Physico-Mechanical Properties and Architectonics of Stems as Indicators of Cereal Plants Resistance to Lodding

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The increase in the yield of cereals, the main food product of the planet’s population, is the result of a modern approach to the process of growing and harvesting, the introduction of new techniques of breeding work, based, among other things, on the methods of mathematical modeling of the “ideal” variety – high-yielding and resistant to various unfavorable factors. Lodging of crops leads to significant losses of the crop, deterioration of its quality. Since ancient times, famous scientists have tried to describe the behavior of the stem as an elastic rod from the point of view of mathematics and technical mechanics. The article describes the methods we developed for determining the most important physical and mechanical properties of tissues (Young’s modulus, elasticity and yield strength limits) and the parameters of the architectonics of cereal plants (stem length, outer and inner diameters of the stem at the root and at the ear or panicle, weight of the ear, panicle or cob), which are statistically reliable and are used to build a lodging model. The obtained long-term data of field, vegetation and laboratory experiments are recommended to be used in breeding new varieties and hybrids resistant to lodging. Interdisciplinary research was conducted at the junction of biological and mathematical sciences to find the features of resistance to lodging of stems of winter and spring cereals depending on the variety and species. Stress-strain diagrams were constructed for all crops, all varieties and hybrids in three phases of vegetation, with the help of which we compiled an algorithm for selecting the optimal parameters of resistance to lodging of cereal plants.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. V. Arinicheva

Kuban State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: loukianova7@mail.ru

Grand PhD in Biological Sciences, Professor

Russian Federation, Krasnodar

V. G. Griguletsky

Kuban State Agrarian University

Email: loukianova7@mail.ru

Grand PhD in Technical Sciences, Professor

Russian Federation, Krasnodar

References

  1. Griguleckij V.G., Luk’yanova I.V. Vliyanie fiziko-mekhanicheskih svojstv rastenij na ih ustojchivost’ k poleganiyu // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2000. № 382. S. 39–48.
  2. Divashuk M.G., Vasil’ev A.V., Bespalova L.A., Karlov G.I. Identichnost’ genov korotkostebel’nosti RHT-11 i RHT-V1E // Genetika. 2012. T. 48. № 7. S. 897.
  3. Acreche M.M., Slafer G.A. Lodging yield penalties as affected by breeding in Mediterranean wheats // J. Agric. 2010. Sci. 122. РP. 40–48.
  4. Berry P.M., Griffin J.M., Sylvester-Bradley R. et al. Controlling plant form through husbandry to minimize lodging in wheat // Field Crops Res. 2000. No. 67. PP. 59–81.
  5. Berry P.M, Sterling M, Spink J.H et al. Understanding and reducing lodging in cereals // Adv Agron. 2004. No. 84. PP. 215–269.
  6. Bespalova L.A., Borovik A.N., Miroshnichenko T.Yu. Triticale sphaerococcum – a new perspective direction of breeding // 2nd International Conference on Triticale and Wheat Biology, Breeding and Production Book of Abstracts. 2018. PP. 26.
  7. Berry P.M., Sterling M., Spink, J.H. et al. Understanding and reducing lodging in cereals // Adv. Agron. 2004. No. 84. PP. 217–271.
  8. Dietrich R.C., Bengough A.G., Jones H.G., White P.J. Can root electrical capacitance be used to predict root mass in soil? // Ann. Bot. 2013. No. 112. PP. 457–464.
  9. Ellis T.W., Murray W., Paul K. et al. Electrical capacitance as a rapid and non–invasive indicator of root length // Tree Physiol. 2012. No. 33. PP. 3–17.
  10. Foulkes M.J., Slafer G.A., Davies W.J. et al. Raising yield potential of wheat. III. Optimizing partitioning to grain while maintaining lodging resistance // J. Exp. Bot. 2011. No. 62. PP. 469–486.
  11. Ookawa T. Inoue K., Matsuoka M. et al. Increased lodging resistance in long–culm, low–lignin gh2 rice for improved feed and bioenergy production // Sci. Rep. 2014. No. 4. PP. 65–67.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Installation for determination of stem sample deflection: 1 - tripods; 2 - legs; 3 - weight; 4 - stem sample; 5 - thread; 6 - table; f - stem sample deflection in the middle under the influence of force P.

Download (1KB)
3. Fig. 2. General stress-strain diagram for rye stems (all phases, field experiment, 2011-2019).

Download (28KB)
4. Fig. 3. Algorithm of selection of optimal parameters of resistance to lodging of cereal plants. L - stem length, D0 - stem outer diameter at the root, D - stem outer diameter at the ear (panicle).

Download (15KB)
5. Fig. 4. Average physical and mechanical properties of cereal stem tissue by vegetation phases.

Download (30KB)

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».