Биология и филиология продукционных процессов у растения огурца

Рисунок 2.9 - Плоды партенокарпического гибрида огурца,  сорт «Кадриль»

 

Сорт «Капучино». Партенокарпический гибрид, среднеспелый. Вступает в плодоношение через 41-44 дня после появления всходов. Растения сильнорослые, средневетвящиеся, женского типа цветения. Узел несет в себе 4-7 завязей.  Плоды цилиндрические, длиной 10-12 см, темно-зеленые с небольшой крапчатостью (рисунок 2.10). Опушение сложное, бугорки среднего размера, расположены часто, светло-коричневого цвета. [20]

Рисунок 2.10 - Плоды партенокарпического гибрида огурца,  сорт «Капучино»

 

2. ФИЛИОЛОГИЯ ПРОДУКЦИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ У  ОГУРЦОВ

 

3.1 Световой режим

 

Огурец – культура светолюбивая, растение короткого дня. Большая вегетативная масса и мало плодов образуется при продолжительном дне [21].

На скорость развития растений огурца влияет интенсивность света. Для огурца минимальная интенсивность освещенности – 200 люкс. Недостаток солнечного освещения снижает ассимиляцию и задерживает цветение на 1-2 недели. При недостатке света в плодах накапливается меньше сахаров и других питательных веществ. В период плодоношения минимальная освещенность должна быть 8000 люкс., средняя сумма ФАР при посадке 15-18, в начале плодоношения 30-32 кал/см² [21]. Свет высокой интенсивности вызывает ускорение цветения; повышает урожайность и качество продукции. По качественным характеристикам освещения, коротковолновые сине-фиолетовые лучи в солнечном свете ускоряют развитие растений короткого дня, способствуют лучшему цветению, образованию большого количества женских цветков и получению высокого раннего урожая плодов. На открытых, хорошо освещенных грунтах культура огурца дает хороший урожай (рисунок 3.1). Огурец наиболее теневынослив по сравнению с томатом и перцем, поэтому ему иногда полезно небольшое затенение. Искусственное освещение применяют лишь при выращивании рассады огурцов.

Рисунок 3.1 – Выращивание  огурцов на сетке в условиях открытого  грунта и естественного освещения.

3.2 Тепловой режим. 

Огурцы по своему происхождению  относятся к тропическим видам  растений. Поэтому  оптимальная температура почвы, необходимая для прорастания семян огурца, составляет +15-18 °С. Закаленные, наклюнувшиеся семена огурцов могут прорастать при температуре +10 +13 °С, при более низкой температуре они загнивают. Оптимальная температура для роста и развития огурца +20-25 °С.При повышении температуры до +25 ⁰С прорастание семян ускоряется, и всходы появляются на пятые-шестые сутки после посева, а при +17…+20 ⁰С – на десятые. После появления всходов, во избежание их вытягивания, температуру снижают до 16-17 ⁰С. При снижении температуры ниже +10 ⁰С всходы прекращают расти, желтеют и загнивают, а понижение температуры воздуха до +3…+4 ⁰С в течение трех-четырех суток обычно вызывает гибель растений. Огурец наиболее чувствителен к температурному режиму в период формирования репродуктивных органов. Снижение температуры ниже +16 °С и повышение выше +25 °С в период цветения угнетающе действует на рост пыльцевых трубок – пыльца становится стерильной. Плоды огурца растут главным образом ночью, когда происходит распад органических веществ и отток его продуктов в плоды. Наиболее интенсивно наливаются зеленцы при температуре +20-25 °С днем и +18-20 °С ночью, при более низких температурах плодоношение приостанавливается. Биологически активной для огурца считается температура выше +10 °С. Сумма тепла, необходимая для наступления его технической спелости, составляет 800-1080 °С [22]. Колебание температур, в особенности высокая температура без долгого увлажнения почвы неблагоприятно сказываются на росте и развитии огурца. Если температура понижается ниже отметки 20 °С культура огурца утрачивает способность должным образом усваивать питательные вещества. Наиболее благоприятна для огурца выровненная среднесуточная температура воздуха, незначительные суточные колебания температуры, медленное понижение ее в конце вегетации [23]

