CC BY
21
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
УДК 631.559;631.81.095.337
ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ ХЛОРОФИЛЛА В РАСТЕНИЯХ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ КАДМИЯ В ПОЧВЕ
М.С. Телевка, соискатель (научныйруководитель И.И. Серегина, д.б.н.)
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: m.televka@mail.ru
В вегетационных опытах в почвенной культуре изучали влияние разных способов применения селена на процесс формирования продуктивности и содержание хлорофилла разных сортов яровой пшеницы в условиях высоких концентраций кадмия в почве. Показано снижение негативного влияния тяжелого металла на продуктивность яровой пшеницы при применении селена.
Ключевые слова: яровая пшеница, продуктивность, селен, кадмий, хлорофилл.
IMPACT OF SELENIUM APPLICATION ON PRODUCTIVITY AND CHLOROPHYLL CONTENT OF SPRING WHEAT AT HIGH CONCENTRATIONS OF CADMIUM IN SOIL
M.S. Televka
There has been studied in vegetative experiments the influence of different methods of selenium application on the formation of productivity and chlorophyll content in different varieties of spring wheat at high concentrations of cadmium in soil. There is shown the reduction of negative impact of heavy metal on the productivity of spring wheat with selenium application.
Keywords: spring wheat, productivity, selenium, cadmium, chlorophyll.
В последние десятилетия большое внимание уделяется содержанию в почве различных поллютантов и возможному загрязнению сельскохозяйственных культур [1-4]. Среди большого числа токсических веществ кадмий (Cd) - один из самых опасных. Повышенное его содержание в растениях вызывает задержку роста, повреждение корневой системы и хлороз листьев. Фито-токсичность кадмия проявляется также в затруднении поступления и ограничении участия в метаболизме элементов питания, например, таких как Zn, Mn, №, Se [5-7]. Есть предположение, что при негативном влиянии разных уровней загрязнения почвы кадмием селен может уменьшать его токсическое действие на растения, что может быть связано с защитным эффектом, который определяется образованием нетоксичных комплексов селен-металл.
В последнее время все больший интерес представляет применение микроэлементов, которые используют в качестве средств защиты и повышения устойчивости растений к биотическим и абиотическим факторам [8]. В связи с этим, целью нашей работы было изучение влияния селена на продуктивность и содержание хлорофилла в растениях яровой пшеницы при высоких концентрациях кадмия в почве.
Для решения поставленной задачи был проведены вегетационные опыты в 2009-2011 гг. на кафедре агрономической, биологической химии и радиологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Объектом исследований служила мягкая яровая пшеница (Triticum aestivum L.) интенсивных сортов Иволга и Лада. Сорта среднеспелые, имеют продолжительность вегетационного периода 74-95 дней.
В экспериментах использовали почву со следующей
агрохимической характеристикой: pHKCl 5,7; Нг 1,2 мг-экв/100 г почвы (по Каппену), S 24,3 мг -экв/100 г почвы (по Каппену-Гильковицу); V 95,3%, 82 мг/кг. Обеспеченность почвы подвижными формами фосфора и калия составляла соответственно 180 и 150 мг/кг почвы (по Кирсанову).
Азот вносили при закладке опытов в виде аммонийной селитры из расчета 150 мг/кг, фосфор и калий - в виде KH2PO4 и KCl из расчета 100 мг/кг.
В опытах моделировали разные уровни загрязнения почвы кадмием путем внесения раствора азотнокислой соли элемента из расчета 10 (Cdi) и 50 (Cd2) мг кадмия на 1 кг почвы. Контролем служили варианты без внесения тяжелого металла в почву.
Изучали два способа применения селена: предпосевная обработка семян (намачивание в 0,0001% растворе биселенита натрия) и опрыскивание вегетирую-щих растений раствором микроэлемента в начале 6 этапа органогенеза. Контролем служили варианты, обработанные водой. Посев осуществляли сухими семенами по 30 шт. на сосуд при последующем прореживании в фазе кущения до 15 растений.
В течение онтогенеза пшеницы отбирали пробы растений для определения содержания хлорофилла в листьях. Вытяжку делали по общепринятой методике [9], а концентрацию хлорофилла определяли на спектрофотометре марки XELIOS OMEGA THERMO SCIENTIFIC SPECTRONIC (США) в лаборатории ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. В конце опытов анализировали структуру урожая и продуктивность растений. При закладке опыта повторность была семи кратной. Данные подвергали математической обрабатывали по Б.А. Доспехову (1985).
