CC BY
64
Ответные реакции культурных растений при применении регулятора роста стифуна в условиях абиотических стрессовых факторов
А.А. Лубянов, к.б.н., Уфимский филиал Оренбургского ГУ; О.И. Яхин, к.б.н., З.Ф. Калимуллина, аспирантка, Р.А. Батраев, аспирант, И.Ф. Яппаров, аспирант, Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН; Е.М. Гайнетдинова, студентка, Башкирский ГПУ им. М. Акмуллы
Культурные растения на протяжении всего вегетационного периода подвергаются воздействию широкого спектра абиотических стрессовых факторов, оказывающих лимитирующее действие на их рост, продуктивность и качество урожая. Одним из приёмов уменьшения негативных эффектов неблагоприятных воздействий является применение регуляторов роста растений. Следует отметить, что растения испытывают как одновременное, так и чередующееся действие нескольких стрессовых факторов. В связи с этим поиск полифункциональных антистрессовых препаратов представляет актуальную задачу.
Объекты исследований: растения яровой пшеницы ТгШеыш аез1Шш Ь. сортов Жница, Ирменка,
Омская-35, капусты посевной Вгаяяка о1егасеае Ь. сорта Амагер 611. Семена стерилизовали 70%-ным этанолом, проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, увлажнённой водопроводной водой, в темноте при 24 °С в течение 2—3 суток. Исследуемый в работе регулятор роста стифун [1], представляющий собой комплекс биологически активных соединений (БАС) растительного происхождения, был получен в группе БАС (ИБГ УНЦ РАН). При моделировании стрессовых условий использовали воздействие дефицита влаги (влагообеспеченность 40%), низкой положительной температуры (+5 °С), хлоридного засоления (раствор №С1 0,5, 1, 1,5%), ацетата кадмия (100 мг/л), гербицидов: логран (д.в. триасульфурон) 4 мкг/мл; аврорекс (кэ д.в. 2,4-Д + карфентразон) 2 мкл/мл; диален супер (кэ д.в. 2,4-Д + дикамбы кислоты) 2 мкл/мл; топик (кэ, д.в. клодинафоп-пропаргила + антидот клоквинтосет-мексила) 20 мкл/мл. Гербицидами опрыскивали трёх — четырёхсуточные проростки пульверизатором с мелкодисперсным распы-
лением раствора. При засолении и кадмиевом стрессе двухсуточные проростки помещали на растворы солей. При гипотермии проростки в стаканах с песком помещали в холодильную камеру. Для моделирования дефицита влаги почву высушивали при 150 °С до полного сухого состояния и добавляли воду до необходимой концентрации. Семена пшеницы, обработанные стифуном, проращивали в почве с разным уровнем влагообеспеченности в течение девяти суток в термостате при 24 °С. Стифун (0,003%-ный раствор) применяли путём обработки семян, внесения в среду выращивания растений, а также опрыскивания растений. Контроль — дистиллированная вода. Различия в интенсивности роста оценивали по изменению сырой, сухой массы, а также линейных размеров проростков.
Как показали результаты исследований, снижение влаги в почве до 40% заметно ингибировало рост корневой системы и надземной части растений пшеницы (табл. 1). Применение стифуна предотвращало негативное влияние дефицита влаги, обеспечивая высокие показатели роста растений. Необходимо отметить, что при использовании стифуна формировалась более мощная корневая система.
В следующем эксперименте мы оценивали антистрессовые свойства стифуна в условиях хлоридного засоления (табл. 2).
Было установлено, что №С1 снижал всхожесть семян пшеницы, причём его ингибирующее действие усиливалось с возрастанием концентрации. Обработка семян стифуном способствовала увеличению всхожести во всех вариантах.
Известно, что тяжёлые металлы способны негативно влиять на рост и метаболизм растений, вызывать нарушения хромосомного аппарата клеток, накапливаясь в них. Существенное ингибирование ростовых процессов у растений пшеницы, обусловленное токсическим действием кадмия, было следствием сильно выраженной дисрегуляции метаболических процессов [2]. В настоящей работе при моделировании кадмие-
2. Влияние стифуна на всхожесть семян пшеницы при действии хлоридного засоления (% от контроля)
Варианты опыта 0,5% №01 1,0% №01 1,5% №01
Вода 79 59 16
Стифун 89 64 27
вого стресса экспозиция растений пшеницы на растворе ацетата кадмия приводила к ингибированию морфометрических параметров растений двух исследованных сортов пшеницы (табл. 3). В результате обработки проростков стифуном выявлено уменьшение ростингибирующего действия кадмия на линейные размеры, массу корней и побегов. При оценке потенциала устойчивости растений пшеницы на ранних этапах развития к присутствию ионов кадмия в среде было установлено, что индекс устойчивости растений может варьировать от очень низкого (0,21) до супервысокого (1,2) [3]. При действии кадмия показатель индекса устойчивости, оцениваемый по отношению массы растения в варианте — кадмий или кадмий + стифун к массе растения в контроле [3], составил соответственно 0,75 и 0,81 (Жница), 0,73 и 0,83 (Ирменка). В условиях кадмиевого стресса существенно снижалась оводнённость растений: на 45 (Жница), и 41% (Ирменка). При этом стифун предотвращал уменьшение оводнённости на 22 и 20% соответственно.
При низкой положительной температуре стифун проявлял стимулирующую активность на растениях капусты по показателю сырой массы (табл. 4).