Многочисленные исследования культуры огурца показали, что наиболее балгоприятная  температура почвы для выращивания огурцов находится в пределах в пределах 24-26 ⁰С. Эффективным способом борьбы с перегревами – периодическое кратковременное дождевание растений (1-2 минут) через каждые 1,5-2 часа, которые снижают температуру воздуха на 2-4 °С, способствуют уменьшению водного дефицита листьев. Также применяют забеливание кровли суспензией мела [24]. Различные сорта огурцов не одинаково реагируют на понижение температуры. Крупноплодные европейские сорта более требовательны к теплу, чем мелкоплодные огурцы.

3.3 Водный режим.

Огурец - одна из наиболее влаголюбивых овощных культур. Плоды его содержат до 96% воды. Повышенная требовательность огурцов к влажности почвы  и воздуха объясняется, с одной  стороны, слабо развитыми, неглубоко  расположенными корнями, большой испаряющей листовой поверхностью, а с другой – коротким вегетационным периодом, в течение которого растения должны сформировать урожай [23]. Bзбыточная влажность почвы в сочетании с пониженной температурой приводит к отмиранию корневой системы. Оптимальная влажность почвы для огурца – 75-85% НВ, а относительная влажность воздуха – 70-80%. Более высокая влажность почвы нужна растениям в первый период вегетации – до цветения. Наибольшее количество воды растение расходует в период интенсивного плодоношения [22]

Многолетними исследованиями академика  А.С. Болотских [23] установлено, что растения хорошо растут и продуктивно развиваются при влажности в корнеобитаемом слое почвы не ниже 80% от наименьшей влагоемкости в течение всего вегетационного периода.

Критические периоды во влагообеспеченности  огурца наступают при прорастании  семян, появлении всходов, образовании  двух-трех листьев и плодоношении. Размещение основных корней в быстро просыхающем верхнем слое почвы (до 30 см), высокая требовательность огурца к влажности воздуха и почвы требуют частых поливов, особенно в период формирования плодов и плодоношения растений.

Освежительные поливы, проводимые в  наиболее жаркие и засушливые дни, в  период плодоношения огурца способствует повышению относительной влажности воздуха на 10-18% и снижению температуры воздуха на 3-5⁰С (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Бороздки для полива огурцов 

 

Содержание воды в листьях в  зависимости от фазы развития составляет 81-90% сырой массы, а без орошения соответственно 79-87%. Наибольший расход воды наблюдается в полуденные часы, наименьший - в утренние часы.

В теплицах огурцы хорошо растут и развиваются только при  высокой влажности воздуха и  почвы. В солнечную погоду влажность  воздуха в теплицах должна быть в  пределах 85-95%. Зимой и осенью в пасмурные дни влажность снижают до 70%. Увеличение влажности воздуха в теплицах достигается путем опрыскивания растений водой, а также опрыскивания отопительной системы, почвы, стен и стекол теплиц, поливом дорожек. Для этой цели используют распылители различных конструкций, лейки, шланги. Понижают влажность проветриванием. В солнечные дни растения опрыскивают два раза, а в особо жаркие - до трех раз. В холодную и пасмурную погоду избегают опрыскивать растения, так как это может привести к заболеваниям. В неблагоприятную погоду растения поливают только в середине дня, к вечеру они должны обсохнуть. Влажность почвы не должна быть избыточной, поэтому надо делать хороший дренаж.

3.4 Пищевой режим 

Растения культуры огурца наиболее требовательны пищевому режиму [25,26]. Недостаток азота ослабляет растения, избыток приводит к бесплодию растений огурца. Фосфор ускоряет рост плодов, улучшает их качество, повышает содержание сахаров, витаминов и других веществ в плодах. При его недостатке замедляется рост растений и плодов. Особую роль в развитии огурцов играет калий. При недостатке калия в почве верхушки завязей желтеют и осыпаются. Огурцы требуют невысокой концентрации почвенного раствора, поэтому система питания должна быть из дробного внесения удобрений – основное удобрение и жидкие подкормки [27]. От начала цветения до образования завязей в растение поступает до 20% питательных веществ, а основная часть (70%) расходуется в период плодоношения. Питание дифференцируют по фазам роста и развития растений. Важнейшими элементами питания являются макроэлементы (N, Р, К, Са, Mg) и микроэлементы (В, Мn, Сu, Zn, Mo и др.). (таблица 3.1).

