Биологические науки / 2. Структурная ботаника и биохимия растений

Бессонова В.П., Капелюш Н.В.*

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

Запорізький національний університет

Вплив надлишку марганцю у середовищі вирощування та амбіолу на інтенсивність транспірації та поглинання води рослинами Zea mayas L.

Вступ. Масштаби розповсюдження і інтенсивність міграції важких металів в оточуючому середовищі набувають небезпечного характеру для нормального функціювання рослин та біоценозів в цілому. Їх негативна дія багатопланова: порушуються фізіологічні та біохімічні процеси, гальмуються ріст і розвиток, знижується продуктивність рослин тощо [1, 2, 4].

Забруднення довкілля сполуками марганцю відбувається переважно внаслідок роботи металургійних підприємств та відкритих рудних розробок.

Звичайна кукурудза Zea maуas L. тривалий час слугувала прикрасою квітників. Використовувалась для листяних груп, а також у змішаних групах і рабатках [5]. Пізніше у квітниках були уведені інші види та форми кукурудзи (Zea japonica gigantean та ін.). Але й нині Zea maуаs можна широко використовувати для створення різних композицій у квітниках на підприємствах. Відомо, що однодольні рослини більш стійкі до дії екстремальних чинників ніж дводольні. Крім того, завдяки великій фітомасі кукурудза успішно може використовуватися для фіторемідіації. Рослини зазнають впливу надлишку Мn²⁺ на полях, що розташовані у сфері викидів металургійних підприємств, а також на рекультивованих землях.

Мета даної роботи – встановити характер дії надлишку марганцю у середовищі вирощування рослин кукурудзи на інтенсивність транспірації та поглинання води коренем.

Матеріали і методи. Як об’єкт дослідження слугували рослини кукурудзи Zea maуas L. Одну частину насіння кукурудзи замочували у дистильованій воді, другу у розчині амбіола (біо-40) у концентрації 10 мг/л через 24 години після замочування насіння переносили у кювети на фільтрувальний папір змочений дистильованою водою і пророщували до появи корінців 1,5–2,0 см. У подальшому проростки вирощували методом піщаної культури. При цьому частину рослин тиждень вирощували у піщаній культурі на розчині Кнопа, розбавленому водою у відношенні 1:4 з додаванням мікроелементів за Хоглендом, а другу частину на такому ж розчині з додаванням Мn²⁺ у концентрації діючого елементу 25 мг/л, 50 або 100 мг/л. Через тиждень, зберігаючи схему досліду, розчин Кнопа 1:4 замінили на розчин 1:2. Визначали інтенсивність транспірації та поглинання води коренями. Отримані дані обробляли статистично [6].

Результати дослідів та їх аналіз. Інтенсивність транспірації листків рослин кукурудзи, вирощених на живильному розчині з надлишком Мn²⁺ нижча, ніж у контрольному варіанті. Рівень зниження залежить від концентрації металу. Більш висока концентрація Мn²⁺ пригнічує інтенсивність транспірації суттєвіше. Проте, підвищення концентрації Мn²⁺ до 100 мг/л менше відбивається на зміні цього показника порівняно з концентрацією 50 мг/л, ніж при підвищені концентрації з 25 мг/л до 50 мг/л. Подібна картина спостерігається як через 7 діб від початку дії на рослини надлишку металу, так і через 21 добу (рис.).

Замочування насіння кукурудзи у розчині амбіола викликає зниження інтенсивності транспірації у контрольному варіанті. На цей показник у рослин, що зростали на розчинах важких металів, амбіол діє протилежним чином. Інтенсивність транспірації зростає, хоча у перший строк визначення (7 діб) у варіанті з Мn²⁺ 25 мг/л її величина в утрішні години у рослин з необробленого антиоксидантом насіння більша, ніж у рослин з обробленого насіння, що замочувалося у розчині амбіолу.

Більша тривалість рослин росту на середовищі з важким металом сильніше пригнічує інтенсивність транспірації. Інгібування інтенсивності транспірації надлишковими концентраціями Мn²⁺ може бути викликане значним зниженням поглинання води коренем.

Рисунок – Інтенсивність транспірації листків кукурудзи за дії надлишку марганцю та амбіолу, мг/дм²

У денні години у варіанті з амбіолом інтенсивність транспірації перевищує її значення у рослин досліду Мn²⁺ 25 мг/л. Слід зазначити, що величина інтенсивності транспірація у рослин з обробленого антиоксидантом насіння у дослідах з Мn²⁺ 50 мг/л і Мn²⁺ 100 мг/л достовірно підвищується у всі години спостереження стосовно варіантів з важкими металами, насіння яких не замочувалось у розчині амбіолу.

