Лабораторная диагностика устойчивости сортов ячменя к хлоридному засолению

Автор: Омарова Зумруд Абакаровна, Абсалудинова Мадинат Рафилаевна

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 2-2 т.18, 2016 года.

Бесплатный доступ

Исследована эффективность использования экспресс-лабораторного метода диагностики влияния хлоридного засоления. С этой целью изучено действие разных концентраций NaCl (от 100 до 300 мМ) и полиэтиленгликоля (от 5 до до 15 атм.) на прорастание и начальные этапы формирования проростков ячменя. Метод позволяет оценить состояние проростков виду изменчивости данного явления в онтогенезе растений.

Засоление, прорастание, семена, всхожесть, биомасса, корень, побег, коэффициент полярности

Короткий адрес: https://sciup.org/148204539

IDR: 148204539

Текст краткого сообщения Лабораторная диагностика устойчивости сортов ячменя к хлоридному засолению

Ячмень (Hordeum vulgare L) - одна из важнейших зерновых культур, которая издревле возделывается для кормовых целей, изготовления пива и выпечки хлеба, а в последнее время ещё и как продукт с повышенным содержанием жиров и антиоксидантов. Площадь посевов ячменя по России на 2007 г. составляла 9 млн. га [3]. Около 10% поверхности суши в России относится к категории засоленных и содержит более 0,25% солей. В Дагестане засолено более 70% орошаемых земель, а деградация почвенного покрова, процессы засоления, антропогенного опустынивания и недостатка водных ресурсов имеют тенденцию к усилению. Повышенное содержание ионов в почве отражается на продуктивности растений из-за нарушения разных процессов метаболизма и анатомических изменений [7, 8]. Одним из подходов к преодолению негативного влияния комплекса лимитирующих факторов среды, специфичных для зоны конкретного районирования, является подбор сортов, устойчивых к повышенному содержанию солей в почве, особенно сортов местной селекции. Неравномерность уровня засоления почв затрудняет отбор солеустойчивых форм по урожайности растений в полевых условиях [12]. Для ускорения селекционной оценки устойчивости сортов полевые методы диагностики все чаще дополняются лабораторными по наследственным особенностям прорастания семян и состоянию ранних этапов развития проростков [7, 9], значимых для урожайности в условиях стресса.

Цель работы: проведение диагностики устойчивости к хлоридному засолению сортов ячменя по прорастанию семян и начальным этапам формирования проростков.

В этих целях изучалась эффективность использования экспресс-лабораторного метода оценки влияния хлоридного засоления. Метод позволяет оценить состояние проростков ввиду изменчивости данного явления в онтогенезе растений [1, 6, 7].

Материалы и методы исследования. Нами впервые исследованы ранние этапы онтогенеза сорто-образцов ячменя из коллекции Дербентской ОС ВИР при засолении среды NaCl (табл. 1).

Таблица 1. Сорта исследованного ячменя

	№ каталога ВИР	Разновидность	Название	Происхождение
1.	К-21905	pallidum	Завет 3	Краснодарский край
2.	К-15240	pallidum	Дагестанский 239	Дагестан
3.	К-22055	nutans	Темп	Краснодарский край

Для имитаций условий засоления использовались растворы NaCI с концентрациями от 0,1 моль/л до 0,3 моль/ л (с градацией 0,05). Отбирали неповрежденные семена каждого сорта ячменя и равномерно раскладывали по 50 шт. в чашки Петри на увлажненную 8 мл соответствующего раствора фильтровальную бумагу. Чашки помещали в климатическую камеру (t – 20210 С, отн.влажн. – 82%, освещ. – 3 Ls, 16 ч день) на 7 сут. Эксперимент проводили в четырех биологических повторностях. Контролем служили семена, пророщенные в дистиллированной воде. На 7 сут определяли всхожесть семян (%), количество зародышевых корней, длину наибольшего из них и надземной части проростков, а также сырую биомассу надземной части и корней каждого проростка [7]. Опыт проводили в четырехкратной биологической повторности.

