Среда, стресс, адаптации. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Влияние засоления на некоторые показатели водного обмена у растений ячменя (Hordeum vulgare L.)
Статья научная
Одна из основных причин снижения урожая хлебных злаков на засоленных почвах - нарушение водного и ионного баланса клеток, поэтому обязательным условием успешного роста и развития растений при засолении служит их способность поддерживать необходимый уровень водного обмена, что особенно важно на начальных этапах онтогенеза, когда растения наиболее чувствительны к воздействию стресс-факторов. Вследствие этого изучение показателей водного режима у злаков весьма актуально, однако необходимо отметить относительно низкую изученность вопросов, связанных с изменением водного обмена растений при засолении. В настоящей работе мы впервые показали, что уже у 10-суточных проростков ячменя при засолении активизируются адаптивные реакции, направленные на сохранение водного режима растений. Целью исследования было изучение влияния умеренного и сильного засоления на некоторые показатели водного обмена растений ячменя. Опыты проводили в 2023-2024 годах в Институте биологии Карельского научного центра РАН (ИБ КарНЦ РАН). Использовали ячмень (Hordeum vulgare L.) ярового сорта Нур, рекомендованный для выращивания в Нечерноземной зоне и характеризующийся пластичностью к изменению почвенных условий. В лабораторных условиях семена проращивали в темноте при 25 °С в чашках Петри (ГОСТ 12038-84. М., 2011). Наклюнувшиеся семена по 10 шт. помещали в сосуды объемом 0,5 л с крышками, в которых были проделаны отверстия. В контрольном варианте в сосуды наливали 1/2 питательный раствор Хогланда-Арнона, в опытных вариантах к питательному раствору добавляли NaCl (х.ч.) в концентрациях 100 и 150 мМ. Растения контрольного и опытных вариантов выращивали в контролируемых условиях среды под светоустановкой в течение 7 сут при температуре 20-22 °С, влажности 60-70 %, ФАР 100 мкмоль/(м2·с) и 14-часовом фотопериоде. По завершении опыта определяли содержание ионов Na+ и Cl- в побегах, сырую биомассу побегов, оводненность тканей побегов (ОВ), относительное содержание воды (RWC) в листе, общую потерю воды листом (LWL), состояние устьичного аппарата (число устьиц и диаметр устьичной щели), устьичную проводимость и интенсивность транспирации. Содержание Na+ определяли атомно-абсорбционным методом с использованием спектрофотометра АА-7000 («Shimadzu», Япония); Cl- - потенциометрическим методом с помощью потенциометра Анион 4100 («Инфраспак-Аналит НПП», Россия). Подсчет числа устьиц на абаксиальной стороне листа, измерение площади и диаметра устьичной щели осуществляли методом отпечатков с использованием светового микроскопа Микмед 2 («Ломо», Россия) и окуляр-микрометра. Устьичную проводимость и интенсивность транспирации измеряли с помощью установки для исследования CO2-газообмена и водяных паров HCM-1000 («Heinz Walz GmbH», Германия). Выявлено, что при умеренном и сильном засолении содержание ионов Na+ в побегах ячменя увеличивалось соответственно более чем в 150 и 170 раз по сравнению с контролем, а ионов Cl- - в 8 и 9 раз. При этом в опытных вариантах растения имели более низкое по сравнению с контролем RWC в листьях, но выраженного их завядания и потери тургора не наблюдалось. Оводненность тканей также сохранялась на необходимом уровне, что во многом обеспечивалось увеличением в условиях засоления водоудерживающей способности листьев, частичным закрытием устьиц и замедлением скорости транспирации. В частности, показатель LWL, характеризующий потерю воды листом, оказался при умеренном и высоком засолении меньше соответственно на 37 и 42 %, чем в контроле, что свидетельствует об увеличении водоудерживающей способности. Устьичная проводимость была снижена более чем на 40 % по сравнению с контролем, а скорость транспирации на 40 и 60 % в зависимости от концентрации соли, что свидетельствовало о частичном закрытии устьичной щели в стрессовых условиях. Обнаруженное у опытных растений снижение накопления сырой биомассы побега, очевидно, было следствием торможения роста как адаптивной реакции на стрессовое воздействие. Таким образом, уже на ранних стадиях развития ячменя сорта Нур умеренное и сильное засоление приводит к целому ряду физиолого-биохимических изменений, которые способствуют сохранению водного режима растений, что, по крайней мере отчасти, объясняет высокую солеустойчивость культуры.
