Влияние низких концентраций раствора NaCl на прорастание семян Hordeum vulgare L

альтернативы использования маннита. Опыт проводился на 6 ферментерах, по 3 ферментера на каждую среду. В таблице представлены усредненные результаты титрации, что позволяет сделать вывод об их достоверности.

На диаграмме можно увидеть, что среда №7 также подходит для культивирования Azotobacter chroococcum. Азотобактер хорошо усваивает такой источник углерода как сахарозу, но использование маннита дает более высокие титры КОЕ.

Выводы

Можно результировать, что использование маннита в качестве источника углерода для выращивания Azotobacter chroococcum при глубинном периодическом культивировании является оптимальным, поскольку для большинства посторонних микроорганизмов он не может служить источником углерода, а азотобактером усваивается даже лучше, чем сахароза или меласса.

Увеличение количества K2HPO4 вопреки литературным данным не дает увеличения титров и скорости роста, а даже наоборот снижает, возможно, данная особенность культивирования применима не ко всем штаммам и не подходит для культивирования выбранного нами.

В результате проведенных опытов нами была подобрана оптимальная питательная среда, что дает возможность для производства бактериального удобрения, которое, согласно литературным данным, может повысить эффективность сельского хозяйства на 15-20% в отношении выращивания растительных культур.

Список литературы/ References

1. Аристовская Т.В. Геохимическая деятельность микроорганизмов как фактор почвенного плодородия в условиях разных экосистем / Т.В. Аристовская // - Успехи микробологии, 1985. - вып. 20. - С. 154- 174.

2. Петенко А.И., Кощаев А.Г., Жолобова И.С., Сазонова Н.С. Биотехнология кормов и кормовых добавок. -Краснодар, 2011. - 454 с.

3. Азотобактер // Большая советская энциклопедия: в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.

Список литературы на английском языке / References in English

1.Aristovkaya T.V. Geohimicheskaya deyatelnost mikroorganizmov kak factor pochvennogo plodorodia v usloviyah raznih ekosistem [The geochemical activity of microorganisms as a factor in soil fertility under different ecosystems] // Uspehi mikrobiologii [The success of microbiology]. - 1985 - P. 154-174 [in Russian]

2. Petenko A.I. Biotehnologia kormov I kormovih dobavok [Biotechnology feed and feed additives]. - Krasnodar, 2011. P.454. [in Russian]

3. Prohorov A.M. Bolshaya sovetskaya enciklopediya [Great Soviet Encyclopedia] - 1969-1978. - P. 104. [in Russian]

DOI: 10.18454/IRJ.2016.54.106

Гордеева И.В.

Кандидат биологических наук, Уральский государственный экономический университет ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРА NaCL НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН HORDEUM

VULGARE L.

Аннотация

В статье представлены результаты исследования влияния растворов NaCl концентраций 0,01 М, 0,02 М и 0,03 М на всхожесть семян и развитие проростков ячменя обыкновенного Hordeum vulgare, одной из самых солеустойчивых злаковых культур. Показано, что низкие концентрации раствора хлорида натрия (особенно 0,02 М) способны оказывать стимулирующее воздействие на прорастание семян, а также массу проростков, длину корешков и надземной части проростков на протяжении первых пяти суток проращивания. В то же время более высокие концентрации данной соли (начиная с 0,03 М) начинают ингибировать все процессы, связанные с прорастанием семян.

Ключевые слова: ячмень обыкновенный, прорастание семян, развитие проростков, хлорид натрия, соленость.

Gordeeva I.V.

PhD in Biology, Ural State University of Economics EFFECT OF NACL SOLUTION OF LOW CONCENTRATIONS ON SEED GERMINATION

OF HORDEUM VULGARE L.

Abstract

The article presents the results of research work devoted to study the effect of NaCl solutions of 0,01 M, 0,02 M and 0,03 M concentrations on the seed germination and seedling development of barley Hordeum vulgare that is known as one of the most salt tolerant crop. It is shown that low concentrations of sodium chloride solution (especially 0,02 M) can have a stimulating effect on the seed germination and seedling weight, length of the main root and aboveground part of seedlings during the first five days of germination. At the same time the higher salt concentrations (from 0,03 M)begin to inhibit all processes correlated with the seed germination.

Keywords: barley, seed germination, seedling development, sodium chloride, salinity.

