CC BY
55
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Экологические проблемы и природопользование
УДК 631.53.027.325
Д.А. Корепанов, Н.М. Чиркова, В.А. Руденок, И.В. Грабовский, Е.А. Сергеева
ВЛИЯНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНОЙ СУСПЕНЗИИ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛ/УГЛЕРОДНОГО НАНОКОМПОЗИТА МЕДИ НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН PINUS SILVESTRISI.
Приведены данные лабораторных и полевых исследований влияния эпибрассилида, шунгита и металл/углеродного нанокомпозита меди на морфо-физиологические показатели семян сосны обыкновенной. Дана оценка практического использования предложенного способа выведения семян из состояния покоя.
Ключевые слова: посевные качества семян, сосна обыкновенная, энергия прорастания, всхожесть, эпибрасси-лид, шунгит, металл/углеродный нанокомпозит меди.
Возрастающая хозяйственная деятельность и лесные пожары ведут к сокращению земель лесного фонда. В этих условиях создание высокопродуктивных лесных культур посадкой сеянцев и саженцев является важным направлением лесовосстановления. Для решения данной задачи необходимо постоянное совершенствование технологии выращивания посадочного материала с учетом конкретных почвенно-климатических условий [1]. В современных условиях в целях улучшения посевных качеств семян и усиления энергии прорастания используют различные способы выведения их биологической системы из состояния покоя, в том числе и различные регуляторы роста растений, созданные с использованием нанотехнологий, значительно ускоряющие синтез функционально активных веществ [2; 3]. В частности, исследования М.М. Сушилиной [4] показали, что предпосевная обработка семян рапса ульт-радисперсным порошком меди увеличивает всхожесть на 6-5 %. Таким образом, исследования, направленные на повышение производительности лесных культур интенсификацией выращивания посадочного материала с помощью предпосевной обработки регуляторами роста растений, созданными с использованием нанотехнологий, имеют большую научную и практическую перспективу.
Материалы и методика исследований
Эксперимент по повышению всхожести семян сосны обыкновенной (Ртш silvestris Ь.) проводился на кафедре лесоводства и лесных культур ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» согласно ГОСТу1. Для анализа от партии отбиралась средняя проба с каждой породы, от пробы случайной выборкой взято по 100 семян. Проращивание семян проводили в чашках Петри на ложе из фильтровальной бумаги, смоченной дистиллированной водой (вариант опыта «контроль») или соответствующим опыту раствором (остальные варианты опыта) при температуре 20°С... 24°С. Фильтровальную бумагу нарезали по размеру чашки Петри, увлажняли до полной влагоемкости и затем, давая стечь избытку влаги, укладывали в чашку. Семена раскладывали на ложе для проращивания при помощи пинцета, без соприкосновения друг с другом. На каждый вариант опыта было использовано 400 семян в 4 повторностях. Количественные показатели энергии прорастания, всхожести и длины корешков проростков семян определялись согласно ГОСТу. Семена для эксперимента (класс качества 1) были предоставлены лесным базисным питомником АУ «Завьяловолес» Удмуртской Республики.
Лабораторный и полевой эксперимент проводился по 6 вариантам опыта: контроль без обработки семян; семена, обработанные биологическим стероидом эпибрассинолид (эпин-экстра); природным фуллереном (С60) шунгит; тонкодисперсной суспензией на основе металл/углеродного нанокомпозита меди (ТДС); эпибрассилидом + шунгит (50 на 50 % соответственно); эпибрассилидом + ТДС (50 на 50 % соответственно).
Природный шунгит размалывали и затем растирали в керамической ступке с помощью пестика вручную, затем просеивали через сито с размером ячейки 0,074 мм (200 меш). Размолотый продукт
1 ГОСТ 13056.6-97 Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. М.: Изд-во стандартов, 1986. 39 с.
размешивали в воде по навеске до концентрации суспензии 0,05 %. Для стабилизации суспензии в раствор вводили сахар (0,5 % раствор).
Металл/углеродный композит готовился в заводских условиях (ОАО ЭМЗ «Купол») на специализированном производстве по разработанной на заводе технологии. Композиция готовилась термообработкой раствора поливинилового спирта с добавлением солей соответствующих металлов. Готовый продукт поставлялся потребителю в виде тонкодисперсной суспензии (ТДС 0,5-31//10-01.11/24)
0,5 % концентрации, стабилизированной сахаром в соотношении 1:10 по массе. Перед применением композиция разбавлялась водой в 10 раз.
Раствор эпибрассинолида применяли, согласно инструкции производителя ННПП «НЭСТ М», в пропорции 1 мл раствора на 5 л дистиллированной воды.
Полевые исследования проводились в Вавожском лесничестве Удмуртской Республики в течение вегетационного периода 2012 г. Перед посевом семена замачивались в соответствующих растворах на одни сутки. Математико-статистический анализ полученных результатов проведен согласно рекомендаций А.К. Митропольского [5].
