CC BY
710
УДК 631.811.98: 581.54
Т. В. Баранова, В. Н. Калаев, А. А. Воронин
ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН
Исследовано влияние предпосевной обработки семян растворами перекиси водорода и перманганата калия на их всхожесть, рост сеянцев и среднюю массу плода Lycopersicum esculentum. Установлено повышение всхожести семян, увеличение средней массы плода, устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и заболеваниям, активизации роста сеянцев. При использовании раствора перекиси водорода высота сеянцев увеличивается в большей степени, чем при применении традиционного коммерческого препарата «Эпин-экстра». Предпосевная обработка семян перекисью водорода достаточно эффективна для ускорения роста сеянцев и снижения их заболеваемости. Применение перекиси водорода больше способствует увеличению всхожести семян, чем предпосевная обработка раствором перманганата калия. Эффект повышения всхожести семян наиболее выражен при совместной их обработке растворами перекиси водорода и перманганата калия.
This article examines the influence of a pre-sowing seed treatment with a hydrogen peroxide and potassium permanganate solution on the germination, seedling growth, and average weight of the fruit of Lycopersicum escule-num. An increase in seed germination, the average weight of fruit, and resistance to adverse weather conditions and diseases and more active growth of seedlings has been observed. Hydrogen peroxide solution has a more pronounced effect on the height of seedlings than the "Appin-extra" traditional commercial preparation. Pre-sowing seed treatment with hydrogen peroxide is sufficiently effective in accelerating the growth of seedlings and reducing disease incidence. The application of potassium permanganate is less effective than presowing seed treatment with hydrogen peroxide. The effect of increased seed germination is more pronounced in the case of combined pre-sowing seed treatment with a hydrogen peroxide and potassium permanganate solution.
Ключевые слова: стимуляторы роста, предпосевная обработка семян, всхожесть, рост сеянцев.
Key words: pre-sowing seed treatment, growth stimulators, germination, seedling growth.
Известно, что применение различных химических веществ — регуляторов роста, природных стимуляторов — значительно ускоряет цветение растений, а некоторые средства также облегчают их адаптацию к колебаниям погодных условий, защищают от различных заболеваний. В числе последних можно назвать и давно используемую перекись водорода [1 — 4]. Сообщалось, что впервые применять разбавленные водные растворы перекиси водорода для обработки семян перед посевом для повышения всхожести и интенсивности прорастания было предложено Миллером в 1933 г. для семян пшеницы. В качестве экологически безопасного стимулятора роста и дезинфицирующего средства
© Баранова Т. В., Калаев В. Н., Воронин А. А., 2014
Вестник Балтийского федерального университета им, И, Канта, 2014, Вып. 7, С. 96-102,
данное вещество использовали для овощных и зерновых культур: пшеницы, риса, сахарной свеклы, томатов, картофеля и даже для стимулирования образования крахмала [4—6].
В настоящее время в связи с новыми научными достижениями и появлением на мировом рынке множества коммерческих препаратов перекись водорода отошла на задний план. Однако на ее основе производят новые препараты для стимуляции прорастания семян перед посевом (аддукт с карбонатом натрия — пероксисольват натрия), повышения урожайности картофеля [7], используют в составе, предназначенном для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента семенам и растениям [8]. О применении перекиси водорода в чистом виде «забыли» в связи с новыми научными сельскохозяйственными достижениями, хотя данный препарат остается активным и экологически безопасным стимулятором повышения всхожести семян, урожайности растений и дезинфицирующим средством. Многие новые соединения еще не прошли исследования на генотоксичность, поэтому не могут быть рекомендованы к использованию в качестве стимуляторов роста, всхожести семян, удобрений для овощных и плодовых культур, употребляемых в пищу человеком. Поэтому не уменьшается роль экологически безопасных веществ, к числу которых можно отнести перманганат калия и перекись водорода в невысоких концентрациях. В связи с этим цель данной работы состояла в исследовании влияния предпосевной обработки семян растворами перманганата калия и перекиси водорода на их всхожесть, рост сеянцев и среднюю массу плода томата обыкновенного.
