Rudens ir žiemos meteorologinės sąlygos Lietuvoje ir kitose vidutinio klimato zonos šalyse apima gausų spektrą gamtos reiškinių, kurių kombinacija ir epizodo trukmė lemia rapsų žiemojimo kokybę.

Lietuvoje dar prieš Antrąjį pasaulinį karą pradėjus auginti žieminius rapsus susidurta su jų iššalimo ir nestabilaus žiemojimo problema. Pažeistus pasėlius dažnai teko panaudoti gyvulių pašarui. Buvo manoma, kad Lietuvoje auginti žieminius rapsus netikslinga. Vėliau, siekiant padidinti jų derlių, plačiai vykdyti agrotechninių priemonių (tinkamų dirvų, tręšimo ir sėklų normų, sėklų išbyrėjimo prevencijos, sėjos laiko, atsparių šalčiui ir ligoms veislių) tyrimai. Nemažai jų atlikta siekiant ištirti ir augimo reguliatoriais modifikuoti žieminių rapsų grūdinimosi procesus, atsparumą šalčiui ir derlingumą.

Tyrimais nustatyta, kad rapsų žiemojimo kokybę ir derlingumą lemia daugelis veiksnių. Pagrindiniai yra švelnus ruduo, kai nepakankamai užsigrūdinusius augalus pakerta šalna, dideli paros temperatūros svyravimai, nepakankamas sniego dangos sluoksnis (ypač besniegiai žiemos laikotarpiai) ir ilgalaikis šalčio periodas, lemiantis sausrą, sniegui tirpstant susidariusi ledo pluta, iššutimas esant storai sniego dangai ir negiliai įšalus žemei, kiti.

Be to, prastai žiemoti augalai gali ir dėl netinkamo sėjos laiko, kitų agrotechninių rekomendacijų nesilaikymo (netinkama dirva, tręšimas ir kt.) ar nepakankamai atsparios veislės pasirinkimo. Pavyzdžiui, į Lietuvą ir kitas vidutinio klimato zonos šalis introdukuojamos produktyvios, bet švelnesniam klimatui tinkamos žieminių rapsų veislės, kurios čia ne visai išnaudoja savo potencialą.

Palyginti su kitais žiemkenčiais augalais, rapsų daigai yra jautresni šalčiui dėl dirvos paviršiuje esančio augimo kūgelio. Ypač jautrūs šalnoms ir kitiems nepalankiems aplinkos veiksniams yra ką tik sudygę rapsai, aplink kurių augimo kūgelį yra tik du skilčialapiai. Išsivysčius 3–4 lapams augalai yra atsparesni šalčiui nei ankstyvesnio vystymosi tarpsnio. O išsivysčius 7–8 lapams atsparumas padidėja dar labiau. Gerai išsivystę ir sveiki augalai geriau žiemoja. O sėkmingai peržiemoję, neiššalę rapsai intensyviau auga pavasarį, juos mažiau puola ligos, pvz., fomozė.

Žemos temperatūros poveikis augalams

Stresinėmis sąlygomis augaluose, naudojant atsarginę energiją, aktyvuojami gynybiniai mechanizmai (fiziologinės ir biocheminės reakcijos), padedantys išgyventi nepalankiu metu, kai aplinkos veiksnio lygis peržengia įprastas ribas. Augalo reakcija į žemą temperatūrą priklauso nuo poveikio stiprumo, veikimo trukmės, temperatūros pokyčio staigumo ir sąveikos su kitais aplinkos veiksniais. Šalčio stresą patiriančius augalus galima pažinti pagal lapų chlorozę, vytimą, audinių nekrozes ir džiūvimą.

