CC BY
18
УДК / UDC 631.8:632
ВЛИЯНИЕ АМОРФНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НА РОСТОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОИ НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА
INFLUENCE OF AMORPHOUS SILICON DIOXIDE ON SOYBEAN GROWTH INDICATORS AT THE INITIAL STAGES OF ONTOGENESIS
Зубарева К.Ю.*, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Zubareva K.Yu., Candidate of Biologica Sciences, Leading Researcher Панарина В.И., кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель директора
по научной работе Panama V.I., Candidate of Agricultural Sciences, Deputy Director for Research Белозерова А.В, научный сотрудник Belozerova A.V., Researcher Хрыкина Т.А., старший научный сотрудник Khrykina Т.А., Senior Researcher ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур», Орловская область, Россия Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Scientific Centr of Legumens and Groat Crops", Orel region, Russia
*E-mail: [email protected]
В статье представлены результаты изучения влияния предпосевной обработки семян сои агрохимиката ApaSil, содержащего органические соединения кремния, по сравнению различных норм применения на рост и развитие растений на начальном этапе онтогенеза. Опыт проводился в связи с оценкой перспектив использования кремнесодержащих веществ аморфной массы как регуляторов роста растений сои. Представлены результаты с нормой применения в предпосевной обработке семян ApaSil 25 и 100 г/т, приведены результаты показателей посевных качеств семян, морфометрических характеристик и частичный ферментативный статус проростков. Опыты проводились на новом отечественном сорте Лидер 1 (год включения в реестр допущенных 2019), районированном в том числе в Орловской области. Семена были обработаны за день до посева в камеральных условиях. Контролем служили необработанные семена. Выявлено, что предпосевная обработка семян сои новым препаратом ApaSil стимулирует рост и развитие растений на начальных этапах онтогенеза. Применение в предпосевной обработке семян сои ApaSil с дозой внесения 100 г/т позволяет получать «более мощные» растения с толстым стеблем и хорошо разветвленной корневой системой в сравнении с контролем. При этом лабораторная всхожесть увеличилась на 9,3 %, показатель отношения сухой биомассы проростка в мг/погонному см на 9 %, диаметр поперечного среза стебля на 6,1 %. Наблюдалось увеличение активности бензидин-пероксидаз у проростков сои на 54,6 %, что подтверждает активизацию биохимических процессов, вследствие чего улучшаются ростовые характеристики. Ключевые слова: соя, диоксид кремния, предпосевная обработка, морфометрические характеристики проростков, антиоксидантная система, активность пероксидазы.
The article presents the results of studying the effect of pre-sowing treatment of soybean seeds with ApaSil agrochemical containing organic silicon compounds, comparing different application rates on the growth and development of plants at the initial stage of ontogenesis. The experiment was carried out in connection with the evaluation of the prospects for the use of silicon-containing substances of amorphous mass as growth regulators of soybean plants. The results are presented with the application rate of ApaSil 25 and 100 g/t in pre-sowing seed treatment, the results of sowing qualities of seeds, morphometric characteristics and partial enzymatic status of seedlings are given. The experiments were carried out on the new domestic variety Leader 1 (the year of inclusion in the register of admitted 2019), which was also zoned in the Oryol region. Seeds were treated the day before sowing in laboratory conditions. Untreated seeds served as control. It was found that the pre-sowing treatment of soybean seeds with the new preparation ApaSil stimulates the growth and development of plants at the initial stages of ontogenesis. The use of ApaSil in the pre-sowing treatment of soybean seeds with an application dose of 100 g/t makes it possible to obtain "more powerful" plants with a thick stem and a well-branched root system in comparison with the control. At the same time, laboratory germination increased by 9.3%, the ratio of dry seedling biomass in mg/linear cm increased by 9%, and the diameter of the stem cross section increased by 6.1%. An increase in the activity of benzidine peroxidases in soybean seedlings by 54.6% was observed, which confirms the activation of biochemical processes, resulting in improved growth characteristics.
Key words: soybean, silicon dioxide, pre-sowing treatment, morphometric characteristics of seedlings, antioxidant system, peroxidase activity.
