Влияние воды, обработанной нанопластинами, на посевные качества семян зерновых культур, биохимический состав и массу их надземной части

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ ВОДЫ, ОБРАБОТАННОЙ НАНОПЛАСТИНАМИ, НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР, БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МАССУ ИХ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ

Захаров В.Л.,

Каменская В.Г.,

Томанов Л.В.,

Суворов А.И.

В последние годы увеличилось количество исследований влияния нанообъектов на живые организмы и человека. Обнаружены сложные нелинейные эффекты воздействия нанообъектов на характеристики функционирования, активности живых организмов под направленным их воздействием. Подробно эти явления представлены в статье Каменской В.Г. с соавторами [7], в которой доказано явное влияние нанопластин на вегетационные характеристики саженцев яблонь через активацию воды с помощью пластин с нанослоем. Однако эти воздействия могут оказаться специфическим эффектом корреляции особенностей изучаемых растений (саженцев яблонь с недостаточной выживаемостью) и технологическими особенностями эксперимента. Другими словами, нельзя исключить случайности полученных положительных эффектов полива водой, активированной нанопластинами, на вегетационные характеристики саженцев яблонь.

Для подтверждения положительного воздействия полива активированной нанопластинами водой на разные растения необходима серия экспериментов с соблюдением технологически идентичных условий по отношению ко всем опытным образцам.

Известно, что некоторые растения могут использоваться в процессе биоиндикации. Биоиндикаторы - организмы, количество или интенсивность развития которых служат показателем каких-либо естественных или искусственно созданных процессов или условий окружающей среды, наличия определённых веществ в воде или почве, степени загрязнённости.

В практике биоиндикации считается, что хорошими растениями-биоиндикаторами из сельскохозяйственных культур являются озимая пшеница, ячмень, кормовые бобы и клевер [9], соя, картофель [6], кукуруза [6; 15], люцерна [7], салат [16], овёс [10], сахарная свёкла [18], использование которых в качестве экспериментальных или контрольных образцов может дать ответы на вопрос о значимости и сущности воздействия нанообъектов на растительные организмы. Целью экспериментальной работы является изучение общего и дифференцированного воздействия одного и того же нанообъекта через активацию поливной воды на различные вегетативные показатели семян трех культур и биохимический состав зеленой массы этих растений. Тестировалась гипотеза о том, что полив водой, активированной нанопластинами, изменит по-разному определенные вегетационные характеристики используемых в качестве экспериментальных культур образцов по сравнению с аналогичными культурами контрольной группы.

Объекты и методы исследований

Создание пластин с нанопокрытием подробно описано в работе [7]. Поэтому можно ограничиться кратким изложением метода. Пластины из пластизоля размещаются на карусели подложкодержателей в объёме вакуумной камеры установки, из которой удаляются реактивные газы, входящие в состав атмосферы. Одновременный нагрев образцов с помощью кварцевых ламп завершается внедрением аргона ВЧ до необходимого давления. В объеме камеры создается тлеющий разряд, позволяющий ионам с высокой энергией бомбардировать поверхность образца, что приводит к травлению поверхности образца и удалению с нее органических молекул. По окончанию травления и очистки поверхности на магнетронную распылительную поверхность подается напряжение поджига (1000 В) и напряжение питания (350-600 В), приводящие к формированию аномального тлеющего разряда, который приводят к распылению мишени и попаданию части атомов мишени на образец в течении 2, 5 минут. Мишень представляет образец металлов, кремния или иного материала. В данном случае напыление комбинированное: кремневое и титановое.

Опытно-экспериментальной задачей работы являлось статистическая оценка эффекта воздействия нанопластин, активирующих поливную воду, с помощью биоиндикации. В качестве тест-культур использовались злаковые зерновые: яровой ячмень (сорт Гонар), озимая пшеница (сорт Московская 70) и сахарная кукуруза (раннеспелый сорт Лакомка Белогорья).

Для биоиндикации был заложен вегетационный опыт [11], в котором в качестве субстрата использовалась почва - чернозём выщелоченный, отобранный со слоя 0-40 см одного из яблоневых кварталов ООО «Агроном-Сад» Лебедянского района Липецкой области. В каждый пластиковый сосуд было помещено по 600 г почвы, пропущенной через сито диаметром отверстий 3мм. В почву были посеяны семена указанных культур из расчёта 15 шт/сосуд для пшеницы и ячменя и 4 шт/сосуд для кукурузы. В качестве дренажа на дне сосуда был насыпан слой чистого кварцевого прокаленного песка слоем 1 см и такое же количество в качестве мульчи (для стабилизации водного режима) было помещено на поверхности почвы.

Опыт был заложен 5 марта 2017 г. с одновременным определением энергии прорастания [5], 9 марта определяли всхожесть семян [4]. Окончательное завершение эксперимента - 25 апреля 2017 г.

Опыт закладывался в 4-кратной повторности. В итоге в опытной и контрольной группах семян пшеницы и ячменя было по 60 штук, кукурузы по 16. По мере высыхания почвы производился полив растений контрольной группы одинаковым количеством водопроводной воды (100 мл), профильтрованной через фильтр «Аквафор». Для полива экспериментальных растений использовалась фильтрованная вода (100 мл), подвергнутая 8-часовой обработке нанопластиной (рис. 1).

