Spectral composition of radiation as the control factor for habitat and yield of wheat
No Thumbnail Available
Date
2011
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy w Puławach
Abstract
Description
The aim of the conducted experiment was to determine the effects of differential spectral composition of radiation on development, growth habit, and yield of cereal. An experiment was conducted under laboratory conditions with artificial sources of radiation and natural conditions (sunlight radiation). The laboratory experiment was carried out with spring wheat, while in the natural condition with winter wheat. Under natural radiation, all the factors affecting plant competition were eliminated. The only distinct differentiating factor was the composition of the individual objects reflected spectral radiation, reaching the plant, which depend on the type of ground, from which followed the reflection of solar radiation. The main factor differentiating the composition of
spectral radiation reflected was the amount of far red, which comes from reflections from the green grass tissues. Low mowed green grass was used as a guide for cereal presence of other plants nearby (competing). Under natural conditions of solar radiation, the spectral relationship in cereals has been studied depending on sowing density, species, variety, level of measurement. Under the strictly controlled conditions (laboratory), the reaction of cereals to different spectral composition of radiation was studied, especially in the far red and red. In the carried out experiment, large variations in the cereals response to changing radiation conditions was observed. The volume ratio of FR/R had an impact on the growth and habit, yield components, and plant’s physiological processes. The development of spring wheat grown under conditions of irradiation with a high ratio FR/R, and winter wheat grown in natural radiation near the premises of the grass was grown much faster in comparison to plants grown under conditions of low-ratio FR/R and the plant away from the grass. The phase of development of plants grown in places with a black fallow, beyond which grass had grown, progress faster if the distance to the grass was closer. This affected the growth rate, the process of promulgate, heading and flowering. The effects on the impact of spectral composition of radiation on the development and course of various phases of development were also determined by genetic traits of individual species and varieties of cereals. The habit of the spring cereals grown in the growth chambers and the growth of cereals grown under natural irradiation conditions was dependent on the spectral composition of radiation. Plants of spring wheat grown under controlled conditions with increased participation
of FR radiation produced much longer internodes compared to plants treated with a small amount of FR radiation. Winter wheat grown under natural conditions in the surrounding grass also produced longer internodes, and the plants grown in a facility with a black
fallow, and the growth chambers with a lower ratio FR/R had the shortest internodes. The height of spring wheat grown in growth chambers and wheat, grown under conditions of high natural radiation ratio FR/R was higher compared to plants grown under conditions of low-radiation ratio FR/R. Spring wheat grown under controlled conditions and winter wheat grown under natural conditions, receiving reflected radiation with a low ratio FR/R produced more shoots than plants grown under conditions with high radiation ratio FR/R. The ratio increase of red and far red radiation in the chambers used in the growth and radiation reflected from the ground caused in plant, a decline in the number and weight of grains, grain weight relative to the weight of straw, straw and total weight of the plants and the increase in 1000 grain weight (only at plants of growing at growth chamber). There were no differences in the number of grains and 1000 grain weight of winter wheat grown in different places with different composition of the radiation reflected from the substrate. Not found the differences in individual shoots of plants growing under natural conditions of radiation and shoots of four internode of plants growing in growth chambers. While the observed increase of grain weight, 1000 grain weight, straw weight, and grain weight relative to the weight of straw in shoots of five internode plants growing at growth chamber. The architecture of the plant canopy was shaped by light signals from the environment. Part of the environment is the solar radiation and its spectral composition differed among others in the far red and red – shaping the morphology of plants: plant height, internodes length, and amount of branches (promotion in monocotyledons). Depending on the radiation, spectral composition had occurred also with significant changes in the yield, the quantity of grain, straw and grain weight. Distance effects coming from far red reflections from the ground surface (grass) in natural radiation was about 30–50 cm. Wheat clearly responded to the FR coming from the reflection from the distant grass accelerated of development, the impact of FR in habit and yield of plants was less. Various conditions of radiation had affected the physiological processes in the studied cereals. Wheat grown in a high radiation ratio FR/R were characterised with a lower net photosynthesis, lower stoma abundance and guidance of water, the lower content of chlorophyll in the leaves, the intracellular concentration of CO2 and a lower water efficiency rate in comparison to plants grown in a low ratio of these bands of radiation. The slowing of physiological processes and a reduction in certain parts of plants has been targeted at the expected competition, and the whole effort of the operation of the plant was aimed to survive the adverse conditions of radiation with minimal consumption of energy and water. The radiation transmission in cereals was carried. In terms of long-term differences were greater than the short-wave part. Observed variations in solar radiation transmission depended on the variety and sowing density. The lowest transmission of radiation in all varieties of wheat was found at the highest sowing density. The highest ratio of FR/R in the radiation transmission by the fields of grains found in the lower parts, and its value decreased with the increasing height of measurement. A differentiating factor for the development, growth habit, and yield of plants under natural and artificial conditions was the spectral composition of radiation. Plants acquire the necessary information about the environment through photoreceptors reacting to changes of FR/R ratio. The high ratio of FR/R in radiation receiving by the plant was an indicator of the existence of competition. It was found that the correlation of FR/R increase with the proximity of neighbouring plants. Studies have shown that the yield-limiting factor, shaping the habit and causing the acceleration of plant development was a far red, which comes from the transmission and reflection from neighbouring green tissues of plants, acting on the role of information, allowing the matching of their existence to the actual or expected competition. The observed differences in development, the size and yield of cereals, has shown that under conditions of high radiation ratio FR/R plants have adapted to the expected competitive
conditions, demonstrating the adaptive response to shade conditions.
