Проявление эффекта гормезиса у растений ячменя (Hordeum vulgare L.) в контрастных условиях произрастания при -облучении семян
Автор: Чурюкин Р.С., Гераськин С.А.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Кормовые культуры: физиология растений
Статья в выпуске: 4 т.52, 2017 года.
Бесплатный доступ
Выяснение механизмов адаптивных реакций организма на слабые внешние воздействия - одна из наиболее сложных и актуальных проблем современной биологии. К таким реакциям относится эффект гормезиса, представляющий собой стимулирующее действие умеренных доз стрессоров, существование которого при воздействии низкими дозами разнообразных физических и химических агентов многократно подтверждено на всех уровнях организации живой материи. Динамику роста и развития растений, выросших из γ-облученных семян ячменя ( Hordeum vulgare L.) сорта Нур (сочетает высокий потенциал продуктивности - до 80 ц/га, устойчивость к засухе, хорошие фуражные и пивоваренные качества зерна, высокую устойчивость к полеганию, ряду опасных болезней), изучали в полевом эксперименте. Показано, что облучение семян существенно влияло на развитие растений в течение всего вегетационного периода. Сокращалась длительность начальных этапов онтогенеза, а фаза полной спелости наступала на 5-7 сут раньше, чем в контроле. Увеличивалась длина стеблей, масса 1000 зерен, число зерен в колосе, число продуктивных стеблей, масса соломы и колосьев. Зависимость значений хозяйственно ценных признаков от дозы γ-облучения семян статистически значимо лучше описывалась моделями, учитывающими гормезис. Влияние предпосевного облучения различалось в годы с контрастными погодными условиями. В засушливом 2014 году повышение урожая определялось увеличением числа продуктивных стеблей, а в оптимальных условиях 2015 года - ростом числа зерен в колосе. В 2016 году увеличение количества осадков в 2,5 раза относительно климатической нормы нивелировало стимулирующие эффекты. Полученные в настоящей работе результаты свидетельствуют о том, что предпосевное γ-облучение семян существенно влияет на развитие растений ячменя в течение всего вегетационного периода, изменяя структуру урожая. У растений из семян, облученных в стимулирующих дозах, статистически значимо увеличилось проявление хозяйственно ценных признаков при выращивании в контрастные по погодным условиям вегетационные сезоны. Конкретная реализация эффекта гормезиса зависит от условий, в которых происходило развитие растений.
Ячмень, семена, γ-облучение, гормезис, стимуляция роста и развития, урожайность
Короткий адрес: https://sciup.org/142214075
IDR: 142214075 | УДК: 636.086.1:633.16:581.16:632.118.3 | DOI: 10.15389/agrobiology.2017.4.820rus
Hormesis in barley (Hordeum vulgare L.) plants derived from -irradiated seeds under contrasting weather conditions
Identification of mechanisms of adaptive response to weak external exposure is one of the most complex and urgent problems of the modern biology. Such reactions include the effect of hormesis which is the stimulating effect of moderate doses of stressors (e.g. the low doses of various physical and chemical agents) repeatedly confirmed at all levels of the organization of living matter. The dynamics of the growth and development of the plants, grown from γ-irradiated barley ( Hordeum vulgare L.) seeds of Nur variety, which combines high productivity potential (up to 80 c/ha), resistance to drought, good forage and brewing qualities of grain, high resistance to lodging and serious diseases, was studied in a field trial. It was shown that irradiation of seeds significantly influenced the development of plants throughout the vegetative period. The duration of the initial stages of ontogenesis was shortened, and the phase of full ripeness came on 5-7 days earlier than in the control. The length of the stems, the weight of 1000 grains, the number of grains per ear, the number of productive stems, the weight of straw and ears increased. The dependence of economically valuable traits on the dose of γ-irradiation of seeds was statistically significantly better described by models that take into account the effect of hormesis. The manifestation of the effect of presowing γ-irradiation was different in the years with contrasting weather conditions. In the dry year of 2014, the increase in yield was determined by the increase in the number of productive stems, and under optimal conditions in 2015, this was due to the increase in the number of grains per ear. In 2016, an increase in the amount of precipitation by 2.5 times relative to the climatic norm leveled the stimulating effects. The results obtained in this study indicate that presowing g-irradiation of seeds notably affects the development of barley plants throughout the growing season, significantly changing the structure of the crop. In the plants from the seeds irradiated at stimulating doses, the manifestation of economically valuable traits was statistically significantly increased when vegetation seasons were contrasting in weather conditions. Realization of the effect of hormesis specifically depends on the conditions in which the plants developed.