Абсалудинова Мадинат Рафилаевна, магистрант

Растения в условиях засоления одновременно испытывают действие двух неблагоприятных факторов – дефицит воды, связанный со снижением водного потенциала засоленного почвенного раствора, и токсическое действие самих ионов [10, 11]. Для конкретизации влияния этих факторов одновременно проращивали семена и культивировали проростки в растворах полиэтиленгликоля–400 (ПЭГ–400), соответствующих по величине осмотического давления растворам NaCI (0,1 моль/л NaCI – 5 атм.) и в таких же условиях. Осмотическое давление растворов NaCI определяли по формуле закона осмотического давления для электролитов [2]. Экспериментальные данные обработаны на персональном компьютере с программным обеспечением Microsoft Office 2007, Exel 2007. В таблицах представлены средние значения по 4 биологическим повторностям (х) и их ошибки (m).

Обсуждение результатов исследований. При оценке солеустойчивости растений анализируют состояние всхожести семян [7]. В эксперименте отмечено значительное снижение всхожести семян на провокационном фоне относительно контроля у всех исследуемых сортов ячменя (табл. 2). У сортов «Завет 3» и «Дагестанский 239» семена не прорастают в растворах NaCI с осмотическим давлением выше 10 атм., у сорта «Темп» выше 12,5 атм. С повышением концентрации ПЭГ – 400 также имело место снижение всхожести семян. Состояние всхожести семян в растворах ПЭГ-400 аналогично показателям в растворах NaCl с теми же значениями осмотического давления, за исключением сорта «Завет 3» (табл. 2). Известно, что при высокой концентрации солей химическая специфичность засоления сглаживается, и решающая роль принадлежит осмотическому фактору [6].

Таблица 2. Всхожесть (%) семян сортов ячменя в растворах NaCl и ПЭГ - 400

Сорт ячменя	Осмотическое давление растворов NaCl, атм. (в скобках дана концентрация в моль/л)
Сорт ячменя	0 (0)	5 (0,1)	7,5 (0,15)	10 (0,2)	12,5 (0,25)	15 (0,3)
К-21905 Завет 3	39±2,8	18±0,3	10±0,3	5±0,2	0±0,0	0±0,0
К-15240 Дагестанский 239	42±1,3	16±0,5	12±0,4	6±0,3	0±0,0	0±0,0
К-22055 Темп	41±1,4	17±0,5	11±0,6	6±0,2	4±0,5	0±0,0
	Осмотическое давление растворов ПЭГ - 400, атм.
	0	5	7,5	10	12,5	15
К-21905 Завет 3	37±1,4	20±0,5	14±0,3	7±0,6	4±0,4	0±0,0
К-15240 Дагестанский 239	40±1,4	15±0,6	11±0,7	6±0,3	0±0,0	0±0,0
К-22055 Темп	43±2,8	18±0,3	14±0,3	5±0,3	6±0,7	0±0,0

Снижение всхожести семян ячменя с повышением концентрации соли наиболее ярко проявлялось по длине побега и корня, количеству корней у всходов (табл. 3). В целом такая же картина характерна для растворов ПЭГ–400. Но есть и некоторые отличия. В растворах ПЭГ–400 всходы ячменя растут лучше, чем в растворах NaCI, из-за высокой токсичности последних, в частности в меньшей степени, по сравнению с NaCl снижались накопление биомассы корневой системы и прирост в длину зародышевых корней у проростков.

Известно, что в условиях засоления, особенно хлоридного, происходит нарушение процессов обмена, накопление аммиака и, других токсичных продуктов азотного обмена, повреждение поверхностных слоев цитоплазмы, нарушение проницаемости мембран, утрата способности к избирательному накоплению веществ, разобщение окислительного фосфорилирования, что приводит к наступлению «энергетического голода», уменьшению общей и рабочей адсорбирующей поверхности корней [4-6].

Таблица 3. Влияние растворов NaCl на образование зародышевых корней и надземную сферу у всходов сортов ячменя. Контроль Н 2 О (0 атм.)