Przeprowadzono doświadczenia, których celem było określenie wpływu zróżnicowanego składu spektralnego promieniowania na rozwój, pokrój i plonowanie pszenicy. Doświadczenia przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych ze sztucznymi źródłami promieniowania oraz w warunkach polowych z naturalnym promieniowaniem słonecznym. W warunkach naturalnego promieniowania wyeliminowano wszystkie czynniki wpływające na konkurencję roślin. Jedynym odmiennym czynnikiem różnicującym poszczególne obiekty był skład spektralny promieniowania odbitego docierającego do roślin uzależniony od rodzaju podłoża, od którego następowało odbicie promieniowania słonecznego. Głównym czynnikiem różnicującym skład spektralny promieniowania odbitego była ilość dalekiej czerwieni pochodząca z odbicia od zielonych tkanek trawy. Nisko koszona zielona trawa była użyta jako informator o obecności innych roślin sąsiednich (konkurencyjnych). W naturalnych warunkach promieniowania słonecznego badano stosunki spektralne promieniowania w łanach zbóż w zależności od gęstości siewu, odmiany, poziomu wysokości pomiaru. W warunkach ściśle kontrolowanych (laboratoryjnych) badano reakcję pszenicy na odmienny skład spektralny promieniowania, zwłaszcza w zakresie dalekiej czerwieni i czerwieni. W przeprowadzonych doświadczeniach obserwowano duże zróżnicowanie reakcji pszenicy na zmienne warunki promieniowania. Wielkość stosunku DC/C miała wpływ na wzrost i pokrój, elementy plonowania i procesy fizjologiczne roślin. Rozwój pszenicy rosnącej w warunkach napromienienia o wysokim stosunku DC/C w warunkach laboratoryjnych oraz rosnącej w warunkach naturalnego promieniowania w obiektach z blisko rosnącą trawą był zdecydowanie szybszy w porównaniu do roślin rosnących w warunkach niskiego stosunku DC/C i roślin znacznie oddalonych od trawy. Fazy rozwojowe roślin rosnących w obiektach z czarnym ugorem, poza którymi rosła trawa, przebiegały tym szybciej, im bliższa była odległość od trawy rosnącej poza kołami. Dotyczyło to tempa wzrostu, procesu krzewienia, kłoszenia i kwitnienia. Efekty wpływu składu spektralnego promieniowania na rozwój i przebieg poszczególnych faz rozwojowych determinowane były również cechami genetycznymi poszczególnych gatunków i odmian. Pokrój zbóż jarych rosnących w komorach wzrostowych i zbóż rosnących w warunkach naturalnego napromienienia był uzależniony od składu spektralnego promieniowania. Rośliny rosnące w kontrolowanych warunkach promieniowania o zwiększonym udziale DC wytworzyły zdecydowanie dłuższe międzywęźla w porównaniu do roślin traktowanych promieniowaniem o małej ilości DC. Pszenica ozima rosnąca w warunkach naturalnych w otoczeniu trawy również wytworzyła najdłuższe międzywęźla, zaś rośliny rosnące w obiekcie z czarnym ugorem oraz w komorach o niższym stosunku DC/C miały najkrótsze międzywęźla. Wysokość roślin pszenicy jarej rosnącej w komorach wzrostowych oraz pszenicy rosnącej w warunkach naturalnego promieniowania o wysokim stosunku DC/C była większa w porównaniu do roślin rosnących w warunkach promieniowania o niskim stosunku DC/C. Pszenica jara rosnąca w warunkach kontrolowanych oraz ozima rosnąca w warunkach naturalnych, otrzymująca promieniowanie odbite o niskim stosunku DC/C, wytworzyły więcej pędów niż rośliny rosnące w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C. Wzrost stosunku DC/C w promieniowaniu wykorzystanym w komorach wzrostowych oraz w promieniowaniu odbitym od gruntu powodował u roślin spadek liczby i masy ziaren, stosunku masy ziarna do masy słomy, całkowitej masy słomy i rośliny oraz wzrost masy 1000 ziaren (tylko roślin rosnących w komorach wzrostowych). Nie stwierdzono