Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Засоление всё чаще начинает признаваться как фактор, лимитирующий продуктивность сельскохозяйственных культур. Страдание растений от засоления носит комплексный характер. При засолении снижается активность нуклеиновых кислот, нарушается азотный обмен, приводит к распаду белков и подавляется их синтез, связанного с нарушением синтетических процессов [4, 9,13], и гормонального баланса корней [6]. В сильной степени страдает фотосинтетический аппарат от снижения содержания хлорофилла и подавления интенсивности фотосинтеза, вплоть до полного блокирования [1, 5, 10]. Одной из мер борьбы с вредным действием засоления может служить закаливание растений к засолению предпосевной обработкой семян или вегетирующих растений стимуляторами роста и метаболических процессов. Так отмечены факты снижения вредного действия солевого стресса обработкой фитогормонами 6-БАП, ГК, ИУК [10, 15, 16]. Потенциальными инактиваторами солевого стресса, по нашему мнению, могут служить и витамины группы В, которые являются эндогенными регуляторами метаболизма, что может быть основой для снижения негативного действия солевого стресса на этот процесс. Сведений в изученной нами литературе о характере действия витаминов при засолении не обнаружено. В связи с этим данные исследования были посвящены изучению влияния сочетаний витаминов и фитогормонов на улучшение ростовых и метаболических процессов растений томатов при солевом стрессе.

Методика исследований

В качестве объекта исследования служил томат Licopersicun esculentum сорта Волгоградский 5/95. Всхожесть семян и рост проростков изучали на солевых растворах, в которых проращивали семена, предварительно замоченные в течеиие 12 ч в растворах витаминов и фитогормонов в следующих вариантах:

1. Пантотеновая кислота (ПК) + тиамин (Ти), в концентрации 20 и 40 мг/л, соответственно.

2. Гибберелловая кислота (ГК) + цитокинин (ЦТК), в концентрации 20 и 2 мг/л.

3. ПК + Ти + ГК + ЦТК, в тех же концентрациях.

4. Контроль, дистиллированная вода. Проращивание проводили в термостате в чашках Петри.

Действие засоления на всхожесть семян и рост проростков испытывали в солевых растворах NaCl c осмотическим потенциалом 0,0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8 атм. Влияние обработки сочетаниями витаминов и фитогормонов на рост и метаболические процессы вегетирующих растений в условиях засолении изучали в водной культуре на среде Хогланда в стеклянных сосудах объемом 0,7 л, которая была засолена как фон во всех вариантах и контроле NaCl до осмотического потенциала 0,4 атм. В сосуды высаживали по 3 одинаковых по размеру 16-дневных проростка, выращенных из замоченных семян в растворах витаминов и фитогормонов и проращенных в прокаленном песке, смоченном дистиллированной водой. Растения выращивали при искусственном освещении лампой ДРЛ-250. Повторность 3-х кратная. В период вегетации растения опрыскивали растворами, аналогичных вариантам замачивания семян, в фазу 3-х и 6-ти настоящих листьев. Рост побегов и листьев определяли измерением линейных размеров стебля и длину концевой доли каждого листа в 70-суточном возрасте после высадки в сосуды. Содержание хлорофилла определяли в 3-ем листе книзу от точки роста, в спиртовой вытяжке с помощью фотоколориметра ФЭК-56 М и выражали в мг/г сырого веса, определяемого по калибровочной кривой (3). Продуктивность фотосинтеза определяли на сотые сутки методом мокрого сжигания в хромовой смеси листовых высечек (2) в 4-м листе книзу от точки роста, после экспозиции растений в течение 6 часов на свету, и рассчитывали в мг СО2 на 1 м2 за 1 час Содержание белка в листьях определяли в конце вегетации на 110 сутки в 3-м листе книзу от точки роста по методу Лоури и выражали в мг/г сырого веса (14). Повторность двукратная каждой повторности вариантов. Достоверность определяли вычислением стандартной ошибки.