Результаты и их обсуждение
Результаты эксперимента, приведенные в табл. 1, показывают, что наилучшие количественные значения по отношению к варианту опыта «контроль» для энергии прорастания семян сосны 1-го класса качества имеет только вариант опыта «шунгит» (существенность различия по отношению к контролю tфакт =4,98 > тбл=2,77 при Р = 0,05). При сравнении средних выборочных совокупностей контроля с остальными вариантами во всех случаях tфакт<tтабл., кроме варианта «эпибрассинолид», имеющего более низкую энергию прорастания по сравнению с контролем (существенность различия по отношению к контролю tфакт. =4,56 > тбл=2,77 при Р = 0,05).
Лучшие показатели всхожести также наблюдаются в варианте опыта «шунгит» (табл. 2). В то же время существенность различия по сравнению с контролем во всех вариантах опыта не наблюдается. Следует отметить, что вариант опыта «тонкодисперсная суспензия» по показателям всхожести незначительно (5 % при точности опыта 2 %) превзошел контрольный, а все варианты опыта с использованием эпибрассинолида не достигли показателей контроля. По всей видимости, положительное влияние используемого в эксперименте фитогормона класса стероидов [6] на ростостимулирующую активность семян высокого класса качества в лабораторных условиях нивелируется.
Таблица 1
Основные статистические показатели результатов эксперимента по лабораторной всхожести
Вариант опыта Среднеарифметические значения всхожести, % % к контролю Коэффициент вариации, % Точность опыта, %
Энергия прорастания
Контроль 63,0±3,0 100 9,8 4,9
Эпибрассинолид 41,3±3,2 66 15,4 7,7
Шунгит 84,5±3,1 134 9,7 3,7
Эпибрассинолид +шунгит 67,5±4,2 107 20,0 6,2
ТДС 66,3±4,6 105 22,8 6,9
Эпибрассинолид +ТДС 62,0±1,8 98 5,7 2,9
Всхожесть
Контроль 90,2±2,0 100 3,7 2,2
Эпибрассинолид 79,5±5,9 88 14,9 7,4
Шунгит 97,3±2,8 108 7,7 3,9
Эпибрассинолид +шунгит 87,3±3,5 97 8,0 4,1
ТДС 94,5±1,9 105 3,9 2,0
Эпибрассинолид +ТДС 81,8±2,3 91 5,5 2,8
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Различия в среднеарифметических значениях длины корешков проростков семян (табл. 2) не существенны. Во всех случаях tфакш ^табл .
На длину корешков проростков семян в варианте опыта «ТДС», возможно, оказали влияние частицы углерода, которые визуально в растворе не наблюдались, но некоторое время поглощались корневым окончанием (рис.).
Таблица 2
Длина корешков проростков семян
Вариант опыта Среднеарифметические значения длины, мм % к контролю Коэффициент вариации, % Точность опыта, %
Контроль 37,34±1,4 100 39,33 3,7
Эпибрассинолид 36,03±1,5 97 39,25 4,2
Шунгит 37,70±1,4 101 38,28 3,7
ТДС 35,67±1,2 96 40,24 3,4
Рис. Повреждение корневого окончания углеродом
Таблица 3
Основные статистические показатели результатов эксперимента грунтовой всхожести
Тип обработки Среднеарифметические значения всхожести, % % к контролю Коэффициент вариации, % Точность опыта, %
1 -я неделя эксперимента
Контроль 24,0±1,8 100 13,1 7,5
Эпибрассинолид 49,0±3,3 204 19,8 6,7
Шунгит 32,0±1,6 133 10,1 5,0
Эпибрассинолид +шунгит 23,0±1,9 96 19,4 8,2
ТДС 43,0±1,7 179 10,7 3,9
Эпибрассинолид +ТДС 17,0±1,0 71 10,2 5,9
2-я неделя эксперимента
Контроль 36,0±1,6 100 11,3 4,4
Эпибрассинолид 61,0±3,1 169 17,3 5,1
Шунгит 34,0±2,0 94 15,7 5,9
Эпибрассинолид +шунгит 35,0±2,0 97 11,6 5,7
ТДС 54,0±2,0 150 11,8 3,7
Эпибрассинолид +ТДС 31,0±1,6 86 10,7 5,2
Результаты полевых исследований грунтовой всхожести (табл. 3) значительно отличаются от лабораторных. Наилучшие значения в первую неделю показали варианты опыта «эпибрассинолид» (существенность различия по отношению к контролю tфакт=6,65 > тбл=2,77 при Р = 0,05) и «ТДС» (существенность различия по отношению к контролю tфaкт=7,67 > tтaбл=2,77 при Р = 0,05). При этом существенности различия между самими вариантами не наблюдается.