różnic w liczbie ziaren i masie 1000 ziaren pszenicy ozimej rosnącej w obiektach różniących się odmiennym składem promieniowania odbitego od podłoża. Nie stwierdzono tych różnic u pojedynczych pędów roślin rosnących w naturalnych warunkach promieniowania oraz u pędów o czterech międzywęźlach roślin rosnących w komorach wzrostowych. Natomiast stwierdzono wzrost masy ziarna, masy 1000 ziaren, masy słomy, pędu oraz stosunku masy ziarna do masy słomy u pędów o pięciu międzywęźlach roślin rosnących w komorach wzrostowych. Pokrój rośliny i architektura łanu są kształtowane przez sygnały świetlne pochodzące od środowiska. Elementem środowiska jest promieniowanie słoneczne oraz jego skład spektralny różniący się m.in. w zakresie dalekiej czerwieni i czerwieni – kształtujący morfologię roślin: wysokość roślin, długość międzywęźli, stopień rozgałęzień (krzewienie u jednoliściennych). W zależności od składu spektralnego promieniowania występowały również znaczne zmiany w plonie, liczbie ziaren, masie słomy i ziarna roślin. Odległość oddziaływania dalekiej czerwieni pochodzącej z odbicia od powierzchni gruntu (trawy) w warunkach naturalnego promieniowania wynosiła 30–50 cm. Pszenica wyraźniej reagowała na DC pochodzącą z odbicia od odległej trawy przyśpieszonym tempem rozwoju, wpływ DC na kształtowanie pokroju i plon roślin był mniejszy. Zróżnicowane warunki promieniowania miały wpływ na procesy fizjologiczne badanych roślin zbożowych. Pszenica rosnąca w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C charakteryzowała się niższą intensywnością fotosyntezy netto, niższą liczebnością aparatów szparkowych i przewodnictwem wody, zawartością chlorofilu w liściach, wewnątrzkomórkowym stężeniem CO2 oraz niższym wskaźnikiem efektywności wody w porównaniu do roślin rosnących w warunkach o niskim stosunku tych zakresów promieniowania. Spowolnienie procesów fizjologicznych oraz redukcja niektórych części roślin były nakierowane na spodziewaną konkurencję, a cały wysiłek związany z funkcjonowaniem rośliny skierowany był na przeżycie niekorzystnych warunków promieniowania z minimalnym zużyciem energii i wody. Przeprowadzono badania transmisji promieniowania w łanach zbóż. W zakresie długofalowym różnice w transmisji były większe niż w krótkofalowym. Obserwowano zróżnicowanie transmisji promieniowania słonecznego w łanach w zależności od odmiany i gęstości siewu. Najmniejszą transmisję promieniowania we wszystkich odmianach zbóż stwierdzono przy największej gęstości siewu. Najwyższy stosunek DC/C w promieniowaniu transmitowanym przez łany zbóż stwierdzono w dolnych partiach, jego wartość obniżała się wraz ze wzrostem wysokości pomiaru. Czynnikiem różnicującym rozwój, pokrój i plonowanie roślin w warunkach naturalnych i sztucznych był skład spektralny promieniowania. Rośliny zdobywają niezbędną informację o środowisku za pomocą fotoreceptorów reagujących m.in. na zmiany stosunku DC/C. Wysoki stosunek DC/C w promieniowaniu odbieranym przez roślinę jest wskaźnikiem istnienia konkurencji. Stwierdzono korelację wzrostu DC/C z bliskością roślin sąsiednich. Badania wykazały, że czynnikiem ograniczającym plon, kształtującym pokrój i powodującym przyśpieszenie rozwoju roślin była daleka czerwień pochodząca z transmisji i odbicia od zielonych tkanek roślin sąsiadujących, pełniąca rolę informacyjną, umożliwiając dopasowanie ich egzystencji do rzeczywistej lub spodziewanej konkurencji. Obserwowane różnice rozwoju, pokroju i plonowania zbóż wykazały, że w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C rośliny przystosowywały się do spodziewanych warunków konkurencyjnych, wykazując reakcje adaptacyjne do warunków zacienienia.
