CC BY
15
ISSN 2542-1468, Лесной вестник /Forestry Bulletin, 2018. Т. 22. № 2. С. 28-34. © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
Биологические и технологические аспекты лесного хозяйства Применение системного подхода...
УДК 631.811; 631.417.1 DOI: 10.18698/2542-1468-2018-2-28-34
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА К ИЗУЧЕНИЮ СТИМУЛЯЦИИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН В ПОЧВАХ
Г.Н. Федотов1, М.Ф. Федотова2, В.С. Шалаев3, Ю.П. Батырев3, И.В. Горепекин1
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Факультет почвоведения
2ООО «Почвенно-экологический центр МГУ имени М.В. Ломоносова» (ООО «Экотерра МГУ»), 119992, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 75 Б
3МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), 141005, Московская область, г. Мы-тищи, ул. 1-я Институтская, д. 1 gennadiy. fedotov@gmail.com
В течение длительного времени при разработке стимуляторов прорастания семян, способных повышать их посевные качества, семена рассматривали как относительно элементарный объект. Способ воздействия на семена выбирался в большинстве случаев эмпирически, а систему семена - воздействие рассматривали как «черный ящик». Такой подход, несмотря на его кажущуюся простоту и перспективность, не позволяет получать значимые и воспроизводимые положительные результаты. Цель работы — оценка выделения углекислоты различными составляющими надсистем субстрат — семена и изучение влияния предпосевной обработки семян стимулятором на выделение углекислоты компонентами надсистем. Проведены сравнительные исследования выделения углекислоты компонентами надсистем при помещении в субстрат живых и мертвых семян. Изучено выделение углекислоты семенами и микроорганизмами субстратов на песке, дерново-подзолистой почве, серой лесной почве, черноземе и каштановой почве. Установлено, что в песке вклад микроорганизмов субстрата в выделение углекислоты заметно ниже, чем в почвах, и составляет около 12 %. Показано, что обработка семян стимулятором приводит к активации развития микроорганизмов почв, включая патогены развития семян. Полученные данные свидетельствуют, что проведение в лабораторных условиях изучения эффективности применения стимуляторов по выделению системами углекислоты при использовании в качестве субстратов реальных почв не представляется возможным из-за большой доли углекислоты, выделяемой микроорганизмами почв, а использование препаратов-стимуляторов необходимо совмещать с применением фунгицидов. Подобные методические и экспериментальные подходы можно использовать для изучения семян лесохозяйственных культур.
Ключевые слова: стимулятор прорастания семян, живые и мертвые семена, потребление выделений из семян микроорганизмами почв, выделяющие углекислоту компоненты почвенной надсистемы
Ссылка для цитирования: Федотов Г.Н., Федотова М.Ф., Шалаев В.С., Батырев Ю.П., Горепекин И.В. Применение системного подхода к изучению стимуляции прорастания семян в почвах // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2018. Т. 22. № 2. С. 28-34. DOI: 10.18698/2542-1468-2018-2-28-34
В течение длительного времени при разработке стимуляторов прорастания семян, способных повышать их посевные качества, семена рассматривали как относительно элементарный объект, на который воздействовали физически или обрабатывали различными веществами. Элементарность семян при подобном подходе состояла в отсутствии детального рассмотрения всех подсистем, входящих в семена. Как правило, ограничивались только строением зерновок. Не рассматривали также системы, в которые входят семена в качестве подсистемы при прорастании. Метод воздействия выбирали в большинстве случаев эмпирически [1-6], а систему семена — воздействие рассматривали как «черный ящик», не имея детальных представлений о механизмах происходящих процессов. Такой подход, несмотря на его кажущуюся простоту и перспективность, не позволял получать значимые и воспроизводимые положительные результаты.
Авторам работы [7] благодаря использованию высокопроизводительной методики, позволяющей получать результаты с ошибкой не более 5 % и
дающей возможность за короткий срок провести большой объем исследований, удалось выяснить, что на песчаном субстрате эндофитные микроорганизмы оказывают положительное влияние на развитие семян. Эти данные коррелировали с существующими представлениями о роли эндо-фитных микроорганизмов в жизни растений [8, 9]. Стало понятно, что не следует рассматривать семена, их развитие и действие на них стимуляторов в отрыве от состава и развития эндофитов семян.
