Реферат сучасні тенденції світового сільськогосподарського виробництва спрямовані на екологізацію технологій вирощування рослинної продукції. icon

Реферат сучасні тенденції світового сільськогосподарського виробництва спрямовані на екологізацію технологій вирощування рослинної продукції.


Схожі
План Історичні І сучасні процеси та проблеми в житті країни...
Робоча програма по курсу “Технологія виробництва продукції свинарства для студентів факультету...
«Розробка інноваційних біотехнологічних процесів виробництва ентомологічних препаратів для...
Реферат екологізація аграрного виробництва...
Рентабельність сільськогосподарського виробництва(за матеріалами інструментарію)...
Програми для загальноосвітніх навчальних закладів трудове навчання...
Загальна характеристика роботи актуальність теми...
1. Сучасний стан соціально-культурних проблем сільської молоді...
Реферат з інформаційних технологій...
План вступ Сутність І основні поняття світового господарства...
Основні тенденції: сучасні, культурні ситуації України...
План Клітинна теорія та сучасні уявлення про будову клітини. Розміри...



Загрузка...
ПРЕМІЯ ПРЕЗИДЕНТА УКРАЇНИ ДЛЯ МОЛОДИХ УЧЕНИХ

У 2010 РОЦІ


Київський національний університет імені Тараса Шевченка


Еколого-фізіологічне обґрунтування адаптивних стратегій рослин для ресурсозбереження та агровиробництва”


Косик Оксана Іванівна, кандидат біологічних наук, доцент кафедри фізіології та екології рослин біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка;


Ситар Оксана Володимирівна, кандидат біологічних наук, науковий співробітник НДЛ фізіологічних основ продуктивності рослин біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка;


Стороженко Володимир Олександрович, кандидат біологічних наук, молодший науковий співробітник НДЛ фізіологічних основ продуктивності рослин біологічного факультету Київського національного університету

імені Тараса Шевченка


РЕФЕРАТ


Сучасні тенденції світового сільськогосподарського виробництва спрямовані на екологізацію технологій вирощування рослинної продукції. Враховуючи нагальну необхідність переорієнтації сільського господарства нашої держави на стандарти Європейського ринку, ведеться всебічна розробка та впровадження в практику парадигми біологізації інтенсифікаційних процесів в рослинництві. Зацікавленість до формування екологічно збалансованих агроценозів та підвищення адаптивного потенціалу агрокультур в існуючих системах сільськогосподарського виробництва за останні роки значно зросла. У рамках глобальної теорії органічного землеробства, створювані агроекосистеми повинні бути не лише високопродуктивними, але й екологічно стійкими, володіти здатністю перепрограмовувати онтогенетичні процеси рослин відповідно до різких коливань погодних умов та дії антропогенних чинників для отримання екологічно чистої продукції. Системне дослідження реакцій-відповідей рослин в модифікованих умовах довкілля, тобто за умов зміни кліматичних чинників, трансформації з превалюванням деградаційних процесів ґрунтових та водних систем, забруднення їх різноманітними полютантами, свідчить про доцільність використання елементів мінерального живлення для оптимізації адаптивних стратегій агрокультур та забезпечення сталості їх продукційних параметрів. Тому метою даного циклу робіт було:

- встановити фізіологічні реакції та біохімічні маркери сільськогосподарських рослин у стресових умовах для обґрунтування ефективності використання елементів мінерального живлення;

- дослідити закономірності мінерального живлення рослин в умовах трансформованого середовища з подальшою планомірною розробкою та вдосконаленням новітніх технологій вирощування основних сільськогосподарських культур;

- з’ясувати адаптивні стратегії сільськогосподарських рослин у трансформованому середовищі;

- отримати екологічно чисту сільськогосподарську продукцію з мінімальними економічними затратами для потреб агропромислового комплексу та фармацевтичної галузі.

Робота проводилася в чотирьох напрямах, що взаємодоповнюють один одного – моніторинг стану забруднення навколишнього середовища основними полютантами, скринінг чутливих та стійких видів рослин в природних та штучних фітоценозах, аналіз фізіолого-біохімічних реакцій рослин у стресових умовах для вивчення механізмів регуляції процесів покращення їх адаптивної спроможності і отримання екологічно чистої сільськогосподарської продукції з мінімальними економічними затратами для потреб агропромислового комплексу та фармацевтичної галузі.

Поданий цикл робіт узагальнює результати багаторічних фундаментальних досліджень по комплексному вивченню адаптивних стратегій рослин різних екотипів в умовах трансформованого середовища для збереження біорізноманіття в природних і штучних екосистемах. Основною об’єднуючою ідеєю циклу робіт є поєднання сучасних діагностичних методів адаптаційних можливостей рослинних організмів до несприятливих факторів довкілля, дослідження закономірностей мінерального живлення рослин в умовах трансформованого середовища з подальшою планомірною розробкою та вдосконаленням новітніх технологій вирощування основних сільськогосподарських культур. З метою реалізації безвідходного агровиробництва нами розроблено технології отримання біологічно активних речовин з максимальним економічним ефектом.