Przeprowadzono doświadczenia, których celem było określenie wpływu zróżnicowanego składu spektralnego promieniowania na rozwój, pokrój i plonowanie pszenicy. Doświadczenia przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych ze sztucznymi źródłami promieniowania oraz w warunkach polowych z naturalnym promieniowaniem słonecznym. W warunkach naturalnego promieniowania wyeliminowano wszystkie czynniki wpływające na konkurencję roślin. Jedynym odmiennym czynnikiem różnicującym poszczególne obiekty był skład spektralny promieniowania odbitego docierającego do roślin uzależniony od rodzaju podłoża, od którego następowało odbicie promieniowania słonecznego. Głównym czynnikiem różnicującym skład spektralny promieniowania odbitego była ilość dalekiej czerwieni pochodząca z odbicia od zielonych tkanek trawy. Nisko koszona zielona trawa była użyta jako informator o obecności innych roślin sąsiednich (konkurencyjnych). W naturalnych warunkach promieniowania słonecznego badano stosunki spektralne promieniowania w łanach zbóż w zależności od gęstości siewu, odmiany, poziomu wysokości pomiaru. W warunkach ściśle kontrolowanych (laboratoryjnych) badano reakcję pszenicy na odmienny skład spektralny promieniowania, zwłaszcza w zakresie dalekiej czerwieni i czerwieni. W przeprowadzonych doświadczeniach obserwowano duże zróżnicowanie reakcji pszenicy na zmienne warunki promieniowania. Wielkość stosunku DC/C miała wpływ na wzrost i pokrój, elementy plonowania i procesy fizjologiczne roślin. Rozwój pszenicy rosnącej w warunkach napromienienia o wysokim stosunku DC/C w warunkach laboratoryjnych oraz rosnącej w warunkach naturalnego promieniowania w obiektach z blisko rosnącą trawą był zdecydowanie szybszy w porównaniu do roślin rosnących w warunkach niskiego stosunku DC/C i roślin znacznie oddalonych od trawy. Fazy rozwojowe roślin rosnących w obiektach z czarnym ugorem, poza którymi rosła trawa, przebiegały tym szybciej, im bliższa była odległość od trawy rosnącej poza kołami. Dotyczyło to tempa wzrostu, procesu krzewienia, kłoszenia i kwitnienia. Efekty wpływu składu spektralnego promieniowania na rozwój i przebieg poszczególnych faz rozwojowych determinowane były również cechami genetycznymi poszczególnych gatunków i odmian. Pokrój zbóż jarych rosnących w komorach wzrostowych i zbóż rosnących w warunkach naturalnego napromienienia był uzależniony od składu spektralnego promieniowania. Rośliny rosnące w kontrolowanych warunkach promieniowania o zwiększonym udziale DC wytworzyły zdecydowanie dłuższe międzywęźla w porównaniu do roślin traktowanych promieniowaniem o małej ilości DC. Pszenica ozima rosnąca w warunkach naturalnych w otoczeniu trawy również wytworzyła najdłuższe międzywęźla, zaś rośliny rosnące w obiekcie z czarnym ugorem oraz w komorach o niższym stosunku DC/C miały najkrótsze międzywęźla. Wysokość roślin pszenicy jarej rosnącej w komorach wzrostowych oraz pszenicy rosnącej w warunkach naturalnego promieniowania o wysokim stosunku DC/C była większa w porównaniu do roślin rosnących w warunkach promieniowania o niskim stosunku DC/C. Pszenica jara rosnąca w warunkach kontrolowanych oraz ozima rosnąca w warunkach naturalnych, otrzymująca promieniowanie odbite o niskim stosunku DC/C, wytworzyły więcej pędów niż rośliny rosnące w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C. Wzrost stosunku DC/C w promieniowaniu wykorzystanym w komorach wzrostowych oraz w promieniowaniu odbitym od gruntu powodował u roślin spadek liczby i masy ziaren, stosunku masy ziarna do masy słomy, całkowitej masy słomy i rośliny oraz wzrost masy 1000 ziaren (tylko roślin rosnących w komorach wzrostowych). Nie stwierdzono różnic w liczbie ziaren i masie 1000 ziaren pszenicy ozimej rosnącej w obiektach różniących się odmiennym