Микроэлементы готовят  в маточном, то есть концентрированном, растворе из расчета на 10 л воды: борной кислоты-28,6 г, сернокислого марганца-18 г, сернокислого цинка-2 г, сернокислой  меди-0,8 г. Отдельно готовят раствор  лимоннокислого железа из расчета 15-17 г на 10 л воды. Огурец хорошо растет на окультуренных, богатых гумусом легких и средних суглинках с высоким содержанием питательных веществ в легко усвояемой форме.

 

 

 

Таблица 3.1 – Важнейшие макроэлементы питания культуры огурца

№ п/п	Наименование микроэлемента	Влияние на культуру огурца
1	Азот (N)	При недостатке в почве усвояемого азота растения плохо растут, листья становятся бледно-зелеными, затем  желтеют. Цветки крупные, плоды укороченные, светло-зеленые заостренные. Изменение  количества азота, особенно при недостатке фосфора, вызывает усиленный рост вегетативных органов, цветение и плодоношение задерживается.
2	Фосфор (Р)	Большое значение в начальный период развития имеет фосфор. Он входит в  состав сложных белков, участвует  в построении клеток, ускоряет плодоношение. Недостаток его сдерживает поступление азота в корневую систему. Длительное фосфорное голодание ослабляет растение, листья становятся мелкими, поврежденные листья увядают.
3	Калий (К)	Больше всего огурец выносит  из почвы калия, который легко усваивается, регулирует обмен веществ в растении, повышает устойчивость к болезням, холодостойкость, увеличивает содержание сухого вещества, сахаров, улучшает вкус плодов. При недостатке калия на краях листьев появляется бледно-желтая кайма.
4	Кальций (Са)	Стимулирует рост корней, особенно корневых волосков, улучшает структуру почвы, снижает кислотность. При недостатке его по краям и между жилками  листьев наблюдаются белые пятна, в дальнейшем только главные жилки  остаются зелеными.
5	Магний	Играет важную роль во многих жизненных  процессах растений. При его недостатке на старых листьях между прожилками появляются желтые пятна (хлороз). При  избытке магния листья становятся более  темными, иногда скручиваются.

Кроме основных элементов питания применяют также микроэлементы: бор, марганец, цинк, молибден и др.

Наиболее благоприятное количество гумуса в почвах для огурца 3-4%. Огурец не выносит высокой (более 1%) концентрации почвенного раствора и кислых засоленных почв. Оптимальная концентрация минеральных солей в почве: для проростков 0,034%, для взрослых растений 0,05%. Огурец не выносит холодных почв, которые задерживают рост корней, потребление воды и питательных элементов. Огурец принято считать растением с малым выносом питательных веществ.

3.5 Воздушно-газовый режим. 

 

Большое влияние на активность фотосинтеза огурца оказывает уровень  снабжения листьев углекислым газом. Огуречное растение из воздуха получает углекислый газ и кислород. Содержание углекислого газа в воздухе очень  мало – 0,03%, а огурец наиболее продуктивно развивается, если в приземном слое содержится не менее 0,3-0,5% углекислоты. Увеличение содержания углекислоты в воздухе теплиц значительно повышает урожай огурцов. Самый большой и лучшего качества урожай можно получить при содержании в воздухе углекислоты 0,50-0,74%.. Оптимальная концентрация углекислого газа в воздухе для огурца составляет 0,3-0,6%. Процесс фотосинтеза при такой концентрации протекает более интенсивно. Содержание СО₂ в воздухе грунта более 1% вызывает отравление растений. Воздействие на растения огурца углекислого газа способствует обильному образованию женских цветков, повышению урожайности. Воздух обогащается углекислым газом в процессе разложения органического вещества почвенными микроорганизмами. Поэтому огурец отзывчив на внесение свежего навоза. В связи с этим внесение органических удобрений под огурец не только улучшает физико-химическое состояние почвы и пополняет запасы питательных элементов в ней, но и является источником углекислоты. Оптимальное соотношение жидкой, твердой и газообразных фаз почвы для растений огурца должно быть 1:2:3 [22]. 

