Синергетический эффект влияния сверхвысокой частоты и тиамина на биометрические характеристики проростков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт

Синергетический эффект влияния сверхвысокой частоты и тиамина на биометрические характеристики проростков

УДК 631.811.98 : 633.11

Соболева О.М., Кондратенко Е.П., Егорова И.В., Сади С.С.

Аннотация

В статье показаны эффекты, вызываемые совместной и раздельной обработкой семян электромагнитным полем сверхвысокой частоты и раствором тиамина. Ответная реакция проростков яровой мягкой пшеницы на указанное воздействие неоднозначна: отдельные сочетания факторов могут приводить как к стимуляции, так и ингибированию ростовых процессов в прорастающих семенах. Отдельные режимы совместной обработки обладают синергизмом. Наиболее благоприятный вариант обработки: СВЧ 1,2кВт с экспозицией 5 сек. + концентрация раствора тиамина 0,10%. Раздельная обработка этими факторами не имеет такого же уровня эффективности.

Ключевые слова: предпосевная обработка, электромагнитное поле СВЧ, тиамин, яровая мягкая пшеница, проростки

Введение

Водорастворимые витамины являются важными компонентами коферментов и простетических групп ферментов. Одним из них является тиамин. Физиологические функции тиамина в растениях разнообразны: он служит кофактором ферментов важнейших метаболических реакций (в том числе - пентозофосфатного пути, гликолиза, цикла трикарбоновых кислот), пируватдегидрогеназного комплекса, транскетолазы, пируватдекарбоксилазы [1]. Поэтому при прорастании семян происходит активный биосинтез многих витаминов, в том числе тиамина.

Необеспеченность семян витаминами может привести как к нарушению как работы окислительных систем, так и азотного, фосфорного обменов. Дополнительное же их введение в семена нормализует метаболизм и оказывает положительное влияние на прорастание, рост и развитие растений. Показано, что замачивание семян ячменя в растворе тиамина влияет на экспрессию генов растений [2]. Доказан положительный эффект воздействия тиамина на растения [3], но есть и другие данные. Например, при обработке тиамином культур растительных клеток in vitro получены следующие противоречивые эффекты: увеличение прироста каллусной массы и длины эмбрионов у Phoenix dactylifera L. [4], уменьшение сырой массы ростка Ananascomosus L. [5], торможение укоренения и задержка роста каллуса Prunus amygdalus x persica Batsch. [6]. Указанные отличия, видимо, объясняются не концентрациями витамина (она примерно одинакова во всех приведенных работах), а разными видами растений, а также условиями культивирования. Показано, что тиамин связан с цитокининами и играет важную роль в стимулировании роста каллуса и укоренения, а также участвует в производстве вторичных метаболитов, таких как протеазы [7].

Исследованиям влияния электромагнитного поля (ЭМП СВЧ) на различные показатели злаковых культур посвящено достаточное число работ [8], влияния тиамина - тоже, хотя и меньше, а вот работ, посвященных совместной обработке этими факторами, в доступной литературе найти не удалось. Между тем известно, что СВЧ может проявлять значительный синергетический эффект в совокупности с другими факторами - физическими (например, совместно с градиентом магнитного поля [9]) или химическими (вместе с такими веществами, как альбит, эпин или карбамид [10-11]).

В связи с этим поставлена цель исследования - изучить характер влияния совместной обработки электромагнитным полем сверхвысокой частоты и тиамином на биометрические показатели проростков злаков. Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- провести обработку зерна ЭМП СВЧ при разных режимах и растворами тиамина разных концентраций;

- измерить длину и сырую массу первичных корней и ростков:

- выявить наиболее благоприятный для развития органов проростка вариант обработки.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужили проростки яровой мягкой пшеницы, выращенные до недельного возраста из семян, обработанных ЭМП СВЧ и раствором тиамина в разных сочетаниях.

Изучено 6 сортов разных групп спелости: к раннеспелой группе относится сорт Целина 50, к среднеспелой - сорта Астана, Акмола 2, Целинная 3С, к среднепоздней группе - сорта Карабалыкская 90, Целинная Юбилейная. Обработка семян пшеницы перед проращиванием проводилась на установке Panasonic NN-SM330WZPE мощностью 1,2 кВт и частотой 2,45 ГГц. Опытные варианты подвергались воздействию ЭМП СВЧ в течение 5, 10 и 15 сек. а затем замачивались в растворах тиамина концентраций 0,01% и 0,10%. Контрольный вариант ничем не обрабатывался. После обработки семена раскладывали по чашкам Петри со стерильной увлажненной фильтровальной бумагой и проращивали при комнатной температуре на свету. Повторность опыта - четырехкратная. Определение длины и сырой массы зародышевых корней и ростка у проросших семян проводилось на 7-й день. Длина корней и ростка измерялась с точностью до 0,1 см, сырая масса корней и ростков - до 0,001 г. Длина корней определялась по одному максимально развитому корню. На графиках представлены средние арифметические значения по четырем повторностям.