składem promieniowania odbitego od podłoża. Nie stwierdzono tych różnic u pojedynczych pędów roślin rosnących w naturalnych warunkach promieniowania oraz u pędów o czterech międzywęźlach roślin rosnących w komorach wzrostowych. Natomiast stwierdzono wzrost masy ziarna, masy 1000 ziaren, masy słomy, pędu oraz stosunku masy ziarna do masy słomy u pędów o pięciu międzywęźlach roślin rosnących w komorach wzrostowych. Pokrój rośliny i architektura łanu są kształtowane przez sygnały świetlne pochodzące od środowiska. Elementem środowiska jest promieniowanie słoneczne oraz jego skład spektralny różniący się m.in. w zakresie dalekiej czerwieni i czerwieni – kształtujący morfologię roślin: wysokość roślin, długość międzywęźli, stopień rozgałęzień (krzewienie u jednoliściennych). W zależności od składu spektralnego promieniowania występowały również znaczne zmiany w plonie, liczbie ziaren, masie słomy i ziarna roślin. Odległość oddziaływania dalekiej czerwieni pochodzącej z odbicia od powierzchni gruntu (trawy) w warunkach naturalnego promieniowania wynosiła 30–50 cm. Pszenica wyraźniej reagowała na DC pochodzącą z odbicia od odległej trawy przyśpieszonym tempem rozwoju, wpływ DC na kształtowanie pokroju i plon roślin był mniejszy. Zróżnicowane warunki promieniowania miały wpływ na procesy fizjologiczne badanych roślin zbożowych. Pszenica rosnąca w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C charakteryzowała się niższą intensywnością fotosyntezy netto, niższą liczebnością aparatów szparkowych i przewodnictwem wody, zawartością chlorofilu w liściach, wewnątrzkomórkowym stężeniem CO2 oraz niższym wskaźnikiem efektywności wody w porównaniu do roślin rosnących w warunkach o niskim stosunku tych zakresów promieniowania. Spowolnienie procesów fizjologicznych oraz redukcja niektórych części roślin były nakierowane na spodziewaną konkurencję, a cały wysiłek związany z funkcjonowaniem rośliny skierowany był na przeżycie niekorzystnych warunków promieniowania z minimalnym zużyciem energii i wody. Przeprowadzono badania transmisji promieniowania w łanach zbóż. W zakresie długofalowym różnice w transmisji były większe niż w krótkofalowym. Obserwowano zróżnicowanie transmisji promieniowania słonecznego w łanach w zależności od odmiany i gęstości siewu. Najmniejszą transmisję promieniowania we wszystkich odmianach zbóż stwierdzono przy największej gęstości siewu. Najwyższy stosunek DC/C w promieniowaniu transmitowanym przez łany zbóż stwierdzono w dolnych partiach, jego wartość obniżała się wraz ze wzrostem wysokości pomiaru. Czynnikiem różnicującym rozwój, pokrój i plonowanie roślin w warunkach naturalnych i sztucznych był skład spektralny promieniowania. Rośliny zdobywają niezbędną informację o środowisku za pomocą fotoreceptorów reagujących m.in. na zmiany stosunku DC/C. Wysoki stosunek DC/C w promieniowaniu odbieranym przez roślinę jest wskaźnikiem istnienia konkurencji. Stwierdzono korelację wzrostu DC/C z bliskością roślin sąsiednich. Badania wykazały, że czynnikiem ograniczającym plon, kształtującym pokrój i powodującym przyśpieszenie rozwoju roślin była daleka czerwień pochodząca z transmisji i odbicia od zielonych tkanek roślin sąsiadujących, pełniąca rolę informacyjną, umożliwiając dopasowanie ich egzystencji do rzeczywistej lub spodziewanej konkurencji. Obserwowane różnice rozwoju, pokroju i plonowania zbóż wykazały, że w warunkach promieniowania o wysokim stosunku DC/C rośliny przystosowywały się do spodziewanych warunków konkurencyjnych, wykazując reakcje adaptacyjne do warunków zacienienia.
Keywords
far red, photomorphogenesis, wheat, spectral composition of radiation, daleka czerwień, fotomorfogeneza, pszenica, skład spektralny
promieniowania
Citation
Monografie i Rozprawy Naukowe, 28, ss. 141