Рис. 1 - Обработка воды с помощью нанопластины (красный объект)

Рис. 2 - Появление колеоптиле через 5 дней после посева зерновых: вверху - контроль, внизу - опытные образцы

В день завершения опыта в научно-исследовательской агрохимической лаборатории ЕГУ им. И.А. Бунина проводилось взвешивание надземной зелёной массы, определение её водоудерживающей способности методом искусственного завядания, а также содержание воды и сухих веществ термостатно-весовым методом [14]. В этот же день в срезанной зелёной массе определялись биохимические показатели в расчёте на сырую навеску. Фотометрическим методом определялось: содержание в-каротина [3], содержание хлорофилла, каротиноидов и суммы пигментов [17], содержание антоцианов [13], флавонолов и катехинов [1]. Йодометрическим методом определялось содержание аскорбиновой кислоты [12], а титриметрическим методом - содержание танина [2].

Результаты исследований

При 5%-ной точности опыта нами не установлено никакого воздействия на лабораторную всхожесть и энергию прорастания зерновых культур воды, обработанной нанопластиной (табл. 1).

Таблица 1 - Посевные качества семян зерновых культур при замачивании водой, обработанной нанопластиной

Примечание: НСР - наименьшая существенная разница, НСР% - точность опыта.

Установлено, что у всех используемых зерновых культур, поливающихся нано-водой уже через 5 дней после посева на поверхности почвы появился колеоптиле (чехлик, защищающий всходы от механических повреждений). На контроле колеоптиле появился позже на 2 дня у ячменя и пшеницы и на 4 дня - у кукурузы (рис. 2).

При поливе нано-водой существенно увеличилась надземная масса озимой пшеницы и ярового ячменя, а по кукурузе сахарной достоверных различий не получено (табл. 2).

Таблица 2 - Масса надземной части зерновых культур и её оводнённость в зависимости от полива нано-водой

Применение нано-воды не оказало никакого влияния на содержание воды и сухих веществ в надземной массе зерновых культур. По водоудерживающее способности получены противоречивые данные: у ячменя в 1, 5 раза увеличилась потеря воды через транспирацию, у пшеницы потеря воды в 1, 5 раза снизилась, у кукурузы - осталась неизменной.

Полив нано-водой положительно повлиял в отношении хлорофилла А и Б лишь у ячменя - способствовал его повышению в 1, 5 раза. Применение нано-воды не повлияло на содержание суммы каротиноидов в надземной массе зерновых культур, однако у ячменя произошло увеличение содержания в-каротина в 1, 9 раз, а сумма всех пигментов повысилась в 1, 5 раза (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание пигментов в надземной массе зерновых культур в зависимости от полива нано-водой

Полив нано-водой способствовал снижению в 1, 8 раза содержания аскорбиновой кислоты лишь в надземной массе пшеницы (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание биологически активных веществ в надземной массе зерновых культур в зависимости от полива нано-водой

Применение нано-воды привело к снижению в 1, 6 раза содержания антоцианов в надземной массе лишь ячменя. Этот приём не оказал влияния на содержание самого преобладающего в растениях дубильного вещества - танина. Его содержание оставалось неизменным и составляло 0, 4 % (400 мг%). Полив нано-водой вызвал снижение содержания Р-активных флавонолов в 6, 8 раза у пшеницы, в 5 раз у кукурузы, а также снижение содержания Р-активных катехинов в 1, 6 раза у ячменя и в 6, 9 раз у кукурузы.

Выводы

1. Полив зерновых культур в условиях вегетационного опыта фильтрованной водой, обработанной в течение 8-часов нанопластиной, способствует ускорению появления всходов на 2 дня у ярового ячменя и озимой пшеницы и на 4 дня у кукурузы сахарной.

2. За 50 дней роста при поливе нано-водой зерновых культур существенно увеличилась надземная масса озимой пшеницы и ярового ячменя.

3. Через 50 дней вегетации в надземной массе ярового ячменя, поливавшегося нано-водой в 1, 5 раза увеличилось содержание хлорофилла А и Б, в 1, 9 раз содержание в-каротина, в 1, 5 раза сумма всех пигментов, но в 1, 6 раза снизилось содержание антоцианов и катехинов.

4. Применение нано-воды в течение 50 дней вегетации растений привело к снижению в надземной массе озимой пшеницы в 1, 8 раза аскорбиновой кислоты и в 6, 8 раза флавонолов.

5. Полив нано-водой растений кукурузы сахарной в течение 50 дней привёл к снижению в надземной массе растений содержания флавонолов в 5 раз, катехинов - в 6, 9 раз.

6. Снижение содержания в надземной массе Р-активных веществ (антоцианы, флавонолы, катехины) и аскорбиновой кислоты, но повышение содержания пигментов и ускорение роста свидетельствует о снижении стресорности и улучшении условий внешней среды для зерновых культур при их поливе водой, обработанной нанопластиной.