 

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

 

4.1 Задачи и актуальность исследования (опыта № 1)

 

В нашей работе мы рассмотрели  выращивание овощных и декоративных культур по технологии «DIF» и технологии «DROP» [2,3], используя научные данные Института биологии Карельского научного центра РАН [9]. Технология «DIF» основана на использовании дневных и ночных температур [6]. Растения количественно реагируют на величину и знак температурного градиента – чем больше величина отрицательного градиента, тем больше ингибируется рост стебля. Современная технология «DROP», основана на кратковременном снижении температур в суточном цикле [8], что также позволяет управлять габитусом растений^*1. Использование технологии  кратковременных снижений температуры весьма актуально для выращивания растений защищенного грунта.

Целью настоящей работы, было изучить влияние ежесуточных  кратковременных снижений температуры  на формирование габитуса растений огурца на ранних этапах онтогенеза у условиях разных фотопериодов.

4.2 Методика проведения опыта № 1

Семена  огурца (Cucucmis sativus L., сорт Зозуля) (рисунок 4.1) проращивают в чашках Петри при 28⁰С на протяжение двух суток, затем высаживают в вазоны с песком и переносят в камеры

 

Рисунок 4.1 – Семена огурца (Cucucmis sativus L., сорт Зозуля)

 

искусственного климата ВКШ-73.Опыты  проводят при разных фотопериодах с выдерживанием одинакового суточного светового интеграла. Интенсивность света (лампы ДРЛ-400) составляет 150, 100, 75 и 50 Вт/м² при фотопериодах 8/16, 12/12, 16/8 и 24/0 ч соответственно. Относительная влажность воздуха должна быть 60-70 %. До начала низкотемпературных обработок растения выращивают при оптимальных условиях (2 суток при 30⁰С и 2 суток при 23 ⁰С) [1]. По достижении фазы полностью раскрытых семядолей растения контрольного варианта оставляют при 20⁰С, опытные растения подвергают в течении 6 суток ежесуточным снижениям температуры на 2 и 6 ч (таблица 4.1, варианты ДРОП_2, ДРОП_6) в конце ночного периода или до завершения 24-ч цикла при круглосуточном освещении. Снижение температуры до 120С проводят с 22⁰С в варианте ДРОП_2 и с 25⁰С – в варианте ДРОП_6. По окончанию температурных обработок определяют линейные размеры, высоту растения и длину черешка первого настоящего листа. Повторность опыта в пределах варианта – десятикратная, каждый опыт проводят 2 раза. Результаты опыта заносят в таблицу.

4.3 Результаты исследования опыта № 1

Таким образом результаты опыта  показали, что кратковременные снижения температуры уменьшили высоту растений огурца только в условиях нейтрального фотопериода (табл. 4.1 – представлены средние значения). Другие исследования в фотопериодах такого морфогенетического эффекта не показывают (табл.1)

Можно предположить, что  отсутствие морфогенетического эффекта  по высоте растения может быть связано с тем, что гипокотиль^*2,

^{*1 - Габитус растений - внешний вид надземной части растения.}

^{*2 – Гипокотиль - корневая часть оси зародыша (часть стебелька, располагающаяся ниже семядолей)}

определяющий высоту растений на изученном  этапе онтогенеза, сформировался полностью до начала низкотемпературных обработок.

Таблица 4.1 – Влияние ежесуточных кратковременных снижений температуры (на 2 и 6ч) на высоту растений огурца (см) на ранних этапах онтогенеза в условиях разных фотопериодов

Вариант опыта	Продолжительность фотопериода, ч
	8/16	12/12	16/8	24/0
Контроль	8,7	6,5	5,4	3,2
ДРОП_2	7,9	5,6	5,4	3,4
ДРОП_6	9,3	5,3	5,3	3,6