СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ НАРУШИТЬ ОРГАНИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ СЕМЯН ЦЕРАТОНИИ (CERATONIA SILIQUA L.) IN VITRO

Дукси Ф.; Пакина Е.Н.

УДК / UDC 58.02

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ НАРУШИТЬ ОРГАНИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ СЕМЯН ЦЕРАТОНИИ (CERATONIA SILIQUA L.) IN VITRO

METHODS OF TREATMENT WHICH ALLOW TO DISTURB ORGANIC STABILITY OF CAROB SEEDS (CERATONIA SILIQUA L.) IN VITRO

Дукси Ф.*, аспирант Duksi F.*, Postgraduate Student Пакина Е.Н., доктор сельскохозяйственных наук, доцент Pakina E.N., Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor Российский университет дружбы народов, Москва, Россия Peoples' Friendship University of Russia, Moscow, Russia *Email: [email protected]

Рожковое дерево широко культивируется в районах Средиземноморья, одним из них является Сирия. Рожковое дерево является экономичным деревом и может быть использовано во многих древесно-посадочных работах. Покой семян из-за твердого слоя кожуры встречается у климатически адаптированных видов растений. Органический покой семян цератонии связан с их водонепроницаемостью, а это означает, что с целью нарушения механического покоя, необходима обработка семян рожкового дерева перед посадкой. Основными причинами сокращения видов рода Ceratonia L. является антропогенное воздействие на природные экосистемы, а также использование растений для питания человека и животных. Также эта проблема усугубляется тем, что семенное размножение растений в природе наблюдается очень редко. Целью настоящего исследования была оценка нескольких экспериментов по обработке, проведенных для того, чтобы нарушить покой. Всего было произведено четыре различных предпосевных обработки: замачивание в кипящей дистиллированной воде (70°C) 10 минут, замачивание в кипящей дистиллированной воде (70°C) 10 минут, а затем замачивание в дистиллированной воде в течение 24 ч, кислотная скарификация (H2SO4), кислотная скарификация серной кислотой (H2SO4), а затем замачивание в дистиллированной воде на 24 ч. Мы применили и проверили эффективность стимуляции прорастания семян рожкового дерева с серной кислотой (H2SO4), а затем замачивание в дистиллированной воде в течение 24 часов. Этот метод оказался наиболее эффективным: всхожесть - 98%, по сравнению с необработанными семенами (5%). Ключевые слова: рожковое дерево, кэроб, предпосевная обработка семян, семена покоя.

The carob tree is cultivated in the Mediterranean, Syria is among them. The carob tree is an economical tree and can be used in many tree planting activities. Seed dormancy due to a hard skin layer occurs in climate-adapted plants. The organic dormancy of carob seeds is related to their water resistance, which means that in order to disturb the mechanical dormancy, it is necessary to treat carob seeds before planting. The main reasons for the decline genus Ceratonia L. are anthropogenic impact on natural ecosystems, as well as the uses of Ceratonia as food for people and animals. This problem is aggravated by the fact that seedling of Ceratonia in nature is very rare. The aim of this work was to study the methods of treatment to disturb dormancy. Four different pre-sowing treatments were performed: (soaking in boiling distilled water (70°C) for 10 min and soaking in boiling distilled water (70°C) for 10 min and then soaking in distilled water for 24 h, acid scarification with Sulphuric Acid (H2SO4), & acid scarification with Sulphuric Acid (H2SO4) and then soaking in distilled water for 24 h. We applied and examined effectiveness to stimulate Carob seed germination with Sulphuric Acid (H2SO4) and then soaking in distilled water for 24 h. This method of treatment turned out to be the most efficient: germination percentage is 98% compared to untreated seeds (5%).

Key words: Carob, Ceratonia siliqua, pre-sowing treatment, seeds dormancy.

