Исследовано влияние предпосевной обработки семян нанобиосеребром на устойчивость растений пшеницы к условиям моделируемой засухи на ранних этапах развития. Установлено, что под влиянием нанобиосеребра наблюдалось увеличение высоты и площади листовой поверхности, массы сухого вещества надземной части и корневой системы, а также отмечалось повышение транспирации и содержание воды в растениях пшеницы по сравнению с контролем.
Ключевые слова: нанобиосеребро, ростовые процессы, водный обмен, пшеница, засуха.
Одним из важнейших факторов, лимитирующих формирование высокого урожая растений, является засуха [1]. Поэтому повышение урожайности в условиях недостатка влаги в настоящее время является актуальной задачей. Нанопрепараты биогенных металлов, которые постепенно внедряются в практику растениеводства, снижают воздействие стрессовых факторов, к которым относится засуха [2]. Наночастицы воздействуют на биологические объекты на клеточном уровне, повышая эффективность протекающих в растениях процессов и обладают пролонгированным действием [3].
Одним из способов повышения урожайности в стрессовых условиях может являться предпосевная обработка семян наночастицами биометаллов. Механизм биологического воздействия нанометаллов до конца не изучен. Предполагается, что он связан с проникновением наночастиц в ионные каналы клеток семян, где происходит включение частиц в метаболические процессы на этапе набухания семян и их гетеротрофного питания, что в свою очередь усиливает ростовые процессы [4].
Применение наночастиц биогенных элементов в растениеводстве в качестве микроудобрений обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение урожайности (в среднем в 1,5–2 раза) почти всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур. Эффект здесь достигается благодаря более активному проникновению микроэлементов в растение за счет наноразмера частиц и их нейтрального (в электрохимическом смысле) статуса [5].
Целью настоящего исследования явилось изучение влияния предпосевной обработки семян нанобиосеребром на ростовые процессы и показатели водного обмена проростков озимой пшеницы в условиях моделируемой засухи.
Материалы и методы исследования
Объектом для проведения исследований служила озимая пшеница (Triticum aestivum L.) сорта Подолянка. Водорастворимую нанобиокомпозицию серебра получали в матрице полисахарида альгината, восстанавливающего ионы серебра и стабилизирующего наночастицы [6]. В качестве фактора, имитирующего стресс при засухе, использовали полиэтиленгликоль (ПЭГ) с молекулярной массой 6000.
Семена перед посевом обрабатывали раствором нанобиосеребра в концентрации 200 мг/л, затем высушивали и проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, увлажненной дистиллированной водой при 24оС в течение 3 суток в термостате. Ранее было показано, что максимальное защитно-стимулирующее действие нанобиосеребра наблюдалось при концентрации 200 мг/л [7]. Затем проростки переносили на питательную среду Хогланда-Арнона, содержащую 5 % раствор ПЭГ-6000 и выращивали в течение 7 суток при 12-часовом световом периоде, освещенности 3,5 клк, температуре воздуха 25 оС и относительной влажности 60 %. Контролем служили семена без обработки нанобиосеребром.
Влияние нанобиосеребра на растения в условиях моделируемого стресса определяли по показателям ростовых процессов (высота проростков, площадь листовой поверхности, масса сухого вещества корней и надземной части) и водного обмена (интенсивность транспирации и оводненность листьев). Оводненность рассчитывали как разность между сырой и сухой массой растения в %. Транспирацию определяли весовым методом на торсионных весах.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлено, что в условиях моделируемой засухи у проростков озимой пшеницы, семена которой были обработаны нанобиосеребром, наблюдалось увеличение высоты и площади листовой поверхности по сравнению с контролем. При этом было показано, что высота надземной части увеличилась на 21,9 %, площадь листовой поверхности на 10,9 % (табл. 1).
Таблица 1
Влияние обработки семян нанобиосеребром на морфометрические показатели надземной части 10-дневных проростков пшеницы, выращенных в условиях моделируемой засухи
|
Вариант опыта |
Морфометрические показатели |
|||
|
Высота надземной части |
Площадь листовой поверхности |
|||
|
см |
% |
см2 |
% |
|
|
Семена без обработки (контроль) + 5 % ПЭГ |
15,5±0,5 |
100,0 |
3,03±0,07 |
100,0 |
|
Семена, обработанные нанобиосеребром (200 мг/л) + 5 % ПЭГ |
18,9±0,7 |
121,9 |
3,36±0,09 |
110,9 |
В условиях засухи отмечались и визуальные отличия в состоянии растений контрольного и опытного вариантов (рис.).
