Стимуляция семян нута растворами солей серной кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стимуляция семян нута растворами солей серной кислоты

А.А. Неверов

Актуальность. В условиях недостатка влаги в почве, которое характерно для степной зоны Оренбуржья при различном уровне запасов элементов минерального питания, содержащиеся в семенах микроэлементы равноценны стартовому удобрению, что очень важно для различных растений. Объект. Объектом исследования являются водные растворы солей серной кислоты. Материалы и методы. В статье показаны результаты обработки семян нута сорта Приво 1 водными растворами солей серной кислоты двух концентраций 1% и 0,1% по действующему веществу. В лабораторных условиях проводили проращивание семян нута в песке при постоянной температуре 24 оС в течение 4-х суток. В состав солей входили двухвалентные катионы металлов: железа, меди, магния, цинка и марганца. На проростках нута определяли их всхожесть, массу ростков и зародышевых корешков в четырёхкратном повторении. Результаты и выводы. Лабораторные исследования показали, что обработка семян нута солями серной кислоты не улучшила их лабораторную всхожесть, за исключением варианта с магнием 0,1%-концентрации раствора. Водные растворы, в состав которых входили ионы меди, железа, цинка и магния, оказали положительное влияние на формирование проростков нута путём их ускоренного роста и увеличения массы корешка и ростка. Лучшие результаты показали магний и железо в 1%-ной концентрации раствора. Увеличение массы ростка в варианте с магнием составила 82,9%, в варианте с железом - 57,7% относительно контроля, а прирост массы корешка соответственно - 56,0% и 50,5%. Цинк и медь положительно влияли на рост зародышевого корешка нута в 0,1%-ном растворе. На стадии формирования ростка лучшие результаты показал также цинк - в 0,1%-ном растворе, а медь - в варианте 1%-ной концентрации. Марганец проявил фитотоксичность в растворах указанных концентраций, значительно ухудшив всхожесть семян, и оказал угнетающее действие на развитие ростков.

Ключевые слова: нут, семена нута, соли серной кислоты, стимуляция семян нута, всхожесть семян нута.

Abstract

STIMULATION OF CHICKPEA SEEDS WITH SOLUTIONS OF SALTS OF SULFURIC ACID

A.A. Neverov

Introduction. In conditions of lack of moisture in the soil, characteristic of the steppe zone of Orenburg region, with different levels of mineral nutrition elements, the trace elements contained in seeds are equivalent to starting fertilizer, which is very important for various plants. Object. The object of the study is aqueous solutions of sulfuric acid salts. Materials and methods. The article shows the results of processing chickpea seeds of the Privo1 variety with aqueous solutions of sulfuric acid salts of two concentrations of 1% and 0.1% according to the active substance. In laboratory conditions, chickpea seeds were germinated in sand at a constant temperature of 24oC for 4 days. The salts included divalent cations of metals: iron, copper, magnesium, zinc and manganese. On chickpea seedlings, their germination, the mass of sprouts and germ roots were determined in a fourfold repetition. Results and conclusions. Laboratory studies have shown that the treatment of chickpea seeds with sulfuric acid salts did not improve their laboratory germination, with the exception of the variant with magnesium 0.1%-the concentration of the solution. Aqueous solutions, which included copper, iron, zinc and magnesium ions, had a positive effect on the formation of chickpea seedlings by their accelerated growth and an increase in the mass of the root and sprout. The best results were shown by magnesium and iron in a 1% concentration of the solution. The increase in the mass of the germ in the variant with magnesium was 82.9%, in the variant with iron - 57.7% relative to the control, and the increase in the mass of the root, respectively, was 56.0% and 50.5%. Zinc and copper positively influenced the growth of the chickpea germ root in 0.1% solution. Zinc in 0.1% solution also showed the best results for the formation of the sprout, and copper in a variant of 1% concentration. Manganese showed phytotoxicity in solutions of these concentrations, significantly impairing the germination of seeds, and had a depressing effect on the development of sprouts.

Keywords: chickpeas, seeds, sulfuric acid salts, copper, iron, manganese, magnesium, zinc.

Введение

Металлы существенно влияют на метаболизм растений, определяют устойчивость растений к экстремальным условиям и болезням [15].