1. Влияние селена на формирование продуктивности яровой пшеницы в условиях высоких концентраций кадмия
Доза кадмия, мг/кг Применение селена Масса зерна с одного сосуда, г Число в колосе, шт. Масса 1000 зерен, г
зерен колосков
сорт Иволга, 2009 г.
0 - 7,2 16,8 11,0 28,6
ПОС 9,2 23,3 10,2 26,2
ОВР 10,2 24,4 12,7 27,9
НСР05 0,8 2,3 2,7 2,2
10 - 6,3 21,2 11,2 19,8
ПОС 8,7 22,9 12,7 25,3
ОВР 10,4 22,7 11,9 30,4
НСР05 1,3 2,5 2,0 2,5
50 - 5,6 13,1 7,9 28,2
ПОС 6,5 16,8 8,5 25,6
ОВР 6,9 17,9 12,9 25,7
НСР05 0,6 2,3 2,7 2,6
сорт Лада, 2010 г.
0 - 3,3 19,3 11,4 13,1
ПОС 5,1 21,1 13,9 16,6
ОВР 5,4 22,9 13,2 15,2
НСР05 0,7 1,5 1,1 2,3
10 - 2,7 17,4 11,4 15,9
ПОС 3,5 16,8 13,6 14,1
ОВР 3,6 22,9 11,9 10,6
НСР05 0,6 1,7 1,6 3,1
50 - 2,0 13,1 7,9 9,6
ПОС 3,3 18,6 14,4 13,2
ОВР 3,8 18,3 13,1 13,6
НСР05 0,5 1,1 1,0 2,5
Примечание: ПОС - предпосевная обработка семян, ОВР - опрыскивание вегетирующих растений.
2. Влияние селена на содержание хлорофилла а и б в листьях яровой пшеницы сорта Лада
при разных концентрациях кадмия (2010 г.)
Доза кад- Примене- Содержание хлорофиллов по фазам, мг/кг сырой массы Сумма хлорофилла по фазам а и б Отношение по фазам Хл а/Хл б
мия, ние а б
мг/кг селена выход в трубку колошение выход в трубку колошение выход в трубку колошение выход в трубку колошение
- 0,50 0,53 0,25 0,25 0,75 0,78 2,0 2,1
0 ПОС 0,63 0,67 0,42 0,45 1,05 1,12 1,5 1,5
ОВР 0,68 0,72 0,39 0,42 1,07 1,14 1,7 1,7
НСР05 0,10 0,11 0,13 0,17 - - - -
- 0,52 0,55 0,27 0,29 0,79 0,84 1,9 1,9
10 ПОС 0,74 0,78 0,45 0,51 1,19 1,29 1,6 1,5
ОВР 0,70 0,74 0,42 0,45 1,12 1,19 1,7 1,6
НСР05 0,15 0,14 0,18 0,15 - - - -
- 0,51 0,53 0,30 0,32 0,81 0,85 1,7 1,7
50 ПОС 0,75 0,72 0,31 0,38 1,06 1,10 2,4 1,9
ОВР 0,72 0,77 0,40 0,47 1,12 1,24 1,8 1,6
НСР05 0,18 0,16 0,10 0,13 - - - -
Применение селена в контроле достоверно влияло на формирование продуктивности обоих сортов (табл. 1). Сравнительная оценка эффективности воздействия способов применения селена показала большее формирование зерновой продуктивности при использовании опрыскивания вегетирующих растений в 1,4 раза у пшеницы сорта Иволга, у пшеницы сорта Лада в 1,5
раза при предпосевной обработке семян.
На фоне С^ предпосевная обработка семян селеном оказала положительное действие на продуктивность обоих сортов. Опрыскивание растений достоверно повлияло на формирование элементов продуктивности пшеницы сорта Иволга за счет увеличения массы 1000 зерен, числа зерен и колосков в колосе со-
ответственно в 1,5, 1,3 и 1,1 раза.
При предпосевной обработке семян на фоне Cd2 происходит возрастание продуктивности пшеницы сортов Иволга и Лада, а в этих же условиях опрыскивание селеном пшеницы сорта Иволга повышает массу зерна с 5,6 до 6,9 г/сосуда за счет роста числа зерен и колосков в 1,4 и 1,6 раза соответственно.