Таким образом, систематическое воздействие активированной воды в течение 50 суток вызвало как одинаковые изменения у всех опытных растений, так и весьма различную динамику, связанную с видом опытных образцов. Общим для всех опытных образцов явилось ускорение всходов в одинаковой степени у ячменя и пшеницы и в большей степени - у кукурузы. При этом у ячменя и пшеницы зафиксировано возрастание надземной массы. Максимальные вариации обнаружены у опытных образцов по биохимическому составу тканей растений. Существенные различия в составе опытных и контрольных образов обнаружены у ярового ячменя: отмечено достоверное и значительное возрастание хлорофилла А и Б, а также в-каротина и суммы всех пигментов при снижении антоцианов и катехинов. Менее выразительные отличия получены для озимой пшеницы и кукурузы сахарной, у которой меньшее число характеристик оказалось связано с воздействием активированной воды. Экспериментальные результаты позволяют подойти к разработке технологии полива активированной водой посевы озимой пшеницы и ярового ячменя.

ячмень пшеница вода активированный

Список литературы

1. Вигоров Л.И., Трибунская А.Я. Методы определения флавонолов и флавонов в плодах и ягодах / Вигоров Л.И. // Труды III всесоюзного семинара по биологически активным (лечебным) веществам плодов и ягод. Свердловск, -1968 - С. 492-506.

2. ГОСТ 19885-74 Чай. Методы определения содержания танина и кофеина. Введён в действие Постановлением государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 25.06.1974 г. № 1539. М.: изд-во Стандартов. - 2009. - 4 с.

3. ГОСТ 8756.22-80. Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения каротина. Утверждён и введён в действие Постановлением Комитета СССР по стандартам от 06.03.1980 г. № 1034. - 4 с.

4. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. М.:изд-во Стандартов. - 2011. - 30 с.

5. ГОСТ 10968-88. Зерно. Методы определения энергии прорастания и способности прорастания. М.: изд-во Стандартов. - 2009. - 4 с.

6. Ельников И.И. Экологический аспект применения методов диагностики питания растений на деградированных почвах / Ельникова И.П. // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры её предупреждения: Тез. и докл. Всерос. конф. 16-18 июня. Т. 1. Москва. - 1998. - С. 38-41.

7. Каменская В.Г. Воздействие активированной нанопласинами воды на вегетативные показатели саженцев яблонь / Каменская В.Г., Захаров В.Л., Томанов Л.В., Суворов А.И. // Международный научно-исследовательский журнал. - 2017. №02(56), часть 2. - с.67-70. (DOI; 10.23670/JRJ. 2017.56.035

8. Киреева Н.А. Мониторинг роста и развития растений, используемых для фитомелиорации нефтезагрязнённых почв / Киреева Н.А., Водопьянов В.В. // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: Матер. междунар. науч. конф. 9-12 октября. Ростов-на-Дону. - 2006. - С.181-183.

9. Лебедева Л.А. Минеральные удобрения на дерново-подзолистых почвах / Лебедева Л.А. / М.: Изд-во Моск. ун-та. - 1984. - 104 с.

10. Маклакова А., Стрелинская А.В. Изучение действия гуминовых веществ и солей тяжёлых металлов на прорастание овса / Маклакова А., Стрелинская А.В. // Почвы России. Проблемы и решения: Матер. IX Всерос. конф. “Докучаевские молодёжные чтения”. 1-3 марта. СПб. - 2006. - С. 407-408.

11. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами / Под ред. А. В. Соколова и Д. Л. Аскинази. М.: Изд-во “Наука, - 1967. - 183 с.

12. Плешков Б. П. Практикум по биохимии растений / Плешков Б. П. / М.: Колос. - 1976. - 255 с.

13. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Мичуринск. - 1973. - 492 с.

14. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под общ. ред. Е.Н. Седова и Т.П. Огольцовой. - Орел: ВНИИСПК. - 1999. - 608 с.

15. Ромашова Н. Биологическое тестирование солей тяжёлых металлов и гуматов / Ромашова Н., Смирнова М., Кулькова Д. // Почвы России. Проблемы и решения: Матер. IX Всерос. конф. “Докучаевские молодёжные чтения”. 1-3 марта. СПб. - 2006. - С. 414-415.

16. Смирнова И.Е. Возможности использования отходов производства алюминия для иммобилизации тяжёлых металлов в песчаных почвах / Смирнова И.Е. // Почвы России. Проблемы и решения: Матер. IX Всерос. конф. “Докучаевские молодёжные чтения”. 1-3 марта. СПб. - 2006. - С. 354-355.

17. Шлык А.А. Определение хлорофилла и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений. - М.: Наука, 1971. - С. 154-170.

18. Щеглов Д. И. О возможности использования сахарной свёклы как тест-культуры фитотоксичности почвы / Щеглов Д. И., Безлер Н. В., Стахурлова Л. Д., Перцева Е. В. // Чернозёмы Центральной России: генезис, география, эволюция: Матер. междунар. науч. конф. 25-28 мая. Воронеж. - 2004. - С. 400-405.

Размещено на Allbest.ru