Однако данный подход тоже нельзя считать исчерпывающим, так как здесь принимаются во внимание только микробиологические подсистемы семян. Очевидно, что необходимо рассматривать и надсистему (почву), включающую развивающиеся семена в качестве подсистемы, и взаимодействие семян с другими подсистемами почв, в первую очередь с почвенными микроорганизмами.
Цель работы
Весьма важно учитывать влияние почвенных микроорганизмов на развитие семян, поскольку клеточные оболочки при созревании зерновок
частично разрушаются, что обеспечивает на начальном этапе прорастания семян выход в почву через дефекты в оболочках питательных веществ (сахаров, органических кислот и т. д.) [2], которые способны активировать развитие почвенных микроорганизмов в прилегающем к семенам слое почвы. Можно предположить, что подобное свойство семян не является случайностью или «ошибкой природы», а обусловлено эволюцией и направлено на активацию симбиотных семенам микрорганизмов.
Таким образом, при изучении прорастания семян в почвах по выделению из системы углекислоты можно ожидать, что выделение углекислоты связано с:
- прорастающими семенами;
- размножающимися эпифитными и эндофит-ными микроорганизмами семян;
- микроорганизмами почв, развивающимися на выделенных из семян питательных веществах;
- микроорганизмами почв, не контактирующими с продуктами выделения семян.
Цель работы — оценка выделения углекислоты различными составляющими надсистемы и влияния предпосевной обработки семян стимулятором на выделение углекислоты компонентами надсистем [7].
Материалы и методы
Для оценки выделения углекислоты прорастающими семенами было необходимо предотвратить (заметно снизить) выделение углекислоты другими частями надсистемы или исключить выделение углекислоты самими семенами. Второй путь проще, так как достаточно убить семена термообработкой [2] перед помещением их в почву. В этом случае основной вклад в выделение углекислоты из надсистемы должны вносить микроорганизмы почв, не получающие питательных веществ от семян, и микроорганизмы почв, развивающиеся на выделенных из семян питательных веществах. Сравнение этих данных с данными о выделении углекислоты почвами без семян и с живыми семенами, прорастающими в почве, дает возможность оценить доли углекислоты, выделяемой разными компонентами надсистемы. При подобном подходе микроорганизмы семян и выделение ими углекислоты может рассматриваться только совместно с семенами и разделить их нельзя, но представление о роли почвенных микроорганизмов получить можно. С учетом значительного превышения количества микроорганизмов почв над микроорганизмами семян можно ожидать не очень большого искажения результатов.
В опытах использовали семена озимого тритикале сорта Немчиновский-56.
Эксперименты проводили, помещая в стаканчик с диаметром дна 55 мм 10 г субстрата, на нем располагали ровным слоем 2,5 г семян и засыпали их 10 г субстрата, добавляя из пипетки необходимое количество воды, чтобы она достаточно равномерно увлажняла субстрат.
В качестве субстрата использовали: сухой отмытый речной песок с размером частиц 0,5...0,8 мм, дерново-подзолистую почву влажностью 22,5 %, серую лесную почву влажностью 21,6 %, чернозем влажностью 33,1 %, каштановую почву влажностью 19,3 %. Навеску воды подбирали для каждого субстрата по максимальному количеству углекислоты, выделяемому системой за двое суток. В качестве примера приведен график, полученный для дерново-подзолистой почвы (рис. 1), по которому хорошо видно, что при добавлении навески воды менее 2 г выделение углекислоты заметно снижается за счет уменьшения доступности воды для семян и биоты, а при добавлении навески воды более 3 г — за счет снижения для них доступа кислорода.
Оптимальные навески воды составляли для используемых субстратов: песка 5 г, дерново-подзолистой почвы 2,5 г, серой лесной почвы 4,5 г, чернозема 4,5 г, каштановой почвы 5 г.