Регуляторная роль селена в реакциях образования хлорофилла заключается во взаимодействии с сульф-гидрильными группами, содержащимися в ключевых ферментах синтеза хлорофилла [10]. При повышении концентрации кадмия в почве содержание хлорофилла а в растениях остается практически неизменным на протяжении всего вегетационного периода (табл. 2). В то же время наблюдается повышение содержания хлорофилла Ь в листьях растений пшеницы обоих сортов, что также отмечается в исследованиях других ученых [11, 12]. В вариантах, где применяли селен выявлено достоверное накопление хлорофилла а при обоих способах его использования. Наиболее эффективное действие селена наблюдалось при опрыскивании растений в фазе колошения, так как в это время происходит максимальное накопление элементов питания, когда содержание хлорофилла а возросло в 1,4 раза, а содержание хлорофилла Ь в 1,6 раз. Положительное влияние селена на содержание суммы хлорофилла а и б на обоих сортах пшеницы в большей степени определялось достоверным увеличением хлорофилла б. Возможно, это было связано с неустойчивостью хлорофилла а к негативному действию кадмия за счет возможности адсорбировать воду и водяные пары и большей гигроскопичности, чем хлорофилл б [13].
Результаты наших исследований свидетельствуют,
что возрастание концентрации кадмия в почве приводит к ухудшению структуры хлорофилльного комплекса пшеницы вследствие снижения соотношения хлорофилла а к хлорофиллу Ь. В вариантах с применением предпосевной обработки семян селеном наблюдается увеличение соотношения хлорофилла a к хлорофиллу Ь, что свидетельствует об улучшении структуры хлорофилльного комплекса пшеницы. Это может быть связано со снижением повреждения фотохимических процессов, а также поддержанием эффективности транспорта фотосинтетических электронов, которое способствует сохранению структуры и функции пигментного аппарата и может иметь большое значение, как для синтеза углеводов, так и для формирования запасных белков в зерновках [10].
Таким образом, установлено отрицательное действие кадмия на формирование продуктивности и содержание хлорофилла в листьях пшеницы. Отмечено, что эффект действия селена проявлялся, в основном, в увеличении озерненности колоса, что и привело к росту продуктивности. Сравнительная оценка эффективности применения селена показала наибольшее увеличение продуктивности при опрыскивании вегетирующих растений у пшеницы сорта Иволга, у пшеницы сорта Лада - при предпосевной обработке семян. Предполагается, что это зависело от особенностей сортов яровой пшеницы и погодных условий вегетационного периода. При обработке селеном снижение содержания хлорофилла от токсического воздействия кадмием было менее значительным. Возможно, это было связано с антиоксидантными свойствами микроэлемента.
Литература
1. Прокуратова А.С., Кольс О.Е., Калиненко Н.А. Содержание тяжелых металлов в почве и конечной сельскохозяйственной продукции при выращивании зерновых культур по интенсивной технологии // АгроХХ1, 2006, № 10-12.
- С. 45-46.
2. Овцинов В.И. влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на сельскохозяйственные растения // Агрохимический вестник, 2005, № 1. - С. 29-30.
3. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Комарова Н.А. Приемы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимический вестник, 2005, № 3. - С. 2-4.
4. Подколзин О.А. Тяжелые металлы в агроценозах Ставропольского края // Агрохимический вестник, 2005, № 5.
- С. 9-11.
5. Hasanuzzaman M., Anwar Hossian M, Fujita M. Selenium in higher plants: physiological role, antioxidant metabolism and abiotic stress tolerance, 2009, V. 5-6.
6. Минеев В.Г., Макарова А.И., Гришина Т.А. Тяжелые металлы и окружающая среда в условиях современной интенсивной химизации. Сообщение № 1. Кадмий // Агрохимия, 1981, № 5. - С. 146-155.
7. Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф., Титов А.Ф. Влияние кадмия на апикальные меристемы стебля растений ячменя // Онтогенез, 2006, Т. 37. - С. 444-448.
8. Серегина И.И. Продуктивность и адаптивная способность сельскохозяйственных культур при использовании микроэлементов и регуляторов роста. Автореф. дисс. д.б.н. - М.: 2008. - 40 с.
9. Третьяков Н.Н., Карнаухова Т.В., Паничкин Л.А. и др. Практикум по физиологии растений - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - С. 89-92.
10. Санькова А.Г. Отдельные показатели качества салата при применении селенита натрия // Бюллетень ВИУА, 2001, № 115. - С. 155.
11. Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. - Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. - 172 с.
12. Кононенко Л.А., Лукин С.В., Ладонин В.Ф. Влияние кадмия на накопление пигментов в листьях пшеницы // Доклады РАСХН, 2004, № 5. - С. 7-8.
13. Janeczko A. Protection of winter rape photosistem II by 24-epibrassinolide under cadmium stress // Photosynthetica, 2005, V. 43 (2). - P. 293-298.