Введение. В настоящее время нетрадиционные системы питания становятся важным продуктом инновационной науки. На сегодняшний день детальные исследования участия кремния, как макроэлемента питания растений зольного типа [1, 2], в физиологических процессах роста и развития культурных растений конкретной видовой принадлежности в определенных почвенно-климатических условиях весьма актуальны и востребованы на практике, так как современные фрагментарные научные изыскания направлены на поиск оптимальных и альтернативных традиционному производству решений повышения количества и качества урожаев за счет менее дорогостоящих препаратов с минимизированными дозами и щадящими способами внесения с целью снижения агрохимического прессинга на агробиоценозы [3].
Известно, что кремний является необходимым элементом в минеральном питании растений, а также участвует в биодоступности почвенных фосфатов и может повышать адсорбционную способность почв по отношению к подвижным формам азота, содействовать улучшенному распределению нутриентов в растении при дефиците железа, марганца, цинка [4]. Также имеются многочисленные сведения о том, что этот элемент может выступать как адаптоген и участвовать в предотвращении полегания растений, в защите от биотических и абиотических стрессов, в повышении эффективности использования макро- и микроэлементов, в улучшении фотосинтетических, биохимических и ростовых процессов [1, 5-7].
Целью исследований является оценка перспектив использования кремнесодержащих веществ аморфной массы как регуляторов роста растений сои.
Условия, материалы и методы. В качестве объекта исследований использовали сою отечественного нового перспективного раннего с тенденцией к среднераннему сорта Лидер 1 детерминантного типа роста (в Госреестре РФ с 2019 г.) селекции ООО «АСТ» [8]. Семена сои проращивали в лабораторных условиях в климатической камере для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях (рис. 1) по ГОСТ 12038-84 [9] в рулонах фильтровальной бумаги для оценки энергии прорастания, лабораторной всхожести и последующего определения силы роста методом морфофизиологической оценки проростков [10].
В качестве препарата, содержащего органические соединения кремния, использовали новейший инновационный агрохимикат под торговым названием ApaSil, разработанного компанией ФосАгро, в состав которого входит аморфный диоксид кремния с повышенным содержанием монокремниевой кислоты, т.е. сочетание двух самых доступных для растения источников кремния. Компания презентует данный агрохимикат как адаптоген с высоким содержанием (31,5 %) биологически активного кремния, который стимулирует рост растений, повышает естественный иммунитет, помогает адаптироваться к стрессовым условиям абиотического и биотического характера (засухе, засолению почвы и поражениям грибными патогенами).
Данный препарат использовали для предпосевной обработки семян сои за день до посева. Начиная с 7-го дня проводили измерения морфометрических показателей.
на11 -ые сутки на 7-ые сутки
Рисунок 1 — Проращивание семян сои в фитотроне
Схема опыта включала следующие варианты: вариант 1 - необработанные семена (контроль);
вариант 2 — предпосевная обработка семян препаратом ApaSil 25 г/т семян, вариант 3 - предпосевная обработка семян препаратом ApaSil 100 г/т семян. Расход рабочего раствора - 30 л/т.
Условия проращивания в климатической камере: до 7 суток — t воздуха 20°С, влажность воздуха 65 %, в темноте; от 7 суток — параметры воздуха и влажности те же, с включением режима «день-ночь», длительность режима освещения 12 часов.
Микроскопирование проводили с использованием Микмед-6 в проходящем свете с освещением по методу светлого поля и системы визуализации для фиксации диаметра (в мкм) поперечного среза гипокотиля проростков сои.
Активность пероксидазы определяли методом Бояркина по скорости окисления субстрата - бензидина перикисью водорода [11]. К 0,5 мл ацетатного буфера (рН 6,0) добавляли 0,5 мл раствора супернатанта (навеска растительного материала в ацетатном буфере) и 0,5 мл раствора бензидина. Реакцию инициировали введением 0,5 мл 3-% перекиси водорода. Увеличение поглощения раствора регистрировали при 670 нм для продукта окисления бензидина после реактивного перемешивания реагентов непосредственно в кюветах толщиной 10 мм на спектрофотометре ПЭ-5300ВИ.
Статистическая обработка данных проведена с помощью Дисперсия 3.0 (Office XL).