Список литературы Проявление эффекта гормезиса у растений ячменя (Hordeum vulgare L.) в контрастных условиях произрастания при -облучении семян
- Calabrese E.J., Baldwin L.A. Radiation hormesis: its historical foundations as a biological hypothesis. Human & Experimental Toxicology, 2000, 19: 41-75 ( ) DOI: 10.1191/096032700678815602
- Gressel J., Dodds J. Commentary: Hormesis can be used in enhancing plant productivity and health; but not as previously envisaged. Plant Sci., 2013, 213: 123-127 ( ) DOI: 10.1016/j.plantsci.2013.09.007
- Belz R.G., Duke S.O. Herbicides and plant hormesis. Pest Management Science, 2014, 70: 698-707 ( ) DOI: 10.1002/ps.3726
- Волкова П.Ю., Чурюкин Р.С., Гераськин С.А. Влияние γ-облучения семян на активность ферментов в проростках ячменя. Радиационная биология. Радиоэкология, 2016, 56(2): 1-7 ( ) DOI: 10.7868/S0869803116020144
- Kurobane I., Yamagughi H. The effects of gamma irradiation on the production and secretion of enzymes, and on enzyme activities in barley seeds. Environmental and Experimental Botany, 1979, 19: 75-84 ( ) DOI: 10.1016/0098-8472(79)90011-X
- Аксенова Н.П. Регуляция покоя и прорастания клубней картофеля. Физиология растений, 2013, 60(3): 307-319.
- Okamoto H., Tatara A. Effect of low dose γ-irradiation on the cell cycle duration of barley roots. Environmental and Experimental Botany, 1995, 35(3): 73-88 ( ) DOI: 10.1016/0098-8472(95)00008-6
- Гудков И.Н. Основы общей и сельскохозяйственной радиобиологии. Киев, 1991.
- Гудков И.Н. Анализ причин неудовлетворительной воспроизводимости в полевых условиях стимулирующего эффекта ионизирующей радиации при предпосевном облучении семян сельскохозяйственных культур. В сб.: Сельскохозяйственная радиобиология. Кишинев, 1989: 49-56.
- Доспехов Б.А. Методика полевого эксперимента. М., 1985.
- Гераськин С.А., Чурюкин Р.С., Казакова Е.А. Модификация γ-облучением семян развития растений ячменя на ранних этапах онтогенеза. Радиационная биология. Радиоэкология, 2015, 55(5): 607-615 ( ) DOI: 10.7868/S0869803115060065
- Geraskin S., Churyukin R., Volkova P. Radiation exposure of barley seeds can modify the early stages of plants’ development. Journal of Environmental Radioactivity, 2017, 177: 71-83 ( ) DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.06.008
- Belz R.G., Cedegreen N. Parthenin hormesis in plants depends on growth conditions. Environmental and Experimental Botany, 2010, 69: 293-301 ( ) DOI: 10.1016/j.envexpbot.2010.04.010
- Гидрометцентр России. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Режим доступа: http://meteoinfo.ru/climate/klimatgorod/1695-1246618396. Без даты.
- Cedergreen N., Ritz C., Streibig J.C. Improved empirical models describing hormesis. Environmental Toxicology and Chemistry, 2007, 24(12): 3166-3172 ( ) DOI: 10.1897/05-014R.1
- Левин В.И. Агроэкологические аспекты предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур гамма-лучами. М., 2000.
- Кузин А.М. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы (к проблеме биологического действия малых доз). М., 1977.
- Березина Н.М. Предпосевное облучение семян сельскохозяйственных растений. М., 1964.
- Arisnabarreta S., Miralles D.J. Radiation effects on potential number of grains per spike and biomass partitioning in two-and six-rowed near isogenic barley lines. Field Crops Research, 2008, 107(3): 203-210 ( ) DOI: 10.1016/j.fcr.2008.01.005
- Железнов А.В., Железнова Н.Б., Кукоева Т.В. Изменчивость ячменя разного географического происхождения по элементам структуры урожая. Сельскохозяйственная биология, 2012, 1: 33-40 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2012.1.33rus
- Коновалов Ю.Б. Формирование продуктивности колоса яровой пшеницы и ячменя. М., 1981.
- Шатилов Н.С., Ваулин А.В. Динамика ассимиляционной поверхности и роль отдельных органов растений в формировании урожая ячменя. Известия ТСХА, 1972, 1: 35-40.
- Ray D.P., Gerber J.S., MacDonald G.M., West P.C. Climate variation explains a third of global crop yield variability. Nature communications, 2014, 1: 1-9 ( ) DOI: 10.1038/ncomms6989
- Sheppard S.C., Hawkins J.L. Radiation hormesis of seedlings and seeds, simply elusive or an artifact? Environmental and Experimental Botany, 1990, 30: 17-25 ( ) DOI: 10.1016/0098-8472(90)90004-N
- Грингоф И.Г. Клещенко А.Д. Основы сельскохозяйственной метеорологии. Обнинск, 2011.
- Можаев Н.И., Серикпаев Н.А., Стыбаев Г.Ж. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. Астана, 2013.
- Hodge A., Berta G., Doussan C., Merchan F., Crespi M. Plant root growth, architecture and function. Plant Soil, 2009, 321: 153-187 ( ) DOI: 10.1007/s11104-009-9929-9
- Melki M., Marouani A. Effects of gamma rays irradiation on seed germination and growth of hard wheat. Environmental Chemistry Letters, 2010, 8: 307-310 ( ) DOI: 10.1007/s10311-009-0222-1
- Плищенко В.М., Голубь А.С. Структура урожая ярового ячменя в зависимости от условий вегетации в период прохождения этапов онтогенез. АгроXXI, 2009, 1-3: 40-42.
