CC BY
29УДК 582.272.46:631
Е.В. Егорова, А.В. Климова, Н.Г. Клочкова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail:egorova_bam@rambler.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ ЛАМИНАРИЕВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ИЗ ШТОРМОВЫХ ВЫБРОСОВ В КАЧЕСТВЕ СТИМУЛЯТОРОВ РОСТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Изучалась возможность использования штормовых выбросов камчатских ламинариевых водорослей для нужд сельского хозяйства. Водные экстракты были получены из свежесобранных растений и хранившихся в лабораторных условиях при температуре 15-20°C до 20 дней. Исследования показали, что экстракты из Saccharina bongardiana, Saccharina dentigera, Alaria esculenta, Eualaria fistulosa, Arthrothamnus bifidus и Agarum clathratum и их смесей оказывают отчетливо выраженный стимулирующий эффект на рост и развитие семян пшеницы. Смесь водорослей, из которой была получен экстракт, на 85% состояла из представителей Saccharina и Alaria. Он оказался наиболее эффективным. На четвертые сутки проращивания семян пшеницы с использованием этого и других экстрактов доля семян с самой высокой энергией прорастания во всех экспериментальных группах была выше на 19-67%, чем в контрольной, выращивавшейся на дистиллированной воде. Показано, что водные экстракты ламинариевых водорослей сохраняют свою эффективность при использовании для их приготовления сырья, экспонировавшегося на воздухе в течение 9 дней после поступления на берег.
Ключевые слова: ламинариевые водоросли, Alaria esculenta, Saccharina bongardiana, экстракты водорослей, стимуляторы роста, проращивание семян, энергия прорастания, Камчатка.
E.V. Egorova, A.V. Klimova, N.G. Klochkova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: egorova_bam@rambler.ru
USE OF LIQUID SEAWEED EXTRACTS FROM DRIFTING LAMINARIACEAN ALGAE AS PLANT GROWTH STIMULATORS IN HORTICULTURE
The possibility of using storm emissions of Kamchatka's kelp for agricultural purposes was studied. Water extracts were obtained from freshly harvested plants and stored in laboratory at a temperature of 15-20°C for 20 days. Our data showed that extracts from Saccharina bongardiana, Saccharina dentigera, Alaria esculenta, Eualaria fistulosa, Arthrothamnus bifidus and Agarum clathratum and their mixtures have a distinct stimulating effect on the growth and development of wheat seeds. The mixture of algae from which the extract was prepared consisted of 85% representatives of Saccharina and Alaria. It proved to be the most effective. On the 4th day of wheat seeds germination treated with algal extracts, the proportion of seeds with the highest germination energy was 19-67% higher in all experimental groups than in control group, which was grown in distilled water. Water extracts of kelp retained their effectiveness even when raw algal materials were exposed to the air for 9 days after cast ashore.
Key words: laminariacean algae, Alaria esculenta, Saccharina bongardiana, seaweed extracts, growth-promoting factor, seed germination, germination energy, Kamchatka.
Штормовые выбросы бурых водорослей являются ценным сырьем для производства экологически чистого удобрения [1, 2]. В прибрежных районах Мирового океана их широко применяют в сельском хозяйстве с целью повышения продуктивности урожая наземных культур и плодородия почв [3]. Основным преимуществом использования водорослей из выброшенных на берег водорослей является простота их сбора, не требующая применения орудий лова и нали-
чия разрешительных документов на изъятие биологических ресурсов. Сырье, собранное в береговой зоне сразу после штормов, фактически не отличается по качественным характеристикам от добытого во время активного промысла. Однако при длительной экспозиции на берегу водорослевая масса подвергается разложению и денитрификации и, в конце концов, теряет свою ценность. Это связано с тем, что с течением времени многие содержащиеся у водорослей биологически активные органические вещества распадаются, а минеральные вымываются атмосферными осадками и вытекают с гидролизатом, появляющимся в ходе реакций катаболизма при участии собственных ферментов водорослей или под воздействием бактерий и грибов.
Бурые водоросли в береговых выбросах представлены комплексом видов, характерным для альгофлоры конкретного района. Среди них преобладают ее массовые представители и их суммарный вклад в общий объем выбросов может достигать 90% и более. В Авачинском заливе основу штормовых выбросов составляют ламинариевые водоросли, преимущественно представители видов Saccharina bongardiana и Alaria esculenta. Остальные виды встречаются реже. Участие зеленых и красных водорослей в формировании здесь береговых выбросов незначительна.