Результаты и обсуждение. В результате проведения лабораторных исследований впервые получены данные о влиянии предпосевной обработки семян сои сорта Лидер 1 различными концентрациями агрохимиката ApaSil на начальном этапе онтогенеза.
Общей реакцией на предпосевную обработку семян являлось увеличение показателей посевных качеств семян (рис. 2), а именно лабораторная всхожесть возросла на 17 % и 9,3 % в относительном исчислении соответственно с дозами внесения 25 и 100 г/т.
%
120
100
80
60
40
20
Энергия прорастания, % Всхожесть, %
Контроль
25 г/т
100 г/т
Рисунок 2 — Влияние ApaSil на посевные качества семян (построен на основе
данных полученных авторами)
0
Предпосевная обработка семян сои ApaSil в дозах, максимально и минимально рекомендованных производителем, достаточно эффективно воздействовала на начальные этапы ростовых процессов (табл. 1).
Уже на 7 -е сутки проращивания выделился вариант с дозой внесения 25 г/т, высота проростков в опытном варианте превышала контроль в 1,13 раза или на 12,6 %, а на 14 -е сутки — в 1,05 раза или на 4,5 %. Применение же более высокой дозы (100 г/т) привело к некоторому ингибированию линейных процессов роста, так как на 11 -е сутки исследований длина проростка по отношению к контрольному варианту уменьшилась в среднем на 4,5 мм или на 2,5 %. Однако,
показатель отношения сухой биомассы проростка в мг к 1 погонному см на данном опытном варианте превышает контроль на 9 %, а в варианте с дозой внесения 25 г/т — на 4,4 % (рис. 3).
Таблица 1 — Влияние АраБИ на морфометрические показатели проростков (в среднем на 1 растение)_
Вариант Доза внесения, г/т Длина корня, мм Длина стебля, мм Длина проростка, мм Сухая биомасса проростка, г.
на 7 - е сутки проращивания
Контроль - 48,7 30,6 79,3 0,142
Предпосевная обработка семян АраБИ 25 51,7 37,6 89,3 0,157
100 48,8 32,6 81,4 0,154
НСР05 - 2,09 4,51 - -
на 11 - е сутки проращивания
Контроль - 113,5 70,5 184,0 0,150
Предпосевная обработка семян АраБИ 25 116,3 76,0 192,3 0,165
100 103,6 75,9 179,5 0,162
НСР05 - 1,39 1,72 - -
9,2 9
" 8,8
2 8,6
I
§ 8,4 ! 8,2 8
контроль 25 г/т 100 г/т
Рисунок 3 - Влияние ApaSil на накопление сухой биомассы на 11 -е сутки проращивания (в среднем на 1 растение), мг/погонный см проростка (построен на основе данных полученных авторами)
Растения сои показали высокую отзывчивость на предпосевную обработку семян по толщине стебля при низких показателях его длины по отношению к контролю на варианте с дозой внесения 100 г/т (табл. 2, рис. 4).
Таблица 2 - Влияние ApaSil на формирование толщины стебля
Вариант Доза внесения, г/т Толщина стебля, мкм* Прибавка к контролю
мкм %
Контроль - 2286 - -
Предпосевная обработка семян АраБИ 25 2185 - 101 -4,4
100 2426 140 6,1
НСР05 92,7
* - на уровне 1 см от корня
Рисунок 4 — Поперечный срез стебля проростка (слева — контроль, справа ApaSil, 100 г/т) (получен с использованием микроскопа Микмед-6)
Растения опытных вариантов характеризуются более разветвленной корневой системой и более мощными растениями (рис. 5).
Были также изучены процесс перекисного окисления липидов и состояние одного из компонентов антиоксидантной системы — активность пероксидазы — фермента, обеспечивающего высокую резистентность клеток к воздействию избытка активных форм кислорода в результате, протекающих в живых организмах, окислительно-восстановительных реакций [12, 13].
Рисунок 5 — Проростки сои: слева — на 7 -е сутки проращивания, справа — на 11 -е сутки (К — необработанные семена, 4.1. - семена, обработанные ДраЭН, 25 г/т, 4.2. - семена, обработанные ApaSil, 100 г/т)
Высокая активность пероксидазы в проростках семян, подвергнутых предпосевной обработке ApaSil в дозе 100 г/т (рис. 6), в сравнении с контролем и вариантом с дозой внесения 25 г/т свидетельствует о том, что в них активнее делятся клетки, в результате чего избыток накопленных активных форм кислорода регулируется данным ферментом.
