Влияние степени сульфатного засоления на ростовые процессы генотипов яровой мягкой пшеницы

Аграрный вестник Урала № 1 (119), 2014 г. - < JJJ^^L

_Агрономия ЩР^

УДК 633.11.321

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ СУЛЬФАТНОГО ЗАСОЛЕНИЯ НА РОСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ГЕНОТИПОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

А. Т. ХУСАИНОВ,

доктор биологических наук, профессор,

академик Академии сельскохозяйственных наук Республики Казахстан, Г. Т. СЫЗДЫКОВА,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Ю. А. АНДРЕЕВА,

соискатель, Кокшетауский государственный университет имени Ш. Уалиханова

Ключевые слова: засоление почв, солевой раствор, яровая мягкая пшеница, сульфат натрия, ингибирование, со-леустойчивость, динамика роста корней, динамика роста проростков.

В лабораторных исследования изучалось влияние степени сульфатного засоления на динамику развития зародышевых корней и проростков. Семена яровой мягкой пшеницы проращивались в растворах Na2SO4 различных концентраций 1; 1,5; 1,8 % с интервалом 5, 10, 15 суток. В качестве контроля использовались семена пророщенные в дистиллированной воде. Исследовались следующие признаки: длина проростков, суммарная длина и сырая масса корней, что является одним из основных методов оценки солеустойчивости растений. Анализ исследования показал следующее: ингибирующее действие солей отмечено на всех признаках оценки солеустойчивости изучаемых генотипов. Причиной торможения роста проростков в засоленных субстратах является резкое ингибирование в них синтетических процессов, обусловленное аккумуляцией в клетках повышенным содержанием ионов солей. Дальнейшее увеличение концентрации солей угнетает ростовые процессы, вплоть до гибели растений. Это указывает на общебиологический эффект торможения роста от повышенных концентраций солей в среде. Рост вегетативных органов в условиях засоления существенно угнетается тем сильнее, чем выше уровень засоленного субстрата, что приводит к заметному снижению величины всех параметров, характеризующие ростовые процессы. Проростки в условиях засоления угнетались в большей степени, чем корневая система. По результатам нашего исследования, к числу устойчивых образцов к сульфатному типу засоления отнесены сорта и номера раннеспелой группы Лютесценс 647, Казахстанская раннеспелая ст, Лютесценс 898, среднеспелой группы Скэнт 3, Икар, у которых угнетение ростовых процессов в условиях стресса проявлялось в меньшей степени. Выделившиеся раннеспелые и среднеспелые генотипы на сульфатном фоне могут быть использованы в качестве исходного материала для селекции на солеустойчивость.

THE EFFECT OF THE SULFATE SALINITY DEGREE

ON THE GROWTH PROCESSES OF SPRING SOFT WHEAT GENOTYPES

A. T. HUSAINOV,

doctor of biological sciences, professor, academician of the Academy of agricultural sciences of Kazakhstan, G. T. SYZDYKOVA,

candidate of agricultural sciences, associate professor, YU. A. ANDREEVA,

aspirant, Kokshetau state university of Sh. Ualihanov

Keywords: salinization, saline, spring soft wheat, sodium sulfate, inhibition, salt tolerance, roots growth dynamics, seedlings growth dynamics.