Засоленность почвы представляет сложную экологическую проблему и относится к числу факторов, лимитирующих производство многих ценных сельскохозяйственных растений, включая злаки, так как оказывает значительное негативное влияние на всхожесть, рост и продуктивность значительного количества зерновых

культур [1]. В целом ряде исследований, посвященных изучению эффектов солевого стресса на различные параметры, характеризующие прорастание семян и дальнейшее развитие проростков, показано, что главными последствиями повышения концентрации ионов Na+ и Cl- в водных растворах и почве являются снижение всхожести (что, однако, может сопровождаться ускорением прорастания семян), уменьшение длины надземной и подземной части проростков, а также снижение жизнеспособности последних [2-13]. S. Ayed and others объясняют подобное влияние солевого стресса ограничением абсорбции воды семенами, а также непосредственным воздействием ионов на структурную организацию или синтез белков в процессе прорастания семян [12]. Данные параметры могут в значительной степени подвергаться воздействию ионных и осмотических компонентов солевого стресса, хотя значимость каждого из компонентов, так же как и степень ингибирования прорастания семян и дальнейшего развития растений носит видоспецифичный характер. Тем не менее, целый ряд исследований показывает существующую обратно пропорциональную зависимость между концентрацией растворов хлорида натрия, которыми обрабатывали семена, и способностью последних к прорастанию и дальнейшему развитию; видоспецифичный характер в основном носит лишь порог солевой толерантности конкретных растений [4-8]. В то же время обращает на себя внимание тот факт, что практически во всех работах изучение влияния NaCL на прорастание семян начинается с достаточно высоких концентраций последнего (как минимум, 0,05 М), так как предполагается, что растворы меньших концентраций не оказывают значимого влияния, либо оно соответствует общей тенденции. Авторов интересует максимальный предел толерантности, который определяется как видовой принадлежностью, так и генетическими особенностями конкретных растений.

В настоящей работе изучалось влияние растворов хлорида натрия малых концентраций (начиная с 0,01 М) на прорастание семян и дальнейшее развитие проростков ячменя обыкновенного Hordeum vulgare, ценной злаковой культуры, возделываемой в различных регионах России и мира. Методика эксперимента заключалась в следующем. Семена ячменя в количестве 40 штук помещались в стеклянные чашки Петри на фильтровальную бумагу и смачивались растворами поваренной соли в дистиллированной воде концентрациями 0,01 М, 0,02 М и 0,03 М в объеме 5 мл. В качестве контроля использовались семена, которые смачивались только дистиллированной водой. Культивирование осуществлялось при комнатной температуре (22-25oC) в течение пяти суток. Начиная со вторых суток культивирования регулярно оценивалась масса проростков и длина корешков, а с третьих суток измерялась еще и длина надземной части проростков. Кроме того, определялась итоговая всхожесть семян. Эксперимент проводился на протяжении апреля-июля 2016 г. в шести повторностях. На рис.1 и в табл.1-3 представлены обработанные результаты эксперимента. Статистическая оценка осуществлялась с использованием стандартного приложения программы Microsoft Excel, достоверность различий между экспериментальными и контрольными данными оценивалась на основании t-критерия.

По результатам оценки всхожести семян при разных концентрациях NaCl в растворах (рис.1) видно, что не существует четкой и однозначной зависимости между этими двумя переменными. Раствор хлорида натрия концентрацией 0,01 М действительно оказывал достоверный ингибирующий эффект на всхожесть семян по сравнению с контролем (68,0% против 78,5%), что согласуется с литературными данными и фиксировалось во всех повторностях эксперимента. В то же время дальнейшее увеличение концентрации солевого раствора до 0,02 М не только не усиливает негативный эффект на всхожесть, но, напротив, оказывает на последнюю стимулирующее воздействие даже по сравнению с контролем. Очевидно, это может быть связано с какими-то сложными биохимическими процессами, для которых определенные концентрации ионов Na+ и Cl- благоприятны и механизмы которых требуют дальнейшего изучения. Однако возрастание концентрации NaCl в растворе до 0,03 М вновь приводит к снижению всхожести, и в дальнейшем эта тенденция сохраняется в соответствии с классической схемой.

100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00%

9

78,50%

^ НПО/.