Наши исследования подтверждают эксперименты других ученых, в которых также под воздействием кремния увеличивается активность пероксидазы в растениях в сравнении с контролем как индикатора стрессового состояния,
характеризующего защитные реакции устойчивости клеток к окислительному стресс-фактору [14, 15].
ч:
О)
5
>
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
Контроль
25 г/т
100 г/т
Рисунок 6 - Активность пероксидазы проростков сои после применения предпосевной обработки семян ДраБН, выражена в усл. ед., при достоверных значениях Р>0,05 (построен на основе данных полученных авторами)
0
Выводы. Таким образом, предпосевная обработка семян сои сорта Лидер1 кремнесодержащим препаратом повышает посевные качества семян и интенсифицирует ростовые процессы в камеральных условиях. В данном случае, агрохимикат АраБН является эффективным стимулятором роста на начальных этапах онтогенеза, в зависимости от доз внесения, активизирует основные метаболические процессы и повышает дыхание в биогенной системе, характеризующие активный рост и развитие, вследствие чего инициируется активность антиоксидантной системы защиты, нейтрализующей избыток активных форм кислорода, а также способствует улучшению морфометрических характеристик проростков: увеличению длины или толщины стебля, формированию более разветвленной корневой системы.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Пашкевич Е.Б., Кирюшин Е.П. Роль кремния в питании растений и в защите сельскохозяйственных культур от фитопатогенов // Проблемы агрохимии и экологии. 2008. № 2. С. 52-57.
2. Rastogi A, Tripathi DK, Yadav S et al. Application of silicon nanoparticles in agriculture. Biotech. 2019;9:90. doi: https://doi.org/10.1007/s13205-019-1626-7.
3. Зейрук В.Н., Абашкин О.В., Дорожкина Л.А. Применение силипланта для снижения пестицидной нагрузки и повышения урожая картофеля // Агрохимический вестник. 2010. № 2. С. 20-21.
4. Безручко Е.В. Кремний - недооцененный элемент питания растений // Земледелие. 2020. № 4. С. 40-46. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10411.
5. Weerahewa H.L.D., David D. Effect of silicon and potassium on tomato anthracnose and on the postharvestquality of tomato fruit (Lycopersicon esculentum Mill.) // The journal of the National Science Foundation of Sri Lanka. 2015.Vol. 43. № 3. Pp. 273-280. doi: 10.4038/jnsfsr.v43i3.7959.
6. Alhousari F., Greger M. Silicon and Mechanisms of Plant Resistance to Insect Pests // Plants. 2018. Vol. 7. № 2. Pp. 33. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/7/2/33/htm. doi:10.3390/plants7020033 (дата обращения: 26.01.2023).
7. Silicon Improves Water Use Efficiency in Maize Plants / X. Gao, C. Zou, L. Wang, et al. // Journal of Plant Nutrition. 2005. Vol. 27. Pp.1457-1470. doi: 10.1081/PLN-200025865.
8. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», - 2021. -719 с.
9. ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести (с Изменениями N 1, 2, с Поправкой). - М.: Стандартинформ. - 2011. - 65 с.
10. Гриценко В.В., Колошина З.М. Семеноведение полевых культур. — М.: Колос, 1984, с. 244.
11. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. и др. Методы биохимического исследования растений. - Л.: Агропромиздат, 1987, 430 с.
12. Андросова А.В., Павловская Н.Е., Ожерельева З.Е. Влияние обработки препаратами Антифриз и Нигор на устойчивость земляники садовой к весенним заморозкам // Вестник аграрной науки. 2022. № 6(99). С. 33-40. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2022.6.33.
13. Рогожина Т.В., Рогожин В.В. Роль компонентов антиоксидантной системы в механизмах прорастания зерен пшеницы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2010. № 11(73). С. 31-38.
14. Аминова Е.В., Мушинский А.А., Саудабаева А.Ж. Стрессоустойчивость растений Solanum tuberosum под влиянием УДЧ диоксида кремния // Животноводство и кормопроизводство. 2020 Т. 103. № 3. С. 16-23. DOI: 10.33284/2658-3135-103-3-16.
