Биологические науки / 2. Структурная ботаника и биохимия растений.

Д.б.н., проф. Бессонова В.П., к.б.н., доц. Іванченко О.Є.

Дніпропетровський державний аграрний університет

Вплив полістимуліну К на ростові показники чини запашної на тлі дії важких металів

ВСТУП

Рослинним організмам належить важлива роль в оптимізації оточуючого середовища промислових регіонів. Разом з тим забруднення довкілля спричиняє негативний вплив на ростові процеси, які пов'язані з перебігом різноманітних біохімічних реакцій рослинного організму [2]. Тому заходи екологічного нормування мають вирішальне значення в покращенні стану рослин, від якого залежить повноцінність виконання ними декоративних та екологічних функцій.

Одним із найменш вивчених питань оптимізації стану рослинності є захисна роль цитокінінів за умов впливу різних неблагоприємних екологічних чинників. Речовинам групи цитокінінів властива висока фізіологічна активність [4]. Виявлено позитивний вплив синтетичних цитокінінів на фізіологічні показники рослин за дії засолення [5], рентгенівського опромінювання [6], посухи [7]. Благоприємний ефект на ріст виявлено при обробці декоративних квітникових рослин розчином 6-БАП за умов їх росту на території металургійного підприємства [3]. Виходячи з вищевказаного метою даної роботи є вивчити вплив полістимуліну К на морфометричні показники вегетативних органів рослин чини запашної за умов впливу на них надлишку металів.

ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

У якості об'єкту дослідження використовувати 15-и денні проростки чини запашної (Lathyrus odoratus L.), які вирощувалися у гравійній культурі на поживному середовищі Кнопа, розведеного дистильованою водою у співвідношенні 1:4. Щоб уникнути зміни концентрації поживних речовин і фітотоксикантів розчини замінювали кожні п'ять діб. Контрольні рослини вирощували без додавання важких металів, дослідних варіантів було три: 1) Zn²⁺ у концентрації 100 мг/л діючої речовини; 2) Мn²⁺ – 100 мг/л; 3) Fe²⁺ – 100 мг/л. Половину рослин контрольного і дослідних варіантів обприскували розчином полістимуліну К (ПК) у концентрації 10 мг/л. Першу обробку проводили одразу ж після проростання, другу і третю – з інтервалом у 10 діб.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Аналіз отриманих результатів впливу надлишку металів на проростки Lathyrus odoratus свідчить про суттєве пригнічення росту дослідних об'єктів порівняно з контролем (табл. 1). Так, за дії надлишку Zn²⁺ довжина стебла у рослин зменшується на 60,23 %, Мn²⁺ – 48,10 %, Fe²⁺ – 45,07 %.

Фітотоксичні концентрації мікроелементів спричиняють суттєвий вплив і на ріст кореневої системи L. odoratus: пригнічується як ріст головного кореня, так і бічних, зменшується їх кількість, що призводить до вкорочення загальної довжини кореневої системи. Так, під впливом Zn²⁺ і Fe²⁺ у концентрації 100 мг/л довжина головного кореня проростків L. odoratus коливається у близьких межах і становить 16,02 і 17,40 % щодо контролю відповідно. Надлишок іонів марганцю спричиняє меншу негативну дію: довжина головного кореня у цьому варіанті дорівнює 80,72 % від контрольного значення (табл. 1). Надлишок Zn²⁺ у середовищі спричиняє найсуттєвішу негативну дію порівняно з іншими металами.

Внаслідок обробки рослинних об’єктів полістимуліном К відбувається переважно посилення росту вегетативних органів порівняно з необробленими рослинами (рис. 1). Проте, у деяких варіантах вона статистично недостовірна на 5%-вому рівні значущості. Так, при обприскуванні рослин дослідних варіантів спостерігається істотне збільшення довжини стебла порівняно з необробленими: у варіанті з внесенням Zn²⁺ у концентрації 100 мг/л діючого елементу на 17,14 %, Мn²⁺ – на 29,92 %, Fe²⁺ – на 15,17 %. У рослин, вирощених у живильному середовищі без важких металів, ця різниця виражена не суттєво (табл. 1).

При вивченні впливу ПК на зміни довжини головного кореня спостерігається інша спрямованість: обробка рослин контрольного варіанту приводить до збільшення розмірів цього показника (на 22,89 % стосовно норми), а у рослин дослідних варіантів (Zn, Mn, Fe) ця різниця недостовірна.

Таблиця 1 – Вплив надлишку металів і обробки полістимуліном К на ростові показники проростків Lathyrus odoratus

Варіант	Довжина стебла, см	Довжина головного кореня, см	Кількість бічних коренів, шт.	Загальна довжина бічних коренів, см
Контроль	26,40±0,49	16,60±0,24	20,50±0,90	100,50±0,92
Контроль + ПК	27,10±0,11	20,40±0,40	23,20±0,27	104,90±1,12
t	1,39*	8,26	2,90	3,05
Zn^2+ 100 мг/г	10,50±0,48	2,66±0,05	5,50±0,11	5,70±0,09
Zn^2+100 мг/г + ПК	12,30±0,36	2,91±0,11	6,50±0,12	7,87±0,06
t	3,00	2,08	6,25	19,25
Мn^2+100 мг/г	13,70±0,27	13,4±0,12	14,30±0,20	35,80±0,90
Мn^2+100 мг/г + ПК	17,80±0,19	14,1±0,26	18,50±0,22	47,90±0,24
t	12,42	2,50	14,48	13,01
Fe^2+100 мг/г	14,50±0,20	2,89±0,12	6,10±0,24	8,20±0,04
Fe^2+100 мг/г + ПК	16,70±0,22	3,15±0,12	6,70±0,12	10,50±0,05
t	7,58	1,75*	2,30	35,62

