CC BY
57
УДК 581.1:633.87+630* 18+661.162.6(082)
КОНОНЮК Галина Алексеевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и общей экологии Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 52 научных публикаций
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ И АКАЦИИ НА ОБРАБОТКУ БИОРЕГУЛЯТОРАМИ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕСАДОЧНОГО СТРЕССА
Двухлетние сеянцы Pinus sylvestris L. и Caragana arborescens Lam. перед посадкой подвергали водному стрессу путем 4-6-часового подсушивания. Для оценки состояния растений использовались параметры водного обмена, количественное содержание свободного пролина и пигментов, морфометрические показатели. Установлен защитный эффект экзогенного эпибрассинолида (на сеянцах сосны) и гидроксикоричных кислот препарата циркон (на сеянцах акации) в условиях пересадочного стресса.
Pinus sylvestris L., Caragana arborescens Lam., сеянцы, водный стресс, эпибрассинолид, циркон, защитный эффект
Пересаживаемые сеянцы и саженцы древесных растений испытывают стресс, вызванный неизбежным травмированием и подсыханием корневых систем, что приводит к снижению потенциала жизнеспособности, к плохому укоренению и слабому последующему росту [1, 2]. Акклимации растений к стрессорному воздействию способствует обработка защитными веществами, в том числе фитогормонами, их синтетическими аналогами, продуктами вторичного метаболизма [3, 4]. К специальным агротехническим мероприятиям, позволяющим получать в лесных и декоративных питомниках высококачественный посадочный материал, относится применение биологически активных соединений [5].
Интерес к изучению и практическому использованию брассиностероидов вызван широ-
© Кононюк Г.А., 2011
ким спектром биологической активности этого класса фитогормонов в очень низких концентрациях (10-14 -10-4М). Экзогенные брассиносте-роиды, включаясь в гормональную систему регуляции, способны стимулировать рост и развитие растений, повышать их продуктивность и устойчивость к неблагоприятным факторам среды [6—8]. Судя по публикациям, акцент в применении брассиностероидов сделан на сельскохозяйственные культуры, их защиту от стрессоров и повышение урожайности. Древесные растения как объекты изучения, к сожалению, не привлекли должного внимания исследователей.
К перспективным биорациональным регуляторам роста относится также препарат циркон, активным действующим веществом которого являются гидроксикоричные кислоты (ГКК) -
фенольные соединения вторичного метаболизма растений, играющие важную роль в механизмах защиты растений [9,10]. Антистрессор-ный характер и экологическая безопасность применения брассиностероидов и ГКК послужили основанием для изучения влияния этих соединений на физиологическое состояние сеянцев сосны и акации при экспериментальном подсушивании перед посадкой.
Методика. Объекты исследования - двухлетние сеянцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и акации желтой (Caragana arborescens Lam.). Сеянцы выращивались в открытом грунте, агротехнические мероприятия проводились с учетом биологических особенностей сезонного роста растений и условий внешней среды по общепринятым методикам [11]. Весной в начале сезонного роста побегов половину всех сеянцев сосны обработали 5-10-8М водным раствором эпибрассинолида (Эб) -наиболее активным представителем брассино-стероидов. Через семь дней весь фонд сеянцев осторожно извлекали из земли, сортировали, отбирая однородный материал по развитию корневой системы, высоте стволика, степени сформированности почек, толщине корневой шейки. Как необработанные, так и обработанные эпибрассинолидом экземпляры сеянцев были разделены на две группы, по 80 растений в каждой. Контрольные группы сеянцев были высажены на подготовленные делянки сразу же (варианты - контроль (Кт) и эпибрассинолид (Эб)). Остальные растения подвергались подсушиванию в течение четырех часов при температуре 20°С, относительной влажности воздуха 65% и затем высаживались (варианты Пс, ЭбПс).
С двухлетними сеянцами акации поступали аналогично: выкапывали, отмывали корневую систему, сортировали, отбирая однородный по габитусу материал. Две группы сеянцев (по 100 штук в каждой) немедленно высаживали на подготовленные делянки, две другие группы сеянцев с оголенной корневой системой подсушивали в течение шести часов, а затем высаживали. Через сутки проводилась обработка растений препаратом циркон (произведен
НН1111 «НЭСТ М»), концентрация рабочего раствора - 0,3 мл/л. Схема опыта включала четыре варианта: контроль (Кт), циркон (Ц), подсушивание (Пс), подсушивание с цирконом (ПсЦ).
Во всех вариантах перед посадкой сеянцев определяли содержание воды в корневой системе. В начале и в конце вегетационных периодов учитывали выживаемость растений, у жизнеспособных сеянцев определяли морфометрические показатели. Водоудерживающую способность (ВС) листьев устанавливали методом завядания, содержание свободного про-лина - спектрофотометрически с нингидрино-вым реактивом [12], пигменты экстрагировали 80-процентным ацетоном и количественно определяли методом абсорбционной спектрофо-тометрии [13].
Результаты и обсуждение. Повреждение подсушиванием представляет собой сочетание низкого водного потенциала клеток, нарушение проницаемости мембран, изменение физиологобиохимических процессов, торможение роста корневых систем и побегов. Потеря воды корнями при 4-часовом пребывании изолированных сеянцев сосны на воздухе составила 6,4% в варианте Пс и 6,7% в варианте ЭбПс.
Приживаемость контрольных сеянцев сосны составила при осеннем учете 94%, отпад за зиму и вегетационный период следующего года не превысил 1%. В варианте Пс сохранность сеянцев сосны равнялась осенью 55,5%, а через год - 53,6%. Во всех случаях применение эпибрассинолида не оказало влияния на выживаемость сеянцев.
Согласно литературным данным, при действии на растение различных неблагоприятных факторов происходит накопление в клетках свободного пролина. Биологическое значение стресс-индуци-рованного пролина, его метаболизм и регуляция раскрываются в обзоре В.В. Кузнецова и Н.И. Шевяковой [14]. Эта аминокислота является осмопротектором, компонентом систем рН-стата, редокс-потенциала и антиоксидант-ной защиты, регулятором экспрессии генов, источником углерода, азота, энергии. Полифун-кциональная биологическая роль пролина про-
является как на этапе стресс-реакции, так и на этапе адаптации и позволяет повышать толерантность растений при водном дефиците, засолении, поражении фитопатогенами, высоко- и низкотемпературном воздействии. Содержание свободного пролина в тканях предложено использовать как биохимический маркер состояния растений [15, 16].
Данные, представленные на рис. 1, 2 свидетельствуют о том, что уровень содержания про-лина в хвое обработанных и необработанных эпибрассинолидом сеянцев в оптимальных условиях водоснабжения практически не отличается и составляет 3,19 и 3,00 мкМ/г сухой массы (анализ проведен за 5 дней до пересаживания сеянцев на постоянное место). Стресс пересаживания и экспериментально созданный подсушиванием гиперосмотический стресс приводят к сверхпродукции свободного пролина в хвое сеянцев. 4-часовое подсушивание необработанных биорегулятором растений вызывает повышение уровня содержания пролина в 2,1 раза. Обработанные эпибрассинолидом сеянцы при водном
дефиците аккумулируют пролин еще в большем количестве - содержание пролина в тканях увеличивается в 5,4 раза. Через год в осенних пробах хвои двух возрастов - однолетней и текущего года во всех вариантах содержание пролина составляет 1,01-1,58 мкМ/г сухой массы.
Информативными показателями физиологического статуса растений являются водоудерживающая способность и оводненность тканей (табл. 1).
Показано, что наибольшая скорость водоотдачи при завядании характерна для хвои сеянцев варианта Пс. Водоудерживающая способность тканей всех других вариантов (Кт, Эб, ЭбПс) выше. У обработанных эпиб-рассинолидом растений, перенесших подсушивание при пересадке, водный режим складывается более благоприятно, чем у растений без обработки, что положительно сказывается на интегральных показателях их состояния - ростовых процессах.
Отражением физиолого-биохимических нарушений в клетках при стрессе является изме-
У
й
&
и
а
§
§
а
25.00
20.00
15.00
10.00 5,00 0,00
□ Кт □ Эп □ Пс Н ЭпПс
Рис. 1. Содержание пролина в однолетней хвое двухлетних сеянцев сосны: 1 - через 2 суток после обработки эпибрассинолидом, 2 - через сутки после экспериментального подсушивания
Рис. 2. Содержание пролина в хвое трехлетних сеянцев: 1 - однолетняя хвоя в период роста побегов, 2 - хвоя текущего года по окончании сезонного роста побегов
1
2
Таблица 1
ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНОГО РЕЖИМА ОДНОЛЕТНЕЙ ХВОИ 3-ЛЕТНИХ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ В НАЧАЛЕ СЕЗОННОГО РОСТА ПОБЕГОВ
Вариант Без обработки эпибрассинолидом (-Эб) Обработка эпибрассинолидом (+Эб)
Оводненность, % =2,57 при Р=0,05)
Контроль (Кт) 75,52±0,43 74,38±0,64 1,48
Подсушивание (Пс) 73,41±0,16 74,02±0,12 3,05
*Ф 4,60 0,55
Водоудерживающая способность (ВС), % испарившейся воды к исходной массе (^ =2,78 при Р=0,05)
Контроль (Кт) 24,89 ±0,27 26,25±0Д6 4,33
Подсушивание (Пс) 32,24 ±0,21 27,97±0,11 18,02
*Ф 21,49 8,87
нение морфоструктуры растений (табл. 2). Сеянцы, перенесшие подсушивание, значительно отставали в росте от контрольных растений. Ростстимулирующий эффект эпибрассинолида отмечается как при предпосадочном подсушивании сеянцев, так и в контрольных условиях. Четырехлетние растения варианта ЭбПс мало отличались от растений варианта Кт по длине
в контроле на 26,2%, ширина - на 28,5%, площадь - на 36,7%. Защитный эффект экзогенно вносимого фитогормона при обезвоживании прослеживается в варианте ЭбПс на размерах хвои и охвоенности побега. Сопоставление вариантов контроль и эпибрассинолид указывает на достоверно значимое различие лишь по охвоенности побега - этот показатель больше
Таблица 2
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 4-ЛЕТНИХ САЖЕНЦЕВ СОСНЫ
Вариант Высота, см Прирост терминального побега, см Диаметр стволика на уровне корневой шейки, мм
Кт 28,7±0,2 10,7±0,2 6,0±0,1
Эб 31,6±0,3 11,9±0,3 6,1±0,1*
Пс 23,8±0,4 8,4±0,3 4,9±0,2
ЭбПс 27,2±0,5* 9,8±0,2* 5,1±0,1
Примечание: * — различие с контролем недостоверно при Р = 0,05.
годичных приростов центрального побега и в целом по высоте.
Последействие подсушивания и применения эпибрассинолида прослеживается на морфологии ассимиляционного аппарата побегов, формирующихся на следующий год (табл. 3)
У сосен 4-летнего возраста, перенесших подсушивание при пересадке без предобработки эпибрассинолидом, длина хвои меньше, чем
на фоне биорегулятора. Таким образом, обработка эпибрассинолидом повышает резистентность сеянцев сосны к водному стрессу, создаваемому подсушиванием перед посадкой, что проявляется в их физиологическом состоянии и морфологическом габитусе.
В проведенных опытах двухлетние сеянцы акации продемонстрировали высокую устойчивость к пересадочному стрессу и даже 6-часо-
Таблица 3
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ХВОИ ТЕКУЩЕГО ГОДА ЗАКОНЧИВШИХ РОСТ ПОБЕГОВ 4-ЛЕТНИХЛЕТНИХ САЖЕНЦЕВ СОСНЫ
Вариант Количество хвоинок на 1 см прироста, шт. Размеры хвоинки
Длина, мм Ширина, мм Толщина, мм Площадь, мм2
Кт 11,68±0,03 83,31±0,20 2,00±0,04 1,01±0,02 430,45
Эб 12,30±0,03 84,83±0,15* 1,99±0,03* 0,98±0,01* 430,58*
Пс 8,05±0,02 61,50±0,16 1,43±0,02 1,01±0,02* 272,64
ЭбПс 9,52±0,03 68,43±0,18 1,59±0,03 0,96±0,02* 308,64
Примечание: * различие с контролем недостоверно при Р = 0,05.
вое подсушивание не вызвало массовой гибели растений: во всех вариантах опыта выживаемость сеянцев осенью близка к 100%. Состояние растений вариантов Кт и Ц оценено как хорошее, удовлетворительному состоянию сеянцев на делянках ПС и ПСЦ соответствует завядший вид и значительный разброс по длине терминальных побегов. Весной следующего года сохранность сеянцев составила в контроле 92%, в варианте подсушивание - 63%; защитное действие циркона проявилось в сохранности 78% сеянцев, испытавших экспериментальный осмотический стресс перед посадкой. Сеянцы, перенесшие подсушивание перед посадкой, значительно отставали в росте от контрольных. Ростстимулирующий эффект циркона в варианте ПсЦ прослеживался в течение всего учетного периода.
Важным диагностическим показателем физиологического состояния растений является пигментный комплекс. Реакция фотосинтети-ческого аппарата сеянцев акации на подсушивание и обработку цирконом была неоднозначной и изменялась в ходе онтогенеза. В первые дни после обработки растений биорегулятором наблюдалось снижение содержания в листьях хлорофилла и каротиноидов. Подобная реакция растений известна на многие экзогенные биологически активные вещества и, как правило, она сменяется активизацией синтеза пигментов и их накоплением в ассимилирующих органах
[3]. Через три недели после обработки между вариантами контроль и циркон уже не отмечалось достоверной разницы в содержании зеленых пигментов, а в следующий вегетационный период в эти же сроки отбора проб у обработанных цирконом растений по сравнению с необработанными содержание хлорофилла а было выше на 10,6%, хлорофилла - на 11,2%, каротиноидов - на 5,6%. Подсушивание сеянцев нарушает биосинтез пигментов, приводит к быстрой деградации пигментного фонда, что регистрируется в первые дни наблюдений: в листьях акации с обработкой цирконом и без нее содержание хлорофиллов снижалось на 12,2% и 8,1%, каротиноидов - на 16,2% и 19,4% соответственно. Однако в дальнейшем отмечался четко выраженный положительный эффект препарата в отношении фонда пигментов фотосинтеза у растений, испытавших водный стресс. Уровень содержания хлорофиллов в варианте ПсЦ на 11,8%, а каротиноидов на 10,9% выше, чем в варианте Пс. Отмеченное действие циркона пролонгируется на следующий год: содержание хлорофилла на 12,6%, а каротиноидов на 8,9% больше у сеянцев-трехлеток с применением циркона, чем без него.
Полученные данные позволяют рассматривать эпибрассинолид и циркон как биорацио-нальные фиторегуляторы-адаптогены с возможностью их практического применения на сеянцах и саженцах древесных растений.
Список литературы
1. Симеониду М.В., Бакли Г. П. Влияние предварительного подсушивания на выживание и рост однолетних сеянцев Prunus cerasifera и связь физиологических показателей состояния растений при посадке с выживанием в ходе вегетации // Физиология растений. 1997. Т. 44, N° 4. С. 591-594.
2. Murakami Р., Chen Т.Н.Н. Desiccation Tolerance of Deciduous Plants during Post-Harvest Handling // J. Environ. Hort. 1990. V 8, № 1. Р 22-25.
3. Лихолат Т.В. Регуляторы роста древесных растений. М., 1983.
4. Калинин Ф.Л. Биологически активные вещества в растениеводстве. Киев, 1984.
5. Попова Н.Я., Родин А.Р., Стукушин М.Н. Использование высокоэффективных фиторегуляторов роста при выращивании посадочного материала // Лесн. вестн. 2000. № 6. С. 189-190.
6. Прусакова Л.Д., Чижова С.Н. Роль брассиностероидов в росте, устойчивости, продуктивности растений // Агрохимия. 1996. № 11. С. 137-150.
7. Хрипач В.А., Жабинский В.Н., Лахвич Ф.А. Перспективы практического применения брассиностероидов -нового класса фитогормонов // Сел.-хоз. биология. 1995. № 1. С. 3-11.
8. Прусакова Л.Д., Чижова С. И. Исследования в области физиологически активных соединений // Агрохимия. 1999. № 9. С. 12-21.
9. Применение препарата циркон в производстве сельскохозяйственной продукции: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 14 апреля 2004 года. М., 2004.
10. ЗапрометовМ.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растений. 56-е Тимирязевское чтение. М., 1996.
11. Биоэкологические основы выращивания сеянцев сосны и ели в питомниках / Г.И. Редько, Д.В. Огневский, Е.Н. Наквасина, Е.М. Романов. М., 1983.
12. Bates L.S., Waldreu R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water-stress studies // Plant and Soil. 1973. V 39, № 1. Р 205-206.
13. ГавриленкоВ.Ф.,Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М., 2003.
14. Кузнецов В.В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений. 1999. Т. 46, вып. 2. С. 321-326.
15. Бирюкова З.П. Свободный пролин как показатель физиологического состояния сосны обыкновенной // Физиология растений. 1986. Т. 33, вып. 5. С. 1027- 1030.
16. Фуксман И.Л., Шуляковская Т.А., КанючковаГ.К. Влияние тяжелых металлов на саженцы сосны обыкновенной // Экология. 1998. № 4. С. 277-281.
Kononyuk Galina
PHYSIOLOGICAL REACTION OF PINE AND ACACIA SEEDLINGS TO BIOREGULATOR TREATMENT UNDER THE CONDITIONS OF RELOCATION STRESS
Two-year seedlings of Pinus sylvestris L. and Caragana arborescens Lam. were subjected to water stress by 4-6-hour drying before landing. To estimate the condition of the plants water exchange parameters, quantity of free proline and pigments, morphometric parameters were used. The protective effect of exogenous epibrassinolide (on the seedlings of pine) and hydroxycinnamic acids of the zircon preparation (on the seedlings of acacia) under the conditions of relocation stress was established.
Контактная информация: e-mail: [email protected]
Рецензент - Феклистов П.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и защиты леса Северного (Арктического) федерального университета