Результаты и их обсуждение

Из данных табл. 1 четко видно подавление прорастания семян томата и интенсивности роста органов проростков, корня и побега, адекватно возрастанию степени хлоридного засоления. При осмотическом давлении 0,1 и 0,2 атм. прорастание семян подавлялось незначительно, тогда как при 0,4 атм., прорастание снизилось до 50 %, а при 0,8 атм. было полное подавление.

Таблица 1

Влияние степени хлоридного засоления на всхожесть семян
и рост проростков томата Волгоградский 5/95

Более чувствительными оказались к засолению развивающиеся органы зародыша. Линейный рост 7-дневных проростков как корня, так и гипокотиля резко снижался уже при 0,1 и 0,2 атм., и подавление корня составило 44 и 52 %, а гипокотиля - 65 и 84 %, соответственно. При уровне осмотического потенциала в 0,4 атм., подавляющего прорастание семян на 50 %, подавление роста корня составило 68 %, а гипокотиля - 81 %.

Из результатов проведенного опыта была определена рабочая концентрация солевого раствора для дальнейшего изучения эффекта витаминов и фитогормонов, обеспечивающей близкому к 50%-му подавлению роста, равной 0,4 атм. осмотического потенциала раствора NaCl.

Замачивание семян в растворах витаминов и фитогормонов способствовало в разной степени снижению подавляющего действия засоления на рост 7-дневных проростков томатов. Стимулирование ростовых процессов, как без засоления, так и степень снижения негативного действия засоления для них были различны, каждое из соединений в той или иной степени снижало токсическое действие соли (табл. 2).

Таблица 2

Влияние сочетаний витаминов и фитогормонов на рост проростков томата
Волгоградский 5/95 при хлоридном засолении

Наиболее эффективна в стимулировании роста без засоления была ПК и ЦТК, с тиамином обнаружилось даже некоторое снижение, а гиббереллин стимулировал только рост стебля. Но как в стимулировании роста без засоления, так и в инактивации солевого стресса были более эффективны ПК и ЦТК, так же значительный эффект показали Ти и ГК. Если наши результаты эффективного нивелирования фитогормонами токсичности засоления согласуются с литературными данными [9 12, 15, 16], то для витаминов этот эффект установлен нами впервые.

Учитывая тот факт, что витамины являются регуляторами биохимических процессов, являясь коферментами сложных ферментов, контролирующих многочисленные реакции обмена веществ, а фитогормоны, в основном, являются специфическими регуляторами роста, то их совместное действие охватывает более широкий спектр физиологических и метаболических процессов растения, в результате чего проявляется их аддитивное действие и синергизм. Это хорошо прослеживается в опытах в водной культуре, при дополнительной обработке сочетанием витаминов и фитогормонов по вегетирующим растениям, в тех же сочетаниях, и вариантах, что и замачивались семена, что видно по росту стебля у 70-дневных растений, которое представлено в табл. 3.

Таблица 3

Влияние сочетаний витаминов и фитогормонов на рост стебля томата
Волгоградский 5/95 в условиях хлоридного засоления (0,4 атм. NaCl)

Сочетание двух витаминов и двух фитогормонов показали улучшение роста стебля, особенно при обработке фитогормонами, но самое эффективное влияние оказал комплекс витаминов с фитогормонами: сочетание витаминов снизили вредное действие засоления на 14 %, фитогормонов - на 19 %, а их совместное сочетание повысило рост, по сравнению с засолением, на 28 % томата Волгоградский 5/9 в водной культуре при хлоридном засолении среды.

Сочетанное применение витаминов и фитогормонов в условиях засоления весьма благоприятно влияет и на формирование фотосинтетического аппарата и продуктивность фотосинтеза. Обработка растений витаминами и фитогормонами, снимая вредное действие соли на рост стебля, способствовали и увеличению числа листьев и их размеров. Наиболее мощные листья формировались при сочетанном применении витаминов совместно с фитогормонами (табл. 4).

