Влияние аморфного диоксида кремния на ростовые показатели сои на начальных этапах онтогенеза

Введение. В настоящее время нетрадиционные системы питания становятся важным продуктом инновационной науки. На сегодняшний день детальные исследования участия кремния, как макроэлемента питания растений зольного типа [1, 2], в физиологических процессах роста и развития культурных растений конкретной видовой принадлежности в определенных почвенноклиматических условиях весьма актуальны и востребованы на практике, так как современные фрагментарные научные изыскания направлены на поиск оптимальных и альтернативных традиционному производству решений повышения количества и качества урожаев за счет менее дорогостоящих препаратов с минимизированными дозами и щадящими способами внесения с целью снижения агрохимического прессинга на агробиоценозы [3].

Известно, что кремний является необходимым элементом в минеральном питании растений, а также участвует в биодоступности почвенных фосфатов и может повышать адсорбционную способность почв по отношению к подвижным формам азота, содействовать улучшенному распределению нутриентов в растении при дефиците железа, марганца, цинка [4]. Также имеются многочисленные сведения о том, что этот элемент может выступать как адаптоген и участвовать в предотвращении полегания растений, в защите от биотических и абиотических стрессов, в повышении эффективности использования макро- и микроэлементов, в улучшении фотосинтетических, биохимических и ростовых процессов [1, 5-7].

Целью исследований является оценка перспектив использования кремнесодержащих веществ аморфной массы как регуляторов роста растений сои.

Условия, материалы и методы. В качестве объекта исследований использовали сою отечественного нового перспективного раннего с тенденцией к среднераннему сорта Лидер 1 детерминантного типа роста (в Госреестре РФ с 2019 г.) селекции ООО «АСТ» [8]. Семена сои проращивали в лабораторных условиях в климатической камере для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях (рис. 1) по ГОСТ 12038-84 [9] в рулонах фильтровальной бумаги для оценки энергии прорастания, лабораторной всхожести и последующего определения силы роста методом морфофизиологической оценки проростков [10].

В качестве препарата, содержащего органические соединения кремния, использовали новейший инновационный агрохимикат под торговым названием ApaSil, разработанного компанией ФосАгро, в состав которого входит аморфный диоксид кремния с повышенным содержанием монокремниевой кислоты, т.е. сочетание двух самых доступных для растения источников кремния. Компания презентует данный агрохимикат как адаптоген с высоким содержанием (31,5 %) биологически активного кремния, который стимулирует рост растений, повышает естественный иммунитет, помогает адаптироваться к стрессовым условиям абиотического и биотического характера (засухе, засолению почвы и поражениям грибными патогенами).

Данный препарат использовали для предпосевной обработки семян сои за день до посева. Начиная с 7-го дня проводили измерения морфометрических показателей.

на11-ые сутки                           на 7-ые сутки

Рисунок 1 — Проращивание семян сои в фитотроне

Схема опыта включала следующие варианты:

вариант 1 – необработанные семена (контроль);

вариант 2 — предпосевная обработка семян препаратом ApaSil 25 г/т семян, вариант 3 - предпосевная обработка семян препаратом ApaSil 100 г/т семян. Расход рабочего раствора – 30 л/т.

Условия проращивания в климатической камере: до 7 суток — t воздуха 20°С, влажность воздуха 65 %, в темноте; от 7 суток — параметры воздуха и влажности те же, с включением режима «день-ночь», длительность режима освещения 12 часов.

Микроскопирование проводили с использованием Микмед-6 в проходящем свете с освещением по методу светлого поля и системы визуализации для фиксации диаметра (в мкм) поперечного среза гипокотиля проростков сои.

Активность пероксидазы определяли методом Бояркина по скорости окисления субстрата - бензидина перикисью водорода [11]. К 0,5 мл ацетатного буфера (рН 6,0) добавляли 0,5 мл раствора супернатанта (навеска растительного материала в ацетатном буфере) и 0,5 мл раствора бензидина. Реакцию инициировали введением 0,5 мл 3-% перекиси водорода. Увеличение поглощения раствора регистрировали при 670 нм для продукта окисления бензидина после реактивного перемешивания реагентов непосредственно в кюветах толщиной 10 мм на спектрофотометре ПЭ-5300ВИ.

Статистическая обработка данных проведена с помощью Дисперсия 3.0 (Office XL).

Результаты и обсуждение. В результате проведения лабораторных исследований впервые получены данные о влиянии предпосевной обработки семян сои сорта Лидер 1 различными концентрациями агрохимиката ApaSil на начальном этапе онтогенеза.

Общей реакцией на предпосевную обработку семян являлось увеличение показателей посевных качеств семян (рис. 2), а именно лабораторная всхожесть возросла на 17 % и 9,3 % в относительном исчислении соответственно с дозами внесения 25 и 100 г/т.

%

• ■    Энергия прорастания, %

• ■    Всхожесть, %

Контроль      25 г/т       100 г/т

Рисунок 2 — Влияние ApaSil на посевные качества семян (построен на основе данных полученных авторами)

Предпосевная обработка семян сои ApaSil в дозах, максимально и минимально рекомендованных производителем, достаточно эффективно воздействовала на начальные этапы ростовых процессов (табл. 1).