The influence of sulphatic salinization extent on dynamics of germinal roots and sprouts development was studied in laboratory researches. Seeds of spring soft wheat were couched in Na2SO4 solutions of various concentration of 1; 1.5; 1.8 % with an interval of 5, 10, 15 days. The seeds germinated in the distilled water were used as a control. The following signs were investigated: length of sprouts, total length and crude mass of roots that is one of the main assessment methods of plants salt-endurance. The analysis of research showed the following: inhibiting effect of salts was noted on all parameters of salt-endurance assessment of studied genotypes. The reason of sprouts growth inhibition in the salted substrata is the sharp inhibition of the synthetic processes in them, caused by accumulation of salt ions. The further increase in concentration of salts suppresses growth processes, up to a death of plants. It indicates the all-biological effect of growth inhibition from the increased concentration of salts in the environment. The more the level of the salted substratum, the more is the suppression of the growth of vegetative bodies in the conditions of salinization that leads to a noticeable decrease in all parameters, characterizing growth processes. The sprouts in the conditions of salinization were suppressed more than the root system. According to the results of our research the most resistant to sulphatic type of salinization were an early ripe variety Lutescent group 647, Kazakhstan earlyripe Lutescent 898, mid-season group of Skent 3, Ikar which showed less oppression of growth processes in stress conditions. These early ripe and mid-season genotypes can be used as an initial material on a sulphatic background for selection on salt-endurance.

Положительная рецензия представлена А. Ф. Степановым, доктором сельскохозяйственных наук Омского государственного аграрного университета имени П. А. Столыпина.

Агрономия

Фактор засоления отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений, вызывающий значительные потери урожая. Засоление приводит к подавлению ростовых процессов, снижению оводненно-сти, водоудерживающей способности и интенсивности транспирации листьев. Засоленность почв постоянно возрастает вследствие повышения аридности климата и применения полива в земледелии [1, 4]. Неравномерность уровня засоления почв затрудняет отбор солеустойчивых форм по урожайности растений в полевых условиях [2]. Поэтому изучение механизма действия засоления и формирования устойчивости к нему у растений представляет несомненный интерес [3].

Цель и методика исследований.

Целью исследования являлось изучить влияние степени сульфатного засоления на динамику развития зародышевых корней и проростков.

Семена яровой мягкой пшеницы проращивались в растворах Йа^04 различных концентраций 1; 1,5; 1,8 % с интервалом 5, 10, 15 суток. В качестве контроля использовались семена пророщенные в дистиллированной воде.

Материалом исследования является расширенный набор генотипов яровой мягкой пшеницы различных групп спелости. Всего изучено 52 генотипа: из них 33 — среднеспелых, 17 — раннеспелых за стандарт были взяты: у раннеспелых — Астана, у среднеспелых — Акмола 2.

Повторность опыта — трехкратная, количество исследуемых проростков — 25.

Исследовались следующие признаки: длина проростков, суммарная длина и сырая масса корней, что является одним из основных методов оценки солеу-стойчивости растений. Анализ исследования показал следующее: ингибирующее действие солей отмечено на всех признаках оценки солеустойчивости изучаемых генотипов.

Результаты исследований.

Наши исследования показали, что наблюдалась динамика развития зародышевых корней и проростков после 5, 10, 15 суток у генотипов различных групп спелости при сульфатном засолении.

Сульфатное засоление вызвало снижение большинства изученных признаков зародышевых корешков и проростков.

У раннеспелых генотипов на 15-е сутки средние по группе показатели при различных концентрациях

сульфатного засоления показали результаты выше, чем после 5 и 10 суток. По сравнению с контролем длина зародышевых корешков на фоне с в среднем по образцам раннеспелой группы уменьшилось на 42,4-82,1 %, по массе корней процент снижения составил у сортов и номеров раннеспелой группы 58,8-90,4 %, в зависимости от концентрации солевого раствора (рис. 1). Сырая масса проростков под действием сульфатного засоления уменьшалась на 70,2-93,7 %, длина проростка в стрессовых условиях также проявила ингибирующее действие и составила 77,0-95,3 % (рис. 3).

В контрольном варианте по длине корешка выделились номера Лютесценс 898 (8,3 мм), Лютесценс 243 (8,1 мм) при среднем значении 7,8 мм и стандарта Казахстанская раннеспелая (7,9 мм). Наименьшая длина корешка у номера Лютесценс 596 (7,4 мм). По массе корешка наилучшие показатели также у номеров Лютесценс 898 (18,4 г), Лютесценс 243 (17,7 г), что на 1,2-1,9 г выше среднего значения (16,5 г). Длина ростка при среднем значении 16,9 мм варьировала от 13,5 мм (Лютесценс 506) до 20,1 мм (Лютесценс 681) при этом стандарт Казахстанская раннеспелая имела длину 18,7 мм. Масса ростка находилась в пределах от 16,2 г (Лютесценс 506) до 21,9 г (Лютесценс 681) при среднем значении по группе 19,1 г и стандарта Казахстанская раннеспелая (20,9 г). Таким образом, в контрольном варианте генотипы по данным показателям проявили себя неодинаково.