Ионы меди, марганца, железа, цинка входят в состав металлопротеинов и металло-ферментов внутри клетки. Однако диапазон концентраций каждого из этих металлов в растении невелик, недостатки и избытки вызывают серьезные физиологические нарушения в растительной клетке (Shingles R. et al., 2004). стимуляция семена нут солей серный

В условиях недостатка влаги в почве при различном уровне запасов элементов минерального питания содержащиеся в семенах микроэлементы равноценны стартовому удобрению, что очень важно для различных растений (Cakmak I., 2008) [5].

Металлы могут стать токсичными в избыточных концентрациях (производство активных форм кислорода с помощью реакции Фентона), вызывая окислительный стресс (Grotz N., 2006).

Железо - наиболее распространенный элемент в почве, однако его доступность растениям ограничена из-за его низкой растворимости, особенно в щелочных и известковых почвах. Железо регулирует много жизненных процессов: синтез ДНК, дыхание, фотосинтез. Оно конкурирует с другими переходными металлами, такими как Cu, Zn и Mn, в своем поглощении, транспорте и химической реакции в растительных клетках. Дефицит Fe приводит к снижению урожайности и ухудшению питания растений [14]. Недостаток железа ослабляет рост корней [11], а его избыток приводит к окислительному стрессу с помощью реакции Фентона (Nishio J.N. et al., 1985).

Медь участвует в фотосинтезе, дыхании и защите от окисления [9]. Известно не менее 30 медьсодержащих ферментов, включая оксидазы. Пластоцианин является наиболее распространенным белком меди, участвующим в транспорте электронов в тилакоидном просвете хлоропластов [9].

Цинк служит кофактором для большого количества ферментов, участвующих в метаболизме белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов [7]. Дефицит цинка проявляются в задержке роста, развитии хлороза и стерильности колосков. Также при недостатке цинка ухудшается синтез белка и нарушается целостность мембран, что приводит к прогрессированию заболеваний. Рост побегов может быть сильно подавлен (Ciftci-Yilmaz S., 2008).

Цинк положительно коррелирует с поглощёнными растениями макроэлементами N, K, Mg, что демонстрирует значительную роль в опосредовании усвоения питательных веществ пшеницей [6]. Дефицит цинка ухудшает азотное питание хлопка, подсолнечника и гречихи, и наоборот, добавка цинка улучшает поглощение нитратов растениями, что указывает на существование синергических связей между этими элементами.

Установлено [12], что недостаточная обеспеченность растений фосфором приводит к избыточному потреблению цинка и наоборот, что свидетельствует об антагонистических отношениях между этими элементами. Аналогичная связь наблюдалась между фосфором и железом [13].

Марганец является кофактором многих ферментов: каталазы, пероксидазы, декарбоксилазы, РНК-полимеразы и гликозилтрансферазы (Lidon F.C., et al., 2004). Недостаток марганца приводит к замедлению и задержке роста растений [4]. Избыток этого элемента усиливает выработку активных форм кислорода (АФК) по механизму Фентона [4].

Магний - наиболее распространенный после калия элемент в живых клетках растений [8]. Его большая часть содержится в вакуолях. Магний используется растениями для синтеза хлорофилла, его концентрация может меняться в зависимости от освещённости листьев.

Исследования прорастания семян тыквы показали, что семена, полученные из растений с большим содержанием Mg, были более энергичными и демонстрировали более раннее появление всходов и лучшее формирование и развитие проростков по сравнению с семенами, собранными с растений, у которых дефицит Mg [16].

В наших исследованиях поставлена цель - изучить стимулирующее влияние обработки семян нута солями серной кислоты различных концентраций.

Материалы и методы

Объектом исследования являются водные растворы солей серной кислоты 0,1%-ной и 1,0%-ной концентрации, которыми обрабатывались семена нута Приво 1.

Для эксперимента использовали водные растворы солей серной кислоты (сульфаты) различных металлов.

1. Сульфат железа FeSO4-7H2O (железный купорос), неорганическое соединение, железная соль серной кислоты. Сульфат железа (II) хорошо растворим в воде (26,3 г при 20 °С). Из водных растворов кристаллизуется голубовато-зелёный гептагидрат FeSO4-7H20.