После добавления воды стаканчики с семенами и субстратом ставили в стеклянную емкость объемом три литра, которую герметично закрывали. Использовали обычные стеклянные трехлитровые банки, закрывали их пластико-
8500 г
8000
7500
7000
6500
6000
5500
5000
4500
0
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Количество добавляемой к почве воды, г
Рис. 1. Влияние количества добавляемой в стаканчик с 2,5 г семян озимого тритикале сорта Немчиновский-56 и с 20 г дерново-подзолистой почвы влажностью 22,5 % воды на изменение за двое суток концентрации углекислоты в трехлитровой емкости Fig. 1. Influence of the amount added to the glass with 2,5 g of winter triticale seeds Nemchinovsky-56 and with 20 g of sod-podzolic soil with a moisture content of 22,5 % water per day for two days the concentration of carbon dioxide in a three-liter container
выми крышками с отверстиями, в которые плотно мог входить зонд измерителя углекислоты Testo-535. Отверстия в крышках затыкали изнутри резиновыми пробками так, чтобы их можно было выталкивать внутрь банок, вставляя зонд измерителя. Емкости термостатировали при температуре 22 °С в камере, в которую входила 21 емкость. Опыты повторяли семь раз с последующей статистической обработкой результатов. Ошибка не превышала 5 % при 95%-ном уровне значимости. В каждой камере один из образцов (7 емкостей) был контрольным. По нему проводили пересчет. Емкости в камере располагали в шахматном порядке, чтобы уменьшить влияние неоднородности распределения температуры. С этой же целью в камеру помещали вентилятор, перемешивающий воздух. Через 48 ч измеряли концентрацию СО2 в емкостях и рассчитывали количество выделившегося СО2 на 1 г семян.
Измерение концентрации углекислоты проводили прибором Testo-535, который позволяет определять концентрацию углекислого газа в газовой смеси при содержании 0-9999 ррт. Принцип работы прибора основан на поглощении лазерного излучения углекислотой, адсорбированной на поверхности зонда. Относительно большая площадь адсорбционной поверхности зонда приводит к усреднению колебаний концентрации углекислоты в сосуде, что заметно снижает ошибку метода по сравнению с отбором газовой смеси из сосуда шприцем и определением концентрации углекислоты в смеси при помощи хроматографа.
При проведении измерения зонд измерителя помещали в емкость на 5 мин до достижения равновесия углекислоты, находящейся в емкости, с углекислотой, адсорбированной на чувствительной части зонда. Ошибка опыта с вероятностью 95 % не превышала 5 %.
Данная методика обладает высокой производительностью, позволяет исследовать в одном опыте порядка 500 семян, что резко уменьшает ошибку экспериментов, связанную с разнокаче-ственностью семян [2].
Состав стимулятора: 100 г/л автолизата пивных дрожжей (ООО «Биотех плюс», Россия), 16 г/л препарата «Бутон» (ООО «ПСК Техно-экспорт», Россия), содержащего натриевые соли гиббереллиновых кислот в количестве 20 г/кг, 5 г/л гумата калия (натрия) из бурого угля (5 г/л), (ООО НВЦ «Агротехнологии», Россия). Обработку семян суспензией данного стимулятора, проводили при расходе 20 л суспензии на 1 т семян. Для этого 40 г семян помещали в пластиковую лодочку размером 20^7 см, глубиной 4 см, добавляли навеску суспензии стимулятора 0,8 г и тщательно перемешивали примерно 1 мин до достижения равномерной окраски семян.
Изучено влияние обработки семян биофунгицидом «Фитоспорин-М» концентра-ции 100 г/л с расходом 20 л/т семян на изменение во времени длины проростков 7,5 г семян (~200 шт.) при их прорастании в дерново-подзолистой почве по сравнению с необработанными семенами. Опыты проводили, помещая на дно чашки диаметром 95 мм 30 г почвы, затем ровным слоем насыпали 7,5 г семян, а сверху — 30 г почвы. После этого в чашку равномерно добавляли из мерной пипетки 7,5 г воды. Площадь дна используемых чашек (как и навески почвы, семян и воды) была ровно в три раза больше площади дна используемых ранее стаканчиков.
Температурную обработку семян проводили, помещая их в разогретый до заданной температуры сухожаровой шкаф на 1 ч.
Результаты и обсуждение
На первом этапе изучено выделение углекислоты почвами, не контактирующими с семенами, в которые не поступают питательные вещества из семян, а также влияние температурной обработки семян на выделение системой углекислоты.
Установлено, что выделение углекислоты за двое суток теми количествами почв, которые используются в опыте (20 г), чрезвычайно мало и не выходит за пределы ошибки эксперимента, поэтому вклад, вносимый этой частью надсисте-мы в общее выделение углекислоты надсистемой, можно не учитывать.
