CC BY
19Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. Вып. 20. С. 100-104.
УДК 582
ВЛИЯНИЕ ВЫТЯЖКИ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ CYSTOSIERA BARBATA НА АДАПТАЦИЮ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ К СОЛЕВОМУ СТРЕССУ
МусатенкоЛ. И.1, Кабузенко С. Н.г, Володькин С. А.2, Омельченко А. В.2
1 Институт ботаники им. Н. Г. Холодного НАН Украины, Киев 2Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, plantphys@crimea.edu
Изучали возможность использования суммарной фитогормональной вытяжки из водоросли Cystosiera barbata для адаптации к солевому стрессу растений пшеницы на начальных этапах развития. Установили стимулирующее действие 0,1%-ной вытяжки на энергию прорастания, всхожесть семян и начальный рост проростков пшеницы на солевом фоне.
Ключевые слова: пшеница, хлоридное засоление, гормональная вытяжка из водоросли, рост.
ВВЕДЕНИЕ
Гормоны высших растений в физиологически активной концентрации обладают помимо ростактивирующего, адаптирующим действием на фоне различного вида стрессов (засуха, засоление, высокие и низкие температуры) [1].
Нами в конце прошлого столетия была показана возможность снятия солевого стресса с растений, относящихся к классу однодольных с помощью цитокининподобного регулятора роста - 6 БАП - в концентрации 10-6 - 10-8 м на начальных этапах развития растений [2].
В настоящее время в сельскохозяйственной биотехнологии возникло направление по изучению возможностей использования фитогормонов и синтетических регуляторов роста для повышения урожайности культурных растений, в том числе и на фоне действия различных неблагоприятных факторов среды.
Однако в последнее время предпочтение отдается использованию регуляторов роста, полученных из биологических объектов, так как они лучше усваиваются растениями и в экологическом отношении более приемлемы.
В результате исследований ученых ряда стран доказана возможность использования в качестве источников стимуляторов роста биомассы морских водорослей [3].
У водорослей различных систематических групп выявлены биологически активные вещества разной природы [4]. Однако, эффекты экзогенного действия фитогормонов, полученных из морских водорослей, изучены недостаточно.
Поэтому целью данной работы явилось изучение возможности использования вытяжки из морской водоросли Cystosiera barbata, содержащей суммарную фракцию фитогормонов, для адаптации к солевому стрессу растений пшеницы на начальных этапах развития.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В качестве источника биологически активных веществ была взята черноморская водоросль - Cystosiera barbata (Good et Wood).
Водоросли представляют собой типичный морской нижнебореальный вид, эндемик Средиземноморского бассейна. Растет на камнях и скалах на глубине до 30 м. Растения способны создавать группировки (800-1000 г/м2), что имеет большое экологическое значение. Растительный материал был собран в марте 2009 г., в районе горы Аю-Даг, пгт. Партенит, Крым.
Выделение суммарной фракции фитогормонов. 100 г сырой растительной массы гомогенизировали в фарфоровой ступке с добавлением антиоксиданта и трижды экстрагировали 80% раствором этанола. Общий этанольный экстракт фильтровали, а потом выпаривали в термостате при t 40-50 °С до определенного объема.
Методика постановки опыта. Семена пшеницы сорта Одесская 111 отбирали по размерам, протравливали в слабом растворе перманганата калия (15 мин), промывали водопроводной водой и раскладывали в кюветы по 100 штук в каждую, куда приливали воду или растворы в соответствии с вариантами опыта (по 350 мл).
Варианты опыта:
1. Контроль I (отстоянная водопроводная вода).
2. Контроль II (раствор NaCl, 100 мМ).
3. Опыт I (раствор NaCl, 100 мМ+10% вытяжка из водоросли).
4. Опыт II (раствор NaCl, 100 мМ+1% вытяжка из водоросли).
5. Опыт III (раствор NaCl, 100 мМ+0,1% вытяжка из водоросли).