NaCI, моль/л	Зародышевые корни			Надземная система
NaCI, моль/л	количество, шт.	длина, см	биомасса, мг	длина, см	биомасса, мг
К-21905 Завет 3
0	4,9±0,11	6,2±0,18	79±4,2	7,8±0,21	96±3,6
0,1	2,8±0,33	3,1±0,17	41±2,8	3,6±0,13	39±1,3
0,15	2,5±0,39	2,4±0,83	33±2,8	2,9±0,33	31±2,1
0,2	2,4±0,58	2,2±0,33	23±2,1	2,1±0,32	20±2,6
0,25	0	0	0	0	0
К-15240 Дагестанский 239
0	5,3±0,32	6,8±0,31	77±3,2	7,8±0,33	86±3,2
0,1	3,4±0,28	4,2±0,21	35±2,1	4,7±0,23	44±1,9
0,15	3,5±0,33	3,3±0,33	32±3,1	3,4±0,33	28±1,1
0,2	2,8±0,31	2,6±0,31	25±3,4	2,9±0,47	23±4,2
0,25	0	0	0	0	0
К-22055 Темп
0	4,6±0,12	5,3±0,23	52±4,3	7,5±0,47	79±3,2
0,1	3,4±0,25	3,2±0,12	34±1,3	3,6±0,33	36±2,1
0,15	2,8±0,23	3,1±0,22	26±3,3	3,2±0,28	28±3,3
0,2	2,6±0,63	2,5±0,33	24±2,5	2,3±0,33	20±1,3
0,25	2,2±0,41	2,2±0,21	21±4,2	1,9±0,33	19±3,7

Достоверная оценка солеустойчивости культур только по результатам прорастания их семян в растворах солей невозможна, так как она меняется с возрастом растений. Сведения о влиянии засоления на формирование целостной корневой системы у растений получены на ограниченном числе культур и носят противоречивый характер. В частности, у ячменя установлено уменьшение количества боковых корней и их длины, общего числа корневых волосков, тогда как у проростков кукурузы и ответ на угнетение главного корня увеличивались число придаточных корней и их суммарная длина при значительном снижении сухой массы [4, 5]. В надземной части проростков в большей степени действию солей подвержены клетки проводящей системы, по которым раствор солей поднимается к надземным органам, для натриево-хлоридного засоления характерны короткие побеги, быстро заканчивающие свой рост. Отсюда вытекает необходимость сравнения сортов не просто по биомассе проростков после культивирования в растворах NaCI и ПЭГ–400, а по соотношению биомассы побега и корня растений, характер изменения которого должен быть направлен на оптимизацию использования ресурсов. У проростков изученных нами сортов ячменя в сравнении с корнями преобладает угнетение накопления сырой биомассы побегов. Эта же картина наблюдается и в растворах ПЭГ–400 (табл. 4).

Таблица 4. Влияние растворов ПЭГ – 400 на образование зародышевых корней и надземную сферу всходов сортов ячменя сорта. Контроль Н 2 О (0 атм)

NaCI, моль/л	Зародышевые корни			Надземная система
NaCI, моль/л	количество, шт.	длина, см	биомасса, мг	длина, см	биомасса, мг
К-21905 Завет 3
0	5,2±0,33	5,7±0,30	78±4,6	7,9±0,32	94±3,7
0,1	3,5±0,12	3,5±0,12	35±1,8	3,7±0,12	36±2,7
0,15	3,3±0,36	3,0±0,32	32±2,8	3,6±0,12	32±2,3
0,2	2,4±0,63	2,6±0,33	27±2,7	2,3±0,33	24±2,7
0,25	2,3±0,50	2,2±0,14	23±1,6	2,0±0,52	21±3,7
К-15240 Дагестанский 239
0	5,3±0,33	7,2±0,52	77±5,6	8,1±0,47	87±3,7
0,1	3,5±0,26	4,2±0,33	37±3,3	4,1±0,20	49±1,9
0,15	3,2±0,32	3,3±0,20	29±3,2	3,3±0,33	36±3,4
0,2	2,5±0,42	2,1±0,31	24±3,1	2,1±0,47	22±2,5
0,25	0	0	0	0	0
К-22055 Темп
0	5,3±0,29	5,1±0,23	48±5,3	7,7±1,34	77±6,9
5	4,2±0,12	3,8±0,47	31±1,9	3,8±0,23	36±2,1
7,5	3,4±0,29	3,2±0,25	28±2,5	3,4±0,25	31±2,5
10	2,8±0,63	2,3±0,33	23±2,1	2,6±0,46	23±1,3
12,5	2,4±0,46	2,2±0,46	21±6,9	2,3±0,33	19±3,7

Таблица 5. Влияние осмотического давления растворов NaCI и ПЭГ - 400 на коэффициент полярности (биомасса надземной части/биомасса корней) сортов ячменя