80 г
0_I_I_I_I_I_I_I_I_I
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Температура прогрева семян, °С
Рис. 2. Влияние температуры прогрева семян тритикале сорта Немчиновский-56 на снижение выделения углекислоты системой дерново-подзолистая почва - семена по сравнению с системой, содержащей семена, не подвергавшиеся термообработке Fig. 2. Influence of the heating temperature of the triticale seeds Nemchinovsky-56 on the reduction of the release of carbon dioxide by the sod-podzolic soil system - seeds in comparison with the system containing seeds not subjected to heat treatment
Из полученной зависимости влияния температуры обработки семян (рис. 2) хорошо видно, что угнетение выделения системой (дерново-подзолистая почва — термообработанные семена) углекислоты по сравнению с системой, которая содержит семена, не подвергавшиеся термообработке, составляет чуть более 60 % максимум. При подъеме температуры наблюдается постепенное снижение выделения углекислоты, а при достижении температуры 120...130 °С выделение углекислоты изменяется незначительно, что можно трактовать как гибель всех биообъектов, способных дышать, т. е. — семян и находящихся на них микроорганизмов (полностью уничтожить микроорганизмы семян при термообработке не возмлжно, но численность их должна заметно снизиться). Поэтому дальнейшие сравнительные исследования с живыми семенами проводили на контрасте с мертвыми семенами, прогретыми при температуре 140 °С.
Изучено выделение углекислоты из надсистем (субстрат — семена), приготовленных на разных субстратах: одни содержат живые и мертвые семена, не обработанные стимулятором (табл. 1), другие — живые и мертвые семена, обработанные препаратом-стимулятором (табл. 2).
Из данных табл. 1 видно, что в песке вклад микроорганизмов субстратов в выделение углекислоты заметно ниже по сравнению с почвами и составляет около 12 %. В дерново-подзолистой почве этот вклад равен ~32 %, в серой лесной почве ~43 %, в черноземе и в каштановой почве — приблизительно по ~33 %. Следовательно, выделение углекислоты микроорганизмами почв заметно выше выделения углекислоты микроорганизмами песка, по-видимому, из-за меньшего их количества в последнем. При этом трудно говорить об эволюционной обусловленности выделения из семян питательных веществ [2], которые стимулируют симбиотные семенам микроорганизмы в почвах, так как количество выделяемой прорастающими семенами углекислоты во всех изученных почвах значительно меньше по сравнению с песком (см. табл. 1).
Как видно из табл. 1 и 2, для всех субстратов результаты схожи. Следовательно, при обработке семян препаратом-стимулятором он относительно больше активирует дыхание систем, содержащих мертвые семена, а не живые. При этом активация препаратом-стимулятором микроорганизмов субстратов наблюдается во всех случаях (табл. 3), а выделение углекислоты самими семенами при их обработке препаратом-стимулятором в песке и дерново-подзолистой почве даже снижается.
Таблица 1 Выделение углекислоты семенами, не обработанными стимулятором, озимого тритикале сорта Немчиновский-56, в различных субстратах (почвах) за двое суток при 22 °С Exhalation of carbon acid by seeds not treated with a stimulant, winter triticale Nemchinovsky-56, in various substrates (soils) for two day sat 22 °С
Субстрат (почва) Выделение СО2 надсистемой субстрат — семена, мг СО2 на 1 г семян Выделение СО2 семенами при прорастании, мг СО2 на 1 г семян (доля выделения системы, %)
Живые семена Мертвые семена
Песок 10,0 1,25 8,77 (87,7)
Дерново-подзолистая почва 11,89 3,83 8,06 (67,8)
Серая лесная почва 11,48 4,90 6,58 (57,3)
Чернозем 10,31 3,46 6,85 (66,4)
Каштановая почва 11,27 3,68 7,59 (67,3)
Таблица 2 Выделение углекислоты семенами озимого
тритикале сорта Немчиновский-56, обработанными стимулятором, в различных субстратах (почвах) за двое суток при 22 °С Exhalation of carbon acid by seeds of winter triticale Nemchinovsky-56, treated with a stimulator, in various substrates (soils) for two days at 22 °С
Субстрат (почва) Выделение СО2 надсистемой субстрат — семена, обработанные стимулятором, мг СО2 на 1 г семян Выделение СО2 только семенами при прорастании, мг СО2 на г семян (доля выделения системы, %)
Живые семена Мертвые семена
Песок 10,53 2,69 7,83 (74,4)
Дерново-подзолистая почва 12,47 5,97 6,50 (52,1)
Серая лесная почва 12,85 5,55 7,30 (56,8)
Чернозем 12,47 4,72 7,75 (62,1)
Каштановая почва 11,89 4,83 7,06 (59,4)
Таблица 3 Активация выделения углекислоты микроорганизмами и семенами (на основании данных, представленных в табл. 1 и 2), мг/г
Activation of carbon acid release by microorganisms and seeds (based on the data submitted in Table 1, 2), mg/g
Субстрат Активация микроорганизмов почв Стимуляция препаратом выделения СО2
выделения-ми из семян выделения-ми из семян и стимулятором микро-организмами семенами
Песок 1,25 2,69 +1,44 -0,94
Дерново-подзолистая почва 3,83 5,97 +2,14 -1,56
Серая лесная почва 4,90 5,55 +0,65 +0,72
Чернозем 3,46 4,72 +1,26 +0,90
Каштановая почва 3,68 4,83 +1,15 +0,53
Выводы
Полученные данные свидетельствуют о том, что обработка семян стимулятором во всех случаях активирует микроорганизмы почв, но не всегда оказывает положительное влияние на ускорение биохимических процессов в семенах. Последнее может быть связано с наличием в субстратах микроорганизмов-патогенов. При их активации стимулятором возможно снижение скорости биохимических процессов в семенах.