Бесплатно
Статья научная
Кресс-салат (Lepidium sativum L.) - перспективная, скороспелая, отзывчивая культура, представляющая интерес для условий светокультуры. Диагностика физиологического статуса служит важнейшей составляющей при выращивании растений в полевых, контролируемых и строго контролируемых условиях. Среди методов неинвазивного контроля физиологического состояния растений для регулируемых агроэкосистем наиболее эффективны и широко применяются метод спектрального анализа листовых пластинок и флуоресцентный метод. В настоящей работе на основании проведенных экспериментов впервые установлены корреляции морфологических показателей образцов кресс-салата с различными оптическими индексами в условиях светокультуры, теплицы и открытого грунта. Цель исследования - изучить влияние условий выращивания на морфологические признаки и оптические показатели листовых пластинок (флуоресценция хлорофилла и спектры отражения) образцов кресс-салата из коллекции ВИР и установить корреляции морфологических показателей с различными оптическими индексами, а также выявить высокопродуктивные, перспективные образцы, представляющие интерес для выращивания в условиях светокультуры. Объектами исследования были 17 образцов кресс-салата различного происхождения, полученные из коллекции ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Вегетационные опыты в строго контролируемых условиях светокультуры проводили на агробиополигоне ФГБНУ Агрофизического НИИ (АФИ) (г. Санкт-Петербург) в 2024 году. Растения выращивали методом проточной гидропоники при фотопериоде 12, 14 и 16 ч. Растения выращивали в горшках для салатной линии объемом 0,1 л. Морфологическое описание проводили в фазу технической спелости на 26-29-е сут от посева. Вегетационные опыты в поликарбонатной теплице были проведены в Пушкинском филиале ВИР (г. Санкт-Петербург) в весенний период (посев 26 апреля) и в открытом грунте (посев 3 июля) в 2024 году. Схема выращивания была одинаковой как в тепличных, так и в полевых условиях - 5×10 см. Морфологическое описание проводили на 28-30-е сут. Оптические показатели измеряли на листьях среднего яруса репрезентативных растений каждого образца. Параметры флуоресценции хлорофилла и спектры отражения листьев регистрировали на 23-28-е сут вегетации с помощью миниатюрной оптоволоконной спектрометрической системы («Ocean Optics», США) и импульсного портативного флуориметра MINI-PAM-II («Heinz Walz GmbH», Германия). Оценивали индекс хлорофилла ChlRI, индекс соотношения каротиноидов к хлорофиллу SIPI, показатель рассеяния света R800, фотохимический индекс PRI, индекс отражения антоцианов ARI, индекс старения PSRI, индекс феофитинизации NPQI. Показатели PRI и ARI использовали с модификацией и обозначали как PRImod и ARImod. Индекс феофетинизации также использовали с добавлением константы (С + NPQI; С = 5) для удобства интерпретации и далее обозначали как NPQI + c. Также оценивали показатели, полученные в результате флуоресцентного анализа: максимальный квантовый выход фотосистемы Fv/Fm; эффективный квантовый выход фотосистемы Y(II); квантовый выход Y(NO); Y(NPQ), характеризующий регулируемые потери энергии возбуждения за счет диссипации тепла. Показано, что морфологические признаки, характеризующие продуктивность зеленных культур (масса растения, диаметр и высота розетки, число листьев) значительно изменялись у различных образцов кресс-салата и под влиянием среды выращивания. В условиях светокультуры были отмечены фотопериоды, наиболее благоприятные для наращивания зеленой массы растений - 12 и 16 ч. Также при более продолжительном фотопериоде 16 ч был отмечен более быстрый переход к генеративной фазе, чем при более коротких. В результате сравнения с растениями, выращенными в условиях теплицы и открытого грунта, установлено, что в условиях светокультуры при благоприятных фотопериодах образцы достоверно не отличались по признаку средняя масса растения, однако начало перехода к цветению было отмечено у значительно меньшего числа образцов. Большинство оптических показателей значительно изменялись под действием фактора «условия выращивания» в зависимости от изучаемого генотипа. Отмечено достоверное снижение индекса ChlRI и показателя PRImod при выращивании образцов в полевых условиях и в теплице. Установлен достоверный рост индекса R800 в условиях агробиополигона, а также достоверный рост показателя SIPI в условиях светокультуры при менее благоприятном фотопериоде. Выявлены постоянные тесные и средние корреляционные связи между морфологическими признаками, характеризующими продуктивность (диаметр розетки, высота 1 растения, число листьев, масса 1 растения), и оптическими показателями R800, PRImod, ARImod, Y(NPQ) ( r = 0,51…-0,84, p = 0,05). По ряду агрономически ценных признаков выделены образцы к-112 (Местный, Азербайджан) и к-165 (Gar-tenkresse, Бельгия) как наиболее перспективные для культивирования в условиях светокультуры и дальнейшей селекции.