При 1 %-м растворе данные средние зна-

чения в сравнении с контрольным вариантом в несколько раз ниже. Масса корешка при среднем значении 6,8 г варьировала от 7,7 г (стандарт Казахстанская раннеспелая) до 6,1 г (Лютесценс 506). Длина ростка составила 3,9 мм (среднее значение), что в 5 раз меньше контрольного варианта (16,9 мм). Наилучший показатель по длине ростка у номера Лютесценс 243 (5,0 мм), Лютесценс 681 (4,2 мм), наименьшее значение у Лютесценс 898 (3,4 мм) в сравнении со стандартом Казахстанская раннеспелая (3,6 мм) и средним значением (3,9 мм). Масса ростка при среднем значении (5,7 г) и стандарт Казахстанская раннеспелая (5,3 г), формировал наилучшие показатели номер Лютесценс 243 (7,3 г), Лютес-ценс 681 (6,1 г). Наименьший результат в сравнении со стандартом и средним значением (5,7 г) у номеров Лютесценс 506 (4,9 г), Лютесцнес 898 (5,2 г).

Рисунок 1

Динамика роста общей длины зародышевых корешков у раннеспелых сортов и номеров яровой мягкой пшеницы

при сульфатном засолении

Рисунок 2

Динамика роста общей длины зародышевых корешков у среднеспелых сортов и номеров яровой мягкой пшеницы

при сульфатном засолении www.m-avu.narod.ru www.avu.usaca.ru

Агрономия ф

• 12 10

т б s

5 4

-5 суток "10 суток 15 с ути к

1,50%

1,80%

g I?

суток »10 суток 15 суток

Рисунок 3

Динамика развития проростков раннеспелых сортов и номеров яровой мягкой пшеницы при сульфатном засолении

При 1,5% растворе Na2SO4 семена формировали зародышевые корешки и росток, хотя полученные значения ниже, чем при 1 %-м растворе Na2SO4. Так, длина корешка при среднем значении по группе (2,5 мм) и стандарта Казахстанская раннеспелая (2,7 мм) находилась в пределах от 2,1 мм (Лютесценс 681, Лютесценс 506) до 2,9 мм (Лютесценс 647). Масса корешка имела среднее значение 4,7 г, у стандарта Казахстанская раннеспелая (5,4 г). Выше среднего значения (4,7 г) у номера Лютесценс 647 (5,1 г) и на его уровне у Лютесценс 243 (4,7 г). Остальные номера формировали массу корешка ниже среднего значения (4,7 г) и стандартного сорта (5,4 г). Среднее значение по длине корешка составила 1,3 мм и варьировала от 0,9 мм (Лютесценс 506) до 1,6 мм (Лютесценс 898), при показателе стандарта Казахстанская раннеспелая (1,4 мм). Масса корешка при значении стандарта Казахстанская раннеспелая (2,1 г) и среднего значения (2,3 г) изменялись в пределах от 1,8 г (Лютесценс 681, Лютесценс 506) до 3,2 г (Лютесценс 898).