97
Материалы и методы
Исследования, объектом которых служил томат обыкновенный — Solanum lycopersicum L. (Lycopersicum esculentum Mill.), — проводились в течение трех лет. В 2007 г. анализировали всхожесть семян сортов томата обыкновенного различного срока хранения после обработки 0,01%-ным раствором перманганата калия, 3%-ным раствором перекиси водорода. В 2008 г. при исследовании действия 3%-ного раствора перекиси водорода на всхожесть семян и рост сеянцев в качестве стандартного стимулятора роста использовали 0,05%-ный раствор эпинбрассинолида (коммерческий препарат «Эпин-экстра» производства ННПП НЭСТ М, РФ) в экспозиции 6 ч. Семена нескольких сортов томатов были одинакового срока хранения. В 2009 г. для изучения влияния 0,01%-ного раствора перманганата калия и 3%-ного раствора перекиси водорода по отдельности и их совместного воздействия на всхожесть семян использовали несколько сортов томата обыкновенного одинакового срока хранения. Экспозиция во всех опытах для 0,01%-ного раствора перманганата калия, 3%-ного раствора перекиси водорода и при их совместном воздействии на семена томатов составляла 40 мин. Исследовали урожайность, массу плодов с одного растения и массу одного плода после обработки семян 0,01%-ным раствором перманганата калия, 3%-ным раствором перекиси водорода. Полевой эксперимент закладывали по общепринятым рекомендациям [9, с. 152].
Высоту растений измеряли на 30-й день после появления всходов при помощи линейки. Статистическую обработку результатов проводили на персональном компьютере с использованием пакета программ «Stadia». Процедура группировки данных и их обработка изложены в работе А. П. Кулаичева [10, с. 253]. Сравнение средних значений осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Всхожесть семян в контрольном и опытных вариантах сравнивали по согласию частот с использованием Z-статистики.
98
Результаты и обсуждение
В первый год исследования анализировали всхожесть семян сортов томата обыкновенного различного срока хранения после обработки 0,01%-ным раствором перманганата калия (1-й вариант) и 3%-ным раствором перекиси водорода (2-й вариант). Прослеживалась тенденция повышения всхожести во 2-м варианте, а в некоторых случаях и в 1-м (табл. 1). Особенно отчетливо увеличение всхожести было заметно для семян томата с большим сроком хранения (9 — 11 лет).
Таблица 1
Всхожесть семян сортов томата обыкновенного в опыте и контроле
Сорт, Контроль Всхожесть, %
год сбора семян всхожести, % 1-й вариант 2-й вариант
Ракета:
1998 15,2 20,5 40,3*
2002 23,3 21,4 74,7*
Чудо рынка: 1996 13,3 20,6* 33,3*
2001 28,6 31,5 81,2*
Бычье сердце, 1996 50,2 80,4* 85,6*
Грунтовый грибовский, 2005 35,5 20,8* 80,2*
Венетта, 2005 40,1 45,2 60,5*
Черри:
1998 60,1 76,7* 86,7*
2000 64,3 80,2* 83,3*
Примечания: 1-й вариант — обработка 0,01%-ным раствором перманганата калия; 2-й вариант — обработка 3%-ным раствором перекиси водорода; * — различия с контролем достоверны (Р < 0,05).
Во втором сезоне исследовали воздействие перекиси водорода и стандартного стимулятора — коммерческого препарата «Эпин-экстра» — на такие признаки, как всхожесть семян и высота сеянцев. Препарат «Эпин-экстра» не всегда повышал всхожесть и положительно воздействовал на рост сеянцев томата (табл. 2). Однако перекись водорода способствовала повышению всхожести семян и росту сеянцев у всех изученных сортов томата.
Таблица 2
Всхожесть семян и высота сеянцев сортов томата обыкновенного в опыте и контроле
Сорт, год сбора семян Вариант предпосевной обработки семян Всхожесть семян, % Высота сеянцев, см
Ляна, 2006 Контроль 42,4 8,5 ± 0,2
Эпин 46,7 9,1 ± 0,3
Перекись водорода 50,9* 9,6 ± 0,2*
Де-Барао, 2006 Контроль 76,2 11,4 ± 0,5
Эпин 85,1* 13,7 ± 0,5*
Перекись водорода 98,7** 15,6 ± 0,6**
Корнеевский розовый, 2006 Контроль 68,3 6,2 ± 2
Эпин 84,2* 6,8 ± 2
Перекись водорода 90,5** 7,6 ± 9,7*
Черный принц, 2006 Контроль 82,6 8,2 ± 0,2
Эпин 85,8 9,4 ± 0,1*
Перекись водорода 95,1* 10,5 ± 0,2**
Чудо рынка, 2006 Контроль 75,2 6,3 ± 0,1
Эпин 83,3* 7,4 ± 0,1*
Перекись водорода 92,8** 8,6 ± 0,2**
99
Примечания: * — различия с контролем достоверны (Р < 0,05); ** — различия с контролем достоверны (Р < 0,01).