NaCI
Осмотическое давление, атм	К-21905 Завет 3		К-15240 Дагестанский 239		К-22055 Темп
Осмотическое давление, атм	А	Б	А	Б	А	Б
0	1,22	1,12	1,12	1,11	1,51	1,44
5	1,16	1,12	1,05	1,09	1,08	1,03
7,5	0,95	0,91	1,14	1,12	1,05	1,12
10	0,91	1,12	0,96	0,91	0,91	1,05
12,5	0	0	0	0	0,96	1,03
ПЭГ - 400
0	1,20	1,12	1,13	1,12	1,59	1,23
5	1,03	0,92	1,32	1,22	1,16	1,12
7,5	1,03	0,96	1,23	1,12	1,14	1,12
10	0,90	1,02	0,95	0,90	1,04	1,03
12,5	0,91	0,90	0	0	0,91	1,03

Примечание: сырая (А) и сухая (Б) биомасса

Выводы: полученные результаты свидетельствуют о сложной природе солеустойчивости селекционного материала. Степень угнетения ростовых параметров проростков ячменя находится в прямой зависимости от концентрации NaCI. Наиболее чувствительным к засолению из исследованных сортов ячменя является «Дагестанский 239», а наименее чувствительным – «Темп».

Список литературы Лабораторная диагностика устойчивости сортов ячменя к хлоридному засолению

Давыдова, Г.В. Каталог мировой коллекции ВИР. Ячмень. Выпуск 605. Характеристика селекционных и местных сортов на солеустойчивость/Г.В. Давыдова, В.С. Коваль, М.В. Лукьянова. -Л.: ВИР, 1991. 32 с.
Делаф, А.А. Курс физики: Учебное пособие для вузов/А.А. Делаф, Б.М. Яворский. -М.: Высшая школа, 1989. С. 113.
Йонева, Ж. Биометрические показатели и осмотический потенциал органов растений в условиях хлоридного засоления/Ж. Йонева, А.Е. Петров-Спиридонов//Известия ТСХА. 1985. Вып. 3. С. 120-125.
Ионова, Е.В. Корневая система и сухая масса растений ярового ячменя в условиях модельной засухи («засушник»)/Е.В. Ионова, Е.Г. Филиппов, Н.Н. Анисимова//Зерновое хозяйство России. 2010. № 3(9).-С. 25-30.
Минаев, С.В. Исследование реакции проростков огурца и пшеницы на хлоридное засоление/С.В. Минаев, С.Е. Солдатов, В.В. Таланова, А.Ф. Титов//Биологические исследования растительных и животных систем. -Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1992. С. 17-23.
Николаевский, В.С. Физиолого-биохимические механизмы повреждения и устойчивости растений/В. С. Николаевский и др. -Новосибирск, 1981, 165 с.
Удовенко, Г.В. Механизмы адаптации растений к засолению почвы: физиологические и генетические аспекты солеустойчивости растений//Проблемы солеустойчивости растений. -Ташкент: ФАН, 1989. С. 113-142.
Чухлебова, Н.С. Особенности микроскопического строения вегетативных органов кукурузы при засолении почвы/Н.С. Чухлебова, А.А. Беловолова//Применение удобрений, микроэлементов и регуляторов роста в сельском хозяйстве. -Сборник научных трудов. -Ставрополь, 1993. С. 45-47.
Шевелуха, В.С. Способы отбора высокопродуктивных растений ячменя на первом этапе органогенеза. Методические указания/В.С. Шевелуха, М.А. Прыгун, С.И. Гриб. -М., 1985. 32 с.
Chen, Z. Screening plants for salt tolerance by measuring K+: case study for barley/Z. Chen, I. Newman, M. Zhou et al.//Plant Cell Environ. 2005. V. 28. P. 1230-1246.
Davenport, R. Control of sodium transport in durum wheat/R. Davenport, R.A. James, A. Zakrisson-Plogander et al.//Plant Physiol. 2005. V.137. P. 807-818.
Munns, R. Approaches to increasing the last tolerance of wheat and other cereals/R. Munns, R.A. James, A. Lauches//J. Exp. Bot. 2006. V.57. P. 1025-1043.

Еще

Краткое сообщение