CC BY
48УДК 582.272.46
Р.Ф. Баширова, Е.В. Егорова, Т.А. Клочкова, А.В. Климова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: asp-kgtu@mail. ru
РОСТОСТИМУЛИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ ВОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ КАМЧАТСКОЙ БУРОЙ ВОДОРОСЛИ ALARIA ESCULENTA
Приведены данные по применению водных экстрактов Alaria esculenta f. latifolia при выращивании семян пшеницы озимой и салата листового. Установлено, что 10%-ные экстракты пластин увеличивают энергию прорастания семян пшеницы на 23%. Экстракты жилок аларий способствуют ускоренному развитию полноценных проростков салата и приводят к повышению их энергии прорастания на 42%. Ламинариевая водоросль Alaria esculenta f. latifolia является перспективным сырьем для производства биостимуляторов роста наземных растений, особенно в климатических условиях Камчатского края.
Ключевые слова: бурые водоросли, Alaria esculenta f. latifolia, водорослевые экстракты, энергия прорастания, юго-восточная Камчатка.
R.F. Bashirova, E.V. Egorova, T.A. Klochkova, A.V. Klimova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: [email protected]
GROWTH STIMULATING ACTIVITY OF KAMCHATKA BROWN ALGA ALARIA ESCULENTA WATER EXTRACTS
The data on the application of Alaria esculenta f. latifolia water extracts in cultivation of winter wheat and leaf lettuce seeds are given in the article. It was found that 10% extracts from plates stimulate winter wheat seeds growth by 23%. Extracts from Alaria ribs accelerate the development of leaf lettuce seedlings and increase their germination energy by 42%. Kelp Alaria esculenta f. latifolia is a promising raw material in producing growth biostimulants for land plants, especially in the climatic conditions of Kamchatsky Krai.
Key words: brown algae, Alaria esculenta f. latifolia, seaweed extracts, germination energy, south-eastern Kamchatka.
Введение
За последнее десятилетие в мире было опубликовано достаточно много работ, посвященных изучению возможности использования экстрактов из морских водорослей в растениеводстве [1-3]. Их получают из представителей разных групп, используя методы щелочного гидролиза и ферментации. По подсчетам специалистов, ежегодно в мире используется более 550 тыс. т водорослей для изготовления удобрений и биостимуляторов наземных сельскохозяйственных культур [4]. Однако, несмотря на существование доказательной базы по уникальной, высокоспецифичной и сложной функциональности различных молекул, содержащихся в водорослевых экстрактах, способы их наиболее эффективного воздействия на наземные растения все еще остаются недостаточно изученными.
В экстрактах морских водорослей были идентифицированы многие фитогормоны, вызывающие стимуляцию или ингибирование роста и морфогенеза растений, такие как ауксины, ци-токинины, этилен, гиббереллины, абсцизовая кислота и др. [1, 5]. Так, в ходе специальных экспериментов была выявлена способность жидких водорослевых экстрактов индуцировать развитие целых растений из каллуса, и было показано, что их влияние на растения вполне сопоставимо с воздействием на них специфических растительных гормонов [2].
В России использование водорослей в сельском хозяйстве является новым направлением исследований и практически еще только зарождается [6]. Это обуславливает необходимость накопления дополнительных научных знаний, разработки удобрений и биостимуляторов из отечественного водорослевого сырья. Это, в свою очередь, требует проведения лабораторных и полевых испытаний на сельскохозяйственных культурах.
В настоящей работе представлены результаты определения влияния ростостимулирующей активности водных экстрактов камчатской ламинариевой водоросли Alaria esculenta f. latifolia на семена пшеницы озимой и листового салата.
Материалы и методы
Источником для получения водного водорослевого экстракта послужил массовый вид ламинариевых водорослей Авачинского залива - Alaria esculenta f. latifolia, собранный в бух. За-войко в июле 2018 г. В ходе камеральной обработки собранные растения промывали от песка. Предварительно у них удаляли ризоиды и стволики, для последующих экспериментов использовали пластину, жилку и спорофиллы.
