CC BY
58
УДК 631.3:633
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА СМАЧИВАЕМОСТИ СЕМЯН И ПРОРОСТКОВ ЛЬНА ОБЫКНОВЕННОГО НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЗОНИРОВАНИЯ
Дубцова Анна Александровна, аспирант кафедры «Физика и прикладная механика Чурмасов Александр Васильевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физика и прикладная механика»
ФГБОУ ВПО «Нижегородская ГСХА»
603107 г. Н. Новгород, пр. Гагарина 97; тел.: 8 (831)462-70-01 e-mail:ich1221@rambler.ru
ключевые слова: озонирование, доза, биологический эффект, лён обыкновенный. Приводятся данные о воздействии озона на смоченные водой семена и проростки льна обыкновенного. Выявлено, что фактор смачиваемости перед озонированием существенно влияет на параметры прорастания льна.
Введение
Озонирование семян с целью улучшения их посевных и ростовых качеств- новое направление в сельскохозяйственном производстве. Уже выявлена роль озона на всхожесть и интенсивность прорастания пшеницы, гороха, картофеля, облепихи, козлятника, льна при озонировании сухих семян и клубней [1,2,3]. В связи с тем, что озон хорошо растворим в водной фазе, возник научный интерес, породивший новое направление нашего исследования, связанное с изучением влияния воды в процессах озонирования семян льна -ценного и перспективного для сельскохозяйственного производства растения.
Объекты и методы исследований
В качестве объекта исследований выбран лён обыкновенный (Linum usitatissimum) сорта долгунец. Опыты проводили в экспериментальной лаборатории Нижегородской ГСХА «Биофизика» в период 2013 - 2014 г. Озон получали методом барьерного разряда из кислорода воздуха на малогабаритном генераторе озона [1]. Концентрацию озона в озоно-воздушной смеси (ОВС) определяли оптическим методом с помощью спектрофо-
тометра. Перед помещением в камеру для озонирования семена: смачивали дистиллированной водой (эксперимент 2); предварительно выдерживали в дистиллированной воде в течение 1 дня (экс.3) и 2 дней (экс.4) (рис.1). В проведённых экспериментах концентрацию озона изменяли от 19 до 600 мг/ м3, а время озонирования варьировало от 0,5 до 40 мин. Контрольные семена действию озона не подвергались. После озонирования увлажнённые семена помещали в термостат и проращивали по общепринятым методикам 4 суток [4]. Затем регистрировали показатели прорастания: длину и массу проростков. Биохимический анализ тканей проростков и семян проводили на базе лаборатории физиолого-биохимических исследований ФГБУ ЦАС «Нижегородский».
При обработке экспериментального материала определяли биологический эффект (БЭ) озонирования - процент отклонения регистрируемого показателя прорастания от контрольного значения по формуле:
БЭ =
'0-КЛ
{ к )
•100%
где О - среднее
Рис. 1. - Общая схема проведения экспериментов по озонированию семян льна
Рис. 2 - Зависимости БЭ(Ь) (1) и массы БЭ(ш) (2) проростков от lgD, выращенных из смоченных перед озонированием семян
значение показателя прорастания опытного образца; К - контрольного образца. Дозу (D) озонового воздействия вычисляли как произведение концентрации (С) озона в ОВС на продолжительность (t) озонирования: D = C • t. Каждый опыт с фиксированными значениями воздействия проводили не менее чем в восьми повторностях с количеством исходных семян не менее 400. Общее количество проростков, поступивших в анализ, превышало 5000. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием программы Microsoft Excel 2010, Statistica 6.1. Достоверность различий определяли по критерию Стьюдента для уровня значимости
Р ^ 0,5.
результаты исследований
В первых исследованиях использовали семена, которые непосредственно перед озонированием смачивали дистиллированной водой. Результаты опытов по влиянию озона на длины и массы проростков представлены на рисунке 2. На рисунке видно, что при обработке смоченных семян озоном происходит подавление ростовых процессов, выраженных в средней длине проростков (БЭ^)) во всём диапазоне доз. Но в области доз D = 7501500 мгмин/м3 (lgD = 2,88-3,17) просматривается выраженный пик со средним значением биологического эффекта (-1,5) - (-1,7) %, который достоверно не отличается от контрольных значений. Однако основания пика, соот-
Рис. 3 - Зависимости БЭ(Ц от lgD проростков льна, полученных при озонировании семян: сухих (1, [2]), смоченных непосредственно перед озонированием (2), замоченных на одни (3) и двое (4) суток перед озонированием. Пунктирные отрезки на каждой кривой указывают ширину пиков и экспоненциальную кривую, соединяющую вершины.
