutafina N.V. Kletochnoe delenie v norme i patologii // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno­prakticheskoj konferencii «Teoreticheskie i prikladnye problem sovremennoj nauki i obrazovanija». Kursk, 2015: 44—49.
  • Aleksandrova M.S., Bulygin N.E., Voroshilov V.N., Frolova L.A. Fenologicheskie nabljudenija v botanicheskih sadah. Bjulleten’ Glavnogo botanicheskogo sada. 1979. 113.
  • Maksimov V.I., Medvedev I.N. Osnovy fiziologii. Sankt­Peterburg: «Lan’». 2013.
  • Gavrilenko V.F., Ladygina M.E., Handobina L.M. Bol’shoj praktikum po fiziologii rastenij. Moscow: Vysshaja shkola, 1975.
  • Medvedev I.N., Naumov M.M., Bespartochnyj B.D. Medicinskaja jekologija regiona KMA. Tom 4 Pjatitomnogo izdanija «Kurskij kraj: social’naja jekologija». Moscow, 2004. 4.
  • Amelina I.V., Medvedev I.N. Projavlenija transkripcionnoj aktivnosti jadryshkoobrazujushhih rajonov hromosom v Kurskom regione. Bjulleten’ jeksperimental’noj biologii i mediciny. 2009. 147 (6): 671—673.
  • Medvedev I.N., Amelina I.V. Uroven’ hromosomnyh aberracij i aktivnost’ jadryshkoobrazujushhih rajonov hromosom v Kurskom regione [The level of chromosomal aberrations and activity of nucleolar organizer regions of chromosomes in the Kursk region] // Vestnik Rossijskogo universiteta druzhby narodov. Serija: Jekologija i bezopasnost’ zhiznedejatel’nosti [Ecology and Life Safety. VestnikRUDN]. 2009. 2: 70—76.
  • Amelina I.V., Medvedev I.N. Aktivnye jadryshkoobrazujushhie rajony hromosom i belkovyj sintez [Active nucleolus organizer regions of chromosomes and protein synthesis]. Fundamental’nyeissledovanija. 2007. 1: 32.
  • ZavalishinaS.Yu. Fiziologija vozbudimyhtkanej [Physiology of excitable tissues]. Kursk, 2012.
  • Medvedev I.N., Zavalishina S.Yu., Kutafina N.V. Fiziologicheskaja reguljacija organizma [The physiological regulation of the body]. Sankt­Peterburg: «Lan’», 2016.
  • Medvedev I.N., Bespartochnyj B.D., Naumov M.M., Jazeva G.G. Agrojekologija regiona KMA [Agroecology in the region of the Kursk magnetic anomaly]. T. 3 Pjatitomnogoizdanija «kurskijkraj: social’najajekologija». Moscow, 2004. 3.
  • Golovko T.K., Tabalenkova G.N., Dymova O.V. Pigmentnyj kompleks rastenij Pripoljarnogo Urala [Large workshop on plant physiology] Botanicheskijzhurnal. 2007. 92: 1732—1741.
  • Popova I.A., Maslova T.G., Popova O.F. Osobennosti pigmentnogo apparata rastenij razlichnyh botaniko­geograficheskih zon [Features of pigment apparatus of plants from different Botanical­geographical areas] Jekologo­fiziologicheskie issledovanija fotosinteza i dyhanija rastenij / Pod red. Semihatovoj O.A. Leningrad: Nauka, 1989: 115—139.
  • Ivanov L.A., Ivanova L.A., Ronzhina D.A., Judina P.K. Izmenenie soderzhanija hlorofillov i karotinoidov v list’jah stepnyh rastenij vdol’ shirotnogo gradienta na Juzhnom Urale [A change in the content of chlorophylls and carotenoids in the leaves of steppe plants along the latitudinal gradient in the southern Urals] Fiziologija rastenij. 2013. 6: 856—864.
  • Rodnikov N.P., Smirnov N.A., Pantileev Ja.H. Ovoshhevodstvo [Olericulture]. 4­e izd., pererab. idop. Moscow: Kolos, 1984.
  • Medvedev I.N., Zavalishina S.Yu., Kutafina N.V. Fiziologija visceral’nyh sistem [Physiology of the Visceral Systems]. Uspehi sovremennogo estestvoznanija. 2014.10: 87—88.
  • Zhukova L.A., Glagoleva T.I. Osobennosti koncentracionnoj zavisimosti ustojchivyh kompleksov kadmija ot prirodnyh faktorov v seryh lesnyh pochvah Kurskoj oblasti [Features of concentration dependence of stable complexes of cadmium from natural factors in the gray forest soils of Kursk region]. Materialy Vserossijskoj nauchno­prakticheskoj konferencii «Regional’nye problemy povyshenija jeffektivnosti agropromyshlennogo kompleksa». Kursk, 2007: 57—58.
  • Glagoleva T.I. Vlijanie ionov CD v seryh lesnyh pochvah na jekologicheskoe ravnovesie agrobiocenoza [Influence CD ions in gray forest soils in the ecological balance agrobiocenosis]. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno­prakticheskoj konferencii «Aktual’nye problemy povyshenija jeffektivnosti agropromyshlennogo kompleksa». Kursk, 2008: 111—113.
  • Koshkin V.A. Fotoperiodicheskaja chuvstvitel’nost’ i ee znachenie dlja selekcii zernovyh kul’tur na skorospelost’ [Photoperiodic sensitivity and its importance for breeding crops for earliness]. Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii. 2009. 165: 21—24.
  • Tertyshnaja Ju.V., Levina N.S. Vlijanie spektral’nogo sostava sveta na razvitie sel’skohozjajstvennyh kul’tur [Effect of the spectral composition of light on the development of agricultural crops] Sel’skohozjajstvennye mashiny i tehnologii. 2016. 5: 24—29.

Views

Abstract - 137

PDF (Russian) - 127

PlumX


Copyright (c) 2017 Zubkova E.N., Belova T.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.