АГРОХИМИЯ, 2009, № 5, с. 69-74
УДК 633.11"321":631.415.1
СОРТОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ МЯГКОЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ К ТОКСИЧНОМУ ДЕЙСТВИЮ ИОНОВ ВОДОРОДА
© 2009 г. В. А. Вихрева, Т. Б. Лебедева, Т. В. Клейменова
Пензенская государственная сельскохозяйственная академия 440014 Пенза, ул. Ботаническая, 30, Россия E-mail: rcgekim@mail.ru Поступила в редакцию 01.08.2008 г.
Установлена специфика адаптации растений сортов мягкой яровой пшеницы на начальных этапах онтогенеза к уровню pH среды. Адаптация сортов к избытку ионов водорода связана со способностью растений изменять реакцию среды в прикорневой зоне. Содержащие селен соединения, используемые для обработки семян, в концентрации 10-4% селена, уменьшают влияние подкисления на ростовые процессы пшеницы.
ВВЕДЕНИЕ
Последние десятилетия почти повсеместно отмечается подкисление среды не только оподзо-ленных и выщелоченных, но и типичных черноземов [1, 2]. Из-за экономических трудностей в настоящее время невозможно широкомасштабное проведение известкования этих почв. Вместе с тем известно, что повышенная кислотность среды вызывает нарушение продукционного процесса и формирования качества урожая [3]. Замедляется рост и ветвление корней, уменьшается интенсивность поглощения питательных веществ из почвы и удобрений. Особенно сильный стресс на начальных этапах органогенеза испытывают растения от избытка ионов водорода и алюминия в питательном растворе. Стресс любой природы, в том числе и вызванный повышенной кислотностью, может нарушать дыхание и приводить к избыточному накоплению в клетках растений активных форм кислорода: перекиси водорода (Н2О2), супероксидного анион-радикала (О), гидроксильных радикалов, перекисей и гидроперекисей липидов [4].
Существенное уменьшение стресса на растительный организм может происходить под действием микроэлементов [5, 6]. Наименее изучена роль селена в защите растительного организма в неблагоприятных условиях среды. Предполагают, что в растительном организме селен выполняет ту же роль, что и в животном - защитную [7]. Имеются сведения [8-10] о том, что невысокие дозы селена увеличивают устойчивость растений в неблагоприятных погодных условиях (недостаток влаги, высокая температура и др.), но практически нет данных о его влиянии на сельскохозяйственные культуры в условиях неблагоприятной реакции среды.
Цель работы - изучить адаптационные реакции растений различных сортов мягкой яровой пшени-
цы на избыток ионов водорода в присутствии селена по параметрам их роста и активности изменения рН среды корневыми экссудатами.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования были растения сортов пшеницы Тулайковская 10, Кинельская 59, Новосибирская 29, Нива 2 с различной степенью устойчивости к кислотности среды. Семена пшеницы обрабатывали слабым раствором KMnO4, отмывали дистиллированной водой и затем обрабатывали селенатом натрия (Na2SeO4), селенитом натрия (Na2SeO3) и ДАФС-25 (диацетофенонилселенидом) с оптимальной концентрацией селена (10-4%), уста-новленой предыдущими исследованиями [11]. Контролем служили семена, обработанные водой. Проращивание проводили в рулонах фильтровальной бумаги в течение 7 сут. После измерения длины первичных корней проростки высаживали на пенопластовые пластины (с отверстиями для корней), которые помещали в стеклянные сосуды объемом 150 мл с питательным раствором Кнопа [11, 12]. Выращивание проводили при температуре 20°С, фотопериоде 16 ч, интенсивности освещения 4000 Лк в течение 14 сут при значения рН среды 4.5 и 6.5. Чтобы скорректировать кислотность среды добавляли 0.1 н. растворы HCl и NaOH. Определение кислотности проводили каждые двое суток на рН-метре-ио-нометре И-500. Стресс-резистентность сортов пшеницы к реакции среды определяли по линейным показателям роста (длине проростков и корней), приросту корня, накоплению биомассы на 14-е сут (весовым методом), общей и рабочей адсорбирующей поверхности корневой системы (по Сабинину-Колосову), изменению значений рН раствора. Количественную оценку степени устойчивости сортов рассчитывали как отношение средней длины корней
70 ВИХРЕВА и др.
Таблица 1. Изменения показателей продукционного процесса
рН Вариант Тулайковская 10 Кинельская 59 Новосибирская 29 Нива 2
Всхожесть семян, %
4.5 Н2О (контроль) 74 79 65 72
№28е04 97 99.8 81 99
№28е03 94 98 80 92
ДАФС-25 84 85 71 79
6.5 Н2О (контроль) 84 86 86 80
№28е04 98 99 95 95
№28е03 99 90 90 93
ДАФС-25 96 96 99 94
НСР05 для: сортов - 1.7; уровней рН - 3.2; Бе - 5.1; частных различий - 6.4
Рабочая поверхность корней, см2/10 растений
4.5
6.5
НСР05 для: сортов - 9.1; уровней рН - 120; Бе - 120; частных различий - 110
Длина проростков, см
4.5
6.5
Н2О (контроль) 180 110 90 190
№28е04 320 360 270 400
№28е03 390 460 220 450
ДАФС-25 250 280 130 300
Н2О (контроль) 510 250 300 310
№28е04 670 310 530 360
№28е03 570 350 460 380
ДАФС-25 700 360 560 440
Н2О (контроль) 17.9 19.8 15.5 16.4
№28е04 20.8 21.5 18.7 18
№28е03 20.4 21.3 18.3 17.41
ДАФС-25 18.2 19.9 15.9 16.9
Н2О (контроль) 20.4 21.9 20.6 18.3
№28е04 21.8 22.9 21.4 18.8
№28е03 20.7 23.6 21.1 18.9
ДАФС-25 22.0 23.8 21.8 19.2
НСР05 для: сортов - 1.04; уровней рН - 1.1; Бе - 0.89; частных различий - 1.3
(индекс длины корней - ИДК) и индекса массы целых растений (ИМР), выращенных в кислой среде к аналогичному показателю в среде с рН, близкой к нейтральной [13]. Статистическую обработку проводили методами дисперсионного и корреляционного анализа [14] с использованием программ 8ТЛТТ8ТТСА.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные результаты показали, что энергия прорастания семян при рН среды 4.5 в среднем на 23% ниже, а всхожесть семян меньше на 11%, чем при значениях рН 6.5 (табл. 1). Выявлена сортовая специфика действия реакции среды на эти показатели. В условиях кислой среды (рН 4.5) наиболее устойчивыми на ранних этапах онтогенеза оказа-
лись растения пшеницы сорта Кинельская 59, энергия прорастания и всхожесть семян которого были соответственно на 17 и 6.2% ниже, чем при близкой к нейтральной (рН 6.5) реакции. Менее устойчивыми к повышенной кислотности среды оказались растения пшеницы сортов Тулайковская 10 и Новосибирская 29 (уменьшение всхожести на 23 и 29% соответственно).