Вещества, содержащиеся в аларии, экстрагировали деионизированной водой в течение 4 ч при температуре 40°C. Соотношение измельченных водорослей и дистиллированной воды составляло 1 : 10 w/v. Полученный концентрированный водорослевый экстракт использовали для дальнейшего биотестирования, его начальную концентрацию принимали за 100%. Разбавлением деионизированной водой получали рабочие растворы - 1,5% и 10%.
Полученные водные экстракты аларии тестировали на семенах пшеницы озимой сорт «Лагуна» (Triticum durum Desf.) и семенах салата листового сорт «Азарт» (Lactuca sativa L.). Микрофенологические фазы прорастания зерновых семян определяли по шкале Я. Задокса: 0 - сухая зерновка, I - набухание, II - наклевывание и появление зародышевого корешка, III - появление колеоптиля, IV - появление полноценного проростка [7]. Энергию прорастания семян определяли согласно ГОСТ 12038-84 на 4-е сутки [8]. В качестве контрольной группы использовали семена, пророщенные в дистиллированной воде. Контроль за увлажнением семян и определение микрофенологических фаз их прорастания проводили ежедневно. Все наблюдения и подсчеты были проведены в трехкратной повторности.
Результаты и обсуждение
Результаты изучения воздействия водорослевых экстрактов, полученных из Alaria esculenta, на развитие проростков пшеницы озимой представлены на рис. 1. К моменту определения энергии прорастания семян, т. е. на четвертые сутки, все испытуемые группы включали образцы с разной микрофенологической фазой прорастания. Среди них встречались сухие зерновки (0), набухшие семена (I), проклюнувшиеся и имеющие зародышевый корешок (II), имеющие колеоп-тиль (III). Появление полноценного проростка (фаза IV) было отмечено только на 5-е сутки проращивания семян пшеницы.
б
i% в
Рис. 1. Энергия прорастания семян пшеницы озимой при использовании водных экстрактов спорофиллов (а), пластин (б) и жилок (в) Alaria esculenta f. latifolia. Микрофенологические фазы прорастания семян отмечены разной цветовой заливкой: 0 — сухая зерновка, I — набухание, II — наклевывание и появление зародышевого корешка, III — появление колеоптиля
а
Наибольшая ростостимулирующая активность наблюдалась в 10%-ных водных экстрактах из пластин аларии (рис. 1, б). Только в этой группе у 23% семян на четвертые сутки развились колеоптили, т. е. их фенологическое развитие проходило наиболее интенсивно. В остальных группах семена еще находились в фазах набухания (I) и наклевывания, и появления зародышевого корешка (II). В целом для всех вариантов экстрактов из пластин аларии ростостимулирующая активность возрастала с увеличением их концентрации. Интересно отметить, что у 1%-ного экстракта из пластин аларии энергия прорастания семян пшеницы была минимальной, на 7% более низкой, чем в контрольной группе.
Показатели энергии прорастания семян пшеницы под воздействием экстрактов из жилок и спорофиллов A. esculenta имели общие особенности и их значения были практически равными (рис. 1 а, в). Здесь в отличие от семян, выращенных на растворе экстракта из пластин аларии, лучший результат оказался у 1%-ных экстрактов. Более 60% семян в этих группах имели развитые зародышевые корешки. У всех семян, обработанных экстрактами из жилки и спорофиллов аларии, энергия прорастания была выше, чем в контрольной группе (0%, т. е. у семян, проращиваемых в дистиллированной воде). Однако общее количество семян с зародышевыми корешками, развивавшимися в 5%-ных экстрактах было минимальным, на 8-12% меньше, чем в контрольной группе.
В целом всхожесть семян пшеницы при их обработке экстрактами из разных частей слоевища A. esculenta не отличалась друг от друга и во всех случаях была на 2-4% выше, чем в контрольной группе. Необходимо отметить, что после 4 суток процентное соотношение проросших и непро-росших семян, увлажнявшихся растворами экстрактов с разной концентрацией, не менялось.