Примітка: * – різниця недостовірна на 5%-вому рівні значущості, n=30

Рисунок 1 – Вплив обробки ПК на морфометричні показники вегетативних органів L. оdoratus за дії на рослини важких металів: 1 – довжина стебла, 2 – довжина кореня, 3 – кількість бічних коренів, 4 – загальна довжина бічних коренів

Слід вказати, що обробка рослин L. оdoratus синтетичним аналогом цитокінінів достовірного збільшує кількості бічних коренів та їх загальну довжину (рис. 1). Суттєвіший позитивний ефект ПК спричиняв у варіанті, де на рослини діяв надлишок Мn²⁺ (129,37 і 133,79 % щодо необроблених рослин відповідно).

Під впливом важких металів спостерігається достовірне зниження показників стану асиміляційного апарату: кількості листків на одній рослині та їх площі. Суттєвішу негативну дію спричиняє надлишок цинку у середовищі вирощування: 57,14 і 41,99 % стосовно контролю відповідно (рис. 2).

І ІІ А ІІ Б

Рисунок 2 – Вплив надлишку важких металів (І) та обробки ПК (II) на асиміляційний апарат проростків L. odoratus, %: А – кількість листків на одній рослині; Б – площа листків на одній рослині; 1 – контроль, 2 – Zn, 3 – Mn, 4 – Fe

Обробка рослин L. odoratus, які не зазнали дії фітотоксикантів, синтетичним фітогормоном не призвела до достовірного збільшення вищевказаних параметрів. У дослідних варіантах ця різниця також невелика, але статистично достовірна на 5%-вому рівні значущості. Під впливом цинку та обробки фізіологічно активної речовини кількість листків збільшується на 7,71 % щодо норми, а їх площа – на 7,08 %, тобто ступінь позитивної дії коливається у близьких межах. За дії Мn²⁺ ці цифри дорівнюють 10,25 і 5,52 %, Fe²⁺ – 8,10 і 8,47 % відносно необроблених рослинних об’єктів. Отже, найсуттєвіша позитивна дію на кількість листків ПК спостерігається у варіантах з внесенням надлишку Zn і Mn, а площа листків на рослині під впливом такої обробки збільшується істотніше на тлі фітотоксичних концентрацій Fe.

Таким чином, надлишок металів призводить до зниження довжини стебла та головного кореня рослин L. оdoratus в усіх варіантах досліду, достовірно зменшується кількість бічних коренів та їх загальна довжина, число листків на рослині та їх площа. Обробка рослин ПК спричиняє переважно посилення росту вегетативних органів та формування бічних коренів порівняно з необробленими рослинами. Це, напевне, можна пояснити тим, що екзогенні цитокініни компенсують їх нестачу у рослинному організмі, яка виникає на фоні дії важких металів у середовищі. Так, за даними В.П. Бессонової [1] у рослин L. оdoratus за дії Zn²⁺ та Cr³⁺ спостерігається падіння активності цитокінінів, які в свою чергу приймають участь у регуляції росту рослин.

ЛІТЕРАТУРА

1. Бессонова В.П. Влияние избытка тяжелых металлов на цитокининовую активность и интенсивность фотосинтеза чины душистой / Депонированные рукописи. – Днепропетровск, 1990. – 11 с. – Рус. – Деп. ВИНИТИ № 3026–В90 от 06.06.90 г. № 10, б/о 356.

2. Бессонова В.П. Цитофизиологические эффекты воздействия тяжелых металлов на рост и развитие растений. – Запорожье: ЗДУ, 1999. – 208 с.

3. Бессонова В.П., Лыженко И.И., Михайлов О.Ф., Кулаева О.Н. Влияние цитокинина на рост растений и содержание хлорофилла в листьях в условиях загрязнения среды // Физиол. растений. – 1984. – Т.31, № 6. – С. 1149–1153.

4. Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функции. – M.: Наука, 1973. – 263 с.

5. Михайлов О.Ф., Бессонова В.П. Влияние хлорида натрия и кинетика на некоторые физиолого-биохимические показатели в изолированных семядолях подсолнечника // Интродукция и акклиматизация растений в Днепропетровском ботаническом саду: Сборник научных трудов. – Днепропетровск: ДГУ, 1978. – С. 24–31.

6. Михайлов О.Ф., Бессонова В.П., Корытова А.И. Влияние кинетина и рентгеновского облучения на ростовые процессы и накопление пигментов в проростках гороха // Физиол. и биохим. культ. растений. – 1978. – Т. 10, № 1. – С. 70–76.

7. Нижняк Т.П., Григорюк І.П., Лихолат Д.А. Динаміка інтенсивності фотосинтезу, фотодихання і дихання в листках картоплі за умов посухи та протекторна роль полістимуліну К // Физиология и биохимия культ. растений. – 2004. – Т. 36, № 2. – С. 103–108.