2. Сульфат меди CuSO4-5 H2O (медный купорос). Сульфат меди (II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется в виде голубого пентагидрата CuSO4-5H2O (медный купорос).

3. Сульфат цинка ZnSO4-7 H2O (цинковый купорос). Сернокислый цинк, ZnSO4 -- цинковая соль серной кислоты, в виде порошка, состоящего из прозрачных, бесцветных кристаллов без запаха, но с резким и вяжущим вкусом.

4. Сульфат марганца MnSO4-5 H2O (марганцевый купорос). Белый порошок при прокаливании плавится и разлагается. Кристаллогидрат MnSO4 * 5H2O - краснорозовый, техническое название «марганцевый купорос». Хорошо растворим в воде.

5. Сульфат магния MgSO4-7H2O (эпсомит) - белый кристаллический порошок, пакетированный по 20 г (производитель - Южно-Уральский завод магниевых соединений, г. Кувандык Оренбургской области), растворимый в воде. Молярная масса - 24+32+16-4+7- (2-1+16) = 246 г/моль.

Расчёт количества препарата для обработки семян проводился по действующему веществу. Действующее вещество - сульфат металла.

На примере сульфата магния MgSO4 (120 гмоль-1) с содержанием в препарате - 120/246 = 48,8%.

Расход рабочего раствора для обработки 1 т семян сельскохозяйственных культур - 10 л. Расход сульфата магния семиводного (препарата) на 1 т семян при 1%-ной концентрации водного раствора - 205 г, 0,1%-ной - 20,5 г.

Для приготовления 100 мл: 1%-ного раствора сульфата магния требуется 2,05 г семиводного сульфата магния; 0,1%-ного - 0,21 г.

Для обработки 1000 г семян использовалось 10 мл водного раствора указанных концентраций препарата с экспозицией 1 сутки.

Обработка семян проводилась в стерильных пакетах. Проращивание - в песке, в темноте при постоянной температуре 24 оС в четырехкратном повторении, по 50 шт. семян в каждом повторении. День закладки семян на проращивание и день съёма семян считался за одни сутки. Проращивание проводилось в течение 4-х суток. Для контроля использовались семена, обработанные водой из расчёта 10 л воды на 1 т семян.

Схема эксперимента. Обработка семян нута в лабораторных условиях водными растворами сульфатов металлов в концентрации 0,1% и 1,0% из расчёта 10 л рабочего раствора на 1 т семян. Количество вариантов - 11.

1. Контроль (10 л воды на 1 т семян).

2. CuSO4 - 1%-ный раствор.

3. CuSO4 - 0,1%-ный раствор.

4. FeSO4 - 1%-ный раствор.

5. FeSO4 -0,1%-ный раствор.

6. MgSO4 - 1%-ный раствор.

7. MgSO4 - 0,1%-ный раствор.

8. ZnSO4 - 1%-ный раствор.

9. ZnSO4 - 0,1%-ный раствор.

10. MnSO4 - 1%-ный раствор.

11. MnSO4 - 0,1%-ный раствор.

Статистический анализ вычислением наименьшей существенной разности (НСР05) проводился в авторской программе по методике Б. А. Доспехова [1].

Результаты и обсуждение

Обработка семян нута водными растворами сернокислых солей в концентрации 0,1 и 1,0% оказала влияние на лабораторную всхожесть семян в зависимости от иона металла, входящего в состав соли и его концентрации (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние обработки солями серной кислоты на лабораторную всхожесть семян нута

Всхожесть семян в контрольном варианте составила 91,6%. Положительное влияние от обработки семян сульфатами металлов наблюдалось лишь в одном варианте 0,1%-ной концентрации MgSO4 - 95%, что на 3,4% больше относительно контроля при НСР05, равной 1,6%.

Снижение всхожести семян нута относительно контроля показали ионы меди - на 1,6-3,6%, железа - на 5,6% в варианте 1%-ной концентрации, а также ионы марганца - на 2,6% в обоих вариантах. В других вариантах всхожесть семян отличалась от контроля несущественно, в пределах НСР05 = 1,6%.

В среднем по опыту показательна тенденция снижения лабораторной всхожести семян нута на 3% относительно контроля от повышения концентрации раствора до 1%.