При повышении концентрации раствора до 1,8 % сульфатного засоления данные показатели в сравнении со средним значением по группе с контрольным вариантом снизилась устойчивость к засолению от 6 до 15,9 раз, при 1 % — от 4,3-4,8 раза и при 1,5 % — от 1,6-2,9 раза. Масса корешка варьировала от 1,3 г (Лютесценс 243) до 1,9 г (Лютесценс 898), при среднем значении по группе 1,6 г и показателе стандарта Казахстанская раннеспелая (1,8 г). Длина ростка имела одинаковое среднее значение и показатели стандарта (0,8 мм), выше формировали номера Лю-тесценс 898 (1,1 мм), Лютесценс 647 (0,9 мм), Лютесценс 243 (0,9 мм). Необходимо отметить, что на 15 сутки все генотипы проявили устойчивость к концентрации солевого раствора (1; 1,5; 1,8 %) и формировали корешки и росток. Лучший показатель в сравнении со средним значением по группе и стандарта Казахстанская раннеспелая выделился при данных концентрациях растворе Na2SO4 номер Лютесценс 647, менее устойчив номер Лютесценс 506.

По образцам среднеспелой группы длина корней уменьшилось на 38,6-80,7 %, по массе корней процент снижения составил у сортов и номеров среднеспелой группы на 56,6-92,6 % (рис. 2).

У среднеспелых генотипов на 15-е сутки наблюдается формирование зародышевого корешка и развитие ростка при 1; 1,5; 1,8 % растворе Na2SO4. Сы-

Рисунок 4

Динамика развития проростков среднеспелых сортов и номеров яровой мягкой пшеницы при сульфатном засолении

рая масса проростков под действием сульфатного засоления уменьшалась на 57,7-96,0 %. Длина проростка в стрессовых условиях также проявила инги-бирующее действие и составила 72,3-96,3 % (рис. 4).

В контрольном варианте длина корешка через 15 суток имела среднее значение по группе 5,7 мм и находилась в пределах от 4,4 мм (СКЭНТ 3, Лютесценс 671) до 7,4 мм (Лютесценс 29) при этом значении стандарт Акмола 2 равна (6,0 мм).

Масса корешка при среднем показателе 16,1 г варьировала от 13,9 г (Лютесценс 671) до 18,2 (Лютесценс 824). Среднее по группе длина ростка составила 21,3 г. Масса ростка при значении стандарта Акмо-ла 2 (24,2 г) и среднее по группе 22,2 г, находилась в пределах от 20,3 г (СКЭНТ 3) до 25,0 г (Икар).

Исследование развития зародышевых корешков и проростков при 1 %-й концентрации раствора Na2SO4 вышеуказанные показатели были ниже в 2 раза контрольного варианта. Так, длина корешка при среднем значении по группе составила 3,5 мм, что ниже 2,2 мм контрольного варианта. Наибольшую длину формировали генотипы Икар, Лютесценс 29. Наименьший показатель у номера Лютесценс 671. Масса корешка варьировала от 4,5 г (Лютесценс 671) до 10,7 г (Мильтурум 156), при среднем значении по группе равный 7,0 г и стандарта Акмола 2 (8,1 г). В среднем показатель по группе длины ростка равен 5,9 мм и стандарт Акмола 2 (4,4 мм), в сравнении с контрольным вариантом она была ниже на 15,4 мм. Наилучший показатель по длине проростка наблюдалась у генотипов СКЭНТ 3 (9,1 мм), Мильтурум 156 (8,4 мм), Лютесценс 29 (7,7 мм), наименьший у номера Лютесценс 671 (3,2 мм). Масса ростка имела среднее значение по группе 9,4 г при этом стандарт Акмола 2 (7,7 г). Наибольшую массу ростка формировали генотипы Мильтурум 156 (16,0 г), СКЭНТ 3 (15,9 г), наименьшая у номера Лютесценс 671 (4,6 г).