Бесплатно
Статья научная
- нового интродуцента в ряд южных регионов Российской Федерации связано с оптимизацией размещения культуры в соответствующих агроклиматических условиях. С начала 2010-х годов - времени появления гуара в РФ отечественные селекционеры создали более полутора десятка сортов. Необходима организация семеноводства, ключевая задача которого - получение семян с высокими посевными качествами. Существенный практический интерес представляет изучение влияния на посевные качества семян стрессовых условий выращивания, в частности засухи. Водный дефицит считается важнейшей причиной снижения урожайности зернобобовых во всем мире. Негативное воздействие засухи выражается в снижении всхожести и энергии прорастания семян, а также в снижении их питательной ценности. В настоящей работе впервые проанализировано влияние засухи на посевные качества семян образцов гуара из коллекции ВИР, контрастных по отношению к засухе: толерантных и чувствительных к стрессору, а также нейтрально относящихся к режиму влагообеспечения. Цель работы - изучение влияния засухи на посевные качества семян гуара свежей репродукции и семян с имитацией длительного хранения (подвергнутых ускоренному старению), а также выявление возможного различия посевных качеств семян у образцов, по-разному реагирующих на водоснабжение культуры - толерантных, восприимчивых и нейтральных в своем отношении к засухе. Материалом служили 12 образцов гуара из коллекции ВИР, выращенных в 2023 году на Волгоградской ОС ВИР в условиях полива и искусственной засухи, создаваемой посредством прекращения полива на стадии формирования последнего боба в первой кисти (в конце июня) (параметр «режим выращивания»). В этом полевом эксперименте в изучаемой выборке выявили дифференциацию образцов на три группы по отношению к водоснабжению: толерантные, чувствительные к засухе и нейтральные по отношению к влагообеспечению (параметр «статус образца»). В настоящий лабораторный эксперимент 2024 года были включены по 4 образца из каждой группы. Ускоренное старение семян осуществляли посредством их размещения на сетке в эксикаторе над насыщенным раствором натрия хлористого (75 % относительная влажность воздуха) и инкубации в термостате при 40 °С. Было поставлено два опыта. В первом инкубацию в термостате проводили в течение 5 сут, во втором - в течение 10 сут (параметр «возраст семян»). Выравнивания семян по влагосодержанию достигали, размещая их в эксикаторе на сетке над насыщенным раствором кальция хлористого (35 % относительная влажность воздуха) в термостате при 20 °С в течение 5 сут. Всхожесть семян гуара анализировали до и после ускоренного старения посредством проращивания в рулонах фильтровальной бумаги в термостате в темноте при 30 °С днем и 20 °С ночью. Энергию прорастания подсчитывали на 3-и сут. На 7-е сут подсчитывали всхожесть - общее число нормально проросших семян. Сравнительный анализ посевных качеств семян, собранных с растений гуара, выращенных в условиях систематического полива и искусственной засухи в полевых условиях Волгоградской области, выявил гетерогенность образцов по анализируемым признакам и показал, что режим выращивания существенно влиял на лабораторную всхожесть семян. На изменчивость энергии прорастания и всхожести семян существенно влияет параметр, условно названный нами возрастом семян (соответственно р = 0,000 и р = 0,020), а на изменчивость показателей всхожести семян достоверное влияние имел статус отношения образцов к засухе (р = 0,003). Максимальную всхожесть показали семена толерантных к засухе образцов, выращенных как при поливе, так и на фоне засухи, подвергнутые и не подвергнутые ускоренному старению. То есть генетическая предрасположенность к адаптации к водному дефициту сыграла ключевую роль в сохранении посевных качеств семян растений, выращенных в условиях засухи. Это свидетельствует о способности толерантных генотипов адаптироваться к стрессовым условиям посредством мобилизации механизмов защиты от засухи, которые позволяют оптимизировать использование ресурсов и направлять их на формирование качественных семян.
Бесплатно