В ходе эксперимента учитывали динамику наклевывания, энергию прорастания, всхожесть семян, а также измеряли морфометрические показатели трех и шести дневных проростков, их сырую и сухую массу. Результаты обрабатывали статистически по методу Лакина.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
По данным таблицы 1 солевой стресс оказал довольно существенное влияние на всхожесть семян пшеницы, которая была снижена по сравнению с контролем I на 29%. Как показали исследования, 10%-ная вытяжка из водоросли Cystosiera barbata оказала даже более негативное действие на процесс прорастания семян пшеницы, чем «чистое» засоление (наклевывание - 62%, всхожесть - 43%). Кроме того, всхожесть семян в этом варианте была, как бы пролонгирована, то есть семена более длительное время находились в состоянии наклевывания. В данном случае проявилась, очевидно, одна из основных закономерностей действия фитогормонов -концентрационная зависимость.
Концентрация 1% несколько ингибировала энергию прорастания и всхожесть семян по сравнению с «чистым» засолением, то есть и эта концентрация также находилась за пределами физиологической активности фитогормонов.
Таблица 1
Число наклюнувшихся и проросших семян пшеницы Одесская 111 в динамике опыта (%), (X ± )
Варианты опыта 1 сутки (наклюнулось) 3 сутки (проросло) 6 сутки (проросло)
Контроль I (Н20) 88,0 97,0 97,0
Контроль II (№С1, 100 мМ) 84,0 68,0 68,0
Опыт I (№С1, 100 мМ+10% вытяжка) 62,0 41,0 43,0
Опыт II (№С1, 100 мМ+1% вытяжка) 87,0 62,0 63,0
Опыт I (№С1, 100 мМ+0,1% вытяжка) 90,0 77,0 77,0
Стимулирующий эффект на всех фазах прорастания наблюдался нами при действии 0,1% суммарной вытяжки. Так, процент наклевывания семян на 1 сутки был даже выше, чем в контроле I (90%), а энергия прорастания и всхожесть были на 9% выше, чем на «чистом» засолении. Учитывая более наглядное действие вытяжки на наклевывание, при котором, как известно из литературы, важную роль играет процесс клеточного растяжения [5], мы можем высказать предположение, что в полученной нами суммарной вытяжке водорослей проявилась высокая активность ИУК.
В условиях засоления всхожесть семян пшеницы является ключевым фактором, определяющим в полевых условиях урожайность культуры, так как именно этот показатель наиболее тесно коррелирует с урожайностью [6].
Для нас представляло также интерес, распространяется ли стимулирующий эффект вытяжки, выявленный для процесса прорастания семян, и на начальный рост проростков.
Данные, представленные в таблице 2, показали, что проростки пшеницы, выращенные на фоне засоления, значительно отставали в ростовых показателях от контроля I и на третьи, и на шестые сутки. Как видно из таблицы, 1%-ная вытяжка оказала ингибирующее действие только на рост колеоптиле, высота которого составила 94,6% против контроля II.
Как следует из данных таблицы 2, стимулирующее действие физиологически активной концентрации вытяжки из водоросли сохраняется и на начальных этапах развития проростков. Так, у трехдневных проростков увеличение длины колеоптиле составило 19%, а максимальной длины корешков - 14% против «чистого» засоления. У шестидневных проростков оно составило 29% и 10% соответственно. Состояние 3-х дневных проростков отражено на рисунке 1.
Изменению морфометрических показателей под влиянием засоления и вытяжки соответствовали и значения сырой растительной массы, которая на фоне хлорида натрия уменьшалась в 1,6 раза против контроля I, а вытяжка в концентрации 0,1% способствовала ее увеличению на 19%.
Таблица 2
Морфометрические показатели проростков пшеницы Одесская 111 на фоне засоления и суммарной вытяжки водоросли Cystosiera barbata, (x ± )
Возраст растений (дни) Варианты опыта Длина колеоптиле (см) В% к контролю II Длина корешков (см) В% к контролю II
3-х дневные проростки Контроль I (HO) 7,96±0,52 213,9 7,58±0,44 226,9
Контроль II NaCl, 100мМ 3,72±0,17 0,0 3,34±0,37 0,0
Опыт NaCl 100+1% вытяжки 3,52±0,34 94,6 3,68±0,23 110,0
Опыт NaCl 100+0,1% вытяжки 4,46±0,34 119,8 3,82±0,19 114,2
6-ти дневные проростки Контроль I (H2O) 10,14±0,54 250,9 10,4±0,49 234,2
Контроль II NaCl, 100мМ 4,04±0,08 0,0 4,44±0,33 0,0
Опыт NaCl 100+1% вытяжки 3,62±0,28 89,6 3,84±0,24 86,4
Опыт NaCl 100+0,1% вытяжки 5,22±0,27 129,2 4,92±0,34 110,8
Рис. 1. Общий вид 3-х дневных проростков пшеницы сорта Одесский 111 на фоне засоления и действия суммарной вытяжки из водоросли Cystosiera barbata
Содержание воды в проростках на засолении снижалось на 6,5%, а на фоне действия физиологически активной вытяжки оно оставалось практически без изменения. Это говорит о том, что увеличение сырой массы происходило не за счет повышения оводненности, а за счет интенсификации процессов анаболизма.