Вариант опыта «шунгит» в первую неделю эксперимента также показал хорошие результаты (существенность различия по отношению к контролю tфакт=3,32 > tnlaбл=2,77 при Р = 0,05). В то же время во вторую неделю данные контроля выше. Наилучшие показатели всхожести снова показали варианты опыта «эпибрассинолид» (существенность различия по отношению к контролю tфакт =7,16 > tnia6^=2,77 при Р = 0,05) и «ТДС» (существенность различия по отношению к контролю tфакт=7,03 > tтaбл=2,77 при Р = 0,05).
Заключение
Проведенный полевой эксперимент грунтовой всхожести семян сосны показал перспективность использования металл/углеродного нанокомпозита меди в качестве стимулятора ростовых процессов. При этом необходима разработка детальной технологии выведения семян из состояния покоя. В нашем случае отрицательное влияние углерода на корешки проростков, проявившееся в лабораторном эксперименте, было нивелировано относительно коротким временным периодом замачивания семян. Следует отметить, что раствор из природного шунгита, в составе которого много железа, но мало меди [7], в полевых условиях не показал себя как стимулятор ростовых процессов. В то же время эпибрассинолид, воздействие которого на биологические объекты до конца не изучено [8], хорошо показал себя при проведении грунтового эксперимента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мочалов Б.А. Научное обоснование и разработка интенсивной технологии выращивания посадочного материала хвойных пород для лесовосстановления на Европейском Севере России: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Архангельск, 2009. 40 с.
2. Рожанская О.А., Королев К.Г., Ломовский О.И., Шилова Т.В., Ломова Т.Г. Нанокомпозиты - стимуляторы роста растений in vitro и in agro // Материалы Междунар. форума по нанотехнологиям. 2008 г. URL: http://rusnanotech08.rusnanoforum.ru / cgi-bin / show.pl?option=&id=&lang=ru
3. Фолманис Г.Э. Нанотехнологии для растениеводства // Современные тенденции в сельском хозяйстве: сб. тр. I Междунар. интернет-конф. Казань: Изд-во «Казанский университет», 2012. С. 224-229.
4. Сушилина М.М., Монькина А.И. Нанотехнологии в растениеводстве и сельском хозяйстве // Вестн. Рязан. гос. агротехнолог. ун-та им. П.А. Костычева. 2011. С. 42-44.
5. Митропольский А.К. Элементы математической статистики. Л.: Наука, 1969. 274 с.
6. Чуб В.В. Рост и развитие растений. URL: http://herba.msu.ru/russian/departments/physiology/spezkursi/chub/ index_7.html
7. Ковалевский В.В. Углеродистое вещество шунгитовых пород: структура, генезис, классификация: дис. ... д-ра г.-м. наук. Петрозаводск, 2007. 268 с.
8. Лихачева Т.С. Влияние эпибрассинолида на гормональный баланс, энергодающие процессы, рост и продуктивность растений (томаты, фасоль): дис. ... канд. биол. наук. М., 2004. 169 с.
Поступила в редакцию 11.03.13
D.A. Korepanov, N.M. Chirkovа, V.A. Rudenok, I. V. Grabowski, E.A. Sergeyevа
Influence of fine suspension based on metal/carbon nanocomposite of copper on sowing qualities of Pinus silvestris L
We present the data on the influence of epibrassinolide, shungite and metal/ carbon nanocomposite of copper on the morpho-physiological characteristics of pine seeds, the data is obtained from laboratory and field studies. The assessment of the practical use for the proposed method of the seed dormancy breaking is given.
Keywords: planting seed quality, pine, germination, emergence, epibrassinolide, shungite, metal/carbon nanocomposite copper.
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Корепанов Дмитрий Анатольевич, доктор сельскохозяйственных наук
ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
424000, Россия, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 Е-mail: dk-81960@mail.ru
Чиркова Надежда Михайловна, инженер лаборатории дендрологии Удмуртского ботанического сада
ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» 426030, Россия, г. Ижевск, ул. Ботаническая, 5 Е-mail: lidile@mail.ru
Руденок Владимир Афанасьевич, кандидат химических наук Е-mail: rudenva@rambler.ru
Г рабовский Игорь Владимирович, доцент E-mail: goch@izhgsha.ru
Сергеева Елена Алексеевна, студент магистратуры Е-mail: lisyonok-ra@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»
426069, Россия, г. Ижевск, ул. Кирова, 16
Korepanov D. A., doctor of agricultural sciences
Volga State University of Technology 424000, Russsia, Yoshkar-Ola, Lenina sq., 3 E-mail: dk-81960@mail.ru
Chirkova N.M., engineer of laboratory of dendrology of Udmurt Botanical Garden
Udmurt State University
426030, Russsia, Izhevsk, Botanicheskaya st., 5
E-mail: lidile@mail.ru
Rudenok V.A., candidate of chemistry E-mail: rudenva@rambler.ru
Grabowski I.V., associate professor E-mail: goch@izhgsha.ru
Sergeeva E.A., postgraduate student E-mail: lisyonok-ra@mail.ru
Izhevsk State Agricultural Academy 426069, Russsia, Izhevsk, Kirova st., 16