15. Roohizadeh G, Arbabian S, Tajadod G, Majd A, Salimpour F. The study of Nano silica effects on the total protein content and the activities of catalase, peroxidase and superoxid dismutase of Vicia faba L. Trop Plant Res. 2015;2(1):47-50.
REFERENCES
1. Pashkevich Ye.B., Kiryushin Ye.P. Rol kremniya v pitanii rasteniy i v zashchite selskokhozyaystvennykh kultur ot fitopatogenov // Problemy agrokhimii i ekologii. 2008. № 2. S. 52-57.
2. Rastogi A, Tripathi DK, Yadav S et al. Application of silicon nanoparticles in agriculture. Biotech. 2019;9:90. doi: https://doi.org/10.1007/s13205-019-1626-7.
3. Zeyruk V.N., Abashkin O.V., Dorozhkina L.A. Primenenie siliplanta dlya snizheniya pestitsidnoy nagruzki i povysheniya urozhaya kartofelya // Agrokhimicheskiy vestnik. 2010. № 2. S. 20-21.
4. Bezruchko Ye.V. Kremniy - nedootsenennyy element pitaniya rasteniy // Zemledelie. 2020. № 4. S. 40-46. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10411.
5. Weerahewa H.L.D., David D. Effect of silicon and potassium on tomato anthracnose and on the postharvestquality of tomato fruit (Lycopersicon esculentum Mill.) // The journal of the National Science Foundation of Sri Lanka. 2015.Vol. 43. № 3. Pp. 273-280. doi: 10.4038/jnsfsr.v43i3.7959.
6. Alhousari F., Greger M. Silicon and Mechanisms of Plant Resistance to Insect Pests // Plants. 2018. Vol. 7. № 2. Pp. 33. [Elektronnyy resurs]. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/7/2/33/htm. doi:10.3390/plants7020033 (data obrashcheniya: 26.01.2023).
7. Silicon Improves Water Use Efficiency in Maize Plants / X. Gao, C. Zou, L. Wang, et al. // Journal of Plant Nutrition. 2005. Vol. 27. Pp.1457-1470. doi: 10.1081/PLN-200025865.
8. Gosudarstvennyy reestr selektsionnykh dostizheniy, dopushchennykh k ispolzovaniyu. T. 1. «Sorta rasteniy» (ofitsialnoe izdanie). - M.: FGBNU «Rosinformagrotekh», - 2021. - 719 s.
9. GOST 12038-84 Semena selskokhozyaystvennykh kultur. Metody opredeleniya vskhozhesti (s Izmeneniyami N 1, 2, s Popravkoy). - M.: Standartinform. - 2011. - 65 s.
10. Gritsenko V.V., Koloshina Z.M. Semenovedenie polevykh kultur. — M.: Kolos, 1984, s. 244.
11. Yermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P. i dr. Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy. - L.: Agropromizdat, 1987, 430 s.
12. Androsova A.V., Pavlovskaya N.Ye., Ozhereleva Z.Ye. Vliyanie obrabotki preparatami Antifriz i Nigor na ustoychivost zemlyaniki sadovoy k vesennim zamorozkam // Vestnik agrarnoy nauki. 2022. № 6(99). S. 33-40. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2022.6.33.
13. Rogozhina T.V., Rogozhin V.V. Rol komponentov antioksidantnoy sistemy v mekhanizmakh prorastaniya zeren pshenitsy // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010. № 11(73). S. 31-38.
14. Aminova Ye.V., Mushinskiy A.A., Saudabaeva A.Zh. Stressoustoychivost rasteniy Solanum tuberosum pod vliyaniem UDCh dioksida kremniya // Zhivotnovodstvo i kormoproizvodstvo. 2020 T. 103. № 3. S. 16-23. DOI: 10.33284/2658-3135-103-3-16.
15. Roohizadeh G, Arbabian S, Tajadod G, Majd A, Salimpour F. The study of Nano silica effects on the total protein content and the activities of catalase, peroxidase and superoxid dismutase of Vicia faba L. Trop Plant Res. 2015;2(1):47-50.