Подтвердилось предположение авторов о том, что, использование для обработки семян препаратов-стимуляторов оказывает влияние не только на семена, но и на микроорганизмы почв, а выделение углекислоты из систем субстрат — семена при прорастании последних связано с:
- прорастающими семенами;
- размножающимися эпифитными и эндофит-ными микроорганизмами семян;
- симбиотными, индифферентными и патогенными микроорганизмами почв, развивающимися на выделенных из семян питательных веществах и на веществах, входящих в состав препарата-стимулятора.
Проводить в лабораторных условиях изучение эффективности применения стимуляторов по выделению системами углекислоты при использовании в качестве субстратов реальных почв не представляется возможным из-за большой доли углекислоты, выделяемой микроорганизмами почв, и большего нарастания выделения угле-
кислоты микроорганизмами почв по сравнению с прорастающими семенами. При проведении подобных экспериментов увеличение выделения углекислоты может не отражать ускорения биохимических процессов, протекающих в семенах.
Активация стимуляторами в почвах микроорганизмов-патогенов развития семян может приводить к угнетению их развития. Особенно сильно подобные процессы могут развиваться на зараженных патогенами почвах или при использовании для посева зараженных семян.
Это предложение подтвердилось в опытах по изучению влияния обработки семян биофунгицидом «Фитоспорин-М» на их развитие в почвах. Обработанные фунгицидом семена в дерново-подзолистой почве развиваются значительно активнее (рис. 3).
2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100
Время развития семян, мин
Рис. 3. Влияние обработки семян тритикале сорта Немчи-новский-56 раствором концентрации 100 г/л биофунгицида «Фитоспорин-М» (1) с расходом 20 л/т на увеличение длины проростков 7,5 г семян во времени в сравнении с увеличением длины проростков такой же навески необработанных семян (2) при их прорастании и развитии в дерново-подзолистой почве Fig. 3. The effect of treating Nitchinovsky-56 triticale seeds with a solution of 100 g/l of «Fitosporin-M» biofungicide (1) at a rate of 20 liters per ton to increase the length of seedlings 7,5 grams of seeds in time in comparison with the increase in the length of seedlings is the same. weights of untreated seeds (2) upon their germination and development in sod-podzolic soil
В связи с этим использование препаратов-стимуляторов необходимо совмещать с применением фунгицидов, в противном случае можно получить искаженные результаты об эффективности действия стимуляторов. Это касается стимуляции не только препаратами, но и различными физическими воздействиями, так как последние могут оказывать влияние на развитие семян не напрямую, а через изменение выделения из семян питательных веществ, используемых почвенными микроорганизмами, или через угнетение
(активацию) эпифитов или эндофитов семян. Данные предостережения относятся и к употреблению стимуляторов в реальных полевых условиях и к проведению модельных экспериментов при разработке состава препаратов-стимуляторов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, проект № 37.8809.2017/8.9.
Список литературы
[1] Дмитриев А.М., Страцкевич Л.К. Стимуляция роста растений / под ред. Н.Ф. Батыгина. Минск: Ураджай, 1986. 118 с.