Более существенное влияние металлы оказали на рост и развитие проростков (таблицы 2 и 3).

Масса зародышевого корешка одного проростка в контрольном варианте составила 55,5 мг (таблица 2).

Таблица 2 - Масса корневой системы у 4-х дневных проростков нута

В целом по опыту наблюдалась положительная тенденция формирования корневой системы 4-х дневных проростков от обработки семян разными солями серной кислоты.

Значительное увеличение массы зародышевого корешка наблюдали в варианте сульфата магния обеих концентраций - на 25,8-31,1 мг, или на 46,5-56% относительно контроля. Лучшие результаты получены в варианте с 1%-ной концентрацией водного раствора. Аналогичные результаты по приросту на 28,1 мг, или 50,5% от контроля получены в варианте 1%-ной концентрацией сульфата железа. Наши результаты согласуются с выводами авторов [10] о том, что дефицит в семенах железа вызывает задержку роста корней. Также существенное положительное влияние на формирование корневой системы нута оказал сернокислый цинк 0,1%-ной концентрации с приростом массы корешка 16,4 мг, или 28,1%.

В других вариантах положительного влияния на формирование корневой системы у 4-х дневных проростков нута не наблюдалось.

Несколько иначе ионы металлов влияли на формирование ростков (таблица 3).

Таблица 3 - Влияние обработки семян на формирование ростков нута

Масса одного ростка в контрольном варианте составила 23,8 мг. В целом существенное влияние на формирование ростков оказали соли серной кислоты повышенной концентрации водного раствора.

Наибольшее влияние наблюдали в варианте сульфата магния обеих концентраций. Масса ростка в сравнении с контролем увеличилась на 11,8 и 19,8 мг, или на 49,4 и

82,9%. По другим вариантам: с железом прирост массы от 1%-ной концентрации раствора составил 13,7 мг, или 57,7% от контроля. Сульфат меди той же концентрации увеличил прирост на 8,1 мг, или 34,2% от контроля.

Цинк, как и в случае с корневой системой, положительно влиял на параметры проростков нута только в растворе меньшей концентрации соли, увеличив массу ростка относительно контрольного варианта на 6,8 мг, или 28,4%.

Марганец оказал фитотоксичное влияние на формирование ростков в растворах обеих концентраций от 0,1 до 1,0%.

Накопление в семенах растений необходимого количества микроэлементов существенно зависит от почвенно-климатических условий той местности, в которой выращивалась сельскохозяйственная культура.

Почва опытного участка, на которой получен урожай нута, чернозём южный среднесуглинистый карбонатный характеризуется избыточным содержанием ионов кальция и калия. Недостаточное атмосферное увлажнение в сочетании с экстремально высокой температурой воздуха и щелочной реакцией почвенного раствора отрицательно влияет на доступность катионных элементов минерального питания для растений.

В условиях сухого климата угнетается биологическая активность почвы, в результате чего растения испытывают недостаток основных элементов питания и особенно азота. Данный вывод находит подтверждение в работе [3], авторы которой показали, что азотные удобрения не только повышают урожайность зерна пшеницы, но и способствуют усвоению железа и цинка в зерне пшеницы. Питание азотом имеет решающее значение как для поглощения, так и для транслокации железа и цинка в зерно пшеницы. Улучшение азотного питания растений способствует увеличению содержания железа в побегах растений. В наших опытах отзывчивость нута на ионы магния, железа, цинка и меди свидетельствует о недостаточном накоплении этих металлов в зерне в силу указанных выше причин.

Марганец относится к необходимым для растительного организма микроэлементам. Нередко при высоких концентрациях он проявляет себя как тяжелый металл, нарушающий метаболизм в растительной клетке. Исследованиями [2] показано: в диапазоне 0,01-0,1% находятся критические значения концентраций, при меньшей концентрации сернокислый марганец работает как стимулятор, а в случае роста концентрации соли проявляет себя как токсикант. В наших исследованиях марганец в концентрациях 0,1-1,0% водного раствора отрицательно повлиял на всхожесть семян и проявил фитотоксичность на процессы формирования ростков у нута.