Результаты и их обсуждение

Анализ полученных данных по совместному влиянию ЭМП СВЧ и тиамина на покоящееся зерно пшеницы показал, что оптимальным сочетанием для всех изучаемых морфометрических показателей является режим обработки при экспозиции СВЧ 5 сек. и концентрации витамина 0,10% (рис. 1-4). При детальном же рассмотрении обнаруживаются некоторые нюансы. электромагнитный тиамин пшеница

Контрольные значения длины корней у прорастающих семян пшеницы составили, в среднем для всех сортов, 3,48 см с двукратной разницей по отдельным сортам: от 2,40 см (сорт Акмола 2) до 4,90 см (сорт Карабалыкская 90).

Самые высокие значения длины корней зафиксированы по вариантам совместной обработки (СВЧ 5 сек. и тиамин 0,10%) для сортов Целина 50 и Целинная 3С: значения составили, соответственно, 13,50 и 11,20 см. Самые низкие, в противоположность этому, отмечены у тех же сортов при варианте без тиамина (СВЧ-обработка в течение 15 сек.) и составляют, соответственно, 2,10 и 1,70 см. Таким образом, разница между указанными крайними значениями составила 6,43 раза для сорта Целина 50 и 6,59 раза для сорта Целинная 3С. Существенной, но не такой значительной, прибавки удалось добиться и на некоторых других вариантах и у других сортов.

Рис. 1. Изменение длины корней под действием СВЧ-обработки и раствора тиамина, см

Рис. 2. Изменение сырой массы корней под действием СВЧ-обработки и раствора тиамина, г

Рис. 3. Изменение длины ростков под действием СВЧ-обработки и раствора тиамина, см

Рис. 4. Изменение сырой массы ростков под действием СВЧ-обработки и раствора тиамина, г

Обнаружена тенденция, повторяющаяся при всех изучаемых значениях концентрации тиамина: при ЭМП СВЧ 5 сек. - лучшее значение, превышающее контрольные данные; при 10 сек. показатели примерно равны контролю; при 15 сек. зафиксировано ухудшение показателей.

Средняя сырая масса корней по всем сортам на контроле составила 0,883 г. Максимальная масса достигнута при следующих режимах: 0,10% тиамина и 5 сек. СВЧ (у сортов Астана, Акмола 2, Целина 50 и Целинная 3С - в диапазоне 2,730-2,875 г), а также 0,10% тиамина и 10 сек. СВЧ (у сортов Астана и Целинная 3С - 2,475 и 2,600 г, соответственно). Минимальная сырая масса корней отмечена на многих вариантах обработки: у контроля (сорт Астана - 0,550 г), на режиме СВЧ-обработки с экспозицией 15 сек. без тиамина (у сорта Карабалыкская 90 - 0,400 г), при концентрациях раствора тиамина 0,01% и 10 сек. СВЧ (у сорта Карабалыкская 90 - 0,475 г) и 15 сек. (у сорта Целина 50 - 0,375 г), а также при концентрации тиамина 0,10% и 15 сек. СВЧ (сорт Акмола 2 - 0,480 г).

Кроме уже указанного благоприятного сочетания факторов обработки (ЭМП СВЧ 5 сек. и концентрация тиамина 0,10%), для показателя «сырая масса корней» отмечен также такой режим, как ЭМП СВЧ 10 сек. и концентрация тиамина 0,10%, однако только для сортов Астана и Целинная 3С (рис. 2).

Сравнение рис. 1 и 2 показывает, что не по всем сортам складывающаяся картина идентична. Например, у сортов Астана, Акмола и Карабалыкская 90 отмечены низкие значения показателя «длина корней» и при этом чрезвычайно высокие значения параметра «сырая масса корней», зарегистрированные при СВЧ-обработке 5 сек. и концентрации тиамина 0,10%. Кажущееся противоречие между двумя этими фактами объясняется, видимо, методикой измерения длины корней.

Более сильный, по сравнению с корнями, отклик на обработку тиамином проявила надземная часть формирующегося растения (рис. 3). Эффект синергизма наиболее ярко проявился именно на данном показателе: разница между контролем и самым эффективным режимом (5 сек. СВЧ и 0,10% тиамина) составила, в среднем по всем сортам, 4,34 раза! Также особенностью ответной реакции ростка на изучаемые способы обработки является большая согласованность по сортам на всех режимах обработки - таких резких отклонений, как по длине корня, здесь не зарегистрировано.

При этом средняя длина ростка по всем сортам на контрольном варианте составила 1,99 см. Интенсивного роста фотосинтезирующих органов проростка удалось добиться практически у всех сортов при совместной обработке тиамином и ЭМП СВЧ (при концентрации раствора 0,10%): и при 5, и при 10 сек. (в последнем случае, за исключением сорта Карабалыкская 90). Отдельные сорта (Акмола 2, Целинная Юбилейная) показывают хорошие результаты и при более длительной экспозиции электромагнитного поля.