[2] Сечняк Л.К., Киндрук Н.А., Слюсаренко О.К., Ива-щенко В.Г., Кузнецов Е.Д. Экология семян пшеницы. М.: Колос, 1983. 349 с.
[3] Алтухов И.В., Федотов В.А. Воздействие ИК-излуче-ния различных длин волн на семена пшеницы // Ползу-новский вестник, 2011. № 2/1. С. 156-159.
[4] Кравец А.В., Бобровская Д.Л., Касимова Л.В., Зотико-ва А.П. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы гуминовым препаратом из торфа // Вестник Алтай-
ского государственного аграрного университета, 2011. № 4 (78). С. 22-24.
[5] Balakhnina T., Bulak P., Nosalewicz M., Pietraszewski S., Wlodarczyk T. The influence of wheat Triticum aestivum L. seed pre-sowing treatment with magnetic fields on germination, seedling growth, and antioxidant potential under optimal soil watering and flooding // Acta Physiologiae Plantarum, 2015, v. 37, no. 3, p. 59.
[6] Será B., Gajdvá I., Sery M., Spatenka P. New physicochemical treatment method of poppy seeds for agriculture and food industries // Plasma Science and Technology, 2013, v. 15, no. 9, p. 935.
[7] Федотов Г.Н., Шоба С.А., Федотова М.Ф. Разработка стимулятора для повышения посевных качеств семян на основе автолизата дрожжей // Вестник МГУ Сер. 17 (Почвоведение), 2017. № 2. С. 3-12.
[8] Чеботарь В.К., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н., Масленникова С.Н., Заплаткин А.Н., Мальфанова Н.В. Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие // Сельскохозяйственная биология, 2015. Т. 50. С. 648-654.
[9] Ryan R.P., Germaine K., Franks A., Ryan D.J., Dowling D.N. Bacterial endophytes: recent developments and applications // FEMS Microbiol Lett, 2007, v. 278. pp. 1-9.
Сведения об авторах
Федотов Геннадий Николаевич — д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, gennadiy.fedotov@gmail.com
Федотова Магдалина Федоровна — специалист ООО «Почвенно-экологический центр МГУ имени М.В. Ломоносова» (ООО «Экотерра МГУ»), gennadiy.fedotov@gmail.com
Шалаев Валентин Сергеевич — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал) shalaev@mgul.ac.ru
Батырев Юрий Павлович — канд. техн. наук, доцент МГТУ имени Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), batyrev@mgul.ac.ru
Горепекин Иван Владимирович — студент факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, gennadiy.fedotov@gmail.com
Поступила в редакцию 28.09.2017.
Принята к публикации 20.12.2017.
A SYSTEMATIC APPROACH APPLICATION TO THE STUDY OF SEED'S GERMINATION STIMULATION IN SOILS
G.N. Fedotov1, M.F. Fedotova2, V.S. Shalaev3, Yu.P. Batyrev3, I.V. Gorepekin1
'M.V. Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, GSP-1, Leninskie Gory, 1, p. 12, Faculty of Soil Science 2Soil-Ecological Center of Moscow State University (Ecoterra MSU), 119992, Moscow, Leninskie gory, 1, p. 75B 3BMSTU (Mytishchi branch), 1 st. Institutskaya, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
gennadiy. fedotov@gmail.com
For a long time, in the development of seed germination stimulants capable of raising their sowing qualities, the seeds were considered as a relatively elementary object. The method of influence on seeds was chosen in most cases empirically, and the system «seeds - impact» was considered as a «black box». This approach did not allow obtaining significant and reproducible positive results, despite its apparent simplicity and availability. The aim of this work was to assess the carbon dioxide extraction of various components of the meta-systems «substrate - seeds» and the study of the influence of pre-sowing seed treatment with stimulant on the allocation of carbon dioxide components of the meta-systems. For this, we carried out a comparative study of allocation of carbon dioxide components of the meta-systems when placed in a substrate of live and dead seeds. We have investigated the allocation of carbon dioxide seeds and microorganisms substrates on the sand, sod-podzolic soil, gray forest soil, black soil and chestnut soil. It is established that in sand in comparison with soils the contribution of microorganisms of the substrate to the release of carbon dioxide is significantly lower and is about 12 %. It is shown that seed treatment by stimulant leads to activation of soil microorganisms development, including seed development pathogens. The obtained data shows that the study of the effectiveness of stimulants for the release of carbon dioxide systems in the use of substrates in real soils is not possible due to the large proportion of carbon dioxide released by soil microorganisms, and the use of stimulant drugs necessarily need to be combined with the use of fungicides. Similar methodological and experimental approaches can be used to study the seeds of forest crops. Keywords: stimulator of seed germination, the living and the dead seeds, the consumption of secretions from the seeds by microorganisms of soil, components of soil supersystem that emit carbon dioxide
Suggested citation: Fedotov G.N., Fedotova M.F., Shalaev V.S., Batyrev Yu.P., Gorepekin I.V. Primenenie sistemnogopodkhoda k izucheniyu stimulyatsiiprorastaniya semyan vpochvakh [A systematic approach application to the study of seed's germination stimulation in soils]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2018, vol. 22, no. 2, pp. 28-34. DOI: 10.18698/2542-1468-2018-2-28-34
References
[1] Dmitriev A.M., Stratskevich L.K. Stimulyatsiya rosta rasteniy [Stimulation of plant growth]. Minsk: Uradzhay Publ., 1986, 118 p.