При 1,5 %-й концентрации раствора Na2SO4 изученные показатели были ниже контрольного варианта от 3,2 до 19 раза, а при 1 % растворе от 1,9 до 6,3 раза. Так, длина корешка составила средний показатель по группе 1,8 мм, стандарт Акмола 2 (2,0 мм), лучшие значения имели сорта Икар (2,5 мм), СКЭНТ 3 (2,3 мм). Наименьший показатель по длине корешка у номера Лютесценс 671 (1,4 мм), Лютесценс 563 (1,4 мм). Масса корешка при среднем значении по группе 2,8 г, что 0,9 г выше стандарта Акмола 2 (1,9 г). Наибольшую массу корешка формировали сорта

Агрономия

Икар (6,0 г), СКЭНТ 3 (5,5 г), что от 2,7 до 4,1 г больше стандарта Акмола 2. Длина ростка при одинаковых значениях среднего по группе и стандарта Акмола 2 (1,1 мм), варьировала от 0,8 мм (Лютесценс 671) до 1,6 мм (СКЭНТ 3). При среднем значении масса проростка по группе равный 2,0 г, находилась в пределах от 0,9 г (Лютесценс 671) до 6,2 г (СКЭНТ 3).

Таким образом, при 1,5 %-й концентрации раствора Na2SO4 по выше рассмотренным показателям выделились сорта устойчивые к засолению Икар, СКЭНТ 3.

Длина корешка при 1,8 %-й концентрации раствора Na2SO4 имела среднее значение по группе равной 1,1 мм и находилась в интервале от 0,9 мм (Лютесценс 671, Лютесценс 824) до 1,2 мм (Акмола 2, СКЭНТ 3, Икар, Лютесценс 29). При этом масса корешка по группе составила 1,2 г, у стандарта Акмола 2 — 1,3 г и варьировала от 1,0 г (Лютесценс 824, Лютесценс 671) до 1,3 г (СКЭНТ 3). Длина ростка при среднем значении по группе 0,8 мм, варьировала от 0,6 мм (Лютесценс 671) до 1,0 мм (СКЭНТ 3). Среднее значение массы ростка равный 0,9 г и стан-

Литература

1. Flowers T. J. Improving crop salt tolerance // J. Exp. Bot. 2004. № 55. P. 307-319.

2. Davenport R., James R. A., Zakrisson-Plogander A. et al. Control of sodium transport in durum wheat // Plant Physiol. 2005. № 137. P. 807-818.

3. Данильчук П. В., Яценко Г. И., Склифосовский В. А. Развитие корней и надземной массы озимой пшеницы // Вестник сельскохозяйственной науки. 1970. № 10. С. 50-54.

4. Кузнецов В. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. М. : Высшая школа, 2005.

References

1. Flowers T. J. Improving crop salt tolerance // J. Exp. Bot. 2004. № 55. P. 307-319.

2. Davenport R. James R. A. Zakrisson-Plogander A. et al. Control of sodium transport in durum wheat // Plant Physiol. 2005. № 137. P. 807-818.

3. Danilchuk P. V., Yatsenko G. I. Sklifosovsky V. A. Development of roots and overground weight of winter wheat // Messenger of agricultural science. 1970. № 10. P. 50-54.

4. Kuznetsov V. V., Dmitriev G. A. Physiology of plants. M. : Higher school, 2005.

дарта Акмола 2 (0,8 г), наилучший показатель у сорта СКЭНТ 3 (1,1 г), а наименьший у генотипа Лютесценс 671 (0,6 г). Необходимо отметить, что по показателям зародышевого корешка и проростка при 1,8 %-й концентрации раствора выделились

сорта СКЭНТ 3, Икар и менее устойчивые к засолению номера Лютесцнес 671, Лютесценс 824.

Выводы. Рекомендации.

Проростки в условиях засоления угнетались в большей степени, чем корневая система. Таким образом, по результатам нашего исследования к числу устойчивых образцов к сульфатному типу засоления отнесены сорта и номера раннеспелой группы Лю-тесценс 647, Казахстанская раннеспелая ст, Лютесценс 898, среднеспелой группы Скэнт 3, Икар, у которых угнетение ростовых процессов в условиях стресса проявлялось в меньшей степени.

Таким образом, выделившиеся раннеспелые и среднеспелые генотипы на сульфатном фоне могут быть использованы в качестве исходного материала для селекции на солеустойчивость.