Целью настоящего исследования являлось определение максимальных сроков экспозиции водорослевых выбросов, при которых они еще сохраняют выраженный стимулирующий эффект, оказываемый на рост и развитие сельскохозяйственной культуры - пшеницы озимой.
В настоящем исследовании были использовали ламинариевые водоросли, собранные непосредственно после штормов в береговой зоне бухт Большая Лагерная и Шлюпочная (Авачинская губа, юго-восточная Камчатка). В лабораторных условиях водорослевый материал разбирали и идентифицировали, при этом, в первую очередь, отделяли представителей наиболее массовых для этих районов видов - S. bongardiana и A. esculenta, поскольку именно они количественно преобладали в штормовых выбросах. Дополнительно в собранных пробах, в порядке уменьшения их доли, присутствовали Eualaria fistulosa, S. dentigera, Arthrothamnus bifidus и Agarum clathratum. Для проведения экспериментов формировали смесь ламинариевых водорослей в следующих соотношениях по массе: S. bongardiana - 50%, A. esculenta - 35%, E. fistulosa и S. dentigera по 5%, оставшаяся доля приходилось на A. bifidus и A. clathratum. Затем одинаковые в процентном отношении водорослевые смеси помещали в пластиковые контейнеры. Последующие 20 сут их содержали при температуре 15-20°C. При этом через каждые три дня строго определенную часть водорослевой массы изымали и использовали для получения водных экстрактов. Далее путем их разбавления дистиллированной водой получали экстракты с концентрацией 1; 2,5; 5 и 10% и использовали их для выявления активности стимулирования процессов прорастания семян. Биотестирование проводили на пшенице озимой сорт «Лагуна» (Triticum durum Desf.). Микрофенологические фазы прорастания ее семян определяли по шкале Я. Задокса: 0 - сухая зерновка, I - набухание, II - наклевывание и появление зародышевого корешка, III - появление колеоптиля, IV - появление полноценного проростка [4]. Проросшие семена в фазе IV, в зависимости от размера проростков, дополнительно разделяли на три группы: 0,3-1 см; 1,1-3 см и 3,1-5 см.
Энергию прорастания семян пшеницы определяли на четвертые сутки согласно ГОСТ 12038-84 [5]. Проращивание семян осуществляли в термостате при 20°C, в чашках Петри, на дно которых укладывали стерильную фильтровальную бумагу, пропитанную разбавленными водорослевыми экстрактами до разной концентрации. В качестве контрольной группы использовали семена, выращиваемые на дистиллированной воде. Контроль за увлажнением фильтровальной бумаги и определение микрофенологических фаз прорастания семян пшеницы проводили ежедневно. Все эксперименты были выполнены в трехкратной повторности.
На первые сутки проращивания пшеницы во всех группах уже встречались семена с колеоп-тилем (фаза III), их общее количество варьировало от 4 до 62% (рис. 1). В контрольной группе преобладала доля семян с зародышевым корешком (36%), доля семян с колеоптилем была представлена почти в два раза меньшим количеством (19%). Среди испытуемых групп доля наиболее развитых семян (фаза III) достигала максимального значения при использовании 2,5%-го экстракта из водорослей, экспонировавшихся 9 суток. В целом количество таких семян плавно возрастало при увеличении сроков биодеградации водорослевого сырья: от свежесобранного до экспонированного 9 сут на воздухе.
Стимулирующий эффект экстрактов, полученных из водорослей, экспонированных 12 сут и более, не отмечался, более того, выращиваемые с их использованием семена развивались хуже,
чем в контрольной группе. Как правило, минимальную долю семян с колеоптилем (т. е. более развитых) отмечали в группах, обработанных 10%-ным водным экстрактом смеси ламинариевых водорослей (рис. 1).
Рис. 1. Энергия прорастания семян пшеницы озимой на первые сутки выращивания при использовании водных экстрактов смеси ламинариевых водорослей, полученных из сырья с разным периодом экспозиции (от свежесобранных образцов до хранившихся в течение двадцати суток)
На вторые сутки выращивания пшеницы во всех экспериментальных группах семян количественно преобладали семена с развитыми проростками (фаза VI) (рис. 2, а). В контрольной группе их доля составляла 73%, в испытуемых группах она варьировала от 71 до 95%. Максимальное количество таких семян было отмечено в группах, обработанных 5%-ным экстрактом из смеси водорослей, экспонировавшихся 9 суток. Доля семян, находившихся в III фазе прорастания, на вторые сутки резко сократилась. В контрольной группе она достигала 12%, в остальных не превышала 21% (рис. 2, а). Количество семян, находившихся в фазах 0, I и II, во всех тестируемых группах было незначительным.