В третьем сезоне изучения влияния 0,01%-ного раствора перманганата калия и 3%-ного раствора перекиси водорода на всхожесть семян томата обыкновенного отмечено ее повышение во всех опытных вариантах. Совместное воздействие данных препаратов на всхожесть оказало наибольший положительный эффект, но, к сожалению, в этом варианте не удалось измерить среднюю массу плода. Достоверное увеличение средней массы плода наблюдалось у всех сортов томата обыкновенного при воздействии 3%-ного раствора перекиси водорода, а у двух сортов при воздействии 0,01%-ного раствора перманганата (табл. 3).
Во все годы исследования отмечалось уменьшение количества трещин на плодах и не наблюдалось поражений фитофторозом томатов из семян, обработанных перекисью водорода. Трещины на плодах у томата и заболевание фитофторозом чаще всего появляются при избытке влаги. Действительно, время созревания томатов совпадало с достаточно частым выпадением осадков (в 2007—2009 гг.), однако весной рост сеянцев в открытом грунте сопровождался засушливым периодом, но сеянцы из обработанных семян лучше приспосабливались к недостатку влаги. Полученные результаты свидетельствуют о защитном действии перекиси водорода (от грибковых заболеваний и неблагоприятных погодных условий) на растения во все фазы онтогенетического развития.
Таблица 3
Всхожесть семян и урожайность сортов томата обыкновенного в опыте и контроле
lOO
Сорт, год сбора семян Вариант предпосевной обработки семян Всхожесть семян, % Средняя масса плода, г
Корнеевский розовый, 2006 Контроль Перманганат калия Перекись водорода Совместная 66,2 72,4* 87,1** 96,7** 114,3 і 2,5 121,4 і 0,6*** 142,9 і 5,6***б
Черный принц, 2006 Контроль Перманганат калия Перекись водорода Совместная 70,2 78,5* 92,3** 95,6** 92,9і1,3 100і4,4 146,4і2,8***а
Желтый король, 2006 Контроль Перманганат калия Перекись водорода Совместная 68,5 73,6* 86,7** 90,4** 82,1і0,9 88,8і0,5*** 114,3і1,9***в
Примечания:
Совместная — совместная обработка семян 0,01%-ным раствором перманганата калия и 3%-ным раствором перекиси водорода;
* — различия с контролем достоверны (P < 0,05);
** — различия с контролем достоверны (P < 0,01);
*** — различия с контролем достоверны (P < 0,01). а — различия с контролем достоверны (P < 0,05); б — различия с контролем достоверны (P < 0,01); в — различия с контролем достоверны (P < 0,01).
Из литературных источников известно, что с помощью ПЦР-ана-лиза в реальном времени в проростках и культуре клеток томата (Lyco-persicum esculentum Mill.) исследовали регуляцию экспрессии генов, отвечающих за синтез белков несопряженного и разобщенного дыхания. С помощью спектрофотометрических методов в проростках и культуре клеток было выявлено влияние пониженной температуры на активность ряда ферментов окислительного метаболизма. В проростках наблюдали увеличение транскрипционной активности генов, кодирующих белки несопряженного и разобщенного дыхания, при пониженной температуре (4 °С) [11]. Это означает, что, с одной стороны, при выращивании проростков и сеянцев томата пониженная температура имела положительное действие и стимулирующий эффект, который приводил к увеличению активности некоторых белков и ферментов, способствуя развитию механизмов адаптации растений к холоду. С другой стороны, приспособленность к холодным условиям на клеточном уровне в эксперименте изучали при создании окислительного стресса с использованием пероксида водорода и антимицина А в культуре клеток томата in vitro. При этом установили, что уровень мРНК генов некоторых белков и ферментов контролируется активными формами кислорода, что может быть механизмом индукции процессов «свободного» окисления при адаптации растений к холоду [11]. Таким об-
разом, видно положительное влияние пероксида водорода, играющего главную роль в образовании активных форм кислорода, которые, в свою очередь, сами являются стрессорами. При этом легкий стресс вызывает развитие адаптивной реакции в организме, поэтому способствует процессам приспособления к неблагоприятным условиям. Подтверждается достаточно старая концепция о «параллелизме стойкостей», представленная в работе Д. Н. Насонова и В. Я. Александрова [12, с. 241] на более современном научном уровне, и положительное влияние легкого стресса при воздействии перекиси водорода на семена томата.
