CC BY
36
УДК 632.12.122
Зависимость пораженности гельминтоспориозом и урожайности сортов ячменя от их устойчивости к ионам алюминия
Н.В. АМОСОВА, Т.А. ГОРШКОВА, М.М.РАССКАЗОВА, доценты кафедры биологии Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Обнинского института атомной энергетики e-mail: [email protected]
Отрицательное влияние алюминия на продуктивность растений известно достаточно давно, и повышенное содержание его ионов в пахотном слое является одной из причин снижения урожайности зерновых злаковых культур [6, 8]. Существуют прямые доказательства поглощения алюминия - диффузия его через плазмалемму [10]. Действуя на генетический аппарат растительной клетки, ионы алюминия приводят к серьезным нарушениям функционирования растущих клеток корней как на морфофизиоло-гическом, так и на цитогенетичес-ком уровне.
Установлено, что развитие ответных реакций растений на действие ионов алюминия может зависеть от сортовых особенностей культур. Важное значение, например, имеет устойчивость растений к другим негативным факторам окружающей среды, в частности, к болезням. Однако единого методологического подхода к определению устойчивости растений не существует, и планирование экспериментальных исследований и последующий анализ результатов проводятся без учета существующих межсортовых различий в отношении ионной токсичности [3].
Целью нашей работы было выяв-
ление взаимосвязи между чувствительностью к ионам алюминия, урожайностью и устойчивостью к гель-минтоспориозной пятнистости листьев 10 сортов ячменя (Нур, Биос, Атаман, Гетман, Бином, Ратник, Маргрет, Гонар, Перун, Селлар).
Семена каждого сорта (100 штук в 5-кратной повторности) помещали в чашки Петри и проращивали в растворе хлорида алюминия в термостате при температуре 25 °С в темноте в течение 2 суток. Концентрация ионов алюминия в растворе для проращивания семян при рН 5 соответствовала таковой в почве при близких значениях рН (около 5) и составляла 0,5 мг/л [8]. Действие
хлорида алюминия на проростки ячменя оценивали по морфометричес-ким (митотический индекс (МИ) -доля находящихся в митозе клеток корневой меристемы) и цитогенети-ческим (частота аберрантных клеток (ЧАК) - доля клеток с аберрациями среди делящихся клеток) показателям [5]. Изменение МИ и ЧАК оценивали на корешках, достигших 510 мм. Их фиксировали в ацетоук-сусном спирте, после окраски аце-токармином давленные препараты просматривали под микроскопом при 400-кратном увеличении. Контролем служили семена, пророщен-ные в дистиллированной воде.
Вегетационные и полевые микро-деляночные опыты закладывали по стандартным методикам на Мало-ярославецком сортоиспытательном участке [2, 4]. Восприимчивость ячменя к гельминтоспориозу (Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker) оценивали по методике испытаний фунгицидов [10]. Статистическую обработку данных осуществляли по Урбаху, достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента [7].
Ж
Делящиеся клетки в корневой меристеме проростков ячменя: а, б — нормальные; в, г — аберрантные
Митотический индекс и частота аберрантных клеток проростков ячменя разных сортов при действии ионов алюминия
Сорт Митотический индекс (%) Частота аберрантных клеток (%)
контроль AlCl3 контроль AlCl3
Биос 8,4±0,6 3,0±0,3 1,7±0,3 6,8±0,4
Ратник 8,1±0,6 3,2±0,8 1,8±0,3 7,3±0,5
Маргрет 8,4±1,1 8,2±0,7 1±0,3 2,3±0,6
Гонар 9,1±0,2 6,2±0,3 1,2±0,2 2,9±0,1
Гетман 10,0±0,3 6,1±0,2 0,7±0,4 3,4±0,3
Бином 9,7±1,1 4,6±0,8 1,4±0,4 4,7±0,6
Атаман 9,5±0,6 5,7±0,8 1,5±0,5 4,8±0,6
Перун 9,3±0,7 4,6±0,8 1,2±0,8 4,6±0,6
Нур 9,8±1,1 5,5±0,5 1,6±0,3 3,8±0,5
Селлар 9,3±1,1 4,6±0,8 1,3±0,6 4,8±0,8
Здесь и далее в таблицах различия значимы при р<0,05.
Отмечены различные по величине изменения как митотического индекса, так и частоты хромосомных аберраций 2-суточных проростков ячменя под действием ионов алюминия (см. рисунок и таблицу). Так, у сортов Биос и Ратник МИ семян при проращивании в растворе хлорида алюминия составлял в среднем 3,1 % (в 2,6 раза меньше, чем в контроле), ЧАК - почти в 3 раза больше. Еще меньше были выражены различия в контроле и опыте у сортов Атаман, Перун, Селлар, Бином, Нур.
Исходя из анализа полученных данных, все сорта по отношению к ионам алюминия условно разделили на 3 группы: устойчивые (Марг-рет, Гонар, Гетман), чувствительные (Биос, Ратник) и промежуточные (Нур, Атаман, Бином, Перун, Сел-лар).
По всей видимости, отмеченные нами сортовые различия по отношению к ионам алюминия связаны с генетически детерминированными механизмами устойчивости растений к действию токсичных ионов [10]. Это подтверждают и полученные нами на Малоярославецком государственном сортоиспытательном участке данные по урожайности и поражен-ности гельминтоспориозом. Средняя урожайность устойчивых сортов составляла 25,4 ц/га, чувствительных -16,6, а промежуточных - 20,5 ц/га, степень развития гельминтоспорио-за соответственно - 18, 30 и 23 %.
Вероятно, у устойчивых к алюминию сортов ячменя содержание его в протопластах корня может быть низким, оставаясь высоким в тканях корня в целом. Устойчивость к ионам алюминия у растения может контролироваться не одним геном [1, 2] и являться проявлением приспособительных механизмов, позволяющих ослаблять влияние неблагоприятных факторов внешней среды на растительный организм.
Выявленная корреляция чувствительности различных сортов ячменя к действию ионов алюминия с урожайностью и восприимчивостью растений к поражению гельминтоспо-риозом, возможно, позволит использовать результаты тестирования семян сельскохозяйственных культур на устойчивость к действию химических элементов в качестве критерия их устойчивости и к гель-минтоспориозу.
Данный вид тестирования является более достоверным и надежным, так как учитывает адаптационные реакции растений на влияние стрессовых факторов (в данном случае токсичное влияние ионов алюминия). Данные закономерности могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, атакже селекции устойчивых к токсичным металлам сортов культурных растений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. О комбинированном действии алюминия и железа на проростки ячменя и пшеницы // С.-х. биол., 2005, № 1, с. 46-49.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М., 1985, 351 с.
3. Журбицкий З.И. Методика и техника закладки вегетационного опыта. - М., 1968, 265 с.
4. Лисицын Е.М. Потенциальная алю-моустойчивость сельскохозяйственных растений и ее реализация в условиях европейского северо-востока России. Ав-тореф. докт. дис. - М., 2005, 416 с.
5. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М., 1988, 282 с.
6. Сынзыныс Б.И., Никольская О.Г., Буланова Н.В. и др. О действии алюминия на проростки пшеницы при разных значениях рН среды культивирования //
C.-х. биол., 2004, № 3, с. 80-84.
7. Урбах В.Ю. Биометрические методы. - М., 1964, 418 с.
8. Kochian L.V. Cellular mechanism of aluminium toxicity and resistance in plants // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant. Mol. Biol., 1995, № 46, р. 237-280.
9. Ma J.F., Taketa S., Yang Z.M. Aluminium tolerance genes of the short arm of chromosome 3R are linked to organic acid release in Triticale // Plant Phisiol., 2000, 122, р. 687-694.
10. Sampson M.D., Clarkson D.T., Davies
D.D. DNA synthesis in Al treated roots of barley // Science, 1965, № 148, р. 14761479.
Аннотация. Исследовали действие хлорида алюминия на проростки различных сортов ячменя. Определяли митотический индекс, частоту хромосомных аберраций, урожайность и степень поражения гельминтоспориозом. Установлена зависимость между устойчивостью различных сортов ячменя к действию ионов алюминия и пораженностью гель-минтоспориозом.
Ключевыеслова. Ячмень, алюминий, гельминтоспориоз,адаптация растений.
Abstract. Investigation the action aluminium chloride on sprouts of different barley varieties. The authors determine the mitotic index, frequency of chromosomal aberrations, crop capacity and a degree of helminthosporiosis lesion. It was found that in varieties, sensitive to aluminium action sensitive to helminthosporiosis lesion.
Keywords. Barley, aluminium, helminthosporiosis lesion, adaptation of plants.