Таблица 4

Влияние сочетаний витаминов и фитогормонов на формирование листового аппарата
томата Волгоградский 5/95 в условиях хлоридного засоления (0,4 атм. NaCl)

Следует отметить тот факт, что при обработке растений сочетанием ГК и ЦТК на 70-тые сутки было отмечено явное ускорение развития растений. В этом варианте отмечено начало цветения растений, тогда как в остальных вариантах растения находились в состоянии вегетативного роста.

Известно, что засоление, особенно хлоридное, тормозит накопление хлорофилла в хлоропластах, что связано с нарушением звеньев метаболизма, нарушением связи пигментов с белковолипоидным комплексом (11). Однако в условиях нашего опыта содержание хлорофилла в листьях разных вариантов находилось в пределах ошибки опыта, с тенденцией превышения контроля только в варианте с сочетанием витаминов, тогда как интенсивность фотосинтеза четко возрастала в вариантах с обработкой биологически активными веществами (табл. 5). В контрольном варианте засоление вызывало сильное подавление интенсивности фотосинтеза, тогда как практически при таком же содержании хлорофилла в листья вариантов с обработкой витаминами и фитогормонами, наблюдается резкое увеличение усвоения углекислого газа и преобразование его в органическое вещество. Происходит повышение ассимиляционного числа, т.е. повышение эффективности работы хлорофилла, что связано с восстановлением хода биохимических реакций, особенно при сочетании витаминов с фитогормонами. Так если в контроле интенсивность фотосинтеза составляла всего 4,881 мг поглощения СО2 на м2 за час, при сочетании витаминов -12,488, фитогормонов - 15,730, а их совместное сочетание - 19,707, соответственно, т.е. увеличение фотосинтетической активности от 2,5 до 4 раз.

Таблица 5

Влияние сочетаний витаминов и фитогормонов на содержание хлорофилла
и интенсивность фотосинтеза томата Волгоградский 5/95 в водной культуре
при хлоридном засолении среды (0,4 атм. NaCl)

Как видим, полученные нами данные свидетельствую о том, что обработка растений экзогенными витаминами и фитогормонами способствует при солевом стрессе, значительному снижению подавляющего действия хлорида натрия на ростовые и биосинтетические процессы, связанное с индукцией адаптивных процессов.

Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о несомненном участии фитогормонов в формировании стрессовых реакций и их влияние на биосинтез стрессовых белков. Баланс фитогормонов в условиях стресса является одним из факторов, формирующий адаптивный синдром (7,8). Репрограммирование генома при стрессе, приводящих к синтезу специфических белков, которые помогают клетке перенести экстремальные воздействия, является общим принципом ответа клетки на многие стрессы, в том числе и солевой. В связи с этим стало необходимым выяснить влияние, как фитогормонов, так и витаминов, на накопление общего белка при солевого стресса у томата, тем более, что сведений о действии витаминов на солевой стресс нами в литературе не обнаружено.

Как видим, содержание белка в листьях вегетирующих 110 дневных растений томатов при постоянном засолении в условиях водной культуры, зависело от их обработки сочетаниями витаминов и фитогормонов (табл. 6).

Таблица 6

Влияние сочетаний витаминов и фитогормонов на содержание белка в листьях томата Волгоградский 5/95 в водной культуре при хлоридном засолении (0,4 атм. NaCl)

Во всех вариантах обработки любым сочетанием этих биологически активных веществ, дало примерно, одинаковое повышение содержания общего белка более чем в два раза. Это коррелирует полностью с результатами предыдущих экспериментов, так как содержание белка определяет многие свойства растительного организма. Во-первых, он лежит в основе новообразования клеточных структур и цитоплазмы, во-вторых, связан с образованием каталитических ферментов, регулирующих и контролирующих метаболизм, в-третьих, как уже было сказано, обеспечивает приспособление растений к неблагоприятным условиям водного, температурного и солевого стресса.