На четвертые сутки выращивания пшеницы в контрольной группе большая часть семян имела проростки длиной от 1,1 до 3 см (77%), доля проростков с большими линейными размерами (3,1-5 см) составляла только 7% от общего количества (рис. 2, б). В других группах проростки длиной 1,1-3 см составляли 10-62%, а проростки 3,1-5 см - 26-74%. Максимальное количество хорошо развитых проростков выявлено для групп, обработанных 2,5%-ным и 5%-ным экстрактами смеси свежесобранных ламинариевых водорослей и подвергавшихся биодеградации на воздухе от 3 до 9 суток. Семена, обработанные водорослевыми экстрактами разной концентрации, полученными из водорослей, экспонировавшимися более 9 сут, развивались медленнее.
Сравнивая полученные результаты по использованию водных экстрактов из смеси ламинариевых водорослей для проращивания семян пшеницы, можно говорить о том, что на четвертые сутки доля самых развитых проростков во всех испытуемых группах была выше на 19-67%, чем в контрольной группе. Максимальный стимулирующий энергию прорастания эффект отмечен для
экстрактов, полученных из свежесобранного водорослевого сырья и экспонированного в лабораторных условиях до 9 сут. Воздействие водных экстрактов, полученных из сырья, экспонированного при температуре 15-20°С более 9 сут, вероятно, больше определяется метаболической активностью развивающихся на водорослях прокариотических организмов и грибов (рис. 1, 2). Выраженный стимулирующий эффект у семян пшеницы наблюдается при использовании минимальных концентраций водорослевых экстрактов. У большинства испытуемых групп применение 10%-го водного экстракта было менее эффективным, чем при добавлении 2,5%-го и 5%-го экстрактов.
100
§ 80
* б0
о а с
к 40
8
в 20
т
100 80 60
40 -
20
8482
86
84
------
76
77
□ IV
□ III
□ II
б
□ 0 □ IV: 0.3 - 1 см □ IV: 1.1 - 3 см □IV: 3.1 - 5 см
Рис. 2. Энергия прорастания семян пшеницы озимой при использовании водных экстрактов смеси ламинариевых водорослей, полученных из сырья с разным периодом экспозиции (от свежесобранных образцов до хранившихся в течение 20 суток):
а - энергия прорастания семян на вторые сутки выращивания, б - энергия прорастания семян на четвертые сутки выращивания
Водные экстракты ламинариевых водорослей сохраняют свою эффективность при использовании затяжного сырья, хранившегося на воздухе в течение 9 дней от момента отделения растений от субстрата и поступления на берег в качестве штормовых выбросов. Проведенные нами эксперименты показали, что в целях рационального использования морских растительных ресурсов целесообразно собирать не только свежесобранные водоросли, но и пролежавшие на берегу не более 9 дней. Их уместно направлять на производство водорослевых экстрактов, которые могут быть с успехом использованы для стимуляции роста растений, в частности на повышение энергии прорастания семян зерновых, выращиваемых на Камчатке в зоне рискованного земледелия.
Литература
1. Блинова Е.И., Сабурин М.Ю. Штормовые выбросы макрофитов. Условия формирования и влияние на экологическое состояние моря (на примере Анапской бухты, Черное море) // Труды ВНИРО. - 2005. - Т. 144. - С. 286-293.
а
0
0
2. Клочкова Т.А., Климова А.В., Клочкова Н.Г. Перспективы использования камчатских ламинариевых водорослей в региональном сельском хозяйстве // Вестник КамчатГТУ. - 2019. -№ 48. - С. 90-103 (DOI: 10.17217/2079-0333-2019-48-90-103).
3. Seaweed Extracts as Biostimulants of Plant Growth and Development / W. Khan, U.P. Rayirath, S. Subramania, M.N. Jithesh, P. Rayorath, D.M. Hodges, A.T. Critchley, J.S. Craigie, J. Norrie, B. Prithiviraj // Journal of Plant Growth Regulation. - 2009. - Vol. 28. - P. 386-399.
4. Zadoks J.C., Chang T.T., Konzak C.F. A decimal code for the growth stages of cereals // Weed Research. - 1974. - Vol. 14. - P. 415-421.
5. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: ГОСТ 12038-84. -М., 2011. - 64 с.