Поглинання води коренем рослин кукурудзи зменшується у варіантах з важкими металами стосовно контролю (табл.). Так, цей показник у рослин, вирощуваних на концентраціях марганцю 25 мг/л, 50 мг/л і 100 мг/л пригнічується на 7 день на 24,7 %, 37,7 % та 63, 2 %, на 18 день – на 50,0 %, 73,0 %, 77,5 % відповідно порівняно з контролем. Інгібування поглинання води може пояснюватися як зменшенням довжини та об’єму кореневої системи під впливом важкого металу, так за пригніченням метаболічних процесів.

Таблиця – Вплив надлишку марганцю і амбіолу на поглинання води проростками кукурудзи за одну добу

Варіант	Поглинання води рослинами	% до контролю	% до не оброблених	t факт. оброблено, не оброблено
7 доба
Контроль Контроль + амбіол	8,41 ± 0,21 9,84 ± 0,22	100 117,3	117,00	4,76
Мn 25 мг/л Мn^2+ 25 мг/л + амбіол	6,42 ± 0,10 8,94 ± 0,09	76,33 106,30	139,25	18,8
Мn 50 мг/л Мn^2+ 50 мг/л + амбіол	5, 24 ± 0,24 6, 98 ± 0,10	62,31 82,99	133,20	5,80
Мn 100 мг/л Мn^2+ 100 мг/л + амбіол	3,10 ± 0,08 5,46 ± 0,07	36,86 64,92	176,61	10, 26
18 доба
Контроль Контроль + амбіол	22,21 ± 0, 54 23,71 ± 0, 41	100,00 106,75	106,75	2,19
Мn 25 мг/л Мn^2+ 25 мг/л + амбіол	11,10 ± 0, 32 15, 20 ± 0, 40	50, 00 68, 43	136, 93	8, 03
Мn 50 мг/л Мn^2+ 50 мг/л + амбіол	6, 00 ± 0, 21 10, 26 ± 0, 15	27, 0 46, 2	171, 2	16, 51
Мn 100 мг/л Мn^2+ 100 мг/л + амбіол	5, 00 ± 0, 16 7, 36 ± 0, 29	22, 51 33, 13	147,20	7, 13

Аналіз водопоглинання коренями у 7-денних рослин показує, що замочування насіння в амбіолі веде до достовірного збільшення цього показника у всіх варіантах, особливо з надлишком марганцю 100 мг/л. Це пов’язано зі стимуляцією формування кореневої системи за дії антиоксиданта. За літературними даними антиоксиданти покращують обмін, у тому числі і енергетичний [3, 7].

Позитивна дія амбіола зберігається і за більш тривалого (18 діб) вирощування рослин у варіантах з надлишковими концентраціями марганцю, але більша стимуляція поглинання води амбіолом виявлена у варіанті Мn ²⁺ 50 мг/л.

Висновки

1. Надлишок марганцю в середовищі вирощування рослин кукурудзи (25 мг/л, 50 і 100 мг/л) призводить до пригнічення інтенсивності транспірації і поглинання води рослиною, особливо у концентрації 100 мг/л.

2. Замочування насіння у розчині амбіола 10 мг/л частково знімає інгібуючий ефект надлишку Мn²⁺ на інтенсивність транспірації та поглинання води рослинами у варіантах зі всіма досліджуваними концентраціями важкого металу. Позитивна дія виявляється не тільки через тиждень від початку експерименту, але й у більш пізні строки.

Література

1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. – Л.: агропромиздат, 1987. – 142 с.

2. Бессонова В. П. Влияние тяжелых металов на фотосинтез растений. – Днепропетровск: ДДАУ, 2006. – 208 с.

3. Грінченко А. Л., Мусатов А. Г., Мусатова Л. А. та ін. Амбиол – новий активатор роста для зерновых культур / совещание по регуляторам роста и развития растений. Тез. докл. – М.: АНСССР, 1991. – С. 93.

4. Гришко В. Н., Сыщиков Д. В., Функционирование глутатиознзависимость антиоксидантной системы и устойчивость растений при действии тяжелых металлов и фтора. – Киев: Наукова думка, 2012 – 238 с.

5. Кисилев Г.Б. Цветоводство. – М.: Гос. издательство сельськохозяйственой литературы, 1952. – 973 с.

6. Лакин Г.Ф. Биометрия. – М.: Высшая школа, 1990. – 352 с.

7. Мусатова Л. А., Гринченко А. Д., Анашева и др. Влияние антиоксидантов – производных 5-оксибензимидазола на биологические процесы в проращиваемых семенах кукурузы // Всесоюзн. конф. «Биоантиоксидант». Тез. докл. – М.: АНСССР, 1989. – С. 182.