АГРОХИМИЯ, 2014, № 3, с. 69-74
УДК 58.04:581.16.7:631.122.1
солеустойчивость изолированных вегетативных органов культурных растений при действии хлорида натрия и сульфата меди
© 2014 г. З.м. Алиева, А.г. Юсуфов
Дагестанский государственный университет 367025 Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43а, Россия E-mail: zalieva@mail.ru
Поступила в редакцию 17.10.2013 г.
В работе проведена сравнительная оценка пороговой чувствительности стеблевых, семядольных, листовых, гипокотильных черенков ряда культурных растений (Solanum melongena, Helianthus annuus, Rhaphanus sativa, Beta vulgaris, Phaseolus vulgaris, Vigna radiatа) к действию растворов хлорида натрия и сульфата меди. Этим воздействиям часто подвергаются культурные растения Дагестана на засоленных возделываемых почвах. Рассмотрена возможность использования изолированных органов для оценки устойчивости растений к стрессам.
Ключевые слова: солеустойчивость, культурные растения, изолированные органы, засоление среды, NaCl, CuSO4.
ВВЕДЕНИЕ
Понятие "устойчивость к стрессам" широко используется в разных областях биологии. Обычно под ней подразумевают способность организма сохранять постоянство внутренней среды (гомеостаз), поддерживать на определенном уровне процессы роста, развития и продуктивность. Устойчивость к стрессу определяется как интегральный ответ органов и структур растительного организма на его действие и оценивается по изменению ростовых процессов в норме и при стрессе [1]. В то же время устойчивость отдельных органов растений к неблагоприятным условиям может быть различной, что обусловлено разными механизмами [1-3].
Особенности реакции органов растений на стрессы проявляются в их неодинаковой чувствительности к высоким и низким температурам, засухе, засолению как в интактном, так и в изолированном состоянии. При сравнении холодоустойчивости каллусов, полученных из семядольных листьев, апикальной зоны побегов и гипокотилей огурца была установлена максимальная устойчивость для каллусов семядольного происхождения [4]. Также различается реакция органов растений по отношению к избытку элементов минерального питания. При засолении у одних видов растений происходит большее угнетение роста побегов, у других - корней [1, 5]. Установлена различная степень устойчиво-
сти первичных каллусных тканей люцерны разного происхождения: меньшая солеустойчивость была характерна для каллусов семядольных листьев по сравнению с каллусами гипокотиля и корня [6]. Выявлена органоспецифичность в ответе сеянцев сосны, черенков ивы, культивируемых тканей ячменя и других видов растений на действие ионов тяжелых металлов [7-10].
Культивирование изолированных органов в условиях избытка элементов минерального питания может дать более точную сравнительную оценку их реакции, т. к. при этом обеспечивается прямой контакт со стрессором. Малоисследованной остается оценка устойчивости отдельных органов в изолированной культуре по проявлению процессов регенерации и способности к восстановлению целостности. В то же время регенерация имеет большое значение для достижения устойчивости организма, которая во многом определяется устойчивостью их образовательных тканей. Особое внимание в данной работе уделено ризогенезу как качественному показателю, который характеризует состояние жизнеспособности структуры. При этом следует отметить, что данные по влиянию, в частности, тяжелых металлов на параметры роста корневой системы интактных растений, достаточно многочисленны [7-9, 12], на ризогенез черенков - ограничены [13]. При этом высокая чувствительность меристема-тических тканей делает их удобным тестом для
оценки действия и может иметь значение для диагностики устойчивости видов растений к стрессам. Существующие многочисленные способы лабораторной оценки устойчивости проростков не всегда ревалентны, поэтому стоит задача выбора моделей и показателей для оценки состояния устойчивости растения в целом: его корней, листьев, семядолей, цветков.
Цель работы - сравнительная оценка чувствительности разных изолированных органов ряда культурных растений на действие хлорида натрия и сульфата меди и возможность ее использования при диагностике устойчивости растений. Выбор данных стрессовых воздействий обусловлен тем, что хлорид натрия является распространенным компонентом почвенного засоления в Дагестане, а сульфат меди широко используется в сельском хозяйстве для дезинфекции ран и в качестве фунгицида [14], попадая затем в почву.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования служили широко практикуемые в сельском хозяйстве Дагестана культуры: баклажан (Solanum melongena L., сорт Алмаз), подсолнечник (Helianthus annuus L., сорт ВНИИМК 8883), редис (Rhaphanus sativa L., сорт РБК), свекла (Beta vulgaris L., сорт Бордо 437), фасоль (Phaseolus vulgaris L., сорт Сакса), маш (Vigna radiata L., местные формы).
Семена проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной дистиллированной водой. В опытах использовали отделенные от растений разные изолированные органы. У 15-25-су-точных растений срезали листовые черенки с черешками, но без пазушных почек, а также стеблевые - на расстоянии 0.5-1.0 см над семядолями. У 5-7-суточных проростков срезали гипокотильные черенки на расстоянии 1-2 см над корневой системой с сохранением семядолей и точек роста или удалением их ("отрезки гипокотиля").