Обработка семян пшеницы содержащими селен соединениями приводила к увеличению этих показателей. При кислой среде всхожесть от обработки се-ленатом натрия увеличивалась на 9.7% в среднем по сортам. При уменьшении кислотности влияние препарата ослабевало, а препарата ДАФС-25 - увеличивалось на 8.9% по сравнению с контролем.
Для условий лесостепи Поволжья, где периодически (через 3-4 года) повторяются весенние засу-
Таблица 2. Показатели устойчивости растений пшеницы к действию повышенной кислотности среды
Вариант Сорт
Тулайковская 10 Кинельская 59 Новосибирская 29 Нива 2
ИДК
Н2О (контроль) 0.69 0.84 0.60 0.78
№28е04 0.85 0.85 0.67 0.81
0.81 0.88 0.70 0.90
ДАФС-25 0.74 0.81 ИМР 0.62 0.74
Н2О (контроль) 0.77 0.88 0.74 0.86
№28е04 0.94 1.14 0.92 1.04
0.84 0.97 0.81 0.96
ДАФС-25 0.74 0.79 0.67 0.83
Примечание. Степень устойчивости генотипов - отношение средней длины корней (ИДК) и массы (ИМР) целых растений, выращенных в кислой среде к аналогичному показателю растений, выращенных на среде с величиной значений рН, близкой к нейтральной.
хи, и быстро теряется влага на глубине заделки семян, имеет значение скорость роста корневой системы растений и формирование ее рабочей поверхности. При нейтральной реакции среды корни пшеницы росли со скоростью от 0.85 до 0.99 см/сут. Уменьшение рН на 2 ед. вызывало ин-гибирование их роста. Растения пшеницы разных сортов на эти изменения реагировали по-разному. Ежесуточный прирост корней растений пшеницы при кислой реакции уменьшался по сравнению с приростом на среде с рН, близкой к нейтральной, у сортов: Кинельская 59 - на 16%, Нива 2 - на 22, Ту-лайковская 10 - на 31, Новосибирская 29 - на 40%.
Обработка семян соединениями, содержащими селен, несколько увеличивала скорость роста корней пшеницы в оптимальных условиях в среднем по сортам на 3.8%, в кислой среде на - 13% по сравнению с контролем. Максимальный суточный прирост корней отмечен у растений пшеницы сорта Тулай-ковская 10. Далее в порядке уменьшения суточного прироста корней сорта расположились в ряд: Новосибирская 29 > Нива 2 > Кинельская 59.
При кислой реакции общая и рабочая поверхности корней были в 2.33-2.40 раза меньшими, чем в условиях нейтральной среды. При уровне рН 4.5 наименьшая общая поверхность корней была у растений пшеницы сорта Новосибирская 29 (в среднем 353 см2/10 растений), наибольшая - у растений пшеницы сорта Нива 2 (673 см2/10 растений). При рН 6.5 общая поверхность корневой системы увеличивалась по сравнению с уровнем рН 4.5 у растений пшеницы сортов: Тулайковская 10 - в 3.5 раза, Кинельская 59 - в 1.68, Новосибирская 29 - в 3.73, Нива 2 -в 1.45 раза. Причинами установленных сортовых различий в изменении поверхности корневой системы могли быть, возможно, неодинаковые катионо-и анионообменная способности корней растений
этих сортов, различная устойчивость цитоплазмы и поверхностных мембран к повреждающему действию ионов водорода.
Обработка семян содержащими селен соединениями при всех уровнях рН приводила к увеличению как общей, так и рабочей поверхности корневой системы. Это увеличение относительно контроля составило при рН 4.5 - 1.8-2.2, при рН 6.5 - в 1.21.4 раза. Под действием обработки солями селена независимо от величины рН происходило увеличение доли рабочей поверхности корневой системы от ее общей площади.
Показателем общего уровня физиологической активности растений является масса проростков. Увеличение концентрации ионов водорода сказалось на массе, росте проростков, их длине. В кислой среде масса проростков пшеницы была меньше в среднем по сортам на 41%, их длина - на 22%. Наименее устойчивыми к кислотности оказались растения пшеницы сорта Новосибирская 29, уменьшение длины их проростков составило 33%. Далее в порядке увеличения устойчивости к кислотности сорта расположились в ряд: Тулайковская 10 < Нива 2 < Кинельская 5
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.