Текст: Таня Меса, докторант; Андреа Касадесус, интерн; Иниго Гомес, техник-ассистент; Серхи Мунне-Бош, профессор, биологический факультет Университета Барселоны (Испания); Хавьер Поло, отдел исследований и разработок компании APC Europe S.L. (Испания)

Повышение производительности для обеспечения продовольствием растущего населения планеты и улучшение эффективности использования ресурсов без ущерба для экосистем — две самые серьезные проблемы, с которыми сталкивается агросектор в наши дни. Помочь в их решении могут современные технологии и препараты.

К их числу относятся природные биостимуляторы, которые могут усилить цветение, рост растений, плодоношение, урожайность и эффективность использования питательных веществ, а также повысить устойчивость к различным стрессам. Более того, данные продукты подходят для применения в защищенном грунте.

Новые методы

Биостимуляторы на основе ферментативных гидролизатов белков могут стать действенным решением для повышения как продуктивности, так и эффективности использования некоторых питательных веществ, в частности азота. Как известно, он является одним из важнейших элементов для роста и развития растений, при этом выступает основным лимитирующим фактором для большинства экономически значимых культур. До сих пор улучшение усвояемости питательных веществ при применении биостимуляторов было недостаточно изучено в аспекте повышения урожайности и качества плодов экономически значимых культур. В связи с этим целью исследования испанских ученых стало определение аддитивного или синергетического эффекта использования специального биостимулятора в сочетании с подкормкой с низким содержанием азота на производство и качество тепличных томатов, а также определение механизма действия с акцентом на возможную роль содержания эндогенных фитогормонов.

Томат является одной из наиболее возделываемых культур, и площади его посадки, по данным FAOSTAT, составили 5,03 млн га в 2019 году. Его плоды высоко ценятся потребителями благодаря своим органолептическим характеристикам и питательной ценности, поскольку они являются важным источником витаминов С и Е, ликопина, а также других полезных элементов и антиоксидантов. В связи с этим исследования данной культуры актуальны. Использованный в ходе научной работы продукт «Пептон 85/16» считается натуральным биостимулятором, полученным путем ферментативного гидролиза животных белков. Он выпускается в микрогранулированной форме и хорошо растворяется в воде. Ранее было доказано, что данный препарат оказывает благоприятное воздействие на сельскохозяйственные культуры в стрессовых условиях, в частности при сильных холодных или тепловых эпизодах, водном стрессе. Также было замечено, что он оказывает положительное влияние на гормональный профиль, повышая защиту от абиотического стресса. Кроме того, ранее было показано, что внесение подкормки с малым содержанием азота является полезным приемом с большим потенциалом для повышения продуктивности пшеницы, поскольку такой метод может улучшить эффективность использования питательных веществ. Однако воздействие этого подхода на увеличение урожайности и качества тепличных томатов в сочетании с применением данного биостимулятора не изучалось.

Схема эксперимента

Для исследования семена томата были получены из экспериментального полевого хозяйства Университета Барселоны. Они были высеяны 7 марта 2019 года в горшки объемом один литр в климатизированной камере роста, где произрастали по схеме 16 ч день/8 ч ночь при 22°C. Субстрат состоял из 50% торфа, 25% перлита, 25% вермикулита, CaCO3 на уровне 1 г/л и основных микроэлементов в концентрации 0,05 г/л. Сеянцы были перенесены 8 апреля в емкости ­объемом три литра и помещены в стеклянную теплицу. Средняя температура в ней равнялась 25,6°C, максимальное значение — 33,8°C, средняя относительная влажность — 60,1%. Расстояние между емкостями составило 20 см. Четыре обработки посевов были проведены 10 июня. На первом контрольном варианте препарат «Пептон» не использовался, на втором — вносился. Также были участки с подкормками низким содержанием азота по технологии Nitrogen Efficient Crop (NEC): на первом биостимулятор применялся, на втором отсутствовал. Контрольные растения орошались 50%-ным раствором Хогланда на протяжении всего эксперимента. На опытных вариантах осуществлялась подкормка азотом с дефицитом на 30% с помощью полива в течение восьми недель, после чего использовался раствор Хогланда для восстановления питания. Биостимулятор вносился посредством орошения один раз в две недели в течение первых двух месяцев в дозе, эквивалентной 4 кг/га, то есть 0,2 г средства были растворены в 0,5 л поливной воды. Следует отметить, что в состав препарата входят L-α-аминокислоты — 84,8%, свободные аминокислоты — 16,5%, органический азот — 12%, железо — 3000 ppm, калий — 4%. Все операции проводились за час до захода солнца. На седьмой неделе после начала обработки растения были подвергнуты обрезке из-за чрезмерного роста, в результате чего они перестали цвести и закладывать новые плоды.