ветствующие БЭ^) (-15) - (-20) %, как это видно на рисунке 2, при дозах 95 мгмин/м3 (lgD = 1,98) и 12000 мгмин/м3 (lgD = 4,08) уже являются достоверно отличимыми по отношению к контрольным значениям с p > 0,5.
Аналогичная зависимость наблюдается и в отношении биологического эффекта, связанного с массой проростков (БЭ(т)), с единственным исключением, что пиковая зона находится в области положительных значений. Наибольшее превышение массы проростка над контролем наблюдается при дозе озона D = 750 мгмин/м3 (lgD = 2,88) и составляет 6,6%. Воздействие другими дозами озонирования приводило к уменьшению массы проростков, причём наибольший подавляющий эффект (-19,5 %) наблюдается при дозе озона D = 95 мгмин/м3 (lgD = 1,98) и достоверно отличается от контрольных значений с p > 0,95 . Таким образом, результаты этих опытов свидетельствуют о существовании схожих по локализации пиков зависимостей БЭ^) и БЭ(т) от дозы озонового воздействия и расположенных в основном ниже оси lgD на рисунке 2.
Следует заметить, что в наших предыду-
щих опытах [2], связанных с озонированием не смоченных, а сухих семян льна, результат был иным: максимальное значение выявленного пика БЭ^) соответствовало другой величине - 16% при иной также и дозе озонового воздействия - 190 мгмин/м3 (lgD = 2,3). Причём все его достоверные значения являлись уже положительными и были расположены выше оси lgD. Следовательно, в настоящих опытах локализация пика зависимости БЭ^) от lgD достоверно изменилась по отношению к результатам предыдущих опытов. Таким образом, фактор смачиваемости семян льна перед их озонированием существенно повлиял на получаемый в настоящих экспериментах результат.
С целью выявления причин изменения локализации пика зависимости БЭ^) от дозы озонового воздействия проведены опыты с семенами льна, находившимися в смоченном состоянии до озонирования уже другое время: 1 сутки и 2 суток. Результаты этих опытов приведены на рисунке 3. Для сопоставления полученных результатов при их анализе на этом же рисунке приведены данные, взятые
из нашей предыдущей работы [2] (кривая 1), а также выше рассмотренные (кривая 2). На рисунке 3 видно, что для смоченных семян в течение 1 и 2 суток до озонирования также выявляются соответствующие пики (кривые 3 и 4). Причём максимальные значения этих пиков БЭ^) равняются 4,7% (кривая 3) и 8,6% (кривая 4) и достоверно отличаются от контрольных значений. Основания же этих пиков расположены значительно ниже оси lgD, достигая значений БЭ^), соответственно, -15% (кривая 3) и -28% (кривая 4), что является также достоверным по отношению к контролю с p > 0,95.
У полученных кривых наблюдается смещение пиков вдоль оси lgD к началу координат. Причём величина этого смещения зависела от продолжительности смачивания семян до озонирования: чем продолжительнее смачивание, тем ближе расположен пик к началу координат. Так, максимальное значение БЭ^) для семян с продолжительностью смачивания 1 сутки соответствует дозе 24 мгмин/м3 (lgD=1,38), а с продолжительностью смачивания 2 суток - 10 мгмин/м3 (lgD=1,0). Таким образом, выявляется закономерность: чем дольше семя льна находилось в смоченном состоянии перед озонированием, тем меньше доза озонового воздействия необходима для получения стимулирующего эффекта (сравните: 10, 24 и 750 мгмин/м3) и тем выше будет этот стимулирующий эффект (сравните: 8,6%, 4,7%, -1,6%). Причём проведённый анализ указывает на экспоненциальный характер зависимости величины стимулирующего эффекта от логарифма дозы озонового воздействия, что соответствует развитию многих биологохимических процессов [5].
