Брассиностероиды, в частности, эпибрассинолид (ЭБ), обычно относят к ростовым гормонам, так как показано, что они ускоряют элонгацию, усиливают реакцию геотропизма, способствуют дифференциации ксилемы, повышают жизнеспособность пыльцы, задерживают старение листьев у ряда растений [1, 3, 12]. Однако имеются также довольно многочисленные данные, которые показывают, что брассиностероиды могут увеличивать устойчивость растений к повышенной и пониженной температуре [4, 9], к засухе [9], к повышенной концентрации солей [11] и другие.
АБК играет ключевую роль в развитии устойчивости растения к стресс-факторам, что проявляется в ее способности индуцировать синтез более десятка стрессовых белков с доказанными протекторными свойствами [2, 14]. Также известно, что АБК подавляет транспирацию в условиях засухи, участвует в регуляции аквапорин-связанной проводимости мембран для воды, вносит вклад в поддержание тургора в клетках и др. [2, 14,15].
В настоящее время фитогормоны и их синтетические аналоги активно исследуются и применяются в сельском хозяйстве для регуляции роста, продуктивности и устойчивости растений. Целью настоящей работы стало исследование влияния некоторых фитогормонов (АБК, ЭБ) и их синтетических аналогов (пирабактин (ПБ), эпин) на прорастание семян и морфометрические показатели проростков гороха (Pisum sativum L.).
Материалы и методы исследования
В работе использовались 18-24-х дневные проростки гороха посевного (Pisum sativum L., сорт «Альбумен»). Растения были культивированы в климатической камере Binder KBW 240 (Германия) при 24°C в условиях 16-ти часового светового дня. При этом семена предварительно проращивали в течение 4 дней в 50% среде Хогланда-Арнона. Дальнейшее выращивание также осуществлялось на 50% среде Хогланда-Арнона гидропонным способом. Семена были погружены в раствор фитогормонов или их аналогов на стадии замачивания. При использовании эпибрассинолида (ЭБ, 24-эпибрассиннолид, Sigma-Aldrich, США) и эпина («Эпин-экстра», ННПП «НЭСТ М», Россия) время инкубации составляло 6 часов. Для ЭБ были использованы концентрации 10-7 М, 10-6 М и 10-5 М [7, 10], для его аналога эпина были использованы такие дозировки, при которых содержание основного действующего вещества (ЭБ) в нем было 10-7 М, 10-6 М и 10-5 М. При использовании абсцизовой кислоты (АБК, Sigma-Aldrich, США) и пирабактина (ПБ, Sigma-Aldrich, США) длительность воздействия достигала 24 часов. При исследовании их влияния на всхожесть и морфометрические показатели растения семена замачивали в 10-6 М, 10-5 М и 10-4 М растворах исследуемых препаратов [6, 13].
В ходе экспериментов регистрировалась всхожесть семян, а также морфометрические показатели проростков гороха, такие как длина побега, длина корня (определенная как максимальная длина), сырой и сухой вес. Биологическая повторность экспериментов для морфометрических показателей составляла 15-25, для показателя всхожести семян - 50-200 (n=500 для контроля). На рис. 1 представлены средние значения и их стандартное отклонение.
Результаты исследования и их обсуждение
Исследование влияния обработки фитогормонами и их аналогами на всхожесть семян гороха показало недостоверное влияние АБК и ПБ на этот процесс в исследуемом диапазоне концентраций (Рис. 1). Иная картина наблюдалась при использовании ЭБ. В этом случае концентрация 10-5 М вызывала значительное уменьшение всхожести семян (от 68% в контроле до 30% в опыте). Более низкие концентрации не оказывали значимого влияния на всхожесть. Еще более существенным было влияние эпина, который вызывал снижение всхожести при всех исследованных концентрациях. В то же время при использовании 10-6 М эпина (10-6 М ЭБ в нем) негативный эффект был минимальным (всхожесть составляла 50 %).
Анализ морфометрических показателей показал (Табл. 1, 2), что влияние на них фитогормонов имеет сложный характер. Так, 10-5 М и 10-4 М АБК вызывали достоверное снижение сырого и сухого веса, а также уменьшения длины побега растения. Обработка семян 10-5 М АБК снижала также длину корня. Таким образом, негативное влияние на ростовые процессы гороха не было выявлено лишь для 10-6 М АБК.
Анализ влияния пирабактина показал, что 10-4 М ПБ негативно влияло на ростовые процессы, снижая длину стебля. При использовании 10-6 М также наблюдался некоторый негативный эффект, проявляющийся в снижении сырого и сухого веса. Таким образом, использование 10-5 М ПБ представляется наиболее обоснованным для обработки гороха.
Эпин и ЭБ оказывали негативный эффект и при концентрациях ниже, и при концентрациях выше 10-6 М. Так 10-7 М ЭБ или эпина снижали сухой вес растения, кроме того, обработка эпином в этой концентрации снижала также сырой вес растения. Более высокие концентрации эпина и ЭБ (10-5 М) достоверно снижали длину корня. Таким образом, концентрация равная 10-6 М ЭБ может быть использована для гороха.
Рис. 1. Влияние обработки фитогормонами на всхожесть семян гороха
а - абсцизовая кислота, б - пирабактин, в - эпибрассиналид, д - эпин (приводится концентрация ЭБ в нём). Приведён % проросших от общего количества замоченных семян (n = 50 - 200 для экспериментальных растений). Контроль усреднён по всей совокупности экспериментов (n = 500) и приведён на каждом рисунке. Стандартная ошибка всхожести (доли проросших) рассчитана по Лакину (1968). * - р < 0,05 по сравнению с контролем.
Таблица 1
Влияние обработки семян фитогормонами на длину корня и побега у проростков гороха (n = 15-25)
|
|
концентрация |
длина корня, см |
длина побега, см |
|
|
|
контроль |
- |
10.0±0.4 |
20.0±0.9 |
|
|
|
абсцизовая кислота |
10-6 М |
10.4±0.4 |
20.6±1.6 |
|
|
|
10-5 М |
9.2±0.4 * |
16.5±0.8 * |
|
||
|
10-4 М |
9.5±0.9 |
12.4±1.1 * |
|
||
|
пирабактин |
10-6 М |
10.9±0.4 |
19.1±0.8 |
|
|
|
10-5 М |
10.3±0.4 |
21.8±1.6 |
|
||
|
10-4 М |
10.8±0.9 |
17.3±0.6 * |
|
||
|
эпибрассинолид |
10-7 М |
10.3±0.7 |
18.8±1.1 |
|
|
|
10-6 М |
9.0±0.9 |
20.9±1.0 |
|
||
|
10-5 М |
7.4±1.1 * |
19.6±3.2 |
|
||
|
эпин (приводится концентрация ЭБ в нем) |
10-7 М |
8.9±0.9 |
17.8±1.6 |
|
|
|
10-6 М |
10.0±0.5 |
23.3±1.9 |
|
||
|
10-5 М |
6.8±0.8 * |
20.0±1.0 |
|
||
|
* - p < 0.05 по сравнению с контролем |
|
||||
|
Таблица 2 Влияние обработки семян фитогормонами на сырой и сухой вес проростков гороха (n = 15-25) |
|||
|
|
концентрация |
сырой вес, г |
сухой вес, г |
|
контроль |
- |
1.36±0.07 |
0.137±0.009 |
|
абсцизовая кислота |
10-6 М |
1.20±0.11 |
0.117±0.013 |
|
10-5 М |
0.95±0.08 * |
0.097±0.009 * |
|
|
10-4 М |
1.00±0.06 * |
0.083±0.005 * |
|
|
пирабактин |
10-6 М |
1.06±0.07 * |
0.095±0.007 * |
|
10-5 М |
1.35±0.10 |
0.128±0.010 |
|
|
10-4 М |
1.32±0.08 |
0.131±0.010 |
|
|
эпибраcсинолид |
10-7 М |
1.22±0.09 |
0.102±0.008 * |
|
10-6 М |
1.39±0.08 |
0.145±0.010 |
|
|
10-5 М |
1.37±0.18 |
0.136±0.017 |
|
|
эпин (приводится концентрация ЭБ в нем) |
10-7 М |
1.08±0.09 * |
0.102±0.008 * |
|
10-6 М |
1.47±0.14 |
0.134±0.013 |
|
|
10-5 М |
1.11±0.19 |
0.108±0.020 |
|
|
* - p < 0.05 по сравнению с контролем |
|||
Заключение
Фитогормоны регулируют активность жизненно важных процессов в растении, такие как рост, морфогенез, адаптация к стрессовым условиям и др. Для улучшения показателей этих процессов в сельском хозяйстве активно используется предпосевная обработка семян фитогормонами и их синтетическими аналогами. На основе анализа всхожести семян и морфометрических показателей проростков гороха были определены оптимальные для такой обработки концентрации растворов абсцизовой кислоты, пирабактина, эпибрассинолида и эпина. Было показано, что растворы концентрацией 10-6 М абсцизовой кислоты, 10-5 М пирабактина и 10-6 М эпибрассинолида (а также раствор эпина с концентрацией эпибрассинолида в нём 10-6 М) существенно не оказывали негативного влияния на всхожесть и ростовые процессы проростков гороха, что говорит о потенциальной возможности их использования при предпосевной обработке семян для повышения устойчивости растений в сельском хозяйстве.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-26-00098)
Рецензенты:
Постнов И.Е., д.б.н., профессор, зав. кафедрой "Водные биоресурсы и аквакультура" ФГБОУ ВО "Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия" Министерства сельского хозяйства РФ, г. Нижний Новгород;
Шурганова Г.В., д.б.н., профессор кафедры экологии, ФГАОУ ВО «Научный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского», г. Нижний Новгород.