doi: 10.15389/agrobiology.2023.3.525rus
УДК 633.16:581.1:58.03/.04
ДИНАМИКА ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ γ-ИЗЛУЧЕНИЯ И СВИНЦА
А.А. ПРАЗЯН ✉, С.В. БИТАРИШВИЛИ, С.А. ГЕРАСЬКИН,
Е.С. МАКАРЕНКО
Посевы сельскохозяйственных культур испытывают одновременное воздействие факторов разной природы, поэтому актуально изучение раздельного и сочетанного действия техногенных стрессоров на растения. При прорастании семени происходит переход от гетеротрофного к автотрофному типу питания, что во многом определяет дальнейшее развитие растения, величину и качество урожая. Воздействие на семена биотических и абиотических факторов может существенно влиять на прохождение фаз прорастания. В настоящей работе впервые детально изучена динамика прорастания ячменя сорта Нур в условиях раздельного и сочетанного действия гамма-излучения и Pb(NO3)2. Показано, что предварительное облучение смягчает токсический эффект соли свинца во время прорастания. Цель работы — оценка влияния раздельного и сочетанного действия g-излучения и свинца, в том числе возможных синергетических и антагонистических эффектов взаимодействия стрессоров, на динамику прорастания семян ярового ячменя. Использовали семена ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Нур первой репродукции 2019 года. Процесс прорастания оценивали визуально на протяжении 70 ч, с детальным наблюдением каждые 2 ч с 18-го по 38-й ч и каждые 4 ч с 46-го по 70-й ч. Семена облучали дозой 20 Гр (мощность дозы 60 Гр/ч) на установке ГУР-120 (60Co) (ВНИИРАЭ, г. Обнинск). В работе также использовали соль Pb(NO3)2 в концентрации 2 мг/мл, которая угнетала развитие проростков, но не вела к их гибели. В контрольном варианте необлученные семена проращивали в 7 мл дистиллированной воды. В I опытном варианте в том же объеме воды проращивали облученные в дозе 20 Гр семена. Во II опытном варианте необлученные семена проращивали в воде с добавлением Pb(NO3)2 в концентрации 2 мг/мл, в III опытном варианте семена подвергали сочетанному действию g-излучения и свинца. Всего было исследовано 800 семян, по 200 семян в каждом варианте. Семена проращивали в термостате MIR-254 («Sanyo», Япония) в чашках Петри (по 20 шт. в каждой) на двойном слое фильтровальной бумаги («Белая лента», Россия) в темноте при 20±0,5 °C. Процесс прорастания делили на шесть основных фаз: «точка» — наклевывание, появление зародышевого корешка; корешки 1 (К-1), «вилка» — дифференциация зародышевого корешка на несколько корешков длиной 1-2 мм; корешки 2 (К-2) — начальный рост корешков, их размер менее длины семени; корешки 3 (К-3) — зрелые корешки размером более длины семени, ростка нет; росток — появление колеоптиля, семя имеет несколько корешков и росток размером менее половины длины семени; проросток — становление полноценного проростка, имеющего не менее двух корешков размером более длины семени и ростка размером более половины длины семени. Для сравнения средних значений использовали непараметрический критерий Манна-Уитни. В качестве количественной меры отклонения наблюдаемого эффекта от аддитивного и классификации эффектов комбинированного действия по группам аддитивность, синергизм, антагонизм использовали коэффициент взаимодействия Kw. При g-облучении семян статистически значимые отличия от контроля проявились в фазы К-1 и К-3. В фазы ростка и проростка значимые отличия были отмечены к концу наблюдений. В целом, g-облучение семян в дозе 20 Гр существенно не нарушало прохождение микрофенологических фаз развития. Обработка Pb(NO3)2 в концентрации 2 мг/мл замедляла прорастание семян, что проявлялось в задержке перехода в каждую последующую микрофенологическую фазу, а также в уменьшении доли семян на поздних стадиях развития в сравнении с контролем. Кроме этого, свинец негативно влиял на развитие корня, практически полностью исключив фазу К-3 из становления проростка. Сочетанное действие g-излучения и свинца также вело к замедлению развития, но в этом варианте доля семян, достигших фазы К-3, увеличивалась и приближалась к показателю в контроле, то есть g-излучение в дозе 20 Гр смягчало токсическое действие свинца. Следовательно, доза 2 мг/мл Pb(NO3)2, независимо от наличия воздействия g-облучения, оказывает ингибирующее действие на развитие семян, но не подавляет его полностью, а лишь снижает скорость развития.