Таким образом, повышение устойчивости томатов к засолению, при обработке комплексным сочетанием витаминов и фитогормонов, реализуется через улучшение белкового обмена, как основного механизма приспособления растений к стрессовым ситуациям. Наиболее эффективно сочетание витаминов с фитогормонами. Обработка растений биологически активными веществами в сочетании витаминов и фитогормонов может быть эффективной альтернативой в борьбе с вредным действием избыточного засоления на томатах, можно полагать и других культур, по сравнению с многозатратными агротехническими или мелиоративными приемами обессоливания почвы.

Список литературы

1. Абдуллаева Х.А., Каспарова И.С., Насыров Ю.С. Влияние солевого стресса на интенсивность фотосинтеза и фотодыхания хлопчатника // Доклады АН. Тадж. ССР. - 1982. - Т. 25, № 5. - С. 306-308.
2. Аликов Х.К. Фотоколориметрический метод определения содержания углерода в листьях мокрым сжиганием в хромовой смеси // Методы комплексного изучения фотосинтеза. - Вып. 2. - Л., 1973. - С. 6-14.
3. Викторов Д.П. Малый практикум по физиологии растений: учебное пособие для биол.спец. вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 183. - 135 с.
4. Кабанов В.К., Цеков Е.И., Строгонов Б.П. Влияние NaCl на содержание и синтез нуклеиновых кислот // Физиология растений. - 1973, - Т. 20, Вып. 3. - С. 466-472.
5. Калинская И.А., Новикова Л.Л. Влияние засоления на содержание пигментов в листьях различных растений // Вопросы экологии и физиологии растений. - Пермь, 1981. - С. 129-132.
6. Калинина Н.А., Дроздова И.В., Яворская В.К. Фитогормональный баланс корней кукурузы на фоне действия хлоридного засоления и 6-БАП // Ученые записки ТНУ. - 2002. - Т. 14(53), №1. - С. 28-32.
7. Косакiвська I.В. Фiзioлого-биохiмiчнi основи адаптацiї рослин до стрессiв. - К.: Сталь, 2003. - 191 с.
8. Косаковская И.В. Стрессовые белки растений. - Киев, 2008. - С. 9.
9. Строганов Б.П. Растения и засоление почвы. - М.: Изд-во АН СССР, 1958.
10. Таланова В.В., Таланов А.В., Титов А.Ф. Динамика фотосинтеза и транспирации проростков огурца в начальный период хлоридного засоления и при действии фитогормонов // Докл. Рос. Акад. с.х. наук. - 2006. - № 2. - С. 10-13.
11. Шахова А.А., Голубкова Б.М. Функциональные и структурные изменения хлоропластов при засолении // Физиология растений. - 1963 - Т. 30. - С. 15.
12. Afzal Irfan, Barsa Shahzad M.A., Iqbal Amir. The effects of seed soaking with plant growth regulators on seedling vigor of wheat under salinity stress // Ж. Стресс-физиология. и биохимия. - 2005. - Т.1, № 1. - С. 6-14.
13. Kamagopal Subbanaidi. Plant protein synthesis in a maize callus exposed to NaCl and minitil // Ctll Rpts. - 1986. - Vol. 5, №6. - P. 430-434.
14. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Rangal R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. - 1951. - Vol. 193. - P. 265-275.
15. Niazi Banaraa Hussein, Razrna Jelte, Athar Mohammad. Effect of pre-germination and post-germination treatment with growth hormones (kinetine and abscisic acid) on ion concentration and biochemical contents of fodder beet and sea beet under saline conditions // Apjit. Pirmt Physiol. - 2005. - Vol. 31, № 1-2. - С. 89-104
16. Shah S.H. Effect of solt stress on mustered as affected by gibberellic acid application // Gen. and Appl. Plant Physiol. - 2007. - Vol. 33, №1-2. - С. 97-106.