1

91,25%

69,20%

Я

я

я

я

я

1

контроль

0,01 М NaCl

0,02 M NaCl

0,03 M NaCl

Рис. 1 - Влияние растворов NaCl различных концентраций на всхожесть семян Hordeum vulgare

Таблица 1 - Влияние растворов NaCl различных концентраций на массу проростков Hordeum vulgare

Концентрация раствора NaCL Средняя масса проростков, мг

2-е сутки 3-и сутки 4-е сутки 5-е сутки

контроль 101,9±1,9 137,1±2,5 160,4±2,1 204,0±6,7

0,01 М р-р 102,0±2,7 145,5±4,1* 162,9±2,2 206,7±6,4

0,02 М р-р 102,5±0,9 161,7±3,9** 203,8±4,3** 248,2±5,7**

0,03 М р-р 96,5±2,4* 108,8±4,1** 142,4±4,7** 176,2±8,2*

Примечание: * - статистически достоверное различие между выборкой и контролем Р<0,05; ** - Р<0,01. Таблица 2 - Влияние растворов ЫаС'Ь различных концентраций на длину корней проростков НоМеиш V и^аге

Концентрация раствора NaCL Средняя длина корней, мм

2-е сутки 3-и сутки 4-е сутки 5-е сутки

контроль 12,96±0,84 26,49±1,22 35,49±1,41 38,85±0,95

0,01 М р-р 16,27 ±0,83** 32,90±1,22* 43,13±0,77** 49,93±0,67**

0,02 М р-р 17,51±0,89** 34,28±0,82* 45,37±0,92 ** 54,81±1,42**

0,03 М р-р 14,42±0,42* 28,76±0,76 33,48±0,53 37,99±0,61

Таблица 3 - Влияние растворов NaCL различных концентраций на длину надземной части проростков _Hordeum vulgare_

Концентрация раствора NaCL Средняя длина надземной части, мм

3-и сутки 4-е сутки 5-е сутки

контроль 17,94±0,52 32,67±0,64 51,22±0,73

0,01 М р-р 24,57±0,46** 44,55±0,64** 66,83±0,84**

0,02 М р-р 24,95±0,92** 47,49±0,81** 73,35±0,65**

0,03 М р-р 21,94±0,62* 34,01±0,43* 55,22±0,31*

Что касается влияния растворов хлорида натрия на массу проростков (табл.1), то здесь уже наблюдается однозначная тенденция: при минимальном содержании данной соли в растворе (0,01 М и особенно 0,02 М) масса проростков возрастает, причем на вторые сутки различия по данному параметру между экспериментальными значениями и контролем незначительны, но в дальнейшем увеличиваются (Р<0,01 для 0,02 М раствора). Таким образом, можно констатировать, что низкие концентрации раствора №С1 не только не оказывают негативного эффекта на процессы, связанные с делением и ростом клеток, но могут даже оказывать на последние некое стимулирующее влияние. Однако дальнейшее увеличение содержания поваренной соли в растворе до 0,03 М приводит к достоверному снижению массы проростков по сравнению с контролем, что фиксируется на протяжении всех дней эксперимента.

Аналогичная картина наблюдается и при оценке размеров надземной и подземной части проростков (табл.2-3). Незначительные концентрации №С1 (0,01 М и 0,02 М) оказывают положительный эффект на данные параметры - на протяжении всех пяти суток эксперимента фиксировалось достоверное увеличение длины корешков, а впоследствии и надземной части растений по сравнению с контролем, причем максимальное расхождение значений наблюдалось при концентрации раствора хлорида натрия 0,02 М. Но дальнейшее возрастание концентрации раствора до 0,03 М уже не демонстрирует позитивного влияния на рост проростков, а напротив, происходит уменьшение всех показателей, которые в итоге практически не отличаются от контрольных. Можно предположить, что дальнейшее возрастание содержания №С1 в растворе будет демонстрировать классическую схему токсичного эффекта данной соли на семена и проростки злаковых культур, описанную в многочисленных экспериментах [1-13].

Таким образом, можно заключить, что низкие концентрации раствора хлорида натрия - 0,01 М и особенно 0,02 М не только не оказывают ингибирующего воздействия на биохимические процессы, происходящие при росте и делении клеток на ранних стадиях развития проростков ячменя, но напротив, благоприятны для вышеупомянутых процессов. Кроме того, солевой раствор №С1 концентрации 0,02 М также оказывает стимулирующий эффект и на прорастание семян данного злака. Механизмы подобного воздействия требуют дальнейшего изучения. Интерес также представляет сравнение эффекта солевых растворов аналогичных концентраций на прорастание семян других родственных видов злаковых культур.