Применение водных экстрактов A. esculenta при проращивании семян салата листового выявило больший положительный эффект, чем у семян пшеницы озимой. Так, семена салата во всех вариантах водорослевых экстрактов к концу 4-х суток имели полноценные проростки, в то время как в контрольной группе колеоптили только начали развиваться (рис. 2). Стоит отметить, что у всех семян салата всхожесть составила 100%.
4 I « I 2 I 54
б
Рис. 2. Энергия прорастания семян салата листового при использовании водных экстрактов спорофиллов (а), пластин (б) и жилок (в) Alaria esculenta f. latifolia. Микрофенологические фазы прорастания семян отмечены разной цветовой заливкой: I - набухание, II - наклевывание и появление зародышевого корешка, III - появление колеоптиля, IV- появление полноценного проростка
Наибольшая ростостимулирующая активность наблюдалась в 5%-ных водных экстрактах из жилок аларии (рис. 2, в). К моменту определения энергии прорастания в этой группе 42% семян сформировали полноценные проростки. Однако в 10%-ных экстрактах из жилок семена развивались медленнее, чем во всех остальных группах, включая контрольную, у них выявлено самое максимальное значение семян в фазе II - 28%. В 1%-ном экстракте из жилок, напротив, в этой фазе развития находилось всего 13% семян, большая часть уже сформировала колеоптили (47% семян) и у 3% появились полноценные проростки.
Энергия прорастания семян при использовании экстрактов из спорофиллов и пластин A. esculenta имела наилучшие показатели при 5% и 10%-ном разведении (рис. 2, а, б). Количество полноценных проростков на 4-е сутки проращивания семян варьировало от 2 до 5% в экстрактах из спорофиллов и от 2 до 13% в экстрактах из пластин. В контрольных группах их появление было отмечено на 5-е сутки. В основном повышение концентрации водорослевого экстракта увеличивало долю семян, находящихся в III и IV фазах развития.
а
в
Заключение
Полученные нами предварительные результаты позволяют утверждать, что для экстрактов, полученных из разных частей ламинариевой водоросли A. esculenta характерны различающиеся показатели ростостимулирующей активности. Вероятно, это отражает разную функциональную роль отдельных частей слоевища. Кроме того их воздействие также зависит от выбранной сельскохозяйственной культуры. Применение экстрактов аларии способствует повышению энергии прорастания семян пшеницы на 23%, у семян салата на 42%. Таким образом, использование
A. esculenta в качестве биостимуляторов роста сельскохозяйственных культур перспективно в климатических условиях Камчатского края.
Литература
1. Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development / W. Khan, U.P. Rayirath, S. Subramanian, M.N. Jithesh, P. Rayorath, D.M. Hodges, A.T. Critchley, J.S. Craigie, J. Norrie,
B. Prithiviraj // Journal of Plant Growth Regulators. - 2009. - Vol. 28. - P. 386-399.
2. Craigie J.S. Seaweed extract stimuli in plant science and agriculture // Journal of Applied Phy-cology. - 2011. - Vol. 23. - P. 371-393.
3. Calvo P., Nelson L., Kloepper J.W. Agricultural uses of plant biostimulants // Plant Soil. -2014. - Vol. 383. - P. 3-41.
4. Nayar S., Bott K. Current status of global cultivated seaweed production and markets // World Aquaculture. - 2014. - Vol. 45. - P. 32-37.
5. Stirk W.A., van Staden J. Comparison of cytokinin- and auxin-like activity in some commercially used seaweed extracts // Journal of Applied Phycology. - 1997. - Vol. 8. - P. 503-508.
6. Сравнительное изучение химического состава этанольных экстрактов бурых водорослей и их влияние на рост проростков и урожайность сои Glycine max (L.) Merr. / Т.И. Имбс, Е.Л. Чайкина, Л.А. Дега, А.П. Ващенко, М.М. Анисимов // Химия растительного сырья. - 2010. - № 1. -
C.143-148.
7. 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.
8. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: ГОСТ 12038-84. -М., 2011. - 64 с.