Результати наших досліджень стали основою для експериментальної моделі та системи скринінгу при створенні та оцінці адаптивного потенціалу сортів пшениці до комплексної дії несприятливих чинників. Нами визначено адаптивні трансформації специфічних біохімічних маркерів генотипів пшениці в процесі онтогенезу за толерантністю до різких коливань погоди, зумовлених глобальними змінами клімату.

На основі проведеного моніторингу стану забруднення грунтово-повітряного простору України з’ясовано, що домінуючим полютантом антропогенного походження є свинець. Високий вміст свинцю в атмосфері характерний для північно-центральної частини України, де зареєстровані максимальні разові концентрації перевищували гранично допустимі концентрації (ГДК) в Житомирській та Сумській областях в 30 разів, в Київській та Чернігівській – в 22 та 20 разів відповідно. За коефіцієнтами факторних навантажень виявлено, що у ряді регіонів України забрудненість ґрунтів металами, в тому числі рухомими формами перевищує допустимі норми від 2 до 14 разів. Зокрема, вміст свинцю в ґрунтах північних сільськогосподарських областей: Житомирської, Сумської, Рівненської, Чернігівської та Київської перевищує ГДК у 3-9 разів. Аналогічна тенденція спостерігається для ґрунтів Київського Полісся, де концентрація металу більша за природний рівень втричі. Також встановлено зони засолення на основних сільськогосподарських територіях нашої держави. Понад 4 млн. га орних земель України припадає на солонці та солонцюваті ґрунти, кількість яких постійно збільшуються внаслідок неправильного землекористування.

Аналіз результатів власних експериментальних досліджень дозволив нам встановити, що першою універсальною реакцією-відповіддю рослин на дію стресорів різної природи є активація процесів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ), яка призводить до порушення антиоксидантного статусу клітини і перебудови метаболізму рослин як на рівні клітин, так і всього організму. При цьому порушується рівновага між швидкістю вільнорадикального окиснення і активністю антиоксидантних систем в бік накопичення активних кисневих метаболітів і пероксидних модифікацій макромолекул. Підвищений рівень активних кисневих метаболітів відіграє роль вторинних месенджерів, які беруть участь в трансдукції сигнальної інформації та експресії генів. Узагальнивши чисельні експериментальні дані ми встановили, що продукти ПОЛ можуть займати одну з ключових позицій у процесах сигнальної трансдукції і визначати можливість виживання клітини в стресових умовах. Тому, пропонуємо використовувати для оцінки інтенсивності ПОЛ рівень накопичення вторинного продукту, малонового діальдегіду (МДА), як одного із маркерів ранньої діагностики стресового стану рослин з метою визначення адаптаційного потенціалу сільськогосподарських рослин та з’ясування їх резистентності в умовах техногенного навантаження.

Ступінь прояву руйнівної дії активних кисневих метаболітів у тканинах залежить від потенційних можливостей організму мобілізувати фізіолого-біохімічні антиоксидантні системи. Для стійких рослин з високим адаптивним потенціалом характерне швидке відновлення організму після стресової ситуації, що зумовлюється активізацією захисних механізмів і супроводжується зниженням інтенсивності ПОЛ. Проведений нами скринінг сортів пшениці різних екотипів на толерантність до дії іонів важких металів та засолення показав, що основною спрямованістю змін у рослин стійких сортів є швидка стабілізація рівня ПОЛ і зростання активності систем антиоксидантного захисту. Таким чином, підбираючи стійкі рослини з високим адаптивним потенціалом на дію стресорів можна оптимізувати вирощування сільськогосподарських культур і використовувати їх для фітомоніторингу агроценозів та у фіторемедіаційних заходах.