Следует отметить ещё одну закономерность, связанную с шириной выявленных в наших исследованиях вышеуказанных пиков (рис. 3), то есть интервалов Д lgD, на высоте меньшей максимального значения каждого пика на величину БЭ^) = 8%. Так, например, ширина пика, полученного в опытах с сухими семенами, составляет Д lgD = 1,5, с семенами, смоченными перед озонированием - Д lgD = 1,2, смоченными за 1 сутки до озонирования - Д lgD = 0,7 и смоченными за 2 суток до озонирования - Д lgD = 0,5. Причём эти различия
нельзя объяснить случайными вариациями значений lgD. Следовательно, чем больше продолжительность смачивания семян льна до момента озонирования, тем более узкий интервал озонового воздействия необходим для наблюдения эффекта стимуляции. Вероятно, эта закономерность отражает факт усложнения структуры прорастающего семени и появления возможных специализированных систем для адекватного реагирования на повреждающее окислительное воздействие среды обитания [6].
Очевидно, указанные морфометрические изменения экспериментальных растений должны быть отражены в соответствующих биохимических показателях. С целью выявления изменений биохимического состояния подопытных организмов проведён общий биохимический анализ проростков льна на содержание протеинов, жира, сахаров, крахмала, каротина, калия, кальция и фосфора. Из анализа были исключены проростки, выращенные из семян с продолжительным смачиванием (1 и 2 суток), так как за это время их первоначальное состояние могло измениться. В анализ включены только проростки, выращенные из озонированных сухих и смоченных непосредственно перед опытом семян, а также из контрольных семян. С целью выявления значимости фактора смачивания выбранная доза озонирования (190 мгмин/м3) соответствовала максимальному стимулирующему эффекту в экспериментах с сухими семенами.
Проведённый биохимический анализ тканей выделенных групп проростков льна не позволил обнаружить изменений содержаний жира, каротинов, калия, кальция и фосфора. Их значения достоверно не отличались друг от друга. Однако содержания сахаров, крахмала и протеинов проявили сложную динамику (рис.4). Количество сахаров монотонно возрастало при переходе от контрольных проростков к выращенным из сухих и, далее, смоченных перед озонированием семян (кривая 1). Все значения содержания сахаров достоверно отличались друг от друга с p > 0,95. Зарегистрированная динамика биохимических показателей свидетельствует о возрастании интенсивности обменных процессов у опытных групп проростков. Причём самые вы-
Рис. 4 - Динамика содержания сахара (1), крахмала (2), протеина (3) в контрольных проростках льна выращенных из озонированных сухих и влажных семян.
сокие показатели выявлены у проростков, выращенных из смоченных перед озонированием семян, несмотря на то, что выбранная доза озонирования соответствовала максимальной стимуляции прорастания сухих семян. выводы
- При озонировании смоченных семян ростовые процессы подавляются.
- При озонировании семян выявлена закономерность: чем дольше семя льна находилось в смоченном состоянии перед озонированием, тем меньше доза озонового воздействия необходима для получения стимулирующего эффекта (10, 24 и 750 мгмин/м3) и тем выше будет этот стимулирующий эффект (8,6%, 4,7%, -1,6%).
- Озонирование влажных семян льна повышает в его проростках содержание сахаров и одновременно уменьшает содержание крахмала и протеина.
Библиографический список
1. Влияние озона на прорастание семян гороха и облепихи / В.Г. Резчиков, А.В. Чурма-сов, А.А. Гаврилова, Е.А. Соколова // Техника в сельском хозяйстве. - 1998. - № 3. - С.14-17.
2. Дубцова, А.А. Результаты опытов по воздействию озона на показатели прорастания льна обыкновенного / А.А. Дубцова, А.В. Чурмасов // Вестник Нижегородского университета имени Н.И. Лобачевского. - 2014. - №
4. - С.198-201.
3. Гаврилова, А.А. Эколого-физиологические особенности действия озона и информационных СВЧ и КВЧ электромагнитных излучений на модельные биосистемы: дис. ... канд. биологических наук : 03.03.01 / А.А. Гаврилова.- Нижний Новгород, 2012.- 173 с.
4. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М.: Стандартинформ, 2011.- 30 с.
5. Чурмасов, А.В. Математическая модель реакции растений на озоновое воздействие / А.В. Чурмасов, В.Г. Резчиков, А.А. Гаврилова // Достижения науки и техники АПК.
- 2002. - № 11. - С. 12-15.
6. Щербатюк, Т.Г. Современное состояние озонотерапии в медицине. Перспективы применения в онкологии / Т.Г. Щербатюк // Современные технологии в медицине. -2010.
- № 1. - С. 99-106.