Список литературы / References

1. Alwan A., Hussein Kh., Jaddoa Kh. Effect of sodium chloride on response of two wheat cultivars (Triticum aestivum L.) at germination and early seedling stages / A. Alwan, Kh. Hussein, Kh. Jaddoa // International Journal of Applied Agricultural Sciences.- 2015.- Vol. 1(3).- P.60-65.

2. Kochak-Zadeh A., Mousavi S., Eshraghi-Nejad M. The effect of salinity stress on germination and seedling growth of native and breeded varieties of wheat / A. Kochak-Zadeh, S, Mousavi, M. Eshraghi-Nejad // Journal of Novel Applied Sciences.- 2013.- Vol.2 (12).- P.703-709.

3. Sabah N. The effect of salinity on germination, growth characters, and emergence of barley Hordeum vulgaris L. in different soil textures / N. Sabah // Journal of Thi-Qar University.- 2008.- Vol.4, №1.- P. 17-26.

4. Bojovic B., Delic G., Topuzovic M., Stankovic M. Effects of NaCl on seed germination in some species from families Brassicaceae and Solanaceae / B. Bojovic, G. Delic, M. Topuzovic, M. Stankovic // Kragujevac Journal of Science.- 2010.-Vol.32.- P.83-87.

5. Kaholi B., Borgi Z., Hannachi Ch. Effect of sodium chloride on the germination of the seeds of a collection of carrot accessions (Daucus carota L.) cultivated in the region of Sidi Bouzid / B. Kaholi, Z. Borgi, Ch. Hannachi // Journal of Stress Physiology & Biochemistry.- 2014.- Vol.10.-№. 3.- P. 28-36.

6. Chachar Q., Solangi A., Vernoef A. Influence of sodium chloride on seed germination and seedling root growth of cotton (Gossypium hirsutum L.) / Q. Chachar, A. Solangi, A. Vernoef // Pakistan Journal of Botany.- Vol. 40(1).- P. 183-197.

7. Khan M., Malook I., Atlas A. and others The effect of sodium chloride (NaCl) stress on seed germination and seedling growth of rice (Oryza sativa L.) / M. Khan, I. Malook, A. Atlas and others.- 2014.- Vol. 2(4).- P.100-107.

8. Mohammed M., Benbella M., Talouizete A. Effect of sodium chloride on sunflower (Helianthus annuus L.) seed germination / M. Mohammed, M. Benbella, A. Talouizete // Helia.- 2002.- Vol.25.-№.37.- P.51-58.

9. Muhammad Z., Hussain F. Effect of NaCl salinity on the germination and seedling growth of some medicinal plants / Z. Muhammad, F. Hussain // Pakistan Journal of Botany.- 2010.- Vol. 42(2). P.889-897.

10. Naseri R., Emami T., Mirzaei A., Soleymanifard A. Effect of salinity (sodium chloride) on germination and seedling growth of barley (Hordeum Vulgare L.) cultivars / R. Nasei, T. Emami, A. Mirzaei, A. Soleymanifard // International Journal of Agriculture and Crop Sciences.- 2012.- Vol 4(13).- P.911-917.

11. Nyagah A.W., Musyimi D.M. Effects of sodium chloride solution stress on germination and growth of passion fruits seedling / A.W. Nyagah, D.M. Musyimi // ARPN Journal of Agricultural and Biological Science.- 2009.- Vol.4.- №5.- P.49-52.

12. Ayed S., Rassaa N., Chamekh Z. and others. Effect of salt stress (sodium chloride) on germination and seedling growth of durum wheat (Triticum durum Desf.) / S. Ayed, N. Rassaa, Z. Chamekh and others.-2014.-Vol.69(4).-P.320-325.

13. Tsegay B., Gebreslassie B. The effect of salinity (NaCl) on germination and early seedling growth of Lathyrus sativus and Pisum sativum var. abyssinicum / B. Tsegay, B. Gebreslassie // African Journal of Plant Science.- 2014.- Vol. 8(5).-P.225-231.