Адаптація і стійкість рослин значною мірою залежать від функціонування їх фотосинтетичного апарату. У стресових умовах відбуваються структурно-функціональні перебудови фотосинтетичних мембран, пов’язані з особливостями складу та метаболізму ліпідних компонентів, що спрямовані на підтримання гомеостазу рослинного організму. Зміни ліпідних складових хлоропластних мембран виступають важливою ланкою у формуванні адаптивних реакцій, в результаті яких підвищується стійкість живої системи до зовнішніх впливів. Особливості трансформації ліпідних компонентів фотосинтетичних тканин різних сортів озимої пшениці, а також на різних рівнях організації асиміляційного апарату дозволило нам виокремити характерні реакції даних компонентів, що формують адаптивні стратегії рослин. Отримані нами дані по моделюванню дії важких металів на стан ліпідного комплексу свідчать, що чутливі сорти демонструють більш значні зміни у ліпідному складі фотосинтетичних тканин порівняно з стійкими. Ця реакція відзначена нами на сортовому рівні і підкреслює її генетичну детермінованість. Разом з тим на рівні мембранних структур ми спостерігали деякі відмінності у зміні ліпідних компонентів, що зумовлено як різним складом мембран хлоропластів, так і їх функціональними властивостями. Антропогенні чинники викликають перерозподіл мембранних ліпідів, що віддзеркалює зусилля організму створити оптимальну плинність ліпідного шару, спрямовану на стабілізацію метаболічних процесів у стресових умовах і формує гомеоплинний механізм адаптації.

Виявлені нами трансформації компонентного складу ліпідів хлоропластів запобігають змінам фізичних властивостей мембран, підтримуючи рівновагу у конформаційних перебудовах макромолекул. Важливість цієї адаптації на перебіг процесів фотосинтезу полягає у просторовій розмежованості фотосистеми І (ФС І) і фотосистеми ІІ (ФС ІІ) тилакоїдів хлоропластів. Зниження плинності мембран під час стресу у чутливих рослин сортів пшениці може перешкоджати латеральній дифузії світлозбирального комплексу між двома фотосистемами та функціонуванню їх мобільних переносників пластохінону і пластоціаніну в результаті чого зменшується фотосинтетична активність і, як наслідок, знижується продуктивність рослин.

Проведені в цьому напрямку дослідження свідчать про особливості змін одного з представників класу гліколіпідів - сульфохіновозилдіацилгліцеролу (СХДГ), як компоненту тилакоїдних мембран хлоропластів, що відіграє специфічну роль у їх структурній організації. СХДГ сприяє підтриманню загального гомеостазу ліпідної складової та білкових структур тилакоїдних мембран для виконання ними фотосинтетичних функцій у трансформованих умовах довкілля. Нами з’ясовано, що в стресових умовах індукція ранньої адаптивної реакції проявляється на рівні синтезу унікального рослинного сірковмісного ліпіду – маркера фотосинтетичних мембран – сульфоліпіду. При цьому стійкі сорти характеризуються підвищеним вмістом цього ліпіду, який забезпечує оптимальні умови для функціонування хлоропластів, визначаючи орієнтацію молекул хлорофілу у мембрані, регулюючи активність факторів спряження СFo-СF1 АТФ-синтазного комплексу мембран тилакоїдів та оптимізуючи роботу реакційних центрів обох фотосистем. Ми констатуємо, що сульфоліпід можна використовувати як біохімічний маркер адаптаційної реакції рослин на стрес, викликаний комплексною дією різних несприятливих чинників довкілля.

Вперше нами виявлено адаптивні трансформації специфічних біохімічних маркерів для різних генотипів пшениці в процесі онтогенезу за толерантністю до різких коливань погоди, зумовлених глобальними змінами клімату. Зокрема результати наших досліджень послужили основою для експериментальної моделі та системи скринінгу при створенні та оцінці адаптивного потенціалу сортів пшениці: Авангард, Тітона, Тронка, Шестипалівка, Скала, Одеська 267. Наукова розробка була успішно впроваджена у приватному сільськогосподарському селекційно-дослідному підприємстві «БОР» у Одеській області.

Для доповнення існуючих уявлень про формування механізмів адаптації рослин до комбінованого впливу стресових чинників вперше визначена роль елементів мінерального живлення у функціонуванні захисних систем. Нами встановлені регуляторні властивості сірки в адаптивних процесах рослин за умов забруднення агроценозів важкими металами, що є важливим елементом сучасних технологій вирощування сільськогосподарських культур. Сірка будучи складовим елементом металопротекторів (глутатіон, фітохелатини) може виступати у якості фактора підвищення адаптаційної спроможності рослин до дії важких металів. Вперше встановлено, що при підживленні сіркою відбувається трансформація сірковмісних сполук, що активують системи захисту клітини до дії іонів важких металів та підвищують здатність рослин адаптуватися до даного антропогенного забруднення. Зокрема, вперше проведено комплексне вивчення впливу підживлення сіркою на продукційні параметри сої. Показано можливість спрямованого впливу на білковий метаболізм та забезпечення нормального функціонування рослин сої в змінених умовах довкілля і, як результат, підвищення врожайності сої в середньому на 20%. Крім того застосування сірчаних добрив покращує якісні показники білкового складу сої, підвищуючи її харчову цінність як основного рослинного дієтичного продукту, що містить сірковмісні незамінні амінокислоти – цистеїн, цистин та метіонін.