Рис. Влияние нанобиосеребра на 10-дневные проростки пшеницы в условиях моделируемой засухи: а — семена без обработки (контроль) + 5 % ПЭГ, б — cемена, обработанные нанобиосеребром (200 мг/л) + 5 % ПЭГ
Показано, что в условиях засухи при обработке семян нанобиосеребром наблюдалось увеличение массы сухого вещества надземной части и особенно корневой системы проростков пшеницы по сравнению с контрольным вариантом. Так, прирост сухого вещества надземной части составил 18,9 %, а корневой системы — 27,4 % против контрольного варианта (табл. 2).
Таблица 2
Влияние обработки семян нанобиосеребром на накопление биомассы 10-дневных проростков пшеницы, выращенных в условиях засухи
|
Вариант опыта |
Масса сухого вещества |
|||
|
корни, мг |
надземная часть, мг |
корни, % |
надземная часть, % |
|
|
Семена без обработки (контроль) + 5 % ПЭГ |
6,3±0,2 |
16,4±0,6 |
100,0 |
100,0 |
|
Семена обработанные нанобиосеребром (200 мг/л) + 5 % ПЭГ |
8,1±0,3 |
19,5±0,7 |
127,4 |
118,9 |
Одним из важных параметров, характеризующих водный обмен в условиях засухи, является интенсивность транспирации и содержание воды в листьях растений.
В таблице 3 показано, что под влиянием нанобиосеребра в условиях моделируемой засухи отмечалось повышение интенсивности транспирации на 59,4 %. Содержание воды в органах надземной части и корнях увеличилось на 5,2 % по сравнению с растениями, выращенными без обработки семян.
Таблица 3
Влияние обработки семян нанобиосеребром на показатели водного обмена 10-дневных проростков пшеницы, выращенных в условиях моделируемой засухи
|
Вариант опыта |
Интенсивность транспирации |
Оводненность тканей, % |
||
|
г/м2.ч |
% |
корень |
надземная часть |
|
|
Семена без обработки (контроль) + 5 % ПЭГ |
4,94±0,08 |
100,0 |
82,5±2,9 |
83,7±3,1 |
|
Семена обработанные нанобиосеребром (200 мг/л) + 5 % ПЭГ |
7,90±0,09 |
159,4 |
77,3±2,2 |
88,9±3,5 |
Из анализа полученных результатов можно предположить, что обработка семян озимой пшеницы нанобиосеребром в концентрации 200 мг/л способствует более активному перемещению воды из корней в органы надземной части, что приводит к уменьшению содержания воды в тканях корня и увеличение этого показателя в органах надземной части. Последнее создает благоприятный фон для процессов анаболизма и накопления растительной биомассы в условиях засухи.
Таким образом, предпосевная обработка семян озимой пшеницы нанобиосеребром в концентрации 200 мг/л оказывало стимулирующее влияние на ростовые процессы и показатели водного обмена растений пшеницы в условиях моделируемой засухи.
Литература:
1. Ионова Е. В. Засуха и засухоустойчивость зерновых колосовых / Е. В. Ионова // Зерновое хозяйство России. — 2011. — № 2 (14). — С. 37–41.
2. Нанотехнология как движущая сила аграрной революции / А. М. Бовсуновский, С. О. Вялый, В. Г. Каплуненко, Н. В. Косинов // Зерно. — 2008. — № 11 (31). — С. 80–83.
3. Павлов Г. В. Биологическая активность ультрадисперсных порошков / Г. В. Павлов, Г. Э. Фолманис. — М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1999. — 77 с.
4. Разработка и проведение экспериментальной оценки эффективности применения в растениеводстве новых видов удобрений, полученных с использованием нанотехнологий / Н. П. Егоров, О. Д. Шафронов, Д. Н. Егоров, Е. В. Сулейманов // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. — 2008. — № 6. — С. 94–99.
5. Федоренко В. Ф. Направления использования нанотехнологий и наноматериалов в АПК и задачи информационного обеспечения их развития / В. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, И. Г. Голубев // Геотехнологии-производству. — 2006. — С. 409–413.
6. Патент UA № 10539 Способ получения водорастворимой бактерицидной композиции, содержащей наночастицы серебра / Юркова И. Н.,Эстрела-Льопис В. Р., Рябушко В. И., Рябушко Л. И.; заявитель и патентообладатель Таврический национальный университет; — № u2001128682; заявл. 13.05.05; опубл. 15.11.05. Бюл. № 11.
7. Фунгицидное и стимулирующее действие наносеребра на пшеницу / И. Н. Юркова, А. В. Омельченко, В. С. Ржевская, М. Н. Жижина // Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 апреля 2014 г.: Часть 8. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. — С. 162–163.