Образцы листовых пластин были собраны 16 июня, 16 июля и 13 августа на рассвете. В каждом случае отбиралось по одному молодому, полностью развитому листу с восьми случайно выбранных растений на каждую обработку. Верхушечный лист использовался для определения флуоресценции хлорофилла, а соседний — для выявления уровней воды, углерода и азота, а также соотношения массы к площади (LMA). Другая рядом расположенная листовая пластина немедленно замораживалась в жидком азоте и хранилась при –80°C для последующих биохимических анализов. Отбор плодов с тех же растений проводился с 4 по 7 сентября для оценки урожайности. Кроме того, четыре спелых томата на стадии красной спелости были выбраны для анализа качества: один плод был заморожен в жидком азоте и хранился при –80°C для последующего биохимического анализа на общие каротиноиды, ликопин, витамины C и E, а три были использованы для определения уровня растворимых сахаров и титруемой кислотности.

Улучшение плодоношения

Биостимуляторы считаются инновационным инструментом, способным усилить рост и продуктивность растений и облегчить последствия абиотических стрессов. Кроме того, некоторые из них, в частности «Пептон», могут способствовать развитию циркулярной экономики, помогая перерабатывать отходы животноводства и сокращать использование ограниченных природных ресурсов. Предыдущие исследования показали действенность данного препарата. Тенденция к статистически значимому эффекту наблюдалась у растений, обработанных биостимулятором, с увеличением плодоношения на 32% по сравнению с контролем как у образцов, получавших азотное питание, так и у культур с низким азотным питанием (NEC). Такое повышение в обеих группах растений имеет важное экономическое значение для производителей с положительным возвратом инвестиций. В предыдущем исследовании, проведенном в 2018 году, были обнаружены аналогичные результаты: урожайность увеличилась на 27% при применении «Пептона» в аналогичных дозах (4 кг/га) на золотистых томатах черри, растущих в полевых условиях с низким уровнем стресса.

В рамках текущего исследования было установлено, что растения акклиматизировались к недостатку питательных веществ во время вегетативного роста в течение двух месяцев. Это позволило им стать более эффективными в использовании азота и, следовательно, значительно увеличить общее производство плодов. Следует отметить, что помимо подкормки с низким содержанием азота определенную роль в наблюдаемых эффектах могла сыграть обрезка растений, проведенная после семи недель обработки. Она вызвала серьезную потерю надземной биомассы, ранее потреблявшей азот от корней, что способствовало закладке и созреванию плодов. Поскольку данная операция была проведена непосредственно перед окончанием азотного голодания, она могла оказать влияние на фазу восстановления при обработке NEC, обуславливая увеличение производства по сравнению с контролем. Другими словами, данная операция, возможно, не имела бы такого положительного эффекта по сравнению с контролем, если бы все растения не были подрезаны.