Veikiant žemai temperatūrai, kinta augalo fiziologinių procesų eiga: slopinamas augimas, sutrinka asimiliacinio aparato veikla, lėtėja fotosintezės greitis, sausųjų medžiagų kaupimasis, pakinta membranų takumas, medžiagų apykaita, vandens ir mineralinių medžiagų pasisavinimas. Veikiant šalčiui įvyksta fotoinhibicija, sutrikdoma medžiagų apykaita ir padidėja aktyviųjų deguonies formų, kurios pažeidžia ląstelių sieneles, biologines membranas, lipidus, baltymus ir nukleorūgščių molekules, susidarymo greitis. Tvyrant neigiamai temperatūrai augalo audiniuose susiformuoja ledo kristalai, dėl kurių vyksta ląstelių dehidratacija ir suardomos jų struktūros.

Biocheminiai ir fiziologiniai pokyčiai grūdinimosi metu

Gebėjimas reaguoti į temperatūros pokyčius ir greitai pakoreguoti medžiagų apykaitą yra labai svarbus augalų išlikimui. Dėl rudens laikotarpiu vykstančių temperatūros svyravimų žiemkenčiai grūdinasi. Per šį procesą augalų audiniuose kaupiasi krioprotekcinėmis savybėmis pasižyminčios medžiagos: aminorūgštys, tirpūs cukrūs, baltymai, nesočiosios riebalų rūgštys ir kt. Dėl to ląstelėse sumažėja laisvo vandens kiekis, padidėja tirpalo koncentracija, citoplazma tampa klampesnė ir elastingesnė, mažėja tikimybė formuotis ledo kristalams. Taip augalai tampa atsparesni daugeliui nepalankių sąlygų. Jie sugeba išlaikyti ramybės periodui būdingą metabolizmo procesų eigą, įgauna atsparumą šalčiui ir dėl to ištveria gerokai žemesnes temperatūras, palyginti su negrūdintais augalais.

Vis dėlto augalo užsigrūdinimas nėra statiškas ir negrįžtamas procesas. Jo lygį lemia temperatūros režimas šiuo laikotarpiu. Kai šaltį pakeičia šiltesnis laikotarpis, augaluose vyksta atlydžio procesai, per kuriuos prarandamos grūdinantis įgautos savybės. Be to, augalų gebėjimas pakartotinai užsigrūdinti mažėja su kiekvienu šių dviejų procesų ciklų pasikartojimu ir atlydžio trukmei ilgėjant. Tad galutinis užsigrūdinimo lygis priklauso nuo šalčio ir atlydžio epizodų trukmės ir jų ciklų skaičiaus. Taigi, skirtingos grūdinimosi sąlygos skirtingais metais lemia nevienodą augalų pasiruošimą žiemai. Manoma, kad pakartotinio grūdinimosi potencialas sumažėja dėl išsekusių energinių resursų, kurių grūdinantis labai reikia.

Žieminių rapsų grūdinimosi pradžią indukuoja žema teigiama temperatūra ir trumpas fotoperiodas. Procesas prasideda temperatūrai dieną nukritus žemiau +10 °C, bet išliekant teigiamai, o naktį – iki -2 °C. Šiuo laikotarpiu augalų augimas sulėtėja, bet fotosintezė dar tęsiasi. Jos metu gautas cukrus pernešamas į šaknis ir į visus augalo žiemkentiškumui svarbius meristeminius audinius. Be to, vyksta krakmolo ir riebalų hidrolizė. O esant neigiamai temperatūrai, kai naktimis prasideda silpni šalčiai (nuo -2 iki -6 °C), vanduo išstumiamas iš vakuolių į tarpląstelinę erdvę ir iš jos prarandamas per šaltį.

Biologiškai aktyvios medžiagos augalų atsparumui didinti

Siekiant padidinti augalų atsparumą stresinėms sąlygoms, yra naudojamos skirtingos strategijos, pavyzdžiui, augalų paveikimas mikroelementais, augimo reguliatoriais, osmoprotektoriais ir kt. Norint optimalaus rezultato, biostimuliatorius yra naudinga tiksliai ir tinkamomis sąlygomis integruoti į augalų auginimo procesą. Moksliniai tyrimai rodo, kad biologiškai aktyviomis medžiagomis paveikti augalai pasižymi stipresniu endogeniniu atsaku į aplinkos streso veiksnius. Taip paveiktuose augaluose matyti pokyčiai, būdingi grūdintiems augalams.