Уже на 7 -е сутки проращивания выделился вариант с дозой внесения 25 г/т, высота проростков в опытном варианте превышала контроль в 1,13 раза или на 12,6 %, а на 14 -е сутки — в 1,05 раза или на 4,5 %. Применение же более высокой дозы (100 г/т) привело к некоторому ингибированию линейных процессов роста, так как на 11 -е сутки исследований длина проростка по отношению к контрольному варианту уменьшилась в среднем на 4,5 мм или на 2,5 %. Однако, показатель отношения сухой биомассы проростка в мг к 1 погонному см на данном опытном варианте превышает контроль на 9 %, а в варианте с дозой внесения 25 г/т — на 4,4 % (рис. 3).

Таблица 1 — Влияние ApaSil на морфометрические показатели проростков (в

среднем на 1 растение)
Вариант	Доза внесения, г/т	Длина корня, мм	Длина стебля, мм	Длина проростка, мм	Сухая биомасса проростка, г.
на 7– е сутки проращивания
Контроль	-	48,7	30,6	79,3	0,142
Предпосевная обработка семян ApaSil	25	51,7	37,6	89,3	0,157
	100	48,8	32,6	81,4	0,154
НСР 05	-	2,09	4,51	-	-
на 11 - е сутки проращивания
Контроль	-	113,5	70,5	184,0	0,150
Предпосевная обработка      семян ApaSil	25	116,3	76,0	192,3	0,165
	100	103,6	75,9	179,5	0,162
НСР 05	-	1,39	1,72	-	-

Рисунок 3 - Влияние ApaSil на накопление сухой биомассы на 11 -е сутки проращивания (в среднем на 1 растение), мг/погонный см проростка (построен на основе данных полученных авторами)

Растения сои показали высокую отзывчивость на предпосевную обработку семян по толщине стебля при низких показателях его длины по отношению к контролю на варианте с дозой внесения 100 г/т (табл. 2, рис. 4).

Таблица 2 - Влияние ApaSil на формирование толщины стебля

Вариант	Доза внесения, г/т	Толщина стебля, мкм*	Прибавка к контролю
			мкм	%
Контроль	-	2286	-	-
Предпосевная обработка семян ApaSil	25	2185	- 101	-4,4
	100	2426	140	6,1
НСР 05	92,7

- на уровне 1 см от корня

Рисунок 4 — Поперечный срез стебля проростка (слева — контроль, справа — ApaSil, 100 г/т) (получен с использованием микроскопа Микмед-6)

Растения опытных вариантов характеризуются более разветвленной корневой системой и более мощными растениями (рис. 5).

Были также изучены процесс перекисного окисления липидов и состояние одного из компонентов антиоксидантной системы — активность пероксидазы — фермента, обеспечивающего высокую резистентность клеток к воздействию избытка активных форм кислорода в результате, протекающих в живых организмах, окислительно-восстановительных реакций [12, 13].

Рисунок 5 — Проростки сои: слева — на 7 -е сутки проращивания, справа — на 11 -е сутки (К — необработанные семена, 4.1. - семена, обработанные ApaSil, 25 г/т, 4.2. - семена, обработанные ApaSil, 100 г/т)

Высокая активность пероксидазы в проростках семян, подвергнутых предпосевной обработке ApaSil в дозе 100 г/т (рис. 6), в сравнении с контролем и вариантом с дозой внесения 25 г/т свидетельствует о том, что в них активнее делятся клетки, в результате чего избыток накопленных активных форм кислорода регулируется данным ферментом.

Наши исследования подтверждают эксперименты других ученых, в которых также под воздействием кремния увеличивается активность пероксидазы в растениях в сравнении с контролем как индикатора стрессового состояния, характеризующего защитные реакции устойчивости клеток к окислительному стресс-фактору [14, 15].

Рисунок 6 – Активность пероксидазы проростков сои после применения предпосевной обработки семян ApaSil, выражена в усл. ед., при достоверных значениях P≥0,05 (построен на основе данных полученных авторами)

Выводы. Таким образом, предпосевная обработка семян сои сорта Лидер1 кремнесодержащим препаратом повышает посевные качества семян и интенсифицирует ростовые процессы в камеральных условиях. В данном случае, агрохимикат ApaSil является эффективным стимулятором роста на начальных этапах онтогенеза, в зависимости от доз внесения, активизирует основные метаболические процессы и повышает дыхание в биогенной системе, характеризующие активный рост и развитие, вследствие чего инициируется активность антиоксидантной системы защиты, нейтрализующей избыток активных форм кислорода, а также способствует улучшению морфометрических характеристик проростков:  увеличению длины или толщины стебля, формированию более разветвленной корневой системы.

№ 4. С. 40–46. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10411.

7747/7/2/33/htm. doi:10.3390/plants7020033 (дата обращения: 26.01.2023).

«Сорта растений» (официальное издание). – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», – 2021. – 719 с.

S. 40–46. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10411.

7747/7/2/33/htm. doi:10.3390/plants7020033 (data obrashcheniya: 26.01.2023).

«Sorta rasteniy» (ofitsialnoe izdanie). – M.: FGBNU «Rosinformagrotekh», – 2021. – 719 s.