[2] Sechnyak L.K., Kindruk N.A., Slyusarenko O.K., Ivashchenko VG., Kuznetsov E.D. Ekologiya semyan pshenitsy [Ecology of wheat seeds]. Moscow: Kolos, 1983, 349 p.
[3] Altukhov I.V, Fedotov V.A. Vozdeystvie IK-izlucheniya razlichnykh dlin voln na semenapshenitsy [The influence of IR radiation with different wavelengths on wheat seeds]. Polzunovskiy vestnik, 2011, no. 2/1, pp. 156-159.
[4] Kravets A.V., Bobrovskaya D.L., Kasimova L.V., Zotikova A.P. Predposevnaya obrabotka semyanyarovoypshenitsy guminovym preparatom iz torfa [Presowing treatment of spring wheat seeds with humic preparation from peat]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2011, no. 4 (78), pp. 22-24.
[5] Balakhnina T., Bulak P., Nosalewicz M., Pietruszewski S., Wlodarczyk T. The influence of wheat Triticum aestivum L. seed pre-sowing treatment with magnetic fields on germination, seedling growth, and antioxidant potential under optimal soil watering and flooding. Acta Physiologiae Plantarum, 2015, v. 37, no. 3, p. 59.
[6] Será B., Gajdvá I., Sery M., Spatenka P. New physicochemical treatment method of poppy seeds for agriculture and food industries. Plasma Science and Technology, 2013, v. 15, no. 9, p. 935.
[7] Fedotov G.N., Shoba S.A., Fedotova M.F. Razrabotka stimulyatora dlya povysheniya posevnykh kachestv semyan na osnove avtolizata drozhzhey [Development of a stimulant to improve the sowing qualities of seeds based on yeast autolysate]. Vestnik MGU, ser. 17 (Pochvovedenie), 2017, no. 2, pp. 3-12.
[8] Chebotar' V.K., Shcherbakov A.V, Shcherbakova E.N., Maslennikova S.N., Zaplatkin A.N., Mal'fanova N.V Endofitnye bakterii kakperspektivnyy biotekhnologicheskiy resurs i ikh raznoobrazie [Endophytic bacteria as a promising biotechnological resource and their diversity]. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya, 2015, v. 50, pp. 648-654.
[9] Ryan R.P., Germaine K., Franks A., Ryan D.J., Dowling D.N. Bacterial endophytes: recent developments and applications. FEMS Microbiol Lett, 2007, v. 278, pp. 1-9.
Authors' information
Fedotov Gennadiy Nikolaevich — Dr. Sci. (Biol.), Senior Researcher of Lomonosov Moscow State University, gennadiy.fedotov@gmail.com
Fedotova Magdalina Fedorovna — Specialist of Soil Ecological Center of Moscow State University (Ecoterra MSU), gennadiy.fedotov@gmail.com
Shalaev Valentin Sergeevich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of BMSTU (Mytishchi branch), shalaev@mgul.ac.ru Batyrev Yuriy Pavlovich—Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of BMSTU (Mytishchi branch), batyrev@mgul.ac.ru Gorepekin Ivan Vladimirovich — student of Lomonosov Moscow State University, gennadiy.fedotov@gmail.com
Received 28.09.2017. Accepted for publication 20.12.2017.
