С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Понятно, что метод культивирования подопытных растений должен соответствовать задачам эксперимента, но на практике это правило по разным причинам часто нарушается. Так, опыты по изучению действия различных удобрений мало информативны, если они поставлены в песчаной культуре. В естественной обстановке растение извлекает фосфор, кальций, магний, железо из нерастворимых соединений, а калий - путем вытеснения его из поглощающего комплекса почвы. Доступность этих элементов для растения зависит не только от извлекающей способности корней, но и от количества в почве других солей, осаждающих питательные вещества из почвенного раствора. С ростом концентрации элементов питания в почве будет меняться их доступность для растения. На это накладывается влияние таких динамичных факторов как влажность почвы и активность микрофлоры. Они в песчаной культуре действуют иначе, что и приводит к весьма распространенному несовпадению результатов вегетационного опыта и полевой проверки его. В песчаной культуре растение даст ответ не на удобрение, а на поглощенное корнями количество питательных веществ.

Отзывчивость генотипа на высокие концентрации элементов минерального питания (но не удобрений!) удобнее определять в водной культуре, которая свободна от резких колебаний водообеспечения, не требует полива сосудов и их взвешивания. Эффективность же конкретных форм удобрений должна изучаться в полевом опыте на вполне конкретной, а не случайно подвернувшейся, почвенной разновидности. В этом случае исследователя интересует воздействие удобрений на урожай, который зависит от всего комплекса природных условий и (не в последнюю очередь) от характеристик ценотического (структура посева), а не организменного уровня.

В качестве другого примера рассмотрим выбор способа культуры при изучении действия на растение иона натрия. Если исследователя интересуют изменения в мембранах клеток корня, то опыт следует организовать как лабораторный, на проростках или отсеченных корнях. Молекулярные процессы в мембранах весьма быстры и могут претерпеть изменения за то время, которое требуется для создания режима засоления в почве. Позднее качественные изменения в мембранах вызовут сдвиги в поглощении и скорости транспорта по растению элементов минерального питания. Это, в свою очередь, приведет к адаптивному (или даже патологическому) нарушению обмена в листьях. Через некоторое время волна изменений вернется в корни в виде иного, чем прежде, снабжения их ассимилятами. В результате, определение характеристик мембран в корнях, проведенное через несколько дней после засоления, будет отражать не непосредственное воздействие натрия на клетки, а опосредованную реакцию целостной системы организма.

Если же исследователя интересуют процессы организменного уровня, т.е. адаптивное изменение взаимодействия органов при -засолении, то опыт должен быть поставлен как вегетационный в песчаной культуре. Период между взятием проб для анализа при этом следует увеличить до 3-

5   и даже 10 дней. Разумеется, такой опыт не даст информации о взаимодействии нашего объекта с засоленными почвами. В этом случае влияние натрия опосредуется его конкуренцией с ионами калия и кальция, взаимодействием с поглощающим комплексом, миграцией солевого раствора в почвенных горизонтах.

Уже на этапе опытов в водной культуре возникает важный вопрос о выборе соли натрия, поскольку, хлористый и сернокислый анионы по- разному модифицируют эффект засоления [Библь, 1965]. Еще сложнее их влияние в почве, где ион хлора находится только в растворе и может вымываться с водами фильтрации, а сульфат осаждает кальций в виде мало растворимого гипса.

Здесь мы приходим к выводу, что опыт в водной культуре корректен относительно установления генетической специфики токсического действия иона натрия на растение, но мало говорит о потенциальной урожайности тех же генотипов на почвах с тем или иным типом засоления. Для решения последнего вопроса многие использовали вегетационные опыты в сосудах, наполненных верхним горизонтом засоленой почвы. Иногда за основу брался обыкновенный чернозем с добавлением рассчитанного количества хлористого натрия. Такая постановка опыта не вполне корректна по следующим причинам:

1. Ограниченная глубина сосуда (20-30 см) не допускает проникновения корней в глубокие и во многих случаях менее засоленные горизонты почвы. А это является одним из возможных механизмов адаптации на засоленной почве.
2. В сосуде отсутствует сезонная миграция солей, подтягивание их к поверхности по мере иссушения почвы. Многие сорта «уходят» от сильного засоления за счет быстрого роста весной, до повышения концентрации почвенного раствора.
3. Пахотный горизонт, набитый в вегетационный сосуд, строго говоря, является почвой не в большей степени, чем культура клеток - яблоней. И судить о почвенных процессах в сосуде с измененной плотностью, иной микробиологической активностью, отсутствием миграции элементов по г оризонтам не легче, чем на культуре человеческих клеток изучать язву желудка.
4. На вегетационном опыте в принципе нельзя делать заключения

об урожайности. Вегетационный сосуд имеет площадь, недостаточную для формирования естественной структуры посева. И корректным будет только показатель средней продуктивности одного растения.

Опыты данного типа необходимо проводить в полевых условиях или в достаточно крупных, глубоких монолитах, привезенных с разных территорий и вкопанных в лизиметры.

Вегетационным методом в почвенной культуре выполнены многие работы, ставшие классическими. Но круг вопросов, для анализа которых он применялся К.А. Тимизязевым, Д.Н. Прянишниковым и другими, в значительной степени исчерпан, а вновь возникшие проблемы требуют более детального подхода. Авторам не хотелось бы создать у читателя мнение о полной непригодности вегетационного метода с почвенной культурой. Для определенного круга вопросов он наиболее адекватен и даже незаменим. Таковы опыты по полному извлечению (доступности) элементов минерального питания из данного типа почв, опыты с засухой, работы по изучению взаимодействия корней с почвенной микрофлорой и др.

Точно очертить область применения в опытах того или иного метода культуры растений невозможно. В наших силах лишь указать на большее или меньшее соответствие метода выращивания данному кругу исследуемых проблем. С некоторой долей условности можно сказать, что лабораторный опыт достаточен для исследования многих проблем биохимии и молекулярной биологии, цитофизиологии, биофизики и генетически обусловленных факторов устойчивости. Различные варианты вегетационного метода хороши для изучения организменной физиологии, а полная картина эколого­физиологических и популяционных процессов может быть получена только в полевом опыте. Последнее, конечно, не исключает исследования изолированных экологических комплексов и искусственно созданных популяций в вегетационных опытах (крупных монолитах), но сделанные при этом выводы не должны быть категоричными и требуют, безусловно, проверки их в полевых экспериментах.

Точно так же вызывает глубокое сомнение корректность изучения генетического полиморфизма по продуктивности или устойчивости к экологическим стрессам в полевых посевах коллекций, высеваемых к тому же без повторностей. В таких коллекционных посевах паратипическое варьирование, созданное пестротой плодородия, может на порядки превысить генотипическое варьирование образцов. Наиболее убедительна массовая оценка коллекций, проведенная в условиях лабораторного или вегетационного опыта. И только выделенные в таком испытании образцы можно переносить в условия полевого опыта с большим числом повторностей.