Заключение
Таким образом, предпосевная обработка семян томата (Ъусорешсит еэсШепЫт) раствором перекиси водорода более способствует повышению их всхожести, средней массы плода, устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и заболеваниям, активизации роста сеянцев, чем раствором перманганата калия. Высота сеянцев увеличивается значительнее при использовании раствора перекиси водорода, чем традиционного коммерческого препарата «Эпин-экстра». Предпосевная обработка семян перекисью водорода достаточно эффективна для ускорения роста сеянцев и снижения их заболеваемости. Применение перекиси водорода больше способствует увеличению всхожести семян, чем предпосевная обработка раствором перманганата калия. Эффект повышения всхожести семян максимально выражен при совместной обработке семян раствором перекиси водорода и перманганата калия.
Список литературы
1. Вострикова Т. В., Калаев В. Н., Девятова Т. А. Влияние природно-климатических факторов и стимуляторов роста на эколого-биологические особенности львиного зева // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2012. № 1. С. 64 — 70.
2. Ворошилов В. Н. Ритм развития у растений. М., 1960.
3. Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р. Перекись водорода. М., 1958.
4. Овчаров К. Е. Физиологические основы всхожести семян. М., 1969.
5. Корзинников Ю. С. Экологически безопасные средства защиты растений // Вестник РАСХН. 1997. № 2. С. 44—47.
6. Кунавин Г. А. Обработка семян томата раствором перекиси водорода // Проблемы науки и производства в условиях аграрной реформы : тез. докл. Новосибирск, 1993. С. 15—17.
7. Стимулятор роста при обработке семян перед посевом : пат. № 2142707 Рос. Федерация Л01Ы59/00. № 96111379/04 ; заявл. 05.06.1996 ; опубл. 20.12.1999. 3 с.
8. Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента семенам и растениям и способ применения состава : пат. № 2305404 Рос. Федерация С1 10.09.2007. № 2006100070/15 ; заявл. 11.01.2006. 3 с.
9. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., доп. и перераб. М., 1985.
10. Кулаичев А. П. Методы и средства комплексного анализа данных. М., 2006.
11. Попов В. Н., Епринцев А. Т., Мальцева Е. В. Активация генов, кодирующих белки несопряженного и разобщенного дыхания в митохондриях томата при воздействии холода и активных форм кислорода // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 5. С. 758 — 765.
101
102
12. Насонов Д. Н., Александров В. Я. Реакция живого вещества на внешнее воздействие. М., 1940.
Об авторах
Татьяна Валентиновна Баранова — канд. биол. наук, науч. сотр. Ботанического сада им. Б. М. Козо-Полянского, Воронежский государственный университет.
Е-mail: tanyavostric@rambler. ru
Владислав Николаевич Калаев — д-р биол. наук, зам. директора по науке Ботанического сада им. Б. М. Козо-Полянского, Воронежский государственный университет.
Е-mail: dr_huixs@mail. ru
Андрей Алексеевич Воронин — канд. с.-х. наук, директор Ботанического сада им. Б. М. Козо-Полянского, Воронежский государственный университет.
Е-mail: voronin@bio. vsu. ru
About the authors
Dr. Tatiana Baranova, Research Fellow, B. M. Kozo-Polyansky Botanical Garden, Voronezh State University.
Е-mail: tanyavostric@rambler. ru
Prof. Vladislav Kalaev, Deputy Director of B. M. Kozo-Polyansky Botanical Garden, Voronezh State University.
Е-mail: dr_huixs@mail. ru
Dr. Andrei Voronin, Director of B. M. Kozo-Polyansky Botanical Garden, Voronezh State University.
Е-mail: voronin@bio. vsu. ru