Позитивное действие вытяжки из водоросли в концентрации 0,1% на прорастание семян пшеницы наблюдалось нами и на фоне экстремального засоления - 200 мМ (данные не включены в статью).
Таким образом, нами показана возможность использования вытяжки из водоросли Cystosiera barbata в концентрации 0,1% в качестве биопротектора на фоне солевого стресса.
ВЫВОДЫ
1. Установлена концентрационная зависимость стимулирующего действия суммарной вытяжки из водоросли Cystosiera barbata на прорастание семян пшеницы в условиях солевого стресса.
2. Показано, что вытяжка в концентрации 0,1% активирует процесс прорастания семян и последующий начальный рост проростков пшеницы на солевом фоне, то есть способствует снятию солевого стресса.
Список литературы
1. Григорюк I. П. Реакщя рослин на водний i температурний стреси та способи 1х регуляцп : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня докт. бюл. наук : спец. 03.00.12 «Ф!зюлопя рослин» / Григорюк I. П. - К., 1996. - 40 с.
2. Кабузенко С. Н. Влияние экзогенных фитогормонов на рост и солеустойчивость культурных растений / С. Н. Кабузенко // Физиология и биохимия культурных растений. - 1997. - Т. 29, № 3. - С. 69-73.
3. Сиренко Л. А. Биологически активные вещества водорослей и качество воды / Сиренко Л. А., Козицкая В. Н. - К.: Наукова думка, 1988. - 256 с.
4. Мусатенко Л. I. Фитогормони у водоростей / Л. I. Мусатенко // Альгологш. - 2001. - № 1. - С. 3743.
5. Полевой В. В. Гормональная регуляция прорастания семян / В. В. Полевой, С. М. Шипарева, О. В. Москалева // Физиология семян. - 1990. - С. 119-123.
6. Лакиза Р. И. Влияние запасов влаги и засоленности почвы на всхожесть семян / Р. И. Лакиза, И. Т. Ефимов // Почвоведение. - 1978. - № 7. - С. 162-167.
Мусатенко Л. 1, Кабузенко С. М., Володькш С. А., Омельченко О. В. Вплив витяжки з водоростей Cystosiera barbata на адаптащю рослин пшенищ до сольовому стресу // Екосистеми, 1х оптимiзацiя та охорона. ймферополь: ТНУ, 2009. Вип. 20. С. 100-104.
Вивчали можливють використання сумарною фггогормонально! витяжки з водоросп Cystosyra barbata для адаптацй до сольовому стресу рослин пшениц! на початкових етапах розвитку. Встановили стимулюючу дю 0,1%-но1 витяжки на енергта проростання, схожють насшня i початковий ргст проростюв пшениц! на сольовому фон!.
Ключовi слова: пшениця, хлоридне засолення, гормональна витяжка з водоростей, ргст.
Musatenko L. 1, Kabuzenko S. N., Volodkin S. A., Omelchenko A. V. Effect of extracts from algae Cystosiera barbata on adaptation of wheat plants to the salt stress // Optimization and Protection of Ecosystems. Simferopol: TNU, 2009. Iss. 20. P. 100-104.
The use possibility of total phytohormonal extracts of algae Cystosyra barbata for adaptation to salt stress of wheat plants in the early stages of development was investigated. The stimulative effect of 0,1% extract on germination energy, germination and early seedling growth of wheat on saline ground was found. Key words: wheat, chloride salinity, hormonal extract from algae, growth.
Поступила в редакцию 19.11.2009 г.