Ключевые слова: Hordeum vulgare, ячмень, семена, фазы прорастания, свинец, γ-излучение, сочетанное действие облучения и свинца.
INFLUENCE OF γ-IRRADIATION AND LEAD ON THE DYNAMICS OF GERMINATION OF SPRING BARLEY SEEDS
A.A. Prazyan ✉, S.V. Bitarishvili, S.A. Geras’kin, E.S. Makarenko
Crops are simultaneously affected by factors of different nature; therefore, it is important to study the separate and combined effects of technogenic stressors on plants. During seed germination, there is a transition from heterotrophic to autotrophic type of nutrition, which largely determines the further development of the plant, the size and quality of the crop. The impact of biotic and abiotic factors on seeds can significantly affect the passage of germination phases. In this work, for the first time, the dynamics of development in the first phases of germination of barley variety Nur under the conditions of separate and combined action of gamma radiation and heavy metal Pb(NO3)2 was studied in detail. The antagonistic effect of preliminary irradiation on the toxic effects of lead salt during germination was revealed. The aim of the work is to evaluate the influence of separate and combined effects of gamma radiation and lead, including possible synergistic and antagonistic effects of the interaction of stressors, on the dynamics of germination of spring barley seeds. The seeds of spring barley (Hordeum vulgare L.) of the Nur variety of the first reproduction of 2019 were used. The germination process was assessed visually for 70 hours, with detailed observation every 2 hours from the 18th to the 38th hour and every 4 hours from the 46th to the 70th hour. The seeds were irradiated with a dose of 20 Gy (dose rate 60 Gy/h) at the GUR-120 (60Co) unit (RIRAE, Obninsk). We also used the Pb(NO3)2 salt at a concentration of 2 mg/ml which inhibited the development of seedlings but did not lead to their death. In the control group, non-irradiated seeds were germinated in 7 ml of distilled water. In experimental group I, seeds irradiated at a dose of 20 Gy were germinated in the same volume of water. In experimental group II, non-irradiated seeds were germinated in water with the addition of Pb(NO3)2 at a concentration of 2 mg/ml; in experimental group III, the seeds were subjected to a combined action of g-irradiation and lead. In total, 800 seeds were studied, 200 seeds in each group. Seeds were germinated in a MIR-254 thermostat (Sanyo, Japan) in Petri dishes (20 pieces each), on a double layer of filter paper (Belaya Lenta, Russia), in the dark, at 20±0.5 °C. The germination process was divided into 6 main phases: “point’ — pecking, the appearance of the germinal root, roots 1 (K-1), “fork” — differentiation of the germinal root into several roots 1-2 mm long; roots 2 (K-2) — the initial growth of roots, their size is less than the length of the seed; roots 3 (K-3) — mature roots larger than the length of the seed, no sprout; sprout — the appearance of a coleoptile, the seed has several roots and a sprout less than half the length of the seed; seedling — the formation of a full-fledged sprout, having at least two roots larger than the length of the seed and a sprout larger than half the length of the seed.. The nonparametric Mann-Whitney test was used to compare mean values. The coefficient of interaction Kw was used as a quantitative measure of the deviation of the observed effect from the additive effect and classification of the effects of combined action into groups of additivity, synergy, and antagonism. Under g-irradiation of seeds, statistically significant differences from the control appeared in phases K-1 and K-3. Significant differences were noted in the “sprout” and “seedling” phases by the end of the observations. In general, g-irradiation at a dose of 20 Gy did not significantly disrupt the passage of microphenological phases in seeds. Treatment with Pb(NO3)2 at a concentration of 2 mg/ml slowed down seed germination, which manifested itself in a delay in the transition to each subsequent microphenological phase, as well as in a decrease in the proportion of seeds at late stages of development compared to the control. In addition, lead had a negative effect on the development of the root, almost completely excluding the K-3 phase from the development of the seedling. The combined effect of g-irradiation and lead also led to a slowdown in development, but in this variant, the proportion of seeds that reached the K-3 phase increased and approached the rate in the control, that is, g-irradiation at a dose of 20 Gy mitigated the toxic effect of lead. Therefore, a dose of 2 mg/ml Pb(NO3)2, regardless of the effect of g-irradiation, has an inhibitory effect on the development of seeds, but does not completely suppress it, only reducing the rate of development.
Keywords: Hordeum vulgare, barley, seeds, germination phases, lead, γ-irradiation, combined action of radiation and lead.
ФГБУ НИЦ «Курчатовский институт», |
Поступила в редакцию |