Нами запропоновано технологію покращення кількісних та якісних продуктивних параметрів сої, що відрізняється від інших оригінальністю використання сірчаних добрив для детоксикації іонів важких металів в насінні сої та відновлення ремедіаційних процесів у агроценозах. Використовуючи в якості сірчаних добрив амоній сірчанокислий з розрахунку 50 кг/га (вартість 1 кг ~ 5 грн.) можна отримати надбавку врожаю на 8,8 ц/га. Враховуючи витрати на добрива з 1 га сої можна отримувати 2164 грн. прибутку при закупівельній ціні на внутрішньому ринку зерна сої - 3 тис.грн.

Для сталості біологічних процесів в агроценозах поряд з дослідженням ролі сірчаних добрив було з’ясовано екофізіологічний аспект технологій застосування препарату ризогуміну та різних доз азотних добрив (як окремо, так і в комплексі із бактеризацією насіння) при вирощуванні сої. Вперше встановлено, що застосування передпосівної обробки насіння сої мікробіологічним препаратом ризогумін є ефективним при використанні дослідної дози азотних добрив (30 кг/га). Окреме та сумісне застосування азотних добрив із мікробіологічним препаратом ризогуміном впливає на якісний і кількісний склад запасних білків насіння сої за електрофоретичними спектрами, а саме зміні насиченості білкових фракцій та появі нових. Отже, з екофізіологічної точки зору, раціонально збалансоване використання біопрепаратів окремо та в комплексі з іншими агротехнічними заходами може дозволити істотно знизити хімічне навантаження на екосистеми та значно поліпшити якість сільськогосподарської продукції.

Особлива роль у адаптаційних процесах належить біологічно активним сполукам фенольної природи, які виконують роль антиоксидантів. Зокрема, встановлено, що вміст антоціанів корелює з активністю основних антиоксидантних ферментів і може бути маркером стресового стану рослин. Cполуки флавоноїдної природи, такі як рутин та кверцетин активно використовуються в харчовій та фармацевтичних галузях як засоби профілактики розвитку онкозахворювань. При вивченні ролі фенольних сполук на дію несприятливих факторів довкілля було винайдено оригінальний метод отримання рутину з відходів переробки гречки, який є економічно ефективним, екологічно нешкідливим порівняно з існуючими аналогами. Технологія була розроблена за авторським свідоцтвом «Розроблення новітньої технології отримання рутину (вітаміну Р) з вегетативної маси гречки» у творчій співдружності з СТОВ «Благовість» Міністерства аграрної політики України була і впроваджена нами з квітня 2008 року по жовтень 2009 року. Запропонована нами технологія мінімізує шкідливість виходу суміжних продуктів переробки – екстрагувальна рідина придатна для підживлення сільськогосподарських культур, що забезпечує можливість застосування безвідходного виробництва. З урахуванням площ, відведених у господарстві під гречку – 140га, економічна ефективність технології складатиме 672 000 грн. Реальна економічна ефективність від переробленої у 2008 році вегетативної маси гречки за розробленою технологією склала 4800*70 га – 336 000 грн.

Нами ведуться подальші розробки з удосконалення експресс-методів визначення вмісту сполук фенольної природи: антоціанів, рутину та флавоноїдів.

Такий комплексний цикл досліджень виконаний вперше і є пріоритетним не тільки для нашої країни, а й для світової науки в цілому. Наші наукові досягнення та практичні розробки в повному обсязі репрезентують 100 наукових праць, в тому числі монографія, навчальний посібник із грифом Міністерства освіти і науки України, навчальний посібник та 2 методичні рекомендації, авторське свідоцтво, 31 наукова стаття (3 статті з індексом цитування 0,165) та 62 тез (з них 39 на Міжнародних форумах).

Основні наукові розробки та положення циклу робіт внесені до навчальних планів біологічних і сільськогосподарських спеціальностей вищих учбових закладів та використовуються при читанні загальних та спеціальних курсів – “Фізіологія рослин”, “Фотосинтез”, “Фізіологія стійкості рослин”, “Адаптаційний синдром рослин”, “Екофізіологія рослин та здоров’я”; у наукових програмах, пов’язаних з вирішенням проблеми стійкості рослин за умов дії несприятливих факторів довкілля.


Косик О.І.


Ситар О.В.


Стороженко В.О.




Скачати 112.69 Kb.
залишити коментар
Дата конвертації23.10.2013
Розмір112.69 Kb.
ТипРеферат, Освітні матеріали
Додати документ в свій блог або на сайт

Ваша оцінка цього документа буде першою.
Ваша оцінка:
Додайте кнопку на своєму сайті:
uadocs.exdat.com

Загрузка...
База даних захищена авторським правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
звернутися до адміністрації
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Поняття

опублікувати
Загрузка...
Документи

Рейтинг@Mail.ru
наверх