Проростки и изолированные модели культивировали в пенициллиновых стаканчиках с 10 мл воды (контроль) или растворов хлорида натрия и сульфата меди. Действие растворов солей оценивали по выживаемости, приросту и активности к морфогенезу моделей, летальным и пороговым концентрациям. Для определения пороговых и летальных для изолированных структур доз был использован широкий диапазон концентраций растворов NaCl (550 мМ) и CuSO4x5H2O (0.005-1.0 мМ). За летальные концентрации принимали дозы, вызывающие отмирание половины моделей за 7-10 сут после на-
чала опыта (срок, необходимый и достаточный для укоренения черенков в благоприятных условиях). Пороговыми считали минимальные концентрации, снижающие выживаемость и укореняемость (% от общего числа структур), но не приводящие к быстрому отмиранию изолированных органов. Активность процессов регенерации оценивали количественно по срокам развития и биомассе корней.
Опыты проведены в двадцатикратной биологической повторности. В таблицах приведены средние арифметические величины и их стандартные ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В проведенном исследовании удалось выявить различия в реакции между гомологичными органами разных видов растений (табл. 1). В благоприятных условиях культивирования изолированные листья фасоли имели более высокие показатели выживаемости и укореняемости (100%), тогда как баклажана - только 65-70, подсолнечника - 50-55%. Уже при минимальной концентрации №С1 (10 мМ) эти показатели у листьев фасоли снижались более чем в 3 раза, составив лишь 30%, при повышении ее до 20 мМ листья фасоли отмирали в течение нескольких суток до формирования корней. У листьев баклажана в растворе 10 мМ №С1 выживаемость и укореняемость снизилась только на 20% по сравнению с контролем, в варианте 20 мМ №С1 к 15-м сут опыта оставались жизнеспособными около 30% из них. Снижение укореняемости листьев подсолнечника в растворе 10 мМ, как и баклажана, также было менее выражено по сравнению с листьями фасоли. Но при увеличении концентрации раствора до 20 мМ №С1 корнеобразование листьев подсолнечника, как и фасоли, полностью подавлялось. Летальной концентрацией для листьев фасоли оказались 20 мМ №С1, баклажана - 40 мМ.
Отрезки гипокотилей фасоли и подсолнечника в контроле проявили более высокую жизнеспособность, чем баклажана. К 15-м сут в контроле выживали 40% отрезков гипокотилей баклажана, подсолнечника - 90, фасоли - 100%. В растворе 10 мМ №С1 эти показатели снижались до 20% у баклажана, 60% - у фасоли и подсолнечника. При увеличении концентрации до 20 мМ №С1 к этому сроку сохраняли жизнеспособность только гипоко-тили фасоли и подсолнечника. Раствор 10 мМ №С1 сильно подавлял укореняемость отрезков гипоко-тилей баклажана и подсолнечника и лишь незначительно - фасоли.
СОЛЕУСТОИЧИВОСТЬ ИЗОЛИРОВАННЫХ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ... таблица 1. Влияние засоления на изолированные структуры фасоли, баклажана и подсолнечника
Вариант Выживаемость на 15-е сут, % Укореняемость, %
1 2 3 1 2 3
Изолированные листья
Контроль 100 70±10 55±10 100 65±11 80±9
№С1, мМ
10 30±10 50±11 50±10 30±10 45±10 50±10
20 0 30±10 30±10 0 20±9 0
40 0 0 0 0 0 0
Отрезки гипокотилей
Контроль 100 40±10 90±7 100±0 10±5 50±10
№С1, мМ
10 60±10 40±10 60±10 95±5 5±3 20±9
20 30±10 20±5 10±5 0 0 10±6
40 0 0 0 0 0 0
Примечание. В графах 1 - фасоль, 2 - баклажан, 3 - подсолнечник.
таблица 2. Сырая биомасса корней и отрезков гипокотилей с семядолями растений при их культивировании в условиях засоления №С1, мг/объект
Вариант Сырая биомасса КП (побег : корни)
побег корни
Подсолнечник
Контроль №С1, мМ 608 ± 39 26 ± 5 23.1
10 596 ± 40 19 ± 1 31.5
20 610 ± 40 24 ± 5 25.9
40 448 ± 31 13 ± 5 34.4
Фасоль
Контроль NaQ, мМ 334 ± 25 9 ± 1 37.1
10 336 ± 20 5 ± 2 67.2
20 274 ± 15 2 ± 1 137
Маш
Контроль №С1, мМ 10 20
290 ± 25
293 ± 20 245 ± 15
8 ± 1
6 ± 2 2 ± 1
36.3
48.8 122.53
Свекла
Контроль 224 ± 11 8 ± 1 28.0
№С1, мМ
10 245 ± 15 8 ± 1 30.6
20 230 ± 12 7 ± 1 32.9
40 201 ± 12 5 ± 1 40.2
Примечание. КП - коэффициент полярности (срок культивирования черенков - 15 сут).
Разную устойчивость гомологичных структур объектов демонстрирует изменение коэффициента полярности (отношения биомассы побегов и корней) у гипокотильных черенков фасоли и подсолнечника (табл. 2). Опыт показал, что в условиях засоления для гипокотильных черенков всех объектов этот показатель возрастал из-за дисбаланса роста корней и надземной части. При солевом стрессе его величина повышалась в большей степени у черенков более солечув-ствительных фасоли и маша, чем у подсолнечника и свеклы. У черенков фасоли в растворе 10 мМ NaCl увеличение этого показателя происходило в 2 (с 37 до 67),
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.