Средняя сырая масса ростка у контрольного варианта составляет 0,688 г. Меньше этого значения только режим СВЧ-обработки в течение 15 сек., без тиамина; остальные показатели превышают контрольные значения. В отличие от длины ростка, его сырая масса проявляет несколько большую сортовую изменчивость (рис. 4). Интересным является тот факт, что сорт Целина 50 проявляет практически одинаковую отзывчивость на разные концентрации тиамина при экспозиции СВЧ-поля 5 сек.: значения сырой массы составляют, соответственно, 2,095 г и 2,395 г. У остальных сортов такой схожести не обнаружено.

Выводы

1. Обработано зерно яровой мягкой пшеницы в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при мощности 1,2 кВт, частоте 2,45 ГГц и экспозиции 5, 10, 15 сек., а также в растворе тиамина концентрации 0,01% и 0,10%.

2. Изучены морфометрические показатели проростков яровой мягкой пшеницы. Обнаружена сортовая реакция на факторы обработки. Длина корней колеблется от 1,70 см (сорт Целинная 3С) до 13,50 см (сорт Целина 50), ростка - от 0,80 см (сорт Астана) до 9,10 см (сорт Целинная 3С); сырая масса корней находится в диапазоне от 0,375 г до 2,875 г (оба значения для сорта Целина 50), ростков - от 0,330 г (сорт Целина 50) до 2,825 г (сорт Акмола 2).

3. Оптимальным режимом обработки признан вариант ЭМП СВЧ с экспозицией 5 сек. и концентрацией раствора тиамина 0,10%, который приводит к улучшению всех изучаемых показателей у всех сортов. Отмечается синергетический эффект воздействия указанных факторов на проростки - по отдельности эти же факторы дают меньшие прибавки параметров.

Список использованных источников

1. Goyer A. Thiamine in plants: aspects of its metabolism and functions. - Phytochemistry. - Vol. 71. - No. 14-15. - 2010. - Р. 1615-1624.

2. Hamada A.M., Jonsson L.M. Thiamine treatments alleviate aphid infestations in barley and pea. - Phytochemistry. - 2013. No. 94. - Р. 135-141.

3. Abdel G., Nahed A., Lobna S. Taha, Ibrahim Soad M.M. Some studies on the effect of putrescine, ascorbic acid and thiamine on growth, flowering and some chemical constituents of gladiolus plants at Nubaria. Ozean J. Appl. Sci. - 2009. - No. 2. - Р. 169-179.

4. Al-Khayri J. M. Optimization of biotin and thiamine requirements for somatic embryogenesis of date palm (Phoenix dactylifera L.). - In Vitro Cellular & Develop-mental Biology - Plant. - Vol. 37. - No. 4. - 2001. - Р. 453-456.

5. Pйrez А., Nбpoles L., Carvajal C., Hernandez M., Lorenzo J.C. Effect of sucrose, inorganic salts, inositol, and thiamine on protease excretion during pineapple culture in temporary immersion bioreactors. - In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. - Vol. 40. - No. 3. - 2004. - Р. 311-316.

6. Dimassi K., Antonopoulou C., Therios I., Chatzissavvidis C., Tsirakoglou V. Inhibitory effects of riboflavin (vitamin B) on the in vitro rooting and nutrient concentration of explants of peach rootstock GF 677 (Ч). - Scientia Horticulturae. - Vol. 106. - No. 2. - 2005. - Р. 268-272.

7. Abrahamian P., Kantharajah A. Effect of vitamins on in vitro organogenesis of plant. - American Journal of Plant Sciences. - 2011. - No. 2. - Р. 669-674.

8. Соболева О.М., Кондратенко Е.П., Вербицкая Н.В., Баумгартэн М.И., Егорова И.В., Ерымбеккызы Д. Реакция зерновых злаков на воздействие сверхвысокочастотного электромагнитного поля: монография. Кемеровский ГСХИ. - Кемерово. - 2015. - 128 с.

9. Ерохин А.И. Эффективность применения электромагнитных полей на семенах гречихи / Биологический и экономический потенциал зернобобовых и крупяных культур и пути его реализации: материалы междунар. науч. конф., приуроченной к 35-летию ВНИИЗБК. - Орел: Изд. Орел. - 1990. - С. 249-252.

10. Фирсов В.Ф., Левин В.А., Дегтев И.В., Тураев А.И. и др. Повышение болезнеустойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур воздействием на семена электромагнитным излучением низкой частоты и микро- и макроэлементами: рекомендации. - Мичуринск. - 2005. - 19 с.

11. Дегтев И.В. Агроэкологическое обоснование применения биологически активных веществ, макроэлементов и электромагнитного излучения для повышения болезнеустойчивости и продуктивности озимой пшеницы в условиях Тамбовской области: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. - Воронеж. - 2008. - 23 с.

Цитирование:

Соболева О.М., Кондратенко Е.П., Егорова И.В., Сади С.С. Синергетический эффект влияния СВЧ и тиамина на биометрические характеристики проростков // АгроЭкоИнфо. - 2015, №6. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/6/st_38.doc.

Размещено на Allbest.ru