Pastaruoju metu per Gamtos tyrimų centre atliktus tyrimus siekta nustatyti, kaip išorinis poveikis poliaminais ir aminorūgštimis veikia žieminių rapsų išgyvenamumą ir biocheminius-fiziologinius pokyčius esant didėjančio šalčio streso sąlygoms, turint omenyje, kad poliaminai ir aminorūgštis prolinas dalyvauja augalo reakcijoje į stresą ir yra svarbūs mažinant įvairių aplinkos veiksnių, pvz., druskingumo, temperatūros, sausros, sunkiųjų metalų ir kt., žalingą poveikį.

Laboratoriniais tyrimais išanalizavus augalų streso žymenis nustatyta, kad žieminių rapsų grūdinimo metu padidėjo aminorūgšties prolino koncentracija (iki 15 kartų), H+-ATPazės aktyvumas ir išskiriamo etileno kiekis, nežymiai sulėtėjo augimas. O augalų nupurškimas 1 mM poliaminų (putrescino, spermidino ir spermino) ir prolino tirpalais keitė jų reakciją (prolino, poliaminų kiekį ir etileno kiekį bei H+-ATPazės aktyvumą) į didėjantį šaltį (nuo -1 iki -3 °C, 2 paros) ir nuo 7 iki 27 proc. padidino šių augalų išgyvenamumą, palyginti su nepaveiktais augalais. Nustatyta, kad bendras poliaminų kiekis grūdintuose augaluose buvo iki 5 kartų mažesnis nei negrūdintuose ir jis mažėjo augalus veikiant šalčiu bei buvo didesnis tirtomis medžiagomis paveiktuose augaluose.

O natūraliomis sąlygomis egzogeninis prolinas ir individualūs poliaminai, panaudoti žieminių rapsų daigams 4–5 lapelių tarpsnyje, skatino endogeninio laisvo prolino kaupimąsi, mažino etileno emisiją per šalčio stresą, skatino sausosios masės kaupimąsį ir lėmė iki 17 proc. geresnį rapsų žiemojimą, pavasarinį atsinaujinimą ir tolesnį vystymąsi per visą vegetaciją. Taip buvo parodyta, kad panaudoti egzogeniniai poliaminai ir prolinas, modifikuodami žiemkenčių pasiruošimą žiemoti, sudaro prielaidas geriau realizuoti biologinį augalų potencialą.

***

Augalų išsivystymas ir būklė pasiruošimo žiemoti laikotarpiu yra vienas veiksnių, lemiančių žiemojimo kokybę ir išgyvenamumą. Žieminius rapsus svarbu pasėti optimaliu metu, kad augalai būtų pakankamai išsivystę, bet neperaugę, kompaktiški, suformavę neištįsusį, storą augimo kūgelį ir stiprią šaknį. Rapsų atsparumas šalčiui taip pat priklauso nuo augimo intensyvumo rudens laikotarpiu. Manoma, kad atsparesnės šalčiui ir geriau žiemoja lėtai augančios veislės, kurių augalai tvirtesni už greitai augančių veislių, o viršūninių pumpurų užuomazgos yra arti žemės. Vėjui pučiant tokie augalai mažiau siūbuoja, todėl nepažeidžiamas šaknies kaklelis. Rekomenduojama, kad augimo kūgelis (epikotilis) prieš žiemą būtų ne ilgesnis kaip 3–4 cm, šaknies kaklelio (hipokotilio) skersmuo – ne mažesnis nei 0,8–1,0 cm, o skrotelę turėtų sudaryti 8–9 lapai.