Гербициды могут оказывать токсическое действие не только на сорные растения, но и на культурные. В литературе имеются данные об использовании регуляторов роста растений (гумата натрия, эпина, хлорхолинхлорида) в качестве протекторных агентов при негативном действии гербицидов [4].
Нами проведена оценка физиологической активности стифуна при действии различных гербицидов на растениях пшеницы. Как видно из таблицы 5, через 48 часов после обработки логра-ном наблюдалось ингибирование роста проростков. При совместном применении лограна и стифу-на уменьшалось негативное действие гербицида.
Через 72 часа после применения гербицидов аврорекса, диалена супер, топика уменьшались
все исследованные морфометрические параметры растений. При опрыскивании растений этими гербицидами и стифуном выявлено выраженное предотвращение токсического эффекта гербицида, что могло быть обусловлено защитным либо стимулирующим действием регулятора роста. Следует отметить, что на-
1. Влияние стифуна на морфометрические параметры проростков пшеницы сорта Жница в условиях дефицита влаги (% от контроля)
Варианты опыта Влажность почвы, % Длина Сырая масса 1 растения Сухая масса 1 растения
побега корня
Контроль 80 100 100 100 100
Дефицит влаги 40 75 59 68 66
Стифун при дефиците влаги 40 103 118 96 111
3. Влияние стифуна на линейные размеры и массу растений пшеницы при экспозиции на растворе ацетата кадмия в течение 48 ч (% от контроля)*
Вариант опыта Побег Корень
длина сырая масса сухая масса длина сырая масса сухая масса
Жница
Ацетат кадмия 41 40 67 21 31 46
Ацетат кадмия + стифун 49 49 76 31 41 56
Ирменка
Ацетат кадмия 65 69 86 37 48 69
Ацетат кадмия + стифун 71 79 93 45 58 79
* Примечание: показатели в контроле приняты за 100%
4. Влияние стифуна на прирост биомассы растений капусты в условиях гипотермии
Варианты Прирост биомассы 1 растения, %
1 сут. 2 сут. 4 сут. 6 сут. 8 сут.
Гипотермия 100 101 103 105 108
Обработка семян + гипотермия 100 111 113 117 121
Обработка растений + гипотермия 100 103 104 108 111
5. Влияние стифуна на линейные размеры и массу растений пшеницы сорта Омская 35 при применении гербицидов (% от контроля)*
Вариант опыта Побег Корень
длина сырая масса сухая масса длина сырая масса сухая масса
Логран 87 83 73 83 87 75
Логран + стифун 91 94 87 93 93 92
Аврорекс 59 74 73 53 57 67
Аврорекс + стифун 74 82 82 69 59 75
Диален супер 44 79 85 58 64 81
Диален супер + стифун 60 82 112 73 66 100
Топик 71 64 47 75 67 55
Топик + стифун 75 75 71 91 72 73
* Примечание: показатели в контроле приняты за 100%
блюдалось негативное действие гербицидов как на надземную часть растений, так и корневую систему. Необходимо обратить внимание на то, что протекторное действие стифуна лучше видно при сравнении сухой массы растений, что может свидетельствовать о его положительном влиянии на биосинтетические процессы в растениях в условиях стресса. По результатам наших опытов можно сделать вывод о негативном влиянии на рост растений исследованных концентраций гербицидов и антидотном эффекте стифуна.
Ранее было показано, что стифун обладает ростстимулирующей активностью и увеличивает урожайность пшеницы [5]. Регуляция роста и устойчивости культурных растений на начальных этапах онтогенеза является важным фактором оптимизации формирования в дальнейшем их продуктивности. В связи с этим полученные нами новые данные, свидетельствующие об антистрессовых свойствах регулятора роста стифуна в условиях различных стрессовых воздействий абиотической природы, могут иметь большое значение для практического растениеводства.
Различные абиотические стрессы вызывают сверхпродукцию активных форм кислорода в растениях, которые являются высокореактивными и токсичными, что приводит в конечном
итоге к окислительному стрессу [6]. В целом вовлечение активных форм кислорода в различные метаболические процессы в растительных клетках может иметь общее значение при различных видах стресса. Учитывая выявленную в данной работе полифункциональность стифуна в условиях целого ряда абиотических стрессовых факторов, в дальнейших экспериментах при исследованиях механизмов его действия будет изучено влияние данного регулятора роста на антиоксидантную систему растений.
Литература
1. Яхин И.А., Вахитов В.А., Исаев Р.Ф. и др. Изучение биологической активности препарата «Стифун» // Итоги научных исследований биологического факультета Башкирского госуниверситета за 1995 г. Уфа: Башкирский госуниверситет, 1996. С. 13-14.
2. Яхин О.И., Яхин И.А., Лубянов А.А. и др. Влияние кадмия на содержание фитогормонов и свободных аминокислот, его цитогенетическое действие и аккумуляция у культурных растений // Доклады Российской академии наук. 2009. Т. 426. № 5. С. 714-717.
3. Барсукова В.С. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам: аналитический обзор. Новосибирск: Изд-во ГПНТБ СО РАН, 1997. 63 с.
4. Ремпе Е.Х., Воронина Л.П., Батурина Л.К. Регуляторы роста растений как фактор снижения негативного действия пестицидов // Агрохимия. 1999. № 3. С. 64-69.
5. Яхин И.А., Яхин О.И., Исаев Р.Ф. Влияние препарата сти-фун на рост и продуктивность яровой пшеницы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1999. № 6. С. 8-10.
6. Gill S.S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiology and Biochemistry. 2010. V. 48. P. 909-930.