Высокое качество

Общие растворимые сахара (TSS) и титруемая кислотность (TA) являются важными компонентами вкуса, оказывающими свое влияние не только через содержание, но и через соотношение. Однако влияние доступности некоторых питательных веществ, например снижение дозы азота, на качество томатов остается спорным, так как было замечено, что это приводит как к увеличению, так и к уменьшению соотношения TSS/TA. В ходе проведенного исследования качество плодов улучшилось в результате обработки NEC. В частности, наблюдалось значительное увеличение пропорции TSS/TA, а также тенденция к статистически значимому повышению TSS. Более того, на данную характеристику не повлияло применение «Пептона», то есть он позволил нарастить урожайность без негативного влияния на соотношение TSS/TA. Другие параметры качества, связанные с антиоксидантным составом плодов, также не были затронуты биостимулятором. Этот факт еще раз указывает на то, что это отличный вариант для повышения производства без негативных последствий для качества томатов. Помимо этого, обработка NEC улучшила общее содержание каротиноидов и витамина Е за счет увеличения их основных компонентов — ликопина и α-токоферола соответственно. Так, концентрация каротиноидов и ликопина возросла на 18 и 52% по сравнению с контролем, витамина Е — на 33%. Общее содержание витамина С и аскорбиновой кислоты не изменилось под воздействием обработки.

Эффекты внесения

При анализе содержания воды и азота в листьях было замечено, что значительное увеличение количества последнего элемента произошло в результате обработки NEC, особенно на восьмой неделе. Наиболее яркие эффекты наблюдались при использовании биостимулятора в сочетании с обработкой NEC. Помимо этого, применение «Пептона» значительно помогло сохранить содержание хлорофилла a+b и общих каротиноидов выше, чем на контроле, и этот результат особенно сильно проявился на восьмой неделе. С другой стороны, обработка только NEC также способствовала поддержанию значимого уровня каротиноидов и соотношения хлорофилла a/b на восьмой неделе, однако показатели были не такими высокими, как при совместном применении с биостимулятором.

Такое дифференцированное поведение растений может быть обусловлено повышенной эндогенной концентрацией цитокининов. Хорошо известно, что их высокое содержание может оказывать антисенситивный эффект и способствовать поддержанию фотосинтетического аппарата в активном состоянии в течение более длительного времени. В данном случае это может стимулировать увеличение урожайности томатов, выращенных в теплице, при сочетании применения «Пептона» и грунтования с низким содержанием азота. Интересно отметить, что эффект, опосредованный цитокининами, не наблюдался на вариантах с реализацией только NEC, что указывало на различные механизмы действия при использовании биостимулятора. Только сочетание внесения низкого количества азота и «Пептона» вызвало аддитивный эффект на урожайность, повысило содержание цитокининов и поддержало уровень хлорофилла.

Удвоение производства

В результате проведенного испанскими специалистами исследования было установлено, что благодаря подкормке с низкой доступностью азота (NEC) удалось удвоить производство плодов за счет увеличения их количества, повысить уровень общих растворимых сахаров на 20%, содержание ликопина — на 90%, витамина Е — на 40%. Кроме того, обработка препаратом «Пептон» продемонстрировала тенденцию к улучшению общего производства томатов как на контрольных, так и на NEC-растениях, что указывало на аддитивный эффект подкормки с низким содержанием азота. Биостимулятор также поддерживал качество плодов с точки зрения накопления сахара, общей кислотности и уровня каротиноидов, витаминов С и Е. При этом улучшение производства, связанное с препаратом, по крайней мере частично было обусловлено увеличением накопления цитокинина и фотосинтетических пигментов в листьях, что могло способствовать вегетативной бодрости и, в конечном итоге, урожайности плодов. Следует отметить, что наблюдаемые результаты могли быть частично связаны с обрезкой, которая была осуществлена через семь недель после обработки, поэтому крайне важно провести исследования для раскрытия механизмов, лежащих в основе интерактивных эффектов подкормки с низким содержанием азота, применения биостимуляторов и обрезки. В целом обозначенный подход можно рекомендовать для реализации в условиях защищенного грунта.

Источник: https://agbz.ru