Выводы

Лабораторные исследования показали, что обработка семян нута водными растворами солей серной кислоты в концентрации 0,1 и 1,0% не улучшила их лабораторную всхожесть за исключением варианта с магнием 0,1%-концентрации раствора.

Водные растворы, в состав которых входили ионы меди, железа, цинка и магния, оказали положительное влияние на формирование проростков нута путём их ускоренного роста и увеличения массы корешка и ростка.

Лучшие результаты показали магний и железо в 1%-ной концентрации раствора. Увеличение массы ростка в варианте с магнием составила 82,9%, в варианте с железом - 57,7% относительно контроля, а прирост массы корешка соответственно - 56,0% и

50,5%. Цинк и медь положительно влияли на рост зародышевого корешка нута в 0,1%- ном растворе. На формирование ростка лучшие результаты показали также цинк - в 0,1%- ном растворе, а медь - в варианте 1%-ной концентрации.

Марганец проявил фитотоксичность в растворах указанных концентраций, значительно ухудшив лабораторную всхожесть семян, и оказал угнетающее действие на развитие ростков. Очевидно, концентрации 0,1% и 1,0% сульфата марганца в растворе избыточны для обработки семян нута и, вероятно, необходимы дополнительные исследования с растворами меньших концентраций.

Библиографический список

1. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки исследований): учебник. Москва: Альянс. 2011. 352 с.

2. Шелудько А. Н., Червоненко Д. В. Влияние соли марганца различной концентрации на ростовые процессы пшеницы // БМИК. 2016. № 5. https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-soli- margantsa-razlichnoy-kontsentratsii-na-rostovye-protsessy-pshenitsy.

3. Biofortification and localization of zinc in wheat grain / I. Cakmak [et al.] // J. Agric. Food Chem. 2010. V. 58. P. 9092-9102.

4. Effect of manganese on the resistance of tomato to Pseudocercospora fuligena / G. Heine [et al.] // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2011. 10.1002/jpln.201000440.

5. Farooq M., Wahid A., Siddique K. H. M. Micronutrient application through seed treatments - a review // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2012. V. 12. P. 125-142.

6. Guo X., Ma X., Zhang J. Meta-analysis of the role of zinc in coordinating absorption of mineral elements in wheat seedlings // Plant Methods. 2021. V. 17 (1). P. 105.

7. Ishimaru Y., Bashir K., Nishizawa N. K. Zn uptake and translocation in rice plants Rice, 2011. 10.1007/s12284-011-9061-3.

8. Kobayashi N. I., Tanoi K. Critical issues in the study of magnesium transport systems and magnesium deficiency symptoms in plants // Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16. P. 23076-23093.

9. Meharg A. Marschner's Mineral Nutrition of Higher Plants. Elsevier/Academic Press, Amsterdam. Netherlands, 2011. P. 684.

10. Natural allelic variation of FRO2 modulates Arabidopsis root growth under iron deficiency / S. B. Satbhai [et al.] // Nat Commun. 2017. V. 8. 15603.

11. Natural allelic variation of FRO2 modulates Arabidopsis root growth under iron deficiency / S. B. Satbhai [et al.] // Nat. Commun. 2017. V. 10.1038/ncomms15603.

12. Phosphate/zinc interaction analysis in two lettuce varieties reveals contrasting effects on biomass, photosynthesis, and dynamics of Pi transport / N. Bouain [et al.] // Biomed. Res. Int. 2014. 548254.

13. Physiological and transcriptome analysis of iron and phosphorus interaction in rice seedlings / L. Zheng [et al.] // Plant Physiol. 2009. V. 151. P. 262-274.

14. Rou G. R., Sahoo S. Role of iron in plant growth and metabolismRev // Agric. Sci. 2015. V. 10. 7831/ras.3.1.

15. Shahzad Z., Amtmann A. Food for thought: how nutrients regulate root system architecture Curr. Opin //Plant Biol. 2017.V. 10.1016/j.pbi.2017.06.008.

16. Zhang B., Cakmak I., Feng J. Magnesium Deficiency Reduced the Yield and Seed Germination in Wax Gourd by Affecting the Carbohydrate Translocation // Front Plant Sci. 2020. V. 11P. 797.

Размещено на Allbest.ru