Введение. Рожковое дерево (Ceratonia siliqua L.), относится к семейству Fabaceae [1] Рожковое дерево широко культивируется в районах Средиземноморья, одним из них является Сирия [2]. Рожковое дерево является экономичным деревом

и может быть использовано во многих древесно-посадочных работах: производство древесины, борьба с эрозией почвы, рекультивация земель на основе древесного угля. Они считаются идеальной пищей для людей с диабетом [3-5]. Семена бобов Цератонии используются как промышленное сырье для производства ценного полисахарида, являющегося пищевой добавкой, «камеди Рожкового дерева» под названием Е-410. Камедь Е 410 - порошок измельченного эндосперма семени [6, 7]. Камедь Е 410 используется для производства фармацевтических продуктов [8-10]. Цератония более огнестойка, чем хвойные, из-за отсутствия эфирного масла. Эти качества объясняют, почему многие страны в засушливых регионах мира занимаются выращиванием цератонии [11]. В Сирии Рожковое Дерево не является чисто лесной агломерацией, так как оно встречается в остатках средиземноморских термальных лесов с оливковыми деревьями и другими. Тем не менее, оно индивидуально проникает в настоящую растительность Средиземноморья. [12-15]. Семена рожкового дерева необходимо обработать перед посадкой, чтобы нарушить механический покой, т.к. у них твердый слой кожуры, который препятствует поступлению воды или воздуха. Таким образом, мы можем сделать вывод, что органический покой семян цератонии связан с их водонепроницаемостью. Твердосемянность является видовой особенностью ОвгаОп1а вШдив. Обычно покой семян из-за твердого слоя кожуры встречается у климатически адаптированных видов растений, произрастающих в сухих и влажных регионах [16, 17].

Цель исследования: изучить методы предпосевной обработки, покоящихся семян рожкового дерева. Предпосевная подготовка семян рожкового дерева, главным образом, преследует цель повысить полевую всхожесть семян.

Условия, материалы и методы. Материал: десять зрелых бобов Рожкового дерева, собранных в районе Алеппо в Сирии с разных деревьев. Пять из этих деревьев были выбраны случайным образом в течение 2019 года, и идентификация была проведена в дендрологической лаборатории на аграрном факультете Университета Алеппо, в Сирии, оставшиеся пять так же идентифицировались в аграрно-технологическом институте РУДН, г. Москва. В этом исследовании стручки сушили в тени и хранили в бумажных мешках до использования, стручки разбивали на отдельные сегменты, а семена изолировали.

Методика. Контроль патогенов: техника асептики - это важный способ уменьшения заражения патогенными грибами, плесенью и бактериями, уничтожая их либо убивая и сводя их присутствие к минимуму. Семена замачивали в 70% этаноле в течение 1 минуты, затем тщательно промывали 45 раз в стерилизованной дистиллированной воде с целью сведения к минимуму развитие микроорганизмов на ранних стадиях прорастания.

Тест на жизнеспособность семян: семена были помещены в химический стакан, затем замачивались в воде; всплывающие семена были выбракованы.

Мы применили четыре различные предпосевные обработки и проверили их эффективность для стимуляции прорастания семян рожкового дерева.

В лаборатории во всех опытах анализировалось по 100 семян. Постоянную температуру (25°С) тестировали на прорастание в стеклянных чашках Петри с двумя фильтровальными бумагами для предотвращения пересыхания (предварительно наполненной на 4,5 мл дистиллированной водой). По мере необходимости фильтровальную бумагу регулярно смачивали дистиллированной водой, после чего подсчитывали число проросших семян.

Исследование проводилось в следующих вариантах:

1. Контроль (необработанные семена): семенам давали прорасти без какой-либо обработки.

2. Замачивание в горячей воде (70°С) на 10 мин: семена погружали в горячую дистиллированную воду (3 объема воды на каждый объем семян), а затем оставляли для охлаждения при комнатной температуре (примерно 25°С) в течение 10 минут (рис. 1).

)

а б

Рисунок 1 - Обработка семян замачиванием в горячей дистиллированной воде (70°С) в течение 10 мин (а: сразу после обработки; б: девятый день после обработки)

3. Замачивание в горячей воде (70°С) + замачивание в дистиллированной воде на 24 часа: семена погружали в кипящую дистиллированную воду (3 объема воды на каждый объем семян), а затем оставляли для охлаждения при комнатной температуре (примерно 25°С) в течение 24 часов (рис. 2).

#

Ф / \ • ?

" а б

Рисунок 2 - Обработка семян замачиванием в горячей дистиллированной воде

(70°С) в течение 10 мин, а затем замачивание в дистиллированной воде в течение 24 часов (а: сразу после обработки; б: девятый день после обработки)

4. Скарификация концентрированной серной кислотой (Н2Э04): концентрированная серная кислота (96% Н2Э04) использовалась для замачивания семян в течение 30 минут (3 объема кислоты на каждый объем семян). Затем семена промывали проточной водой в течение 1 часа с целью удаления всех следов кислоты перед проверкой на всхожесть (рис. 3).

I ф

V-

а б

Рисунок 3 - Обработка семян серной кислотой (Н2Э04) (а: сразу после обработки; б: девятый день после обработки)

5. Скарификация концентрированной серной кислотой (Н2Э04) и замачивание в дистиллированной воде на 24 часа: концентрированная серная кислота (96% Н2Э04) использовалась для замачивания семян в течение 30 минут (3 объема кислоты на каждый объем семян). Затем семена промывали проточной водой с целью удаления всех следов кислоты перед проверкой на всхожесть, после чего семена замачивали в дистиллированной воде на 24 часа (рис._4)-

г

и

а б

Рисунок 4 - Обработка семян (Н2Э04) и замачивание в дистиллированной воде в течение 24 часов (а: сразу после обработки; б: девятый день после обработки)

Результаты и обсуждение. Процент прорастания (%) и среднее время прорастания (в днях) регистрировали для всех обработок. Процент прорастания рассчитывали по следующей формуле: Прорастание% = Количество проросших семян / Общее количество семян X 100 [11].

Из таблицы при обработке для нарушения фазы органического покоя инертных семян цератонии были получены следующие результаты. Так, самая высокая скорость прорастания семян рожкового дерева наблюдалась после скарификации концентрированной серной кислотой (H2SO4) и замачивания в дистиллированной воде на 24 часа; в данном случае процент всхожести составил 98%; день начала прорастания и последний день прорастания представляли собой дни 3 и 7 соответственно; время прорастания в днях составило 4 дня.

Таблица - Влияние вида обработок на показатели всхожести семян

Тип обработки Процент всхожести (%) День начала прорастания (дни) Последний день прорастания (дни) Период прорастания всех семян в пробе (дни)

Контроль (необработанные семена) 5 10 56 46

Замачивание в горячей воде (70°С) на 10 мин. 84 7 16 9

Замачивание в горячей воде (70°С) на 10 мин и замачивание в 89 6 11 5

дистиллированной воде на 24 часа

Скарификация концентрированной серной кислотой (H2SO4) в течение 30 мин 91 4 8 4

Скарификация концентрированной серной кислотой (H2SO4) в течение 30 мин и замачивание в 98 3 7 4

дистиллированной воде на 24 часа

При скарификации концентрированной серной кислотой (H2SO4) процент всхожести составил 91%; день начала прорастания и последний день прорастания представляли собой дни 4 и 8 соответственно; время прорастания в днях составило 4 дня.

При обработке семян горячей водой (70°С) с последующим замачиванием в дистиллированной воде на 24 часа процент всхожести составил 89%; день начала прорастания и последний день прорастания представляли собой дни 611 соответственно; и время прорастания в днях составило 5 дней.

При обработке семян горячей водой (70°С) процент всхожести составил 84%; день начала прорастания и последний день прорастания представляли собой дни 7-16 соответственно; время прорастания в днях составило 9 дней.

Полученные результаты свидетельствуют, что, как при обработке семян горячей водой (70°С), так и при скарификации серной кислотой, последующее замачивание в дистиллированной воле сокращает как сроки начала прорастания семян, так и период их прорастания.

По результатам сравнения методик были сделаны выводы, что скорость прорастания семян рожкового дерева и процент их всхожести всегда лучше после обработки серной кислотой с последующим замачиванием в дистиллированной воде на 24 часа ввиду того, что, как правило, покой семян встречается у климатически адаптированных видов растений и обусловлен твердым слоем кожуры, который препятствует поступлению воды или воздуха.

Выводы. Полученные нами результаты в ходе исследования доказывают практическую значимость. Предложенный нами метод скарификации семян путем обработки их концентрированной серной кислотой с последующим 24-часовым замачиванием в дистиллированной поде позволяет значительно повысить выход всхожего семенного материала для последующей закладки питомников. Кроме того, предложенная методика существенно сокращает время прорастания семян по сравнению с традиционно используемыми методами скарификации, что также ускоряет период высадки новых растений в питомники.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Eldeeb G.S.S., Mosilhey S.H. Roasting temperature impact on bioactive compounds and PAHs in Carob powder (Ceratonia silique L.) // J Food Sci Technol. 2022. № 59. Р. 105-113.

2. A strong east - west Mediterranean divergence supports a new phylogeographic history of the carob tree (Ceratonia siliqua, Leguminosae) and multiple domestications from native populations / J. Viruel [et al.] // Journal of Biogeography. 2019. № 47. Р. 460-471.

3. Anti-Cancer Activity and Phenolic Content of Extracts Derived from Cypriot Carob (Ceratonia siliqua L,) Pods Using Different Solvents / G. Gregoriou [et al.] // Antioxidants (Basel). 2021. № 26 (16). Р. 5017.

4. Effects of Green-Synthesized Zinc Oxide Nanoparticles Using Carob Extracts, AntiCancer Agents in Medicinal Chemistry (Formerly) / V. Pouresmaeil [et al.] // Current Medicinal Chemistry-Anti-Cancer Agents. 2021. № 21 (3). Р. 316-326.

5. Dietary Supplementation of Carob and Whey Modulates Gut Morphology, Hemato-Biochemical Indices, and Antioxidant Biomarkers in Rabbits / K. Rtibi [et al.] // Journal of Medicinal Food. 2021. № 24 (10). Р. 1124-1133.

6. Recent advances in the preparation, characterization and applications of locust bean gum-based films / L. Yuan [et al.] // Journal of Renewable Materials. 2020. № 8 (12). Р. 1565-1579.

7. Carob beans (Ceratonia siliqua L,): uses, health benefits, bioactive and aroma compounds / O. Zannou [et al.] // Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi. 2019. № 12 (1). Р. 26-34.

8. Drying kinetics and energy analysis of carob seeds (Ceratonia siliqua L) convective solar drying / Z. Tagnamas [et al.] // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Р. 1-11.

9. An in vitro study of the effect of carob (Ceratonia siliqua L,) leaf extracts on gilthead seabream (Sparus aurata L,) leucocyte activities, Antioxidant, cytotoxic and bactericidal propertie / K.B. Othmena // Fish & Shellfish Immunology. 2020. № 99. Р. 35-43.

10. Rashed K. Phytochemical and biological effects of ceratonia siliqua l: a review // Journal of innovative pharmaceutical sciences and research. 2021. № 9. Р. 1-8.

11. Effect of partial dietary substitution of Carob (Ceratonia siliqua L,) to barley grains on diet digestibility in growing rabbits / A. Aissa [et al.] // Journal of New Sciences. 2021. № 79. Р. 4580-4585.

12. Key role of small woodlots outside forest in a Mediterranean fragmented landscape / E. Bazzato [et al.] // Forest Ecology and Management. 2021. № 496. Р. 119.

13. Inoculation with selected indigenous mycorrhizal complex improves Ceratoniasiliqua's growth and response to drought stress / I. Jadrane [et al.] // Saudi Journal of Biological Sciences. 2021. № 28 (1). Р. 825-832.

14. Assessment of plant species distribution and diversity along a climatic gradient from Mediterranean woodlands to semi-arid shrublands / T. Paz-Kagan [et al.] // GIS Science & Remote Sensing. 2021. Р. 1-25.

15. Effect of pre-sowing treatments and basal media on in vitro carob (Ceratonia siliqua L.) seed germination / N. Sara [et al.] // Journal of Biotech Research. 2021. № 12. Р. 74-82.

16. Effects of Pre-sowing Treatments and Abiotic Stress on the Germination of Ceratonia siliqua Seeds of Four Moroccan Biomes / M. Yatim [et al.] // Annual Research & Review in Biology. 2020. № 35 (12). Р. 11-31.

17. Pérez-García F. Germination characteristics and intrapopulation variation in carob (Ceratonia siliqua L.) seeds // Spanish Journal of Agricultural Research. 2020. № 7 (2). Р. 11-31.

REFERENCES

1. Eldeeb G.S.S., Mosilhey S.H. Roasting temperature impact on bioactive compounds and PAHs in Carob powder (Ceratonia siliqua L.) // J Food Sci Technol. 2022. № 59. Р. 105-113.