Введение
Прорастание семян является одним из важнейших этапов онтогенеза растения. Интенсивность физиологических процессов, протекающих в прорастающих семенах, зависит от активности иx ферментативного комплекса и условий окружающей среды [3, 6]. Многочисленными исследованиями установлено стимулирующее действие гуматов на рост и развитие растений. Гуминовые соединения довольно быстро включаются в процессы метаболизма растений на клеточном уровне и активизируют их обмен веществ; в результате ускоряется развитие корневой системы, повышается устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды, усиливается синтез хлорофилла и повышается биологическая продуктивность растений [7, 8]. Особенно это важно при выращивании растений на техногенно нарушенных землях, где часто наблюдается процесс торможения прорастания семян, замедляется рост корня, ингибирование активности некоторых ферментов [1, 4, 5].
Исследователями установлено, что эффективность стимулирующего и адаптогенного влияния гуминовых веществ зависит от их природы и концентрации, а также от видовой и сортовой чувствительности растений. Поэтому сопоставление результатов различных ученых затруднительно [5, 8]. В последние годы фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifolia Benth.) широко используется как сидерант, в том числе и при рекультивации нарушенных земель [10].
Цель настоящей работы – исследование влияния различных концентраций гуминовых препаратов Na и К, полученных из бурого угля «рядового» и его естественно окисленной формы – «сажистого», на процесс прорастания семян и активность амилолитических ферментов в семенах Phacelia tanacetifolia Benth. в лабораторных условиях.
Материал и методика исследования
Объектами исследования являлись семена Phacelia tanacetifolia Benth. [2].
Материалом для работы служили гуминовые препараты изготовленные из двух типов бурых углей: типичного бурого угля группы Б2 («рядовой») Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна, пласт Итатский основной (КБР) и естественно-окисленной формы данного угля, называемой далее «сажистый» (КБС), являющимся отходом угледобычи.
Исходный уголь КБР в сравнении с КБС характеризуется большей алифатичностью и меньшей ароматичностью, что отражается на характере полученных препаратов гуминовых кислот: образцы Hum Kс и Hum Naс более окислены, чем таковые из рядового и содержат большее число карбонильных и карбоксильных групп, обладают большей степенью восстановленности и большей ароматичностью, но меньшим отношением карбоксильных групп к гидроксильным. В их структурах преимущественно содержатся ароматические группировки и фенолы и в меньшем количестве содержатся окисленные алифатические соединения. Содержание гуминовых кислот в испытуемых исходных (концентрированных) образцах, представлено в таблице 1.
Таблица 1
Исходные образцы гуматов Na и K
|
Образец |
Количество, л |
Фактическое содержание гуминовых кислот, г/л |
Выход гуминовых кислот, % (масс.) от исходного угля |
|
Hum Kр |
9,5 |
35,00 |
9,10 |
|
Hum Naр |
10 |
34,05 |
9,31 |
|
Hum Kс |
16,3 |
196,8 |
79,38 |
|
Hum Naс |
16,5 |
193,8 |
78,81 |
Из концентрированных образцов гуматов (табл. 1) готовили испытуемые растворы в концентрациях: 0,001 %, 0,002 %, 0,005 %, 0,01 %, 0,015 %, 0,02 %.
Исследования проведены в лабораторных нестерильных условиях. По 100 семян проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной исследуемыми растворами Hum Naр, Hum Kр, Hum Naс и Hum Kс при температуре +15 С°, в темноте. Контролем служили семена, проращиваемые на фильтровальной бумаге, смоченной дистиллированной водой. Повторность опытов трехкратная.
Суммарную амилолитическую активность оценивали спектрофотометрическим методом по количеству расщепленного крахмала [9]. Активность ферментов выражали в мг гидролизованного крахмала за 1 час в 1 мл ферментного препарата.
Обработка экспериментальных данных проведена с использованием программы «Statsoft Statistica for Windows 6.0».
Результаты исследований
Результатами исследований установлено, что в опытном варианте массовая всхожесть семян фацелии пижмолистной отмечалась на 9 сутки (89 шт.). Применение гуминовых препаратов оказало различное действие на процесс прорастания семян фацелии пижмолистной. В частности гуматы калия и натрия, полученные из рядовых углей (Hum Naр, Hum Kр) в диапазоне концентраций 0,005–0,015 % стимулировали прорастание семян – массовая всхожесть отмечалась уже на 4 сутки. При этом максимальный стимулирующий эффект наблюдался при различных концентрациях гуматов: Hum Naр – при 0,001 % (проросло 86,9 шт. семян), Hum Kр – при 0,005 % (проросло 92,8 шт. семян), в контроле – 42,3 шт. (рис. 1, 2).
Рис. 1. Всхожесть семян Phacelia tanacetifolia Benth. при действии различных концентраций гуминовых препаратов на (4 сутки)
Рис. 2. Количество проросших семян Phacelia tanacetifolia Benth. относительно контроля
Как показывают результаты исследований, наибольшей эффективностью характеризуются Hum Kр в концентрации 0,005 % – максимальная всхожесть семян фацелии пижмолистной отмечается на 4 сутки и превосходит контроль на 119,4 % (рис. 2). Концентрация гуматов – 0,02 %, полученныx из рядовых углей, не оказала стимулирующего влияния на прорастание семян Phacelia tanacetifolia Benth. (количество проросших семян – 40,2 и 41,7 шт. cоответственно, в контроле – 42,3 шт.).
Интересно отметить, что гуминовые препараты, полученные из сажистых углей (Hum Naс и Hum Kс), напротив, ингибировали процесс прорастания семян Phacelia tanacetifolia Benth. при всех исследуемых концентрациях: количество проросших семян варьировало в пределах 16,7...42,1 шт. с минимумом при действии Hum Kс в концентрации 0,02 % (рис. 1, 2).
Результаты активности комплекса амилолитических ферментов у 4-х суточных проростков фацелии пижмолистной при действии гуминовых препаратов в целом согласуются с данными по количеству проросших семян (табл. 2). В частности стимуляция амилолитической активности у проростков отмечена при действии гуматов, полученныx из рядовых углей, в диапазоне концентраций 0,001–0,015 % (табл. 2). При этом максимальная ферментативная активность наблюдается при действии Hum Naр в концентрации 0,001 %, Hum Kр – в концентрации 0,005 % (выше контроля на 140...193 %).
Таблица 2
Средние показатели общей амилазной активности семян Phacelia tanacetifolia Benth. в опытах с гуматами
|
Концентрация гуматов |
Oбщая амилазная активность (мг гидролизованного крахмала на мл ферментативного р-ра) |
|||
|
Hum Naр |
Hum Kр |
Hum Naс |
Hum Kс |
|
|
0,001 |
0,036±0,001 |
0,033±0,004 |
0,012±0,001 |
0,011±0,0007 |
|
0,002 |
0,022±0,002 |
0,035±0,005 |
0,016±0,001 |
0,013±0,001 |
|
0,005 |
0,018±0,001 |
0,044±0,004 |
0,012±0,001 |
0,012±0,0006 |
|
0,01 |
0,027±0,003 |
0,041±0,003 |
0,010±0,0005 |
0,016±0,001 |
|
0,015 |
0,024±0,001 |
0,036±0,002 |
0,017±0,002 |
0,015±0,0007 |
|
0,02 |
0,010±0,001 |
0,012±0,002 |
0,011±0,001 |
0,006±0,0004 |
|
Контр. (Н2 О) |
0,015±0,001 |
|||
Действие гуминовыx препаратoв, полученныx из сажистых углей (Hum Nac и Hum Кс), существенно не повлияло на амилолитическую активность в сравнении с контролем в диапазоне концентраций 0,005–0,015 %. Концентрация гуматов – 0,02 % во всех вариантах опыта снижала ферментативную активность в сравнении с контролем на 33...60 % с максимумом при действии HumKс (табл. 2).
В литературе имеются сведения о влиянии гуминовых веществ на активность ферментов в прорастающих семенах [5, 6]. В частности И. Н. Иващенко (2010) обнаружено стимулирующее действие гуматов на процесс прорастания семян озимой пшеницы и активность амилолитических ферментов.
Выявлена достоверная положительная корреляционная связь между показателями всхожести семян и амилолитической активностью 4-х дневных простков Phacelia tanacetifolia Benth. при действии гуминовыx препаратoв, полученныx из рядовых углей в диапазоне концентраций 0,001–0,015 % (r=0,81, n=1800, p<0,05). Это подтверждает факт существенного влияния активности амилолитического комплекса на процесс прорастания семян.
Заключение
Результатами исследований установлено стимулирующее действие гуминовых препаратов, полученныx из рядового бурого угля Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна, пласт Итатский основной (Hum Naр, Hum Kр) в диапазоне концентраций 0,005–0,015 % на процесс прорастания семян фацелии пижмолистной – массовая всхожесть отмечалась на 4 сутки c максимумом для Hum Naр – при 0,001 %, Hum Kр – при 0,005 %.
Установлено, что наибольшей эффективностью характеризуются Hum Kр в концентрации 0,005 % – максимальная всхожесть семян фацелии пижмолистной отмечается на 4 сутки и превосходит контроль на 119,4 %.
Гуминовые препараты, полученные из сажистых углей (Hum Naс и Hum Kс) ингибировали процесс прорастания семян Phacelia tanacetifolia Benth. при всех исследуемых концентрациях
Выявленная достоверная положительная корреляционная связь между показателями всхожести семян и амилолитической активностью 4-х дневных простков Phacelia tanacetifolia Benth. при действии гуминовыx препаратoв, полученныx из рядовых углей в диапазоне концентраций 0,001–0,015 % (r=0,81, n=1800, p<0,05), подтверждает факт существенного влияния активности амилолитического комплекса на процесс прорастания семян.
Рецензенты:
Кондратенко Екатерина Петровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор кафедры технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», г. Кемерово.
Блинова Светлана Викторовна, доктор биологических наук, доцент кафедры зоологии